TWI414611B - 電池蓋用鋁合金板，電池蓋及其製造方法 - Google Patents

Description

電池蓋用鋁合金板，電池蓋及其製造方法

本發明係關於一種用於電池蓋的鋁合金板，為適用於防爆部一體成形型之電池蓋的鋁合金板，其係在製作該蓋時，透過衝壓加工成形該蓋的防爆處，且可以無需對該成形處進行退火處理。

行動電話等移動機器所用的電池從輕量化的角度考慮，大多使用在鋁或鋁合金製的外殼內放入電解物質之可充放電的密閉型電池。

但是，這種可充放電的密閉型電池一直以來都存在下述問題：在過度充電或過度曝曬等情況下，導致電池內部的溫度升高，會發生電池盒壁、電池盒和蓋的焊接部等受到破壞，而有內部液體洩漏等之虞。

可是，該種電池盒在用於例如行動電話上時，採用長度50mm×寬度30mm×厚度6mm左右的較小尺寸，因此，該電池盒用板係必須依靠拉伸加工和減薄拉伸(又稱DI加工)等加工性之優點為必要條件。

另外，在將來汽車等大型移動機器中所使用的電池，可以考慮按照上述尺寸將各邊擴大2～10倍左右者層疊幾個在一起之使用方法。

這樣，電池盒用的材料係要容易進行DI加工，且要求輕量性、高強度性、加工性，作為滿足此性能的材料，例如，在專利文獻1中提出A3003系列的鋁合金板，該板的質量%為Mn 0.8～2.0%、Fe 0.6%以下、Si 0.3%以下，其餘部分主要為鋁；又，在專利文獻2中提出一種鋁合金板，其重量%為Mn 0.3～1.5%、Fe 1.6～1.8%，其餘部分由鋁和不可避免的雜質構成。

因此，近年來，如專利文獻3所述，提出一種具有防爆功能者，其係在上述破壞事故發生前，已產生一定的內壓時，使電池蓋的特定部位發生破壞，將事故防患於未然。防爆部雖然規格有多種，但是通常厚度為20μm左右時，其一般在3MPa左右設定為防爆部耐壓強度為基準，並以該附近之壓力製作成防爆部發生破壞般。

更具體的說，提出有：透過在電池蓋上設置固定開口部，且在該開口部黏貼抗壓力低於電池盒的鋁箔，藉以使電池盒具有防爆功能者。另外，根據專利文獻3所述發明，由於採取在電池蓋的開口部黏貼金屬薄板作為防爆部的方法，所以不需要對該金屬薄板進行膜厚的檢查，而有使花費於檢查的成本大幅削減的良好效果。

然而，在專利文獻3所述的發明中，由於需要額外黏貼作為防爆部的金屬薄板之步驟，因此在增加製造步驟之同時，雖說不需要對該金屬薄板的膜厚進行檢查，但必須額外檢查是否適度的貼緊，因此增加了電池整體的製造步驟數，而有作業性差的問題。

[專利文獻1]日本專利特開2002-134069號公報

[專利文獻2]日本專利特開2003-7260號公報

[專利文獻3]日本專利特開平9-199088號公報

本發明係用以解決上述問題而完成者，提供一種防爆部一體成形型的電池蓋用鋁合金板，其係在利用衝壓加工電池蓋之同時，也將防爆部一體成形，藉而不僅可以使電池盒內的內壓上升所造成之破壞抑制在最低限度，也不需要對衝壓成形後的該防爆部厚度進行逐個檢測，而且不需要用以調整強度之退火處理。

本發明者們為了最大限度的利用將薄片部一體成形於蓋的一部分之優點，想要探討出一種不需要進行成形後檢測膜厚的鋁合金板，結果發現：利用特定組成的鋁合金板作為蓋材料，並透過衝壓加工將防爆部製成薄片狀，由該衝壓加工可獲得充分的耐壓強度，不需要以強度調節為目的之退火處理，從而完成本發明。

即，本發明之電池蓋用鋁合金板係特徵在於：其組成以質量%表示係含有Fe 1.15～1.35%、Mn 0.40～0.60%，並進一步含有Ti 0.005～0.15%或Ti 0.005～0.15%及B 0.0005～0.05%，剩餘部分由Al和雜質所構成，作為雜質之Si為0.15%以下、Cu為0.05%以下、Mg為0.05%以下。

根據本發明之電池蓋用鋁合金板，當使用該組成的鋁合金板，並衝壓成形電池蓋時，衝壓成形的防爆部強度容易獲得指定的耐壓強度，且具有不需要強度調整之退火的效果。

另外，本發明之其他電池蓋用鋁合金板係特徵在於具備有：衝壓成形為指定厚度，且未被退火處理的防爆部。

根據本發明之電池蓋用鋁合金板，將相當於防爆部之處所予以衝壓成形，而衝壓成形為指定厚度，則即使不進行退火處理，該防爆部強度也較容易獲得指定的耐壓強度，而有無需進行強度調整的退火處理之效果。具備透過衝壓加工而厚度為10～30μm、最好為15～27μm之防爆部的電池蓋，則可獲得更加良好的上述效果。

根據本發明之電池蓋用鋁合金板，透過衝壓成形加工而將防爆部成形加工為指定厚度，則所得防爆部的耐壓強度高且符合標準，而且不需要以強度調整為目的之退火處理，因此不會發生退火處理時因退火爐內各位置退火溫度不均勻而導致各個防爆部強度參差不齊的情況，防爆部的強度穩定，不會發生防爆部以外的地方不慎破裂的情形。又，與後續黏貼金屬薄板者不同，因為防爆部一體成形，所以也不會發生因後續黏貼步驟不良而導致液體洩漏的危險。從而，能夠提供一種穩定之信賴度較高的鋰離子電池等密閉型電池。

以下，對於本發明之電池蓋用鋁合金板等，透過圖式及實施例進行說明。

圖1係示意性表示具有本發明之電池蓋的電池剖面的概略圖，圖2係示意性表示具有本發明之電池蓋的電池上表面的概略圖。1是密閉型電池；2是電池盒；3是利用本發明之組成所構成之電池蓋用鋁合金板製造的電池盒2的蓋；4是收容在電池盒2內的電解物質、例如以鋰離子成為介質的電解物質；5是電池的+端子；6是包裹在+端子5周圍的絕緣體；7是連接+端子的導線；8是連接-端子的導線，藉以使電池蓋3為-端子；另外，9是電解質4的注入口，注入後關閉；10是+端子5的裝配口；11是防爆部；12是使電池蓋3和電池盒2四周密閉結合的焊接部。

下面，對電池蓋3的合金組成進行說明。

Fe 1.15～1.35%

Mn 0.40～0.60%

Fe和Mn均為用以給予耐壓強度者。Fe和Mn的含量未達到下限值時，就不會獲得指定的耐壓強度，又，當超過上限時，耐壓強度就會過度變高，而需要進行以剩餘強度調整為目的的回火處理，Al-(Fe-Mn)系化合物粗大且增多，則導致衝壓成形性變差，很難獲得穩定厚度的防爆部。

Ti 0.005～0.15%或

Ti 0.005～0.15%與B 0.0005～0.05%

Ti、或Ti與B是為防止鑄造時產生鑄造裂紋的物質，在熔融液中形成Al-Ti或Al-Ti-B的化合物，具有防止鑄造時產生鑄造裂紋之效果。只單添加Ti也可以，但同時添加Ti和B的話，防鑄造裂紋的效果更好。

剩餘部分是Al及雜質。

當作為雜質的Si超過0.15%、Cu超過0.05%、Mg超過0.05%時，透過衝壓加工會使加工硬化的不均勻性增大，很難獲得具有穩定的耐壓強度的防爆部。

另外，Si會形成Al-Fe-Si系化合物而使衝壓成形性變差，較難獲得具有穩定厚度的防爆部，故希望其少至0.12%以下，最好是在0.10%以下。

其他的雜質含量在通常的範圍內，例如，Zn為0.25%以下，最好在0.20%以下。Cr為0.10%以下，最好為0.05%以下。

如此組成的鋁合金板係可透過通常的製造方法製造出電池蓋用板。亦即，調整組成的熔融液根據鑄造後的需要而進行熔體化熱處理，適當增加熱軋、冷軋及熱處理，做成所需要厚度的鋁合金板。該鋁合金板也可以是O材，如果考慮後續的衝壓成形，則需要對其進行15%左右以上的冷軋，使其硬化，這樣可以增加蓋主體強度而不容易受到損傷。鋁合金板O材的結晶粒尺寸係越細微，則能以良好衝壓成形性所得耐壓強度也少有不均勻，可以獲得穩定值。結晶粒尺寸平均在25μm以下，以不存在較粗大的結晶顆粒為佳。鑄造可以用DC法，也可以用CC法。

將該種組成的厚度在1mm左右的鋁合金板透過衝壓成形予以成形為指定形狀的電池蓋，此時作為防爆部的局部厚度設為約20μm左右，藉而即使不經過退火處理也可以輕易得到作為防爆部標準值之3MPa左右的耐壓強度，又，即使變更防爆部的標準值，也可以調整上述作為防爆部的局部厚度，以追隨標準值從而獲得適宜的耐壓強度。即，標準值下調則變薄，若上調則變厚。該防爆部的厚度在未滿10μm時，容易導致薄片部破損，故而不佳。最好在15μm以上。上限值也受標準值左右，當在30μm以下時，對於其他合金板也可以發揮本發明的效果。最好是在27μm以下。

這樣，只是透過衝壓成形，即可符合防爆部的標準值，而不需要進行調整強度之退火處理。

另外，板的厚度應與電池型號的強度一致而有所改變。

此外，本發明之組成板製之電池蓋係與電池盒的雷射焊接性亦優良。

(實施例與比較例)

將具有表1的實施例1與比較例1～2所示組成，且使用厚度為1mm的H14之經冷軋加工的鋁板作為試樣板，設定電池蓋的防爆部，並透過衝壓成形加工成厚度為20μm(衝壓加工率為98.0%、n為10個)，以測定其局部的耐壓強度。

又，將具有表1的實施例2所示組成，且使用厚度為1mm的H18之經冷軋加工的鋁板作為試樣板，透過與上述同樣的衝壓成形加工成厚度為25μm(衝壓加工率為97.5%、n為10個)的防爆部，以測定其局部的耐壓強度。

此外，將具有表1的比較例2所示組成，以H14板衝壓成形為20μm(n為10個)並升溫，在溫差為40℃的退火爐內進行退火處理以測定其耐壓強度。

將以上的測定結果在表2中表示。

另外，衝壓加工率係可藉由以下計算公式算出：

(基板厚度-衝壓成形後的厚度)/基板厚度×100%

再者，耐壓強度係在指定厚度的樣品中形成有指定面積的密閉部，於該密閉部增加油壓而使該樣品破壞時的壓力。

根據表2的結果，樣品號碼1、2(組成符號：實施例1、2)的衝壓成形後之耐壓強度比樣品號碼3(組成符號：比較例1)高，比樣品號碼4(組成符號：比較例2)低。另外，樣品號碼1(組成符號：實施例1)接近於標準厚度20μm下之3MPa；樣品號碼2(組成符號：實施例2)的厚度變厚，則耐壓強度提高，因此可以判定無需在衝壓成形後進行退火處理以進行強度調整。又，樣品號碼5(組成符號：比較例2)在退火處理後的不均勻變得比樣品號碼4(組成符號：比較例2)的不均勻為大，因此判斷加入退火步驟沒有好處。

(產業上之可利用性)

利用本發明所述的電池蓋用鋁合金板等，只透過衝壓成形即可獲得最適耐壓強度，因此可以使用於行動電話、汽車等移動機器的可充放電的密閉型電池的蓋，在產業上之利用價值很大。

1．．．密閉型電池

2．．．電池盒

3．．．本發明之鋁合金製電池蓋

4．．．電解物質

5．．．電池的+端子

6．．．絕緣體

7．．．連接+端子的導線

8．．．連接-端子的導線

9．．．電解物質4的注入口

10．．．+端子5的裝配口

11．．．本發明之電池蓋用鋁合金板的防爆部

12．．．焊接部

圖1係示意性表示具有本發明之電池蓋之電池剖面的概略圖。

圖2係示意性表示具有本發明之電池蓋之電池上表面的概略圖。

1．．．密閉型電池

2．．．電池盒

3．．．本發明之鋁合金製電池蓋

4．．．電解物質

5．．．電池的+端子

6．．．絕緣體

7．．．連接+端子的導線

8．．．連接-端子的導線

9．．．電解物質4的注入口

11．．．本發明之電池蓋用鋁合金板的防爆部

12．．．焊接部

Claims (6)

1. 一種電池蓋用鋁合金板，其組成以質量%表示係含有Fe 1.15~1.35%、Mn 0.40~0.60%，並進一步含有Ti 0.005~0.15%或Ti 0.005~0.15%及B 0.0005~0.05%，剩餘部分由Al和雜質所構成，作為雜質之Si為0.15%以下、Cu為0.05%以下、Mg為0.05%以下，該電池蓋用鋁合金板係具備有防爆部，該防爆部被衝壓成形，且未被退火處理。
2. 如申請專利範圍第1項之電池蓋用鋁合金板，其中，上述防爆部之厚度為10~30μm。
3. 一種電池蓋，係具備有防爆部之電池蓋，上述防爆部係由鋁合金所構成，與電池蓋一體成形，上述鋁合金之組成以質量%表示係含有Fe 1.15~1.35%、Mn 0.40~0.60%、或Ti 0.005~0.15%或Ti 0.005~0.15%及B 0.0005~0.05%，剩餘部分由Al和雜質所構成，作為雜質之Si為0.15%以下、Cu為0.05%以下、Mg為0.05%以下，上述防爆部係被衝壓成形，且未被退火處理。
4. 如申請專利範圍第3項之電池蓋，其中，上述防爆部之厚度為10~30μm。
5. 一種電池蓋製造方法，係製造具備有防爆部之電池蓋之方法，包含將由鋁合金所構成之防爆部予以衝壓加工而與電池蓋一體成形之階段，上述鋁合金之組成以質量%表示係含有Fe 1.15~1.35%、Mn 0.40~0.60%、或Ti 0.005~0.15% 或Ti 0.005~0.15%及B 0.0005~0.05%，剩餘部分由Al和雜質所構成，作為雜質之Si為0.15%以下、Cu為0.05%以下、Mg為0.05%以下，上述防爆部係被衝壓成形，且未被退火處理。
6. 如申請專利範圍第5項之電池蓋製造方法，其中，上述防爆部之厚度為10~30μm。