WO2013061707A1 - 二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法 - Google Patents

二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法 Download PDF

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松本　剛
小林　一徳
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株式会社神戸製鋼所
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Definitions

  • the present invention relates to an aluminum can body assembled by welding a lid body and an exterior body made of an aluminum alloy plate, and a method for manufacturing the same.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-104866 (hereinafter referred to as Patent Document 1), a lid body is formed along a side edge of an aluminum alloy plate made of JIS-A3000, which is an aluminum alloy mainly containing Mn.
  • JIS-A3000 which is an aluminum alloy mainly containing Mn.
  • a technique for assembling a can body by abutting the end surfaces of the alloy plate body for use and laser welding with a YAG slab laser along a butt line formed on the end surface of the alloy plate body for the main body is disclosed.
  • Patent Document 2 JP 2009-146645 A (hereinafter referred to as Patent Document 2), by using a high-density heat source laser, metal scattering due to sputtering occurs, the bead thickness is reduced, and the shape is recessed from the outer surface. It states that it becomes a welded part.
  • a convex portion is formed outward from both plate bodies along a butt line of the alloy plate body for the main body and the alloy plate body for the lid body, and laser welding is performed at the convex portion. ing.
  • Patent Document 3 a low-strength but high-conductivity JIS-A1000 series (pure aluminum material) is a can of a lithium ion secondary battery for automobiles.
  • this aluminum plate is welded with a high energy density pulse laser, the components such as impurities and the surface condition in the aluminum plate have a great influence on the width and depth of the melt-bonded part. It is easy to bring about an abrupt change in the melt-bonded part, such as causing an abnormal depth of penetration that suddenly penetrates the aluminum plate or generating porosity.
  • high-strength aluminum alloys such as JIS-A3000, in particular, A3003 and A3005 are used for the lid and exterior body, and these are laser-bonded. It is desired to assemble it into an aluminum can body by welding. Here, in order to increase the bonding strength of welding, it is preferable to form a deeper melt-bonded portion to increase the bonding area.
  • the plate thickness of the lid and / or the exterior body becomes thin, and the width of the fusion bonded portion cannot be increased. That is, it is desired to increase only the depth direction of the melt-bonded portion, and high energy density keyhole welding or the like can be employed.
  • Patent Documents 1 to 3 in a high energy density laser welding, a sound fusion joint can be stably formed without causing root cracks or porosity. Difficult to give.
  • an object of the present invention is to provide a healthy aluminum can body for a secondary battery assembled by laser welding a lid body and an exterior body made of a high-strength aluminum alloy plate, without causing root cracks and porosity.
  • Manufacturing method of aluminum can body for secondary battery capable of stably providing fusion joint, and secondary having higher mechanical strength as a whole by having a higher joint strength given such a healthy joint.
  • the object is to provide an aluminum can for a battery.
  • a method for producing an aluminum can body for a secondary battery according to the present invention is a method for producing an aluminum can body for a secondary battery assembled by laser welding a lid body and an exterior body made of an aluminum alloy plate, and includes at least a mass.
  • An alloy plate made of an aluminum alloy containing Si in an amount of 0.30% or less and B in a range of 2 to 30 ppm was prepared, and the first plate along the side edge of the first alloy plate was prepared.
  • the method includes a step of controlling laser welding conditions so that a ratio W / D of the width W to the depth D of the melt-bonded portion given by being sandwiched is 1.5 or more.
  • the component composition of the aluminum alloy plate body while maintaining the ratio of the width W to the depth D of the melt-bonded portion by controlling the energy density of the continuous laser.
  • the depth D of the melt-bonded portion can be increased, and a sound melt-bonded portion can be stably provided without causing cracks or porosity. That is, it is possible to provide an aluminum can body for a secondary battery that is provided with a sound joint and has higher mechanical strength.
  • the disposing step includes Si: 0.05 to 0.30% as an essential additive element in a mass ratio to one or both of the first alloy plate or the second alloy plate. , Fe: 0.05 to 0.7%, Cu: 0.05 to 0.25%, Mn: 0.8 to 1.5%, B: 2 to 20 ppm, Mg: 0.05 as an optional additive element %, Ti: within a range of 0.1% or less, it may include a step of preparing an aluminum alloy sheet having a composition composed of the balance Al and inevitable impurities. In this case, an aluminum can body for a secondary battery having mechanical strength equivalent to A3003 material can be provided.
  • the disposing step includes Si: 0.05 to 0.30% as an essential additive element in a mass ratio to one or both of the first alloy plate or the second alloy plate.
  • Ti may include a step of preparing an aluminum alloy sheet having a component composition composed of the remaining Al and inevitable impurities within a range of 0.1% or less.
  • an aluminum can body for a secondary battery having high mechanical strength equivalent to A3005 material can be provided.
  • the placing step includes, on the other side of the first alloy plate or the second alloy plate, B: 2 to 10 ppm as an essential additive element and Si as an optional additive element at a mass ratio. : 0.30% or less, Fe: 0.6% or less, Cu: 0.1% or less, Mn: 0.05% or less, Mg: 0.05% or less, Zn: 0.1% or less, Ti: 0
  • the step may further include the step of preparing an aluminum alloy plate body having a composition of the remaining Al and inevitable impurities within a range of 0.04% or less as the lid body.
  • the energy density of the continuous laser in the assembly of an aluminum can for a secondary battery by laser welding, even when a lid with a lower mechanical strength of the base material than that of the exterior body is adopted as required.
  • the ratio of the width W to the depth D of the melt-bonded portion can be controlled to a predetermined value or more, and the depth D of the melt-bonded portion can be further increased, and a stable melt-bonded portion can be stabilized without causing cracks or porosity. Can be given.
  • a cut portion may be provided along a side edge of the first alloy plate.
  • the plate body can be aligned and temporarily fixed easily and accurately, so that a stable and melt-bonded portion can be provided.
  • the aluminum can body for a secondary battery is an aluminum can body for a secondary battery assembled by laser welding a lid body and an exterior body made of an aluminum alloy plate body, wherein the aluminum alloy plate body is: An aluminum alloy containing at least Si of 0.30% or less and B in a range of 2 to 30 ppm by mass ratio, and the second alloy along the side edge of the first alloy plate.
  • the ratio W of the width W to the depth D of the melt-bonded portion which is continuously laser welded along the butt line formed by butting the end surface of the plate body and forming the end surface of the first alloy plate body.
  • / D is 1.5 or more and the depth D is 0.35 mm or more.
  • the ratio of the width W to the depth D of the melt-bonded portion is controlled by controlling the energy density of the continuous laser, and the components of the aluminum alloy plate body
  • the depth D of the melt-bonded portion can be increased, and a sound melt-bonded portion can be stably provided without causing cracks or porosity. That is, it is possible to provide an aluminum can body for a secondary battery having a sound joint and higher mechanical strength.
  • one or both of the first alloy plate body and the second alloy plate body are, as a mass ratio, Si: 0.05-0.30%, Fe: 0.0. 05 to 0.7%, Cu: 0.05 to 0.25%, Mn: 0.8 to 1.5%, B: 2 to 20 ppm,
  • Mg: 0.05% or less Ti: It may be characterized by having a component composition consisting of the balance Al and inevitable impurities within a range of 0.1% or less. In this case, a can having a mechanical strength equivalent to the A3003 material can be obtained.
  • one or both of the first alloy plate body and the second alloy plate body are, as a mass ratio, Si: 0.05-0.30%, Fe: 0.0. 05-0.7%, Cu: 0.05-0.3%, Mn: 0.8-1.5%, Mg: 0.2-0.6%, B: 2-30ppm, optional addition elements Ti: It may be characterized by having a component composition consisting of the balance Al and inevitable impurities within a range of 0.1% or less. In this case, a can having a high mechanical strength equivalent to the A3005 material can be obtained.
  • the other of the first alloy plate body or the second alloy plate body is the lid body, and B: 2 to 10 ppm as an optional additive element in terms of mass ratio, an optional additive element Si: 0.30% or less, Fe: 0.6% or less, Cu: 0.1% or less, Mn: 0.05% or less, Mg: 0.05% or less, Zn: 0.1% or less, Ti: It may be characterized by having a component composition consisting of the balance Al and inevitable impurities within a range of 0.04% or less.
  • the depth D of the melt-bonded portion is large while the ratio of the width W to the depth D of the melt-bonded portion is not less than a predetermined value.
  • the aluminum can body for a secondary battery can have a sound melt-bonded portion with less cracking and porosity, and has an effect of having high mechanical strength.
  • the first alloy plate body may be welded after being provided with a cut portion along a side edge end portion thereof.
  • the plate body can be aligned and temporarily fixed easily and accurately, so that a stable and melt-bonded portion can be provided.
  • the present invention relates to an aluminum can body assembled by laser welding a lid body and an exterior body made of an aluminum alloy plate, and a method for manufacturing the same.
  • the present invention particularly relates to an aluminum can for a secondary battery for housing a secondary battery such as a lithium ion secondary battery and a method for manufacturing the same.
  • the present inventor has concluded that it is difficult to apply such welding in applications where stable and sound welding is required, including the appearance of the fusion joint, such as an aluminum can body for a secondary battery. Therefore, manufacture of aluminum cans for secondary batteries to be welded so that the fusion joint can be deepened while obtaining a healthy fusion joint by heat conduction laser welding that reduces energy density and does not generate keyholes.
  • the present inventor is conducting a welding test for the purpose of stably obtaining a sound fusion joint having a depth and a soundness. Details of the welding test will be described with reference to FIGS.
  • the housing plate 2 is an aluminum alloy plate having a component composition described later with a plate thickness of 0.5 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm
  • the lid plate 3 has a plate thickness of 1.0 mm, a width of 50 mm, and a length of 200 mm. This is an aluminum alloy plate having the component composition described later.
  • the end surface 3 a of the lid plate 3 is abutted and temporarily fixed in the vicinity of the end surface 2 a of the housing plate 2, that is, the side edge of the housing plate 2. did.
  • the outer edge line of the end face 3a, which is the abutting surface, and the edge line of the end face 2a located along the outer edge line are referred to as a butting line 5.
  • the laser beam 6 is irradiated from right above the end face 2a along the butt line 5, the welding speed is 5 m / min, the advance angle is 10 °, and the shielding gas As described above, laser welding was performed while supplying nitrogen to the weld at 20 liters / minute.
  • the fusion bonded portion 4 is formed across both the casing plate 2 and the lid plate 3 with the butt line 5 interposed therebetween, and the casing plate 2 and the lid plate 3 are joined to obtain the welded joint 1.
  • the laser was adjusted so that the distance between the processing point and the focal point was 0, the focused beam diameter was 0.8 mm, and the output was 2500 to 3200 W.
  • the ratio of the width W to the depth D of the fusion bonded portion 4 is 1.5 or more.
  • the depth D of the melt-bonded portion 4 could be 0.35 mm or more in such an output range. Therefore, the depth D of the melt-bonded portion 4 was 0.4 mm ( ⁇ 0.00 mm).
  • the laser output was adjusted to be 01 mm.
  • keyhole type welding is performed such that a keyhole is formed in the melt-bonded portion 4, but here the laser has a distance between the processing point and the focal point of 0, and the focused beam diameter Is reduced to 0.2 mm, the output is adjusted to 600 to 800 W, and welding is performed in the same manner as described above.
  • the component composition of the aluminum alloy plate used for the production of the welded joint 1 is obtained by changing the component compositions of alloy numbers 3003, 3005, and 1050 defined in JIS-H4000. Call.
  • Aluminum alloy plates having these component compositions were used for both the case plate 2 and the lid plate 3.
  • FIG. 2 shows representative components of 3003 series, 3005 series and 1050 series.
  • FIG. 3 shows only Si, Mg, and B among the component compositions of the aluminum alloys used in the welded joints 1 of Examples 1 to 15 and Comparative Examples 1 to 21. That is, the other component compositions are the same as the representative components of the 3003 and 3005 systems in FIG.
  • Examples 16 to 21 and Comparative Examples 22 to 30 in the case of using 1050 series for the cover plate 3 and 3003 series or 3005 series for the case board 2 are also shown in FIG. .
  • the content of each component is a mass ratio, and is hereinafter simply expressed as% or ppm.
  • a tensile test is performed by fixing the casing plate 2 b to the jig 20 with a test body 1 b cut out from a weld length of 200 mm of each weld joint 1 to a length of 20 mm at an arbitrary position. Is going. A main surface of the housing plate 2b is brought into contact with the upper surface of an L-shaped jig 21 attached to one chuck of a tensile tester (not shown), and the housing plate 2b is pressed from above with a holding plate 22 to thereby provide a bolt 23 and a nut.
  • the lid plate 3b is attached to a chuck (not shown) so that the center of the lid plate 3b of the test body 1b is overlapped with the tension center axis M of a tensile tester (not shown). Thereby, the test body 1b is pulled so that it may be divided
  • the tensile strength divided by the cross-sectional area of the lid plate 3b of the test body 1b is determined to be good when it is 121 N / mm 2 or higher, which is 10% higher than the standard joint strength 110 N / mm 2 of the 3003 series. , 121 N / mm 2 is determined to be impossible, and each is indicated by “ ⁇ ” and “X” in FIGS. 3 and 4.
  • the test results in Fig. 3 will be described.
  • the 3003 series comparative examples 1 to 4 and the 3005 series comparative examples 10 to 16 and the 1050 series comparative examples 18 to 21 with the laser welding condition “K” are all “impossible” in the “appearance”.
  • the “evaluation” of the welding test is “impossible”.
  • the result of “good” in “porosity” is not obtained. That is, it is difficult to obtain the melted joint 4 soundly by keyhole type welding.
  • the “evaluation” of the welding test result was “good”, and in Examples 3 and 4, the “evaluation” of the welding test result was “good”.
  • the sound fusion joint part 4 with the required depth D was obtained.
  • the “external appearance” was “possible”.
  • the content of B is as high as 11.0 ppm and 17.3 ppm in Examples 3 and 4 as compared with 5.7 ppm and 9.7 ppm in Examples 1 and 2, and exceeds 10 ppm. Although details will be described later, it is considered that this is a cause of disturbance of the melt-bonded portion 4. Therefore, in the 3003 series, the upper limit of the B content is 20 ppm, but a more preferable upper limit of the content is 10 ppm.
  • Example 15 the “evaluation” of the welding test result was “good”, and in Example 15, the “evaluation” of the welding test result was “possible”.
  • the sound fusion joint part 4 with the required depth D was obtained.
  • Example 15 a slight disturbance was observed in a part of the melt-bonded portion 4, and the “appearance” was “possible”.
  • in content of B compared with 2.7 ppm and 5.3 ppm of Example 13 and 14, it is as high as 9.2 ppm in Example 15, and exceeds 6 ppm. Although details will be described later, it is considered that this is a cause of disturbance of the melt-bonded portion 4.
  • the B content is as high as 13.4 ppm and exceeds 10 ppm.
  • the upper limit of the B content is 10 ppm, and the more preferable upper limit of the content is 6 ppm.
  • Example 9 of the 3005 series and Comparative Examples 5 and 6 the Si content is 0.25%, 0.32%, and 0.45% in this order.
  • the “evaluation” of the welding test result was “good”, but the comparative example in which the Si content was more than 0.30% In “5” and “6”, “cracking” was “impossible”, and “porosity” was not obtained as “good”, and the “evaluation” of the welding test result was “impossible”.
  • the high Si content is the cause of cracking
  • the upper limit of the Si content is 0.30%.
  • the ratio of the width W to the depth D of the fusion bonded portion 4 is adjusted to 1.5 or more by adjusting the energy density or welding speed of the continuous laser.
  • the depth of the molten joint 4 is 0.35 mm or more which gives the required mechanical strength to the plate thickness of a typical aluminum can body for a secondary battery, while performing welding, that is, heat conduction type welding. 4 mm ( ⁇ 0.01 mm) can be obtained.
  • the component composition corresponding to the 3005 system corresponds to the 1050 system by adjusting the contents of Si, B and Mg.
  • a sound melt-bonded portion 4 can be obtained. That is, it is possible to obtain an aluminum can body for a secondary battery that has a sound joint and higher mechanical strength.
  • the “evaluation” of the above-mentioned welding test is “possible.
  • the range of the component composition is determined based on the need for “good”. That is, the upper limit of the B content is 10 ppm in the component composition corresponding to the 3003 system, 20 ppm in the component composition corresponding to the 3005 system, and 6 ppm in the component composition corresponding to the 1050 system.
  • Comparative Examples 24 and 25 in which the laser welding condition is “K” and the casing plate 2 is 3003 series, and Comparative Examples 29 and 30 in which the casing board 2 is 3005 series are both “Porosity”. “No”, and “Evaluation” in the welding test is “No”. That is, it is difficult to obtain the melted joint 4 soundly by keyhole type welding.
  • Examples 19 to 21 and Comparative Example 26 in which the casing plate 2 is a 3005 series also have the same welding test results as those of Examples 16 to 18 and Comparative Example 22 described above. Regarding these results, the same considerations as in Examples 13 to 15 and Comparative Example 17 are given.
  • the content of B in the casing plate 2 is as high as 27.2 ppm, disorder is observed in the melt-bonded portion 4, and “impossible” in “appearance”. That is, the “evaluation” of the welding test result was “impossible”.
  • the upper limit of the B content is 20 ppm as described above, which is a supporting result.
  • Comparative Example 27 Si was increased to 0.45% in the 3005 series component composition used for the housing plate 2.
  • Comparative Example 6 described above when the Si content was more than 0.30%, “cracking” was “impossible”, and “evaluation” of the welding test result was “impossible”. Like the above-mentioned comparative example 6, it is thought that the high content of Si is a cause of a crack.
  • Comparative Example 28 Mg was increased to 0.78% in the 3005 component composition used for the housing plate 2.
  • the “crack” was “impossible” as a result of increasing the Mg content from 0.6%, and the “evaluation” of the welding test result was “impossible”. Similar to Comparative Example 9, it is considered that the increase in Mg content is the cause of cracking.
  • the component range of the essential additive elements as 3003 series and 3005 series aluminum alloy plate bodies used for assembling the aluminum can body for the secondary battery was determined. The reason will be explained.
  • Si dissolves in the matrix phase to improve the mechanical strength required as an aluminum alloy plate, and to improve the pressure resistance required as an aluminum can for a secondary battery after assembly. Further, an Al—Fe—Mn—Si intermetallic compound is formed to improve the formability during the forming process of the aluminum alloy sheet. On the other hand, when excessively added, coarse intermetallic compounds that are likely to start cracks are increased, the formability of the aluminum alloy sheet is lowered, and weld cracks are likely to occur. Therefore, based on the results of the above-described welding test, the amount of Si added is in the range of 0.05 to 0.30%.
  • Fe forms an Al-Fe-Mn intermetallic compound or an Al-Fe-Mn-Si intermetallic compound, and finely precipitates the intermetallic compound to provide a lubricating effect during the forming process of the aluminum alloy sheet.
  • the addition amount of Fe is in the range of 0.05 to 0.7%.
  • the amount of Cu added is in the range of 0.05 to 0.25% in the aluminum alloy corresponding to the 3003 series, and in the range of 0.05 to 0.3% in the aluminum alloy corresponding to the 3005 series.
  • Mn can be dissolved in the matrix phase to improve the mechanical strength required as an aluminum alloy plate as the amount of addition increases, and it is necessary as an aluminum can for secondary batteries after assembly. To improve the pressure strength. Forming Al-Fe-Mn intermetallic compounds and Al-Fe-Mn-Si intermetallic compounds, and finely precipitating such intermetallic compounds improve the lubrication effect during the forming process of aluminum alloy sheets. Improve formability. On the other hand, when added excessively, the coarse intermetallic compound which tends to become the starting point of a crack will increase, and the moldability of an aluminum alloy plate will be reduced. Therefore, the amount of Mn added is in the range of 0.8 to 1.5%.
  • B can prevent casting cracks in the slab for rolling by refining and homogenizing the cast structure at the time of slab ingot production of aluminum alloy.
  • porosity is likely to be generated in the molten bead during welding, and further, the porosity is easily aggregated by convection of the molten metal in the molten bead, so that the molten joint is easily disturbed.
  • the influence of B with respect to the generation of porosity can be reduced by addition of Mg, which will be described later, the amount of addition can be adjusted with the content of Mg.
  • the amount of B added is within the range of 2 to 20 ppm, more preferably within the range of 2 to 10 ppm, and more preferably within the range of 2 to 10 ppm, and 2 to 30 ppm in the 3005 series. Within the range, more preferably within the range of 2 to 20 ppm.
  • Mg is an essential additive element in the 3005 system, but is an optional additive element in the 3003 system.
  • Mg can be dissolved in the matrix phase to improve the mechanical strength required as an aluminum alloy plate with an increase in the amount added, and is necessary as an aluminum can for secondary batteries after assembly. To improve the pressure strength.
  • Mg 2 Si and S ′ phase Al 2 CuMg are finely precipitated to suppress the movement of transition, thereby suppressing the stress relaxation and improving the stress relaxation resistance required as an aluminum alloy plate. .
  • the Mg content is within a range of 0.05% or less in the aluminum alloy corresponding to the 3003 series, and 0.2 to 0 in the aluminum alloy corresponding to the 3005 series. Within the range of 6%.
  • Ti can prevent casting cracks in the rolling slab by refining and homogenizing the cast structure during the slab ingoting of the aluminum alloy.
  • the convection of a molten metal will be made unstable at the time of welding, and it will become easy to leave a porosity in a fusion
  • the Ti content is in the range of 0.1% or less.
  • impurity elements include Zn, Zr, Cr, Ga, V, Ni, etc., all of which have a content of 0.05% or less, and the total of Ti and B added is 0.15% or less. The amount does not greatly affect the physical characteristics described above.
  • pure aluminum can also be used for the lid body that has a lower mechanical strength than the exterior body.
  • pure aluminum is preferable for a lid that requires high conductivity.
  • the component composition of pure aluminum can be appropriately selected from a range of chemical components such as alloy numbers 1050, 1060, 1070, 1080, and 1085 as defined in JIS H4000.
  • B is an essential additive element in the range of 2 to 10 ppm, more preferably in the range of 2 to 6 ppm.
  • Si is 0.30% or less
  • Fe is 0.6% or less
  • Cu is 0.1% or less
  • Mn is 0.05% or less
  • Mg is 0.05% or less
  • Zn Is preferably in the range of 0.1% or less.
  • the end surface 3a of the lid body plate 3 is butted against the side edge end portion of the housing plate 2, and the butting relationship between the housing plate 2 and the lid body plate 3 is different from that of the other.
  • the end surface 2 a of the casing plate 2 is abutted with the vicinity of the end surface 3 a of the lid plate 3, that is, the side edge of the lid plate 3, and the lid plate You may arrange
  • the outer edge line of the end surface 2a which is a butting surface and the edge line of the end surface 3a located along the outer edge line are arranged as the butting line 5, and as shown in FIG. It is welded to form a fusion joint 4 in position.
  • the side edge of the lid plate 3 is provided with a notch 3b having a depth substantially the same as the plate thickness of the casing plate 2, and the casing plate is provided therewith.
  • the end face 2 a is abutted against the side edge end portion of the lid plate 3 so as to fit 2. That is, in this case as well, the outer edge line of the end face 2a, which is a butt face, and the edge line of the end face 3a located along the rim line are arranged as a butt line 5, and the butt line is shown in FIG. 9B. It welds so that the fusion
  • FIG. 9B It welds so that the fusion

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Abstract

　アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法である。少なくとも、質量比で、Ｓｉを０．３０％以下とした上でＢを２～３０ｐｐｍの範囲内で含むアルミニウム合金からなる合金板体を用意し、第１の合金板体の側縁端部に沿って第２の合金板体の端面を突き合わせる。第１の合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿って連続レーザ溶接する。ここで突き合わせ線を挟んで与えられる溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比を１．５以上とし、かつ、０．３５ｍｍ以上の深さＤを有するようにレーザ溶接条件が制御される。

Description

二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法
　本発明は、アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体を溶接して組み立てたアルミニウム缶体及びその製造方法に関する。
　例えば、特開平１１－１０４８６６号公報（以下、特許文献１という。）では、主としてＭｎが添加されたアルミニウム合金であるＪＩＳ－Ａ３０００系からなるアルミニウム合金板体の側縁端部に沿って蓋体用合金板体の端面を突き合わせ、一方、本体用合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿ってＹＡＧスラブレーザでレーザ溶接して缶体を組み立てる技術が開示されている。
　また、特開２００９－１４６６４５号公報（以下、特許文献２という。）では、高密度熱源レーザを使用することでスパッタによる金属の飛散が生じビード厚さを減少させて、外面から窪んだ形状の溶接部となることについて述べている。これに対して、本体用合金板体及び蓋体用合金板体の突き合わせ線に沿って双方の板体から外方へ向けて凸部を形成し、該凸部でレーザ溶接することを開示している。
　更に、特開２００９－２８７１１６号公報（以下、特許文献３という。）では、低強度ではあるが高導電率のＪＩＳ－Ａ１０００系（純アルミニウム材）が自動車用のリチウムイオン二次電池の缶体に適していることを述べた上で、かかるアルミニウム板材を高エネルギー密度のパルスレーザで溶接すると、アルミニウム板材中の不純物等の成分及び表面状態が溶融接合部の幅及び深さに大きな影響を与え、突発的にアルミニウム板材を貫通してしまうような異常深さの溶け込みを生じさせたり、ポロシティを生じるなど、溶融接合部の急激な変化をもたらしやすい。
特開平１１－１０４８６６号公報 特開２００９－１４６６４５号公報 特開２００９－２８７１１６号公報
　リチウムイオン二次電池等の電池の軽量化に対しては、高強度のアルミニウム合金、例えば、ＪＩＳ－Ａ３０００系のうち、特に、Ａ３００３やＡ３００５を蓋体及び外装体に使用して、これらをレーザ溶接してアルミニウム缶体に組み立てることが望まれる。ここで、溶接の接合強度を高めるには、溶融接合部をより深く形成して接合面積を広く取ることが好ましい。一方で、高強度のアルミニウム合金の採用とともに蓋体及び／又は外装体の板厚は薄くなり、溶融接合部の幅を大きく取ることができない。つまり、溶融接合部の深さ方向だけを大きくすることが望まれ、高エネルギー密度のキーホール（key hole）型溶接などが採用され得る。しかしながら、特許文献１乃至３にも開示されているように、高エネルギー密度のレーザ溶接において、ルート割れ（root crack）やポロシティ（porosity）を生じさせることなく、健全な溶融接合部を安定的に与えることは難しい。
　そこで、本発明の目的は、高強度のアルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体について、ルート割れやポロシティを生じさせることなく、健全な溶融接合部を安定的に与え得る二次電池用アルミニウム缶体の製造方法、及び、かかる健全な接合部を与えられてより高い継手強度を有することで、全体としてより高い機械強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を提供することにある。
　本発明による二次電池用アルミニウム缶体の製造方法は、アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体の製造方法であって、少なくとも、質量比で、Ｓｉを０．３０％以下とした上でＢを２～３０ｐｐｍの範囲内で含むアルミニウム合金からなる合金板体を用意し、第１の合金板体の側縁端部に沿って第２の合金板体の端面を突き合わせる配置ステップと、前記第１の合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿って連続レーザ溶接する溶接ステップと、を含み、前記溶接ステップは、前記突き合わせ線を挟んで与えられる溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比Ｗ／Ｄを１．５以上とするようにレーザ溶接条件を制御するステップを含むことを特徴とする。
　この場合、レーザ溶接による二次電池用アルミニウム缶体の組み立てにおいて、連続レーザのエネルギー密度の制御で溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比を所定以上としつつ、アルミニウム合金板体の成分組成の調製により溶融接合部の深さＤをより大とでき、しかも割れやポロシティを生じさせずに健全な溶融接合部を安定的に与えることができる。つまり、健全な接合部を与えられてより高い機械強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を提供できる。
　上記本発明において、前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方に、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．２５％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｂ：２～２０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を用意するステップを含むことを特徴としてもよい。この場合、Ａ３００３材相当の機械強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を提供できる。
　上記本発明において、前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方に、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．３％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｍｇ：０．２～０．６％、Ｂ：２～３０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を用意するステップを含むことを特徴としてもよい。この場合、Ａ３００５材相当の高い機械強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を提供できる。
　上記本発明において、前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の他方に、質量比で、必須添加元素として、Ｂ：２～１０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０４％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を前記蓋体として用意するステップを更に含むことを特徴としてもよい。この場合、要求に応じて、外装体よりも母材の機械強度を低減した蓋体を採用した場合にあっても、レーザ溶接による二次電池用アルミニウム缶体の組み立てにおいて、連続レーザのエネルギー密度の制御で溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比を所定以上としつつ、溶融接合部の深さＤをより大とでき、しかも割れやポロシティを生じさせずに健全な溶融接合部を安定的に与えることができる。
　上記本発明において、前記第１の合金板体の側縁端部に沿って切り込み部を有することを特徴としてもよい。この場合、板体の位置合わせ及び仮固定を容易且つ精度良く行い得るので、安定的に健全な溶融接合部を与えることができる。
　更に、本発明による二次電池用アルミニウム缶体は、アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体であって、前記アルミニウム合金板体が、質量比で、少なくとも、Ｓｉを０．３０％以下とした上でＢを２～３０ｐｐｍの範囲内で含むアルミニウム合金であり、第１の合金板体の側縁端部に沿って第２の合金板体の端面を突き合わせて前記第１の合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿って連続レーザ溶接され、前記突き合わせ線を挟んで与えられた溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比Ｗ／Ｄが１．５以上であり、かつ、深さＤが０．３５ｍｍ以上であることを特徴とする。
　この場合、レーザ溶接により組み立てられた二次電池用アルミニウム缶体において、連続レーザのエネルギー密度の制御で溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比を所定以上としつつ、アルミニウム合金板体の成分組成の調製により溶融接合部の深さＤをより大とされ、しかも割れやポロシティを生じさせずに健全な溶融接合部を安定的に与えることができる。つまり、健全な接合部を有しより高い機械強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を提供できる。
　上記本発明において、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方が、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．２５％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｂ：２～２０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴としてもよい。この場合、Ａ３００３材相当の機械強度を有する缶体を得られるのである。
　上記本発明において、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方が、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．３％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｍｇ：０．２～０．６％、Ｂ：２～３０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴としてもよい。この場合、Ａ３００５材相当の高い機械強度を有する缶体を得ることができる。
　上記本発明において、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の他方が、前記蓋体であり、且つ、質量比で、必須添加元素として、Ｂ：２～１０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０４％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴としてもよい。
この場合、外装体よりも機械強度を低減した蓋体を採用する場合にあっても、溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比を所定以上としつつ溶融接合部の深さＤが大であり、二次電池用アルミニウム缶体は割れやポロシティの少ない健全な溶融接合部を有し得て高い機械強度を有するという効果を奏する。
　上記本発明において、前記第１の合金板体の側縁端部に沿って切り込み部を与えた上で溶接されたことを特徴としてもよい。この場合、板体の位置合わせ及び仮固定を容易且つ精度良く行い得るので、安定的に健全な溶融接合部を与えることができる。
溶接試験における溶接継手の斜視図及び断面図である。 溶接試験における溶接継手の合金成分の代表値である。 溶接試験における溶接継手の合金成分及び試験結果を示す図である。 溶接試験における溶接継手の合金成分及び試験結果を示す図である。 溶接試験におけるポロシティ良否判定のための写真である。 溶接試験における割れ良否判定のための写真である。 引張試験における試験体の斜視図である。 他の溶接継手の断面図である。 更に他の溶接継手の断面図である。
　本発明は、アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てたアルミニウム缶体及びその製造方法に関する。本発明は、特に、リチウムイオン二次電池の如き二次電池を収容するための二次電池用アルミニウム缶体及びその製造方法に関する。
　二次電池用アルミニウム缶体をレーザ溶接で組み立てるにあたり、溶融接合部での更なる高い機械強度を得るには、溶融接合部を深く形成することが必要である。しかしながら、溶融接合部を深く形成できるとされる高密度レーザによるキーホール型溶接では、ルート割れやポロシティといった欠陥や溶融接合部の乱れが発生しやすい。本発明者は、二次電池用アルミニウム缶体のように溶融接合部の外観も含めて安定して健全な溶接を要求される用途において、かかる溶接の適用は困難であると結論付けた。そこで、エネルギー密度を下げてキーホールを生じない熱伝導型レーザ溶接で健全な溶融接合部を得ながら、なおかつ溶融接合部を深くできるよう、被溶接対象である二次電池用アルミニウム缶体の製造に使用される高強度アルミニウム合金板体の成分組成を変更することを鋭意検討した。
　その結果、高強度アルミニウム合金に含有される成分のうち、特に、Ｓｉ及びＢの含有量を調整することで、二次電池用アルミニウム缶体として必要とされる機械的強度を与えるような溶融接合部の深さが得られ、しかも安定して健全な溶融接合部を得られることを見出した。Ｍｇの添加されているアルミニウム合金においても、Ｍｇの添加量も併せて調整することで、Ｍｇの添加されていないアルミニウム合金と同等の溶融接合部が得られることを見出した。
　以上に関して、深さを有しつつしかも健全な溶融接合部を安定的に得ることを目的として、本発明者は溶接試験を行っている。かかる溶接試験について、図１乃至図７を用いてその詳細を説明する。
　図１（ａ）に示すように、溶接試験では、二次電池用缶体の外装体に相当する筐体板２と蓋体に相当する蓋体板３との２つのアルミニウム合金平板の突き合わせ部を連続レーザ溶接して、溶接長を２００ｍｍとするＬ字型の溶接継手１を作製して各種試験を行っている。なお、筐体板２は、板厚０．５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍの後述する成分組成のアルミニウム合金板であり、蓋体板３は、板厚１．０ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ２００ｍｍのやはり後述する成分組成のアルミニウム合金板である。
　図１（ｂ）を参照すると、溶接継手１の作製において、筐体板２の端面２ａ近傍、すなわち筐体板２の側縁端部に蓋体板３の端面３ａを突き合わせて配置、仮固定した。ここで突き合わせ面である端面３ａの外側縁線とこれに沿って位置する端面２ａの縁線とを突き合わせ線５とする。
　次に、マルチモードのＣＷ（連続発振）ファイバーレーザを用い、突き合わせ線５に沿って端面２ａの直上からレーザ光６を照射し、溶接速度を５ｍ／分、前進角を１０°とし、シールドガスとして窒素を２０リットル／分で溶接部に供給しながらレーザ溶接した。溶融接合部４は、突き合わせ線５を挟んで筐体板２及び蓋体板３の両者に跨って形成され、筐体板２及び蓋体板３が接合され、溶接継手１が得られる。
　なお、レーザは、加工点と焦点との距離が０とし、集光ビーム径が０．８ｍｍ、その出力が２５００～３２００Ｗとなるように調整した。ここで、図１（ｃ）を参照すると、かかる熱伝導型となるレーザ出力密度の溶接では、溶融接合部４の深さＤに対する幅Ｗの比が１．５以上となるが、後述する実施例において、いずれもかかる出力範囲程度で溶融接合部４の深さＤを０．３５ｍｍ以上とすることが出来ることを確認できたため、溶融接合部４の深さＤが０．４ｍｍ（±０．０１ｍｍ）となるようにレーザ出力を調整した。
　また、後述する比較例では、溶融接合部４にキーホールを形成するようなキーホール型溶接をしているが、ここではレーザは、加工点と焦点との距離を０とし、集光ビーム径を０．２ｍｍに絞り、その出力は６００～８００Ｗで調整して、上記と同様に溶接を行っている。
　溶接継手１の作製に用いたアルミニウム合金板の成分組成はＪＩＳ－Ｈ４０００に規定される合金番号３００３、３００５及び１０５０の成分組成を変更したもので、それぞれ以下において３００３系、３００５系、１０５０系と呼ぶ。これらの成分組成のアルミニウム合金板体を筐体板２及び蓋体板３の双方に使用した。図２には、３００３系、３００５系及び１０５０系のそれぞれの代表成分を示した。また、図３には、実施例１～１５及び比較例１～２１の溶接継手１に使用したアルミニウム合金の成分組成のうち、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｂだけについて示した。すなわち、これ以外の成分組成については、図２の３００３系及び３００５系の代表成分と同じである。さらに、蓋体板３に１０５０系を使用し、筐体板２に３００３系又は３００５系を使用した場合についての実施例１６～２１及び比較例２２～３０についても、同様に図４に示した。ここで、各成分の含有量はいずれも質量比であり、以下、単に％又はｐｐｍで表記する。
　図３及び図４に試験結果を示した。なお、レーザ溶接条件の欄において、「Ｋ」はキーホール型溶接となるレーザ出力及び溶接速度の条件、「Ｈ」は熱伝導型溶接となるレーザ出力及び溶接速度の条件で溶接を行ったことを示している。
　「外観」の判定は、得られた各溶接継手１の溶接長２００ｍｍの全体を外観目視観察することにより行った。溶融接合部４の乱れがなく安定した外観を得られた場合を良好と判定し、図３及び図４において「○」で示した。局所的に溶融接合部４の幅が変化したりアンダーカットが発生したりして外観の乱れた部分を１カ所だけ有する場合を可と判定し、図３及び図４において「△」で示した。それ以上の数の外観の乱れがある場合を不可と判定し、図３及び図４において「×」で示した。
　「ポロシティ」及び「割れ」の判定は、溶接継手１の溶接長２００ｍｍから２０ｍｍの長さの試料を任意の２カ所から切り出して研磨し、光学顕微鏡観察することにより行った。なお、溶接継手１の長手方向に沿った溶接線方向の断面で溶融接合部４の中心部を観察した。「ポロシティ」の判定では、図５（ａ）に示すように、直径５０μｍ以上のポロシティが観察されないものを良好と判定し、図３及び図４において「○」で示した。図５（ｂ）に示すように、直径１００μｍまでのポロシティが溶接長１０ｍｍに対し５個以下のものを可と判定し、図３及び図４において「△」で示した。図５（ｃ）に示すように、それ以上の大きさのポロシティが観察されたものを不可と判定し、図３及び図４において「×」で示した。また、「割れ」の判定では、図６（ａ）に示すように、割れの観察されなかったものを良好と判定し、図３及び図４において「○」で示した。図６（ｂ）に示すように、割れの観察されたものを不可と判定し、図３及び図４において「×」で示した。
　「継手強度」の判定は、３００５系に対応する実施例５～１２、比較例５～１６について、引張試験により行った。詳細には、図７に示すように、各溶接継手１の溶接長２００ｍｍから任意の位置で２０ｍｍの長さに切り出した試験体１ｂでその筐体板２ｂをジグ２０に固定して引張試験を行っている。図示しない引張試験機の一方のチャックに取付けられたＬ型ジグ２１の上面に筐体板２ｂの主面を当接させて、筐体板２ｂを押さえ板２２で上から押さえてボルト２３及びナット２４で固定する。さらに、試験体１ｂの蓋体板３ｂの中心を図示しない引張試験機の引張りの中心軸Ｍに重ねるように、蓋体板３ｂを図示しないチャックに取付ける。これにより、試験体１ｂを、その突き合わせ面を境にして上下に分断するように引っ張る。引張り強度を試験体１ｂの蓋体板３ｂの断面積で割った値が３００３系の標準的な継手強度である１１０Ｎ／ｍｍ２よりも１０％高い１２１Ｎ／ｍｍ２以上の場合に良好と判定し、１２１Ｎ／ｍｍ２未満であった場合を不可と判定することとし、それぞれを図３及び図４において「○」「×」で示した。
　各溶接継手１の溶接試験結果の「評価」は、上記した「外観」、「ポロシティ」、「割れ」及び「継手強度」の各判定結果に基づいて行った。つまり、図３及び図４において、上記した判定結果が全て良好のものを「良好」、判定結果に可が含まれて不可のないものを「可」、判定結果に不可が含まれているものを「不可」で示した。
　図３の試験結果について述べる。まず、レーザ溶接条件を「Ｋ」とした３００３系の比較例１～４、３００５系の比較例１０～１６、１０５０系の比較例１８～２１については、いずれも「外観」において「不可」となり、溶接試験の「評価」がいずれも「不可」となっている。また、「ポロシティ」においても「良好」との結果は得られていない。つまり、キーホール型溶接によっては溶融接合部４を健全に得ることは困難である。
　次に、３００３系の実施例１及び２では、溶接試験結果の「評価」は「良好」であり、実施例３及び４では、溶接試験結果の「評価」は「可」であった。この熱伝導型溶接による実施例では、必要な深さＤとともに健全な溶融接合部４が得られた。なお、実施例３及び４については、溶融接合部４の一部にわずかに乱れが観察され、「外観」において「可」であった。考察するに、Ｂの含有量において、実施例１及び２の５．７ｐｐｍ及び９．７ｐｐｍに比べ、実施例３及び４では１１．０ｐｐｍ及び１７．３ｐｐｍと高く、１０ｐｐｍを超えている。詳細は後述するが、これが溶融接合部４の乱れの原因であると考える。よって、３００３系においてＢの含有量の上限は２０ｐｐｍではあるが、より好ましい含有量の上限は１０ｐｐｍである。
　また、３００５系の実施例５及び６では、溶接試験結果の「評価」は「良好」であり、実施例７及び８では、溶接試験結果の「評価」は「可」であった。この熱伝導型溶接による実施例では、必要な深さＤとともに健全な溶融接合部４を得られた。なお、実施例７及び８については、溶融接合部４の一部にわずかに乱れが観察され、「外観」において「可」であった。考察するに、Ｂの含有量において、実施例５及び６の９．８ｐｐｍ及び１６．３ｐｐｍに比べ、実施例７及び８では２０．９ｐｐｍ及び２６．７ｐｐｍと高く、２０ｐｐｍを超えている。詳細は後述するが、これが溶融接合部４の乱れの原因であると考える。よって、３００５系においてＢの含有量の上限は３０ｐｐｍであるが、より好ましい含有量の上限は２０ｐｐｍである。
　さらに、１０５０系の実施例１３及び１４では、溶接試験結果の「評価」は「良好」であり、実施例１５では、溶接試験結果の「評価」は「可」であった。この熱伝導型溶接による実施例では、必要な深さＤとともに健全な溶融接合部４を得られた。なお、実施例１５については、溶融接合部４の一部にわずかに乱れが観察され、「外観」において「可」であった。考察するに、Ｂの含有量において、実施例１３及び１４の２．７ｐｐｍ及び５．３ｐｐｍに比べ、実施例１５では９．２ｐｐｍと高く、６ｐｐｍを超えている。詳細は後述するが、これが溶融接合部４の乱れの原因であると考える。また、比較例１７ではＢの含有量が１３．４ｐｐｍと高く、１０ｐｐｍを超えている。その結果、溶融接合部４に乱れが観察され「外観」において「不可」、すなわち溶接試験結果の「評価」は「不可」であった。よって、１０５０系においてＢの含有量の上限は１０ｐｐｍであり、より好ましい含有量の上限は６ｐｐｍである。
　次に、３００５系の実施例９、比較例５及び６では、Ｓｉの含有量を順に０．２５％、０．３２％及び０．４５％としている。その結果、Ｓｉの含有量を０．２５％とした実施例９では、溶接試験結果の「評価」は「良好」であったが、Ｓｉの含有量を０．３０％よりも多くした比較例５及び６において「割れ」が「不可」となり、「ポロシティ」においても「良好」との結果を得られておらず、溶接試験結果の「評価」は「不可」であった。詳細は後述するが、Ｓｉの含有量の高いことが割れの原因であると考えられ、３００５系においてＳｉの含有量の上限は０．３０％である。
　次に、３００５系の比較例７、実施例１０～１２、比較例８及び９では、Ｍｇの含有量を順に０．１１％、０．２１％、０．３９％、０．５２％、０．６４％及び０．７８％としている。その結果、Ｍｇの含有量を０．２％未満とした比較例７では、「継手強度」が「不可」となり、Ｍｇ含有量を０．６％より多くした比較例８及び９では、「割れ」が「不可」となったが、実施例１０～１２においては溶接試験結果の「評価」で「良好」であった。詳細は後述するが、Ｍｇの含有量を少なくしたことが強度低下の原因であり、Ｍｇの含有量を多くしたことが割れの原因であると考えられる。よって、３００５系においてＭｇの含有量は０．２～０．６％の範囲内である。
　以上において、レーザ溶接による二次電池用アルミニウム缶体の組み立てでは、連続レーザのエネルギー密度や溶接速度などを調整して、溶融接合部４の深さＤに対する幅Ｗの比を１．５以上とする溶接、すなわち熱伝導型溶接としながら、一般的な二次電池用アルミニウム缶体の板体厚さに対して必要な機械強度を与える溶融接合部４の深さ０．３５ｍｍ以上の深さ０．４ｍｍ（±０．０１ｍｍ）を得られるのである。その上で、３００３系に対応する成分組成ではＳｉ及びＢの含有量を調整することで、３００５系に対応する成分組成ではＳｉ、Ｂ及びＭｇの含有量を調整することで、１０５０系に対応する成分組成ではＢの含有量を調整することで、それぞれ健全な溶融接合部４を得ることができる。つまり、健全な接合部を有し、より高い機械的強度を有する二次電池用アルミニウム缶体を得ることができる。
　なお、溶融接合部の健全性について、一般的なアルミニウム合金溶接部材の中でより厳しい要求のあるリチウムイオン二次電池用アルミニウム缶体を得る場合は、上記した溶接試験の「評価」を「可」とするだけではなく、「良好」とする必要に基づいて成分組成の範囲が定められる。すなわち、Ｂの含有量の上限は、３００３系に対応する成分組成において１０ｐｐｍ、３００５系に対応する成分組成において２０ｐｐｍ、１０５０系に対応する成分組成において６ｐｐｍである。
　続いて図４の試験結果について述べる。まず、レーザ溶接条件を「Ｋ」とし、筐体板２を３００３系とした比較例２４及び２５、筐体板２を３００５系とした比較例２９及び３０については、いずれも「ポロシティ」において「不可」となり、溶接試験の「評価」がいずれも「不可」となっている。つまり、キーホール型溶接によっては溶融接合部４を健全に得ることは困難である。
　さらに、筐体板２を３００３系とした実施例１６～１８、比較例２２では、蓋体板３に使用した１０５０系の成分組成において、Ｂの含有量を順に２．７ｐｐｍ、５．３ｐｐｍ、９．２ｐｐｍ、１３．４ｐｐｍとしており、上記した実施例１３～１５、比較例１７と蓋体板３について同様である。溶接試験結果も、実施例１６及び１７では実施例１３及び１４と同様に「評価」が「良好」であり、実施例１８では実施例１５と同様に「外観」が「可」であるため「評価」も「可」であり、比較例２２では比較例１７と同様に「外観」が「不可」であるため「評価」も「不可」であった。これらの結果の違いは蓋体板３についてのＢの含有量の違いによるものであると考えられる。すなわち、上記した実施例１３～１５、比較例１７と同様の考察を与えられる。
　また、筐体板２を３００５系とした実施例１９～２１、比較例２６についても、上記した実施例１６～１８及び比較例２２と同様の溶接試験結果である。これらの結果についても、上記した実施例１３～１５、比較例１７と同様の考察を与えられる。
　さらに、筐体板２を３００３系とした比較例２３においては、筐体板２のＢの含有量が２７．２ｐｐｍと高く、溶融接合部４に乱れが観察され、「外観」において「不可」、すなわち溶接試験結果の「評価」は「不可」であった。３００３系の成分組成においてＢの含有量の上限が２０ｐｐｍであることを上記したが、その裏付けとなる結果であった。
　次に、比較例２７においては、筐体板２に使用した３００５系の成分組成において、Ｓｉを０．４５％と高くしている。上記した比較例６と同様に、Ｓｉの含有量を０．３０％よりも多くした結果「割れ」が「不可」となり、溶接試験結果の「評価」は「不可」であった。上記した比較例６と同様に、Ｓｉの含有量の高いことが割れの原因であると考えられる。
　また、比較例２８においては、筐体板２に使用した３００５系の成分組成において、Ｍｇを０．７８％と高くしている。上記した比較例９と同様に、Ｍｇの含有量を０．６％より多くした結果「割れ」が「不可」となり、溶接試験結果の「評価」は「不可」であった。比較例９と同様に、Ｍｇの含有量を多くしたことが割れの原因であると考えられる。
　次に、上記した実施例と同等の溶融接合部を得るにあたり、二次電池用アルミニウム缶体の組み立てに用いられる３００３系及び３００５系のアルミニウム合金板体としての必須添加元素の成分範囲を定めた理由について説明する。
　Ｓｉは、母相内に固溶してアルミニウム合金板体として必要とされる機械的強度を向上させ、組み立て後の二次電池用アルミニウム缶体として必要とされる耐圧強度を向上させる。また、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系金属間化合物を形成し、アルミニウム合金板体の成形加工時の成形性を向上させる。一方で過剰に添加すると、割れの起点となりやすい粗大な金属間化合物を増加させアルミニウム合金板体の成形性を低下させて、溶接割れを生じさせやすくなる。そこで、上記した溶接試験の結果も踏まえ、Ｓｉの添加量は、０．０５～０．３０％の範囲内である。
　Ｆｅは、Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系金属間化合物やＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系金属間化合物を形成し、かかる金属間化合物を微細に析出させて、アルミニウム合金板体の成形加工時の潤滑効果を向上させて成形性を向上させる。一方で過剰に添加すると、割れの起点となりやすい粗大な金属間化合物を増加させ、アルミニウム合金板体の成形性を低下させる。そこで、Ｆｅの添加量は、０．０５～０．７％の範囲内である。
　Ｃｕは、母相内に固溶してアルミニウム合金板体として必要とされる機械的強度を向上させる。一方で過剰に添加すると、溶接割れが生じやすくなる。そこで、Ｃｕの添加量は、３００３系に対応するアルミニウム合金において０．０５～０．２５％の範囲内、３００５系に対応するアルミニウム合金において０．０５～０．３％の範囲内である。
　Ｍｎは、母相内に固溶してアルミニウム合金板体として必要とされる機械的強度をその添加量の増加に伴って向上させ得て、組み立て後の二次電池用アルミニウム缶体として必要とされる耐圧強度を向上させる。Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ系金属間化合物やＡｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｓｉ系金属間化合物を形成し、かかる金属間化合物を微細に析出させることでアルミニウム合金板体の成形加工時に潤滑効果を向上させて成形性を向上させる。一方で過剰に添加すると、割れの起点となりやすい粗大な金属間化合物を増加させ、アルミニウム合金板体の成形性を低下させる。そこで、Ｍｎの添加量は、０．８～１．５％の範囲内である。
　Ｂは、アルミニウム合金のスラブ造塊時において、鋳造組織を微細化し均質化することで圧延用スラブの鋳造割れを防止し得る。一方で過剰に添加すると、溶接時の溶融ビード中にポロシティを発生させやすく、さらに溶融ビード中の溶融金属の対流によりポロシティを凝集させることで溶融接合部の乱れを生じさせやすくする。なお、後述するＭｇの添加によりポロシティの発生に対するＢの影響を小さくし得るため、Ｍｇの含有量に伴いその添加量を調整され得る。そこで、上記した溶接試験の結果も踏まえ、Ｂの添加量は、３００３系に対応するアルミニウム合金おいて２～２０ｐｐｍの範囲内、より好ましくは２～１０ｐｐｍの範囲内、３００５系において２～３０ｐｐｍの範囲内、より好ましくは２～２０ｐｐｍの範囲内である。
　Ｍｇは、３００５系において必須添加元素であるが、３００３系においては任意添加元素である。Ｍｇは、母相内に固溶してアルミニウム合金板体として必要とされる機械的強度をその添加量の増加に伴って向上させ得て、組み立て後の二次電池用アルミニウム缶体として必要とされる耐圧強度を向上させる。また、Ｍｇ２ＳｉやＳ’相（Ａｌ２ＣｕＭｇ）を微細に析出させ、転移の移動を抑制させることで応力緩和を抑制し、アルミニウム合金板体として必要とされる耐応力緩和性を向上させる。一方で過剰に含有すると、加工硬化を促進させ、アルミニウム合金板体として必要とされる成形性を損なう。また、溶接時に割れやポロシティを発生させやすくなる。かかる観点から、そして上記した溶接試験の結果も踏まえ、Ｍｇの含有量は、３００３系に対応するアルミニウム合金において０．０５％以下の範囲内、３００５系に対応するアルミニウム合金において０．２～０．６％の範囲内である。
　さらに、二次電池用アルミニウム缶体の組み立てに用いられる３００３系及び３００５系のアルミニウム合金板体としての任意添加元素の成分範囲を定めた理由について説明する。
　Ｔｉは、アルミニウム合金のスラブ造塊時において、鋳造組織を微細化し均質化することで圧延用スラブの鋳造割れを防止し得る。一方で過剰に含有すると、溶接時に溶融金属の対流を不安定にさせ、溶融接合部にポロシティを残留させやすくさせてしまう。かかる観点から、Ｔｉの含有量は０．１％以下の範囲内である。
　その他の不純物元素として、Ｚｎ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｇａ、Ｖ、Ｎｉ等が挙げられるが、いずれも０．０５％以下の含有量とし、Ｔｉ及びＢを加えた合計を０．１５％以下の含有量とすることで上記した物理的特性に大きな影響を与えない。
　なお、外装体及び蓋体の両者に同一の成分組成のアルミニウム合金板体を使用すれば、機械的強度や溶接性において有利であり、組立て後のリサイクル性において有利である。
　さらに、外装体に比べて要求される機械的強度が低い蓋体には、純アルミニウムを使用することもできる。特に、高い導電性を要求される蓋体においては純アルミニウムであることが好ましい。純アルミニウムの成分組成は、例えば、ＪＩＳ  Ｈ４０００に規定される合金番号１０５０、１０６０、１０７０、１０８０、１０８５などの化学成分の範囲から適宜選択できる。この場合においても、上記した１０５０系のアルミニウム合金板体を用いた実施例と同様に、必須添加元素としてＢを２～１０ｐｐｍの範囲内、より好ましくは２～６ｐｐｍの範囲内とし、任意添加元素としてＴｉを０．０４％以下として溶融接合部の乱れを低減させ得る。さらに、他の任意添加元素として、Ｓｉは０．３０％以下、Ｆｅは０．６％以下、Ｃｕは０．１％以下、Ｍｎは０．０５％以下、Ｍｇは０．０５％以下、Ｚｎは０．１％以下の範囲内とすることが好ましい。
　また、上記した溶接試験においては、筐体板２の側縁端部に蓋体板３の端面３ａを突き合わせて溶接したが、筐体板２と蓋体板３との突き合わせの関係を他の関係としても同様である。例えば、図８（ａ）に示すように、蓋体板３の端面３ａ近傍、すなわち蓋体板３の側縁端部に筐体板２の端面２ａを突き合わせ、筐体板２に蓋体板３を乗せるように配置してもよい。この場合、突き合わせ面である端面２ａの外側縁線とこれに沿って位置する端面３ａの縁線とを突き合わせ線５とするように配置され、図８（ｂ）に示すように突き合わせ線５の位置に溶融接合部４を形成するよう溶接される。
　さらに、例えば、図９（ａ）に示すように、蓋体板３の側縁端部に筐体板２の板厚とほぼ同寸の深さの切り込み部３ｂを与え、これに筐体板２をはめ込むようにして蓋体板３の側縁端部に端面２ａを突き合わせても同様である。すなわち、この場合も突き合わせ面である端面２ａの外側縁線とこれに沿って位置する端面３ａの縁線とを突き合わせ線５とするように配置され、図９（ｂ）に示すように突き合わせ線５の位置に溶融接合部４を形成するよう溶接される。
　以上、本発明による実施例及びこれに基づく変形例を説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、様々な代替実施例及び改変例を見出すことができる。
１  溶接継手
２  筐体板
３  蓋体板
４  溶融接合部

Claims (10)

  1. 　アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体の製造方法であって、
    　少なくとも、質量比で、Ｓｉを０．３０％以下とした上でＢを２～３０ｐｐｍの範囲内で含むアルミニウム合金からなる合金板体を用意し、第１の合金板体の側縁端部に沿って第２の合金板体の端面を突き合わせる配置ステップと、
    　前記第１の合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿って連続レーザ溶接する溶接ステップと、を含み、
    　前記溶接ステップは、前記突き合わせ線を挟んで与えられる溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比Ｗ／Ｄを１．５以上とするようにレーザ溶接条件を制御する制御ステップを含むことを特徴とする二次電池用アルミニウム缶体の製造方法。
  2. 　前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方に、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．２０％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｂ：２～２０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を用意するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池用アルミニウム缶体の製造方法。
  3. 　前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方に、質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．３％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｍｇ：０．２～０．６％、Ｂ：２～３０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を用意するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の二次電池用アルミニウム缶体の製造方法。
  4. 　前記配置ステップは、前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の他方に、質量比で、必須添加元素として、Ｂ：２～１０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０４％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成のアルミニウム合金板体を前記蓋体として用意するステップを更に含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の二次電池用アルミニウム缶体の製造方法。
  5. 　前記第１の合金板体の側縁端部に沿って切り込み部を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の二次電池用アルミニウム缶体の製造方法。
  6. 　アルミニウム合金板体からなる蓋体及び外装体をレーザ溶接して組み立てた二次電池用アルミニウム缶体であって、
    　前記アルミニウム合金板体が、質量比で、少なくとも、Ｓｉを０．３０％以下を含有し、さらにＢを２～３０ｐｐｍの範囲内で含むアルミニウム合金であり、
    　第１の合金板体の側縁端部に沿って第２の合金板体の端面を突き合わせて前記第１の合金板体の端面にできる突き合わせ線に沿って連続レーザ溶接され、前記突き合わせ線を挟んで与えられた溶融接合部の深さＤに対する幅Ｗの比Ｗ／Ｄが１．５以上であり、かつ、深さＤが０．３５ｍｍ以上であることを特徴とする二次電池用アルミニウム缶体。
  7. 　前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方が、  質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．２５％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｂ：２～２０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項６記載の二次電池用アルミニウム缶体。
  8. 　前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の一方若しくは双方が、
    　質量比で、必須添加元素として、Ｓｉ：０．０５～０．３０％、Ｆｅ：０．０５～０．７％、Ｃｕ：０．０５～０．３％、Ｍｎ：０．８～１．５％、Ｍｇ：０．２～０．６％、Ｂ：２～３０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｔｉ：０．１％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項６記載の二次電池用アルミニウム缶体。
  9. 　前記第１の合金板体若しくは前記第２の合金板体の他方が、
    　前記蓋体であり、且つ、
    　質量比で、必須添加元素として、Ｂ：２～１０ｐｐｍ、任意添加元素として、Ｓｉ：０．３０％以下、Ｆｅ：０．６％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．１％以下、Ｔｉ：０．０４％以下の範囲内で残部Ａｌ及び不可避的不純物からなる成分組成を有することを特徴とする請求項７又は８に記載の二次電池用アルミニウム缶体。
  10. 　前記第１の合金板体の側縁端部に沿って切り込み部を与えた上で溶接されたことを特徴とする請求項６乃至８のいずれか１つに記載の二次電池用アルミニウム缶体。
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