專利名稱：電池蓋用鋁合金板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在電池蓋上使用的鋁合金板，能得到以沖壓加工使該蓋成形后即使不 實施退火處理也能夠發(fā)揮所需要的耐壓強(qiáng)度的電池蓋的鋁合金板及其制造方法。
背景技術(shù)：
在移動電話等的移動機(jī)器上使用的電池中，從輕量化的觀點出發(fā)，多使用在鋁或 鋁合金制的殼體內(nèi)收容有電解物質(zhì)的可充放電的密封型電池。但是，這樣的可充放電的密封型電池，以往，在過充電的情況下或過日照等的情況 下，存在電池內(nèi)部的溫度上升，電池殼體壁或電池殼體與蓋的焊接部等破壞，內(nèi)部的液體泄 漏的可能性等的問題。然而，例如，移動電話用的鋰離子二次電池的殼體是截面為矩形，厚度薄、寬度寬、 深度深的形狀。如果表示具體的尺寸，成為內(nèi)側(cè)尺寸為厚度4 7mmX寬度20 30X深度 40 60mm的形狀。因此，這樣的電池殼體用的板材，以基于拉深加工或減薄拉深加工(也 稱DI加工)的加工性良好為必要條件。另外，在將來的汽車等的大型移動機(jī)器上使用的電池，考慮使上述尺寸的各邊達(dá) 到2 10倍程度的電池若干層疊的使用形態(tài)。如此，在電池殼體用的材料方面，要求DI加工容易，并且輕量性、高強(qiáng)度性、加工 性。并且，作為滿足這樣的性質(zhì)的材料，例如在專利文獻(xiàn)1中提出Mn :0. 8 2. 0質(zhì)量％， Fe :0. 6質(zhì)量％以下，Si :0. 3質(zhì)量％以下，剩余部分Al為由鋁構(gòu)成的A3003系鋁合金板的 方案，另外在專利文獻(xiàn)2中提出Mn 0. 3 1. 5質(zhì)量％，狗大于1. 6小于等于1. 8質(zhì)量％， 剩余部分Al為由鋁構(gòu)成的鋁合金板的方案。近年來，提出不僅在原材料上，并且在電池殼體的形狀·結(jié)構(gòu)上下功夫，在發(fā)生上 述破壞事故之前，在施加一定的內(nèi)壓的情況下破壞電池蓋的特定地方，自身能夠防患于未 然的具備防爆功能的電池(參照專利文獻(xiàn)幻。防爆部在規(guī)格上具有多種，以厚度20 μ m左 右、通常3MPa左右為標(biāo)準(zhǔn)決定防爆部的耐壓強(qiáng)度，以其附近的壓力破壞防爆部的方式構(gòu) 成。更詳細(xì)地說，提出通過在電池蓋上設(shè)置有一定的開口部，并且在該開口部上覆蓋 一層與電池殼體相比斷裂壓力低的鋁箔，從而在電池殼體具有防爆功能的電池。并且，根據(jù) 上述專利文獻(xiàn)3，采用在電池蓋的開口部上覆蓋作為防爆部的金屬薄板的方法，因此具不必 進(jìn)行該金屬薄板的板厚度檢查，可以大幅度消減在檢查上花費的成本的優(yōu)越效果。但是，在專利文獻(xiàn)3所提出的方案中出現(xiàn)了下述問題由于覆蓋作為防爆部的金 屬薄板的工序需要其他途徑，因此制造工序增加，而且雖然說不需要對該金屬薄板的板厚 度進(jìn)行檢查但是必須通過其他途徑檢查是否適當(dāng)程度地密接。即，在電池整體的制造上，出現(xiàn)由于制造工序增加，操作性惡化的問題。在此，本發(fā)明者等，將鋁合金板作為原材料通過進(jìn)行沖壓加工，使具備防爆部的電 池用蓋一體成形。專利文獻(xiàn)1 日本特開2002-1；34069號公報專利文獻(xiàn)2 日本特開2003_7沈0號公報專利文獻(xiàn)3 日本特開平9-199088號公報

發(fā)明內(nèi)容
然而，在想要在覆蓋電池殼體的蓋上，利用沖壓加工一體地形成薄壁的防爆部時， 優(yōu)選該防爆部以均勻的厚度成形，具有必要的耐壓強(qiáng)度。而且，在想要以冷軋沖壓加工制造 像電池殼體蓋那樣的細(xì)小的部件時，不僅需要提高各部位的成形精度，而且需要應(yīng)該使產(chǎn) 品整體均質(zhì)的品質(zhì)管理。進(jìn)一步地，如果想要在加工之后附加退火工序，不僅費事而且在品 質(zhì)上容易產(chǎn)生不規(guī)整。本發(fā)明就是為了解決這樣的問題而提出的，其目的在于提供一種以鋁合金板作為 原材料制造電池殼體用的蓋時，不是采用退火工序，而是能夠以沖壓加工整體地得到薄壁 的防爆部的電池蓋用鋁合金板。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明的電池蓋用鋁合金板，其特征在于，具有Fe為1. 15 1. 35質(zhì)量％，Mn為0. 40 0. 60質(zhì)量％，剩余部分由鋁和雜質(zhì)構(gòu)成，并且作為雜質(zhì)的Si被 限制為0. 05質(zhì)量％以下、作為雜質(zhì)的Cu被限制為0. 05質(zhì)量％以下、作為雜質(zhì)的Mg被限制 為0. 05質(zhì)量％以下的組成，以及在軋制面上，沿與軋制方向成直角的方向上的結(jié)晶粒的最 大寬度為100 μ m以下，結(jié)晶粒的寬度的平均值為25 μ m以下的組織。另外，本發(fā)明的電池蓋用鋁合金板也可以為含有Ti :0. 005 0. 15質(zhì)量％，或Ti 0. 005 0. 15質(zhì)量％和B 0. 0005 0. 05質(zhì)量％的鋁合金板。具有這樣的細(xì)微機(jī)構(gòu)的鋁合金板，在以530 620°C Xl小時以上的條件對具有 上述成分組成的鋁合金鑄塊實施均質(zhì)化處理之后，進(jìn)行熱軋，進(jìn)一步地，在以40%以上的壓 延率進(jìn)行冷軋之后，以1°C /秒以上的平均升溫速度加熱到350 550°C的范圍內(nèi)并且不保 持或進(jìn)行10分鐘以下的保持，通過以1°C /秒以上的平均冷卻速度的條件實施退火而被制造。退火后，也可以再實施冷軋。由本發(fā)明提供的電池蓋用鋁合金板，規(guī)定成分組成，同時以沒有粗大結(jié)晶粒，由微 細(xì)的結(jié)晶粒構(gòu)成，因此呈現(xiàn)所希望的耐壓強(qiáng)度，同時縮小耐壓強(qiáng)度不統(tǒng)一。由此，沖壓成形 性優(yōu)良，即使一體成形也能夠使薄壁的防爆部精度良好地成形。而且，因為在冷軋成形之后 也可以不附加退火工序，所以能夠以低成本大量生產(chǎn)品質(zhì)穩(wěn)定的電池用蓋。


圖1為模式地說明具備電池蓋的電池的截面的概略圖。圖2為模式地說明具備電池蓋的電池的上面的概略圖。圖3為說明結(jié)晶粒寬度的測定部位(退火板)以及測定方法的概略圖。圖4為說明結(jié)晶粒寬度的測定部位(冷軋板)以及測定方法的概略圖。
具體實施例方式首先，對使用本發(fā)明提供的鋁合金板的電池殼體和其蓋進(jìn)行說明。圖1為模式地表示具備蓋的電池的截面的概略圖，圖2為模式地表示電池的蓋上 面的概略圖。圖中，1為密封型電池，2為電池殼體，3為以本發(fā)明鋁合金板作成的蓋。4為 收容在電池殼體內(nèi)的電解物質(zhì)，例如以鋰離子為介質(zhì)的電解物質(zhì)，5為電池的+端子，6為包 圍+端子5的周圍的絕緣體，7為通向+端子的導(dǎo)線，8為通向-端子的導(dǎo)線，由此電池蓋3 為-端子。另外，9為電解物質(zhì)4的注入口，注入電解物質(zhì)4后被關(guān)閉。10為+端子5的安 裝孔，11為在本說明書中成為問題的防爆部，12為將電池蓋3和電池殼體2周圍密封接合 的焊接部。但是，在如最初記載的厚度4 7mmX寬度20 30 X深度40 60mm的形狀的電 池中，將約Imm厚度的鋁合金板作為原材料進(jìn)行沖壓加工，并且一體成形形成有厚度10 30 μ m的防爆部的蓋。在此，本發(fā)明者等，對即使是具有厚度10 30 μ m的防爆部的蓋，也能夠進(jìn)行成形 精度良好地沖壓加工，并且即使在冷軋之后不用退火也能夠發(fā)揮所需的耐壓強(qiáng)度的鋁合金 板進(jìn)行熱心地研究。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了通過成分組成和結(jié)晶粒的寬度尺寸特定的鋁合金板，能 夠解決上述課題。以下，對其詳細(xì)情況進(jìn)行說明。首先，作為原材料的鋁合金，使用由以下物質(zhì)組成的鋁合金，含有!^e :1. 15 1. 35 質(zhì)量％，Mn 0. 40 0. 60質(zhì)量％，并且剩余部分由Al和雜質(zhì)構(gòu)成，作為雜質(zhì)的Si限制為 0. 05質(zhì)量％以下，Cu限制為0. 05質(zhì)量％以下，Mg限制為0. 05質(zhì)量％以下。另外，也可以同時含有Ti :0. 005 0. 15質(zhì)量％，或Ti :0. 005 0. 5質(zhì)量％和B 0. 0005 0. 05 質(zhì)量 ％。Fe :1. 15 1. 35 質(zhì)量 ％Mn 0. 40 0. 60 質(zhì)量％這些元素，在向鋁合金板提供強(qiáng)度的同時，微細(xì)地分散形成Al-O^-Mn)類的金屬 間化合物并且提供再結(jié)晶組織的微細(xì)化和DI成形性。如果狗和Mn的含有量沒有達(dá)到下 限值，則不能得到所希望的耐壓強(qiáng)度。但是，如果超過上限值，則耐壓強(qiáng)度過高，為了調(diào)整強(qiáng) 度有必要進(jìn)行回火處理。此外，Al-(Fe-Mn)類間化合物變得粗大并且變多從而使沖壓成形 性降低，難以得到穩(wěn)定厚度的防爆部。Ti 0. 005 0. 15 質(zhì)量％B 0. 0005 0. 05 質(zhì)量％Ti和B是為了防止鑄造時的鑄造裂紋的物質(zhì)，在熔融金屬中形成Al-Ti或 Al-Ti-B的化合物，具有防止鑄造時的鑄造裂紋的效果。如果在鑄造時做到防止鑄造裂紋的 應(yīng)對，則不一定需要積極地添加。另外，在添加時，雖然可以只添加Ti，但如果使Ti和B共 存，則防止鑄造裂紋的效果提高。剩余部分為Al和雜質(zhì)。一旦作為雜質(zhì)的Si超過0. 15質(zhì)量％，Cu超過0. 05質(zhì)量％，或者M(jìn)g超過0. 05質(zhì)
量％，基于沖壓加工的加工硬化的不統(tǒng)一變大，從而難以得到具有穩(wěn)定耐壓強(qiáng)度的防爆部。
特別是，Si形成Al-Fe-Si類的化合物從而使沖壓成形性惡化，難以得到具有穩(wěn)定 厚度的防爆部，因此優(yōu)選較少的量，0. 12質(zhì)量％以下，更優(yōu)選的是0. 10質(zhì)量％以下。其它的雜質(zhì)含有量在通常的范圍即可。例如Si為0.25質(zhì)量％以下，優(yōu)選的是0.20 質(zhì)量％以下。另外，Cr為0. 10質(zhì)量％以下，優(yōu)選的是0.05質(zhì)量％以下。接著，對結(jié)晶粒的尺寸進(jìn)行說明。在得到使強(qiáng)度穩(wěn)定并升高，提高沖壓成形性，并且成形精度優(yōu)良的沖壓成形品時， 優(yōu)選不存在粗大的結(jié)晶粒而微細(xì)地具有的結(jié)晶粒。為此，在本發(fā)明中，將結(jié)晶粒的寬度控制在，在軋制面上，與軋制方向成直角的方 向的結(jié)晶粒的最大寬度為100 μ m以下，結(jié)晶粒的平均寬度為25 μ m以下。并且，本發(fā)明所 述的結(jié)晶粒的最大寬度尺寸和平均寬度是，研磨軋制面，并且實施氧化鋁膜處理，以偏振光 顯微鏡觀察，使用橫切法(crosscut)沿與軋制方向成直角的方向進(jìn)行測定。圖3為模式地 表示本發(fā)明中的結(jié)晶粒寬度的測定部的說明圖。21為再結(jié)晶粒，22為結(jié)晶粒寬度的測定面 的軋制面，23為結(jié)晶粒的最大寬度。圖4是與圖3相同的說明圖。M為軋制退火板的軋制 板，說明在再結(jié)晶粒21沿軋制方向稍微伸長的狀態(tài)下測定結(jié)晶粒的寬度的形態(tài)。25表示與 軋制方向垂直的方向。結(jié)晶粒的寬度越細(xì)微，與粗大的結(jié)晶粒相比1結(jié)晶粒的金屬流動(metal flow)對 板整體的影響越小，因此能夠得到?jīng)_壓成形性提高，成形精度優(yōu)良的沖壓成形品。如果結(jié)晶 粒的平均寬度為25μπι以下，希望的精度的電池用蓋就易于沖壓成形。當(dāng)結(jié)晶粒的平均寬 度超過25 μ m時，沖壓成形性惡化，成形精度也下降。特別是如果存在寬度超過100 μ m那樣的粗大的結(jié)晶粒，雖然結(jié)晶粒的平均寬度 超過25 μ m的情況增多，但即使不超過25 μ m，由于粗大結(jié)晶粒的存在，粗大粒的金屬流動 對板整體的金屬流動產(chǎn)生很大的影響，喪失均勻性從而使成形性降低。另外，由于寬度大的 粗大結(jié)晶粒的存在而引起薄壁防爆部的材質(zhì)變得不均勻，容易以粗大的結(jié)晶粒為起點發(fā)生 斷裂，缺乏防爆部的穩(wěn)定性。對不存在這樣的粗大結(jié)晶粒，結(jié)晶粒的平均寬度在25 μ m以下的鋁合金板的制造 方法進(jìn)行說明。以通常的方法對具有規(guī)定的成分組成的鋁合金熔融金屬進(jìn)行鑄造，得到鑄塊。可 以采用連續(xù)鑄造法，也可以采用半連續(xù)鑄造法。此時，為了抑制鑄造裂紋的發(fā)生，也可以添 加Ti或B。對得到的鑄塊實施均質(zhì)化處理。此時，優(yōu)選預(yù)先進(jìn)行端面切削(facing)從而除去 表面的不均勻?qū)印＞|(zhì)化處理530 620°C X 1小時以上在沒有具有粗大寬度的結(jié)晶粒調(diào)整為微細(xì)寬度的結(jié)晶粒時，均質(zhì)化處理的工序變 得重要。為了使鑄塊中的晶出物充分固溶，需要以高的溫度充分均質(zhì)化。再沒有達(dá)到530°C， 或者沒有達(dá)到1小時的處理中，晶出物殘留。如果超過620°C，則存在部分溶解的可能性。 另外，即使保持M小時以上，效果也僅僅是飽和，并且在經(jīng)濟(jì)方面變得不利。均質(zhì)化處理后，實施熱軋。熱軋為以比較高的溫度開始，并且在高溫下最后加工進(jìn)行纏繞。為了在熱軋中不 使析出物不均勻地析出，優(yōu)選熱軋在均勻化處理的范圍的溫度開始，在390°C以上結(jié)束。如果熱軋結(jié)束溫度沒有達(dá)到390°C，析出物在后續(xù)工序中產(chǎn)生惡劣影響。優(yōu)選的是400°C以 上。如果在均質(zhì)化處理和熱軋的過程中晶出物殘留，或者是析出物不均勻地析出，在 冷軋時，在晶出物或析出物存在的周圍與不存在這些晶出物或析出物的地方產(chǎn)生不均勻的 形變，其結(jié)果是，在最終退火時的再結(jié)晶時，在形變少的地方產(chǎn)生具有的粗大寬度的再結(jié)晶 粒，在形變大的地方產(chǎn)生寬度小的微細(xì)的再結(jié)晶粒，使沖壓成形性惡化。退火前的冷軋壓延率40%以上優(yōu)選在最終的退火時，使寬度小的再結(jié)晶粒均勻微細(xì)時，增高壓延率，使其受到更 多形變。如果沒有達(dá)到40%，則不能使寬度小的再結(jié)晶粒均勻微細(xì)化。mm^k Miv/mx卜.的平均升溫諫度力^ 丨350 550°〇的范_內(nèi)不講行{呆 持或講行10 'Amx^mm,以rc / mx卜.的平均7令去ρ諫度7令去口。將再結(jié)晶粒調(diào)整為均勻微細(xì)時，該退火工序地條件設(shè)定也成為重要的因素。如果 溫度未達(dá)到350°C，則不能使再結(jié)晶粒微細(xì)均勻化。如果進(jìn)行超過550°C，或者超過10分鐘 程度的長時間的退火，再結(jié)晶粒成長，就得不到均勻微細(xì)的再結(jié)晶粒。另外，退火時的升溫速度和冷卻速度也很重要。為了抑制在冷卻時引發(fā)的形變的 不均勻的消除，以rc /秒以上的平均速度急速加熱是很有效的，為了防止再結(jié)晶粒的成 長，以l°c /秒以上的平均速度急速冷卻是很有效的。此外，冷卻速度的控制至200°C即可， 冷卻下限速度同樣設(shè)為200°C左右即可。在最終的退火后，為了使蓋主體的強(qiáng)度提高從而難以被損壞，也可以以90%以下、 優(yōu)選的為60%以下的壓延率實施最終的冷軋。(實施例)實施例1 接著，對具體的實施例進(jìn)行說明。熔煉如圖1所示的成分組成的鋁合金熔融金屬，以半連續(xù)鑄造法以厚度530mm、寬 度1100mm，來自金屬模的冷卻水3. 0升/cm分，鑄塊的引出速度50mm/分鑄造鑄塊。接著，在對該鑄塊進(jìn)行端面切削后，在600°C X2小時的條件下進(jìn)行均質(zhì)化處理， 保持后開始熱軋，在結(jié)束溫度400°C下成為厚度6mm的熱軋板。接著在冷軋4軋道(pass) 成為1.4mm厚的冷軋板。其后，將合金No. 1、2、3、5的冷軋板以200°C /秒的平均速度升溫至500°C，并且在 該溫度下保持10秒鐘后，進(jìn)行以平均速度200°C /秒的速度急速冷卻至200°C的退火。接 著，將冷卻至室溫的上述退火板再次冷軋，成為厚度Imm的板。對合金No. 4而言，將退火溫 度設(shè)為450°C，實施其它條件相同的處理。得到的上述厚度Imm的冷軋板，再進(jìn)行研磨，并且在氧化鋁膜處理后的軋制面上 以偏振光顯微鏡觀察沿與軋制方向成直角的方向的結(jié)晶粒的最大寬度，并且使用橫切法測 定包括最大寬度的平均寬度。以橫截切斷長度/切線的結(jié)晶粒數(shù)表示平均寬度。在表2中表示該結(jié)果。表 1供試材的組成
權(quán)利要求
1.一種鋁合金制電池蓋，其特征在于以電池蓋用鋁合金板為原料進(jìn)行沖壓加工，沖壓成型至預(yù)先確定的厚度，使未退火的 防爆部一體成型，該電池蓋用鋁合金板在軋制面上具有沿與軋制方向成直角的方向上的結(jié) 晶粒的最大寬度為100 μ m、結(jié)晶粒的寬度的平均值為25 μ m以下的組織。
2.如權(quán)利要求1所述的鋁合金制電池蓋，其特征在于 所述防爆部的厚度為10 μ m 30 μ m。
3.一種鋁合金制電池蓋，其為具備防爆部的電池蓋，該鋁合金制電池蓋的特征在于 防爆部包括鋁合金，與電池蓋一體成型，具有按質(zhì)量％為如下的鋁合金的組成Fe為1. 15 1. 35%，Mn為0. 40 0. 60%， 剩余部分由鋁和雜質(zhì)構(gòu)成，作為雜質(zhì)的Si被限制為0. 05%以下、作為雜質(zhì)的Cu被限制為 0. 05%以下、作為雜質(zhì)的Mg被限制為0. 05%以下；并且，在軋制面上具有沿與軋制方向成 直角的方向上的結(jié)晶粒的最大寬度為ΙΟΟμπι，結(jié)晶粒的寬度的平均值為25μπι以下的組
4.如權(quán)利要求3所述的鋁合金制電池蓋，其特征在于 還具有含有0. 005 0. 15質(zhì)量％的11的組成。
5.如權(quán)利要求4所述的鋁合金制電池蓋，其特征在于 還具有含有0. 0005 0. 05質(zhì)量％的B的組成。
6.如權(quán)利要求3 5中任一項所述的鋁合金制電池蓋，其特征在于 所述防爆部被沖壓成型至預(yù)先確定的厚度，未退火。
7.如權(quán)利要求6所述的鋁合金制電池蓋，其特征在于 所述防爆部的厚度為10 μ m 30 μ m。
8.一種鋁合金制電池蓋的制造方法，其特征在于以電池蓋用鋁合金板為原料進(jìn)行沖壓加工，使薄壁的防爆部一體成型， 該電池蓋用鋁合金板如下制得以530 620°C Xl小時以上的條件對具有權(quán)利要求 3 7中的任何一項所述的組成的鋁合金鑄塊實施均質(zhì)化處理，之后，對其進(jìn)行熱軋，進(jìn)一 步，以40%以上的壓延率對其進(jìn)行冷軋，之后，以1°C /秒以上的平均升溫速度將其加熱到 350 550°C的范圍內(nèi)并且不保持或進(jìn)行10分鐘以下的保持，以平均冷卻速度為1°C/秒以 上的條件對其實施退火。
9.如權(quán)利要求8所述的鋁合金制電池蓋的制造方法，其特征在于 在退火后，對所述電池蓋用鋁合金板進(jìn)一步實施冷軋。
10.如權(quán)利要求9所述的鋁合金制電池蓋的制造方法，其特征在于 以60% 90%的冷軋率實施冷軋。
全文摘要
本發(fā)明提供一種電池蓋用鋁合金板，在以鋁合金板為原材料制造電池殼體用的蓋時，不采用退火工序，而是能夠以一體地沖壓加工得到薄壁的防爆部的電池蓋用鋁合金板。Fe1.15～1.35質(zhì)量％，Mn0.40～0.60質(zhì)量％，進(jìn)一步根據(jù)需要，含有Ti0.005～0.15質(zhì)量％，或者Ti0.005～0.15質(zhì)量％和B0.0005～0.05質(zhì)量％，并且剩余部分由Al和雜質(zhì)構(gòu)成，作為雜質(zhì)的Si限制在0.05質(zhì)量％以下，Cu限制在0.05質(zhì)量％以下，Mg限制在0.05質(zhì)量％以下，對具有如上組成的鋁合金的組織，通過制造條件的調(diào)整，使結(jié)晶粒的最大寬度調(diào)整到100μm以下，平均寬度調(diào)整到25μm以下。
文檔編號C22C21/00GK102136554SQ201010573300
公開日2011年7月27日 申請日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月12日
發(fā)明者石井秀彥, 藤井孝典, 高橋照榮 申請人:日本輕金屬株式會社