鋰離子電池用鋁合金板材及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種能夠大幅度減少激光焊接時(shí)發(fā)生的焊道不整齊或底部填料的焊接缺陷的發(fā)生數(shù)量的鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，含有0.8質(zhì)量％以上1.5質(zhì)量％以下的Mn，0.6質(zhì)量％以下的Si，0.7質(zhì)量％以下的Fe，0.20質(zhì)量％以下的Cu，0.20質(zhì)量％以下的Zn，在具有包括余下的Al及不可避免的不純物而構(gòu)成的組成的鋁合金板材的基體中，最大長度小于1.0大m的Al-Mn-Si系金屬間化合物以0.25個(gè)/μm2以上分布，對5000μm2視野范圍進(jìn)行圖像分析時(shí)，所述金屬間化合物的面積率為3.0％以上。
【專利說明】鋰離子電池用鋁合金板材及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種主要適合作為車載用鋰離子電池的殼體材料及封閉材料的鋁合 金板材，特別涉及一種在對殼體材料和封閉材料進(jìn)行激光焊接時(shí)能夠抑制發(fā)生焊接缺陷的 的鋰離子電池用鋁合金板材及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 對作為用于混合動(dòng)力車或電動(dòng)車的電池而備受關(guān)注的鋰離子電池而言，在圓筒形 或矩形的容器封入電極等內(nèi)部結(jié)構(gòu)體（殼體材料）之后，通過激光焊接設(shè)置封口用的蓋 (封閉材料），并注入電解液而形成。作為殼體材料及封閉材料的材質(zhì)，優(yōu)選使用重量輕且 能夠通過沖壓成型進(jìn)行一體成型及激光焊接的鋁合金。
[0003] 在對殼體材料和封閉材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，由于局部的焊道較大且深（焊道不整 齊），因而會(huì)產(chǎn)生如下問題：產(chǎn)生孔隙，或?qū)?nèi)部結(jié)構(gòu)體造成熱影響的不良情況，由于局部 的焊道發(fā)生凹陷而使封閉部分的剩余厚度變小，損害安全性等不良情況。
[0004] 作為沖壓成型性或激光焊接性良好的鋁合金，采用了JISA1050,為了減少在激光 焊接時(shí)上述焊接缺陷的發(fā)生數(shù)量，已提出了如下方法：將JISA1050中的Ti含有量在控制 在0.01%以下，或調(diào)整Ti、B含有量，將液相中的粘度控制在0.016PA·s。
[0005] 在鋰離子電池用鋁合金板材中，為實(shí)現(xiàn)電池的小型輕量化，期望更加高強(qiáng)度、且薄 的材料，對于所適用的鋁合金，期望使用JISA3003來代替JISA1050。但是，由于JISA3003 與JISA1050相比，含有成分量或金屬間化合物更多，因此容易發(fā)生所述的焊接缺陷，有必 要采取緊急措施。 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) 專利文獻(xiàn)
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :特開2009-127075號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2 :特開2009-287116號(hào)公報(bào)


【發(fā)明內(nèi)容】
發(fā)明要解決的課題
[0007] 對車載用鋰離子電池的殼體材料和封閉材料進(jìn)行激光焊接時(shí)，使用YAG激光（波 長：1. 06μm)或光纖激光（波長：1. 07μm)等激光。發(fā)明人著眼于JISA3003所含有的 Al-Fe系、Al-Fe-Si系、Al-Mn系、Al-Mn-Si系的金屬間化合物的激光吸收率比鋁基材的激 光吸收率相比較要高，并通過反復(fù)的試驗(yàn)、分析，得出如下結(jié)果，即：在鋁基材中，使上述金 屬間化合物細(xì)微地分散，并使得均勻地吸收被照射的激光，由此能夠減少激光焊接時(shí)所發(fā) 生的焊接缺陷，即使在基材的導(dǎo)電率較高時(shí)，或即使在激光焊接中產(chǎn)生了可發(fā)生焊接缺陷 的急劇地?zé)彷斎耄ɡ缂す饷辛舜执蟮慕饘匍g化合物時(shí)）的情況下，也能夠容易消散熱 量，從而能夠減少焊接缺陷。
[0008] 本發(fā)明是基于上述見解而提出的，其目的在于，提供一種能夠大幅度減少進(jìn)行脈 沖激光焊接或CW(連續(xù)波）激光焊接等激光焊接時(shí)所產(chǎn)生的焊道不整齊或凹陷等焊接缺陷 的發(fā)生數(shù)量的鋰離子電池用鋁合金板材及其制造方法。 解決課題的方法
[0009] 為了達(dá)成上述目的的權(quán)利要求1的鋰離子電池用鋁合金板材的特征在于，含有 0. 8質(zhì)量％以上1. 5質(zhì)量％以下的Mn, 0. 6質(zhì)量％以下的Si, 0. 7質(zhì)量％以下的Fe, 0. 20質(zhì) 量％以下的Cu, 0. 20質(zhì)量％以下的Zn,在具有包括余下的Al及不可避免的不純物而構(gòu)成 的組成的錯(cuò)合金板材的基體中，最大長度小于I.Oum大小的Al-Mn-Si系金屬間化合物以 0. 25個(gè)/μm2以上分布，對5000μm2視野進(jìn)行圖像分析時(shí)，所述金屬間化合物的面積率在 3. 0%以上。
[0010] 權(quán)利要求2的鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，權(quán)利要求1中，25°C下的導(dǎo) 電率在 45 - 55IACS%。
[0011] 權(quán)利要求3的鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，權(quán)利要求1或2中，表面的 平均結(jié)晶的圓當(dāng)量粒徑在50μm以下。
[0012] 權(quán)利要求4的鋰離子電池用鋁合金板材的制造方法，其特征在于，對具有權(quán)利要 求1所述的成分的鋁合金的鑄塊在400 - 550°C下進(jìn)行3 - 48h均質(zhì)化處理后，進(jìn)行初始溫 度為400 - 550°C的熱軋，然后，進(jìn)行加工度70%以上的冷軋而獲得規(guī)定的厚度，在連續(xù)退 火爐中以100 - 500°C/s的升溫速度、480 - 550速的退火溫度進(jìn)行最終退火。 發(fā)明的效果
[0013] 根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種能夠大幅度降低進(jìn)行激光焊接時(shí)所發(fā)生的焊道不整齊 或凹陷等的焊接缺陷的發(fā)生數(shù)量，并適合作為鋰離子電池的殼體材料及封閉材料而使用的 鋰離子電池用鋁合金板材及其制造方法。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014] 圖1是示出脈沖激光焊接時(shí)的焊道不整齊部分的例子的圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 對本發(fā)明的鋰離子電池用鋁合金板材的合金成分的意義及其限定理由進(jìn)行說明。 Mn： Mn是提高鋰離子電池用鋁合金板材的強(qiáng)度的有效元素。Mn的優(yōu)選的含有量在0. 8%以 上1. 5%以下的范圍。少于0. 8%時(shí)，不能充分達(dá)到提高強(qiáng)度的效果，若超過1. 5%，鑄造時(shí) 會(huì)生成粗大的金屬間化合物，會(huì)增加殼體成型時(shí)的破損，降低封閉材料成型時(shí)的防爆閥部 的成型性。另外，Mn固溶于鋁基材中以降低導(dǎo)電率，提高被照射的激光的熱變換效率，并生 成Al-Mn系、Al-Mn-Si系的金屬間化合物，提高激光的吸收率。
[0016]Si： Si在鑄塊的均質(zhì)化處理時(shí)，發(fā)揮生成Al-Mn-Si系的金屬間化合物，并提高金屬間 化合物的分散性的效果，但若Si的含有量超過0. 6%，容易生成粗大的Al-Fe-Si系、或 Al-Mn-Si系的金屬間化合物，這些金屬間化合物成為導(dǎo)致激光焊接時(shí)產(chǎn)生焊接缺陷的起 因。因此，限制Si的含有量控制在0.6%以下，優(yōu)選Si的含有量控制在0.35%以下，更優(yōu) 選Si的含有量控制在0. 05%以下，然而，降低Si含有量，會(huì)導(dǎo)致由使用高純度原料金屬會(huì) 引起的制造成本的增加，并且隨著固溶Si量的減少而導(dǎo)電率會(huì)提高，被照射的激光的熱變 換效率會(huì)降低，熔深會(huì)減少，因此，期望能選擇與成本、要求的熔深相兼顧的最佳值。
[0017]Fe： Fe在鑄塊的均質(zhì)化處理時(shí)，發(fā)揮生成Al-Fe系、Al-Fe-Si系的金屬間化合物，并提高金 屬間化合物的分散性的效果，若Fe的含有量超過0. 7 %，粗大的Al-Fe系金屬間化合物會(huì)增 力口，且使殼體成型時(shí)的破損增加，使封閉材料成型時(shí)的防爆閥部的成型性降低。因此，優(yōu)選 限制Fe的含有量在0. 7%以下。
[0018] Cu: Cu是以調(diào)整材料表面的電位為目的而添加的，若Cu的含有量超過0. 20%，容易產(chǎn)生起 因于析出的Al-Cu系金屬間化合物的局部腐蝕，因此優(yōu)選限制Cu的含有量在0. 20%以下。
[0019]Zn: Zn的優(yōu)選含有量在0. 20%以下的范圍內(nèi)，若Zn的含有量超過0. 20%，則材料表面的電 位變低，容易發(fā)生全面腐食。
[0020] 作為其他的合金元素，即使含有的Cr在0.05%以下，Mg在0.05%以下，Ti在 0.05%以下，也不會(huì)影響本發(fā)明的效果。
[0021] 以下，對本發(fā)明的鋰離子電池用鋁合金板材的制造方法進(jìn)行說明。 溶解并鑄造具有所述組成的鋁合金。鑄造可以使用一般的半連續(xù)鑄造法進(jìn)行。鑄造 時(shí)，為了減少生成成為吸收被照射的激光而生成焊接缺陷的主要原因的粗大的結(jié)晶物（金 屬間化合物），優(yōu)選采用能夠提高鑄造速度或減小鑄塊（板）厚度等的方法。
[0022] 對獲得的鑄塊進(jìn)行均質(zhì)化處理。以細(xì)微地析出Al_(Mn、Fe)_Si系金屬間化合物 (以下稱為Al-Mn-Si系金屬間化合物）為目的，均質(zhì)化處理在400-550°C的溫度下保持 3-48h。均質(zhì)化處理溫度在低于400°C時(shí)，細(xì)微的Al-Mn-Si系金屬間化合物的析出不充分， 在550°C以上時(shí)，會(huì)發(fā)生Al-Mn-Si系金屬間化合物的凝集所引起的粗大化和Mn的再固溶， 均難以獲得本發(fā)明的效果。均質(zhì)化處理時(shí)間少于3h時(shí)，Al-Mn-Si系金屬間化合物的析出 不充分，若進(jìn)行48h以上的均質(zhì)化處理，則相對于析出效果，均質(zhì)化處理的成本不合算，因 而不優(yōu)選。
[0023] 均質(zhì)化處理之后進(jìn)行熱軋。為促進(jìn)熱軋中的Al-Mn-Si系金屬間化合物的析出，使 熱軋的初始溫度設(shè)定在400-550°C。熱軋后，為獲得規(guī)定厚度，進(jìn)行冷軋。為了將由冷軋導(dǎo) 入的變形作為Al-Mn-Si系金屬間化合物的析出點(diǎn)（precipitationsite)來使用，優(yōu)選冷 軋的加工度在70%以上。
[0024] 使用連續(xù)退火爐進(jìn)行最終退火。在Al-Mn-Si系的細(xì)微析出的影響下，難以進(jìn)行再 結(jié)晶，因此以升溫速度100 - 500°C/s升溫至480 - 560°C的溫度并實(shí)施最終退火。退火溫 度不足480°C時(shí)，再結(jié)晶不充分，變薄拉深成型或沖壓成型時(shí)容易發(fā)生破裂或表面粗糙的現(xiàn) 象。若退火溫度超過560°C，會(huì)發(fā)生Mn的再固溶，且容易發(fā)生再結(jié)晶粒的粗大化。
[0025] 在本發(fā)明中，為了提高激光的吸收率并減少焊接缺陷，基體中特定量析出Mn的金 屬間化合物（Al-Mn-Si系金屬間化合物）是十分重要的，在用上述制造工序制造的鋁合 金板材中，最大長度小于I. 〇Um的Al-Mn-Si系金屬間化合物分布0. 25個(gè)/μm2以上，對 5000μm2視野范圍進(jìn)行圖像分析時(shí)，該金屬間化合物的面積率在3. 0%以上。進(jìn)而，25°C下 的導(dǎo)電率為45 - 55IACS%，表面的平均結(jié)晶的圓當(dāng)量粒徑在50μm以下，通過具備這些性 狀，能夠達(dá)成所述本發(fā)明的效果。
[0026] 使最大長度小于Ι.Ομπι的Al-Mn-Si系金屬間化合物以0.25個(gè)/μm2以上而分 布，由此，使得均勻地吸收激光焊接時(shí)的激光，從而降低焊接缺陷。對5000μm2視野范圍進(jìn) 行圖像分析時(shí)，上述金屬間化合物的面積率在3. 0%以上，由此，能夠進(jìn)一步提高激光吸收 的均勻性，能夠進(jìn)行不發(fā)生焊接缺陷的激光焊接。 實(shí)施例
[0027] 以下，將本發(fā)明的實(shí)施例與比較例對比來進(jìn)行說明，并證實(shí)本發(fā)明的效果。這些實(shí) 施例僅示出本發(fā)明的一實(shí)施形態(tài)，本發(fā)明并不只限定于這些實(shí)施例。
[0028] 實(shí)施例1 將具有表1所示的組成的鋁合金A-G進(jìn)行溶解，根據(jù)常規(guī)方法，用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄 錠。將獲得的鑄塊（厚度500mm)在500°C的溫度下進(jìn)行12h均質(zhì)化處理后，對軋制面分別 進(jìn)行8mm的端面切削來將其去除。其后，在500°C溫度下開始熱軋，270°C溫度下結(jié)束熱軋， 獲得厚度為5.Omm的熱乳板。熱乳之后，通過冷乳使厚度為I. 0_，進(jìn)而以200°C/s的加熱 速度升溫至500°C，并進(jìn)行在500速溫度下保持120s的最終退火，從而獲得試驗(yàn)材料1 一 7。
[0029] 比較例1 將具有表1所示的組成的鋁合金H-M溶解，根據(jù)常規(guī)方法，用半連續(xù)鑄造法進(jìn)行鑄錠。 將獲得的鑄塊按照與實(shí)施例1相同的工序進(jìn)行處理，獲得試驗(yàn)材料8 - 13。
[0030] 實(shí)施例2 將通過實(shí)施例1鑄錠的鋁合金F的鑄塊（厚度500_)按照表2示出的條件進(jìn)行均質(zhì) 化處理之后，對軋制面分別進(jìn)行8mm的端面切削來將其去除。其后，按表2所示條件進(jìn)行熱 車U冷軋及最終退火，并獲得試驗(yàn)材料14 一 28。
[0031] 比較例2 將通過實(shí)施例1鑄錠的鋁合金F的鑄塊（厚度500_)按照表2示出的條件進(jìn)行均質(zhì) 化處理之后，對軋制面分別進(jìn)行8mm的端面切削來將其去除。其后，按表2所示條件進(jìn)行熱 車U冷軋及最終退火，并獲得試驗(yàn)材料29 - 36。
[0032] 對于通過實(shí)施例1一 2制造的試驗(yàn)材料1一 7、14一 28及通過比較例1一 2制造的 試驗(yàn)材料8 - 13、29 - 36,通過以下的方法，進(jìn)行金屬間化合物（Al-Mn-Si系金屬間化合物） 的圖像分析，并測量導(dǎo)電率和結(jié)晶粒徑，評價(jià)激光焊接的穩(wěn)定性。結(jié)果如表3- 4所示。在 表1 一 4中，對于本發(fā)明的條件以外的值畫了下劃線。
[0033] 圖像分析：對于倍率為1000倍的光學(xué)顯微鏡照片（各3個(gè)視野、5000μm2)，采用 NIRECO制圖像分析裝置LUZEX-AP，將最大長度在I. 0μm以上的金屬間化合物排除外之后， 計(jì)測了金屬間化合物的分布數(shù)量和金屬間化合物的最大長度的平均值。
[0034] 導(dǎo)電率：關(guān)于驗(yàn)材料在25°C下的導(dǎo)電率，通過日本霍斯特制Sigmatest 2. 069測 量了各5點(diǎn)，并將除了最大值、最小值之外的3點(diǎn)的平均值作為測量值。
[0035] 結(jié)晶粒徑：通過ASTM的比較法，對100倍的光學(xué)顯微鏡照片（各3個(gè)視野）計(jì)算 出試驗(yàn)材料表面的平均結(jié)晶粒徑。
[0036] 激光焊接的穩(wěn)定性（焊道不整齊的發(fā)生數(shù)量）：使用iPG制YLR-2000(Ytterbium FiberLaser),在光纖直徑=0· 1mm、頻率=120Hz、峰值輸出=1.6kW、焊接速度=15mm/s、 保護(hù)氣體=Ar(0. 25L/s)的條件下實(shí)施了各500mm長度的激光焊接，通過計(jì)測圖1所示的 局部大小變得粗大的焊道不整齊的數(shù)量而進(jìn)行了評價(jià)。焊道不整齊的發(fā)生數(shù)量少于0. 10 個(gè)/mm則認(rèn)為合格。
[0037] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，含有0. 8質(zhì)量％以上1. 5質(zhì)量％以下的 Mn，0. 6質(zhì)量％以下的Si，0. 7質(zhì)量％以下的Fe，0. 20質(zhì)量％以下的Cu，0. 20質(zhì)量％以下的 Zn，在具有包括余下的A1及不可避免的不純物而構(gòu)成的組成的鋁合金板材的基體中，最大 長度小于1. 〇 U m大小的Al-Mn-Si系金屬間化合物以0. 25個(gè)/ ii m2以上分布，對5000 ii m2視野范圍進(jìn)行圖像分析時(shí)，所述金屬間化合物的面積率在3. 0%以上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，25°C的下的導(dǎo)電率 在 45 - 55IACS%。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的鋰離子電池用鋁合金板材，其特征在于，表面的 平均結(jié)晶的圓當(dāng)量粒徑在50 ii m以下。
4. 一種鋰離子電池用鋁合金板材的制造方法，其特征在于，對具有權(quán)利要求1所述的 組成的鋁合金的鑄塊，在400 - 550用下進(jìn)行3 - 48h均質(zhì)化處理后，進(jìn)行初始溫度為400 - 550°C的熱軋，然后，進(jìn)行加工度70%以上的冷軋而獲得規(guī)定的厚度，在連續(xù)退火爐中以 100 - 500°C /s的升溫速度、480 - 550°C的退火溫度進(jìn)行最終退火。
【文檔編號(hào)】C22F1/00GK104428433SQ201380015680
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月23日
【發(fā)明者】瀧口浩一郎 申請人:株式會(huì)社Uacj