成形性、散熱性和焊接性優(yōu)良的電池殼體用鋁合金板的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及用于鋰離子電池等二次電池用容器的成形性、散熱性以及焊接性優(yōu)良 的鋁合金板。
【背景技術(shù)】
[0002] Al-Mn系的3000系合金由于強度、成形性和激光焊接性比較優(yōu)良,因此逐漸被用 作制造鋰離子電池等二次電池用容器時的原材料。在成形為所希望的形狀后通過激光焊接 進(jìn)行密封,作為二次電池用容器使用。以上述3000系合金和現(xiàn)有的3000系合金為基礎(chǔ),還 進(jìn)一步開發(fā)了提高了強度和成形性的二次電池容器用鋁合金板。
[0003] 例如專利文獻(xiàn)1中,記載了具有以下特征的方形電池殼體用鋁合金板:作為鋁合 金板的組成具有JISA3003所規(guī)定的組成,制耳率為8%以下,重結(jié)晶晶粒的平均粒徑為 50ym以下的同時,電導(dǎo)率在45IACS%以下。
[0004] 另一方面,作為電池殼體,還開發(fā)了在高溫內(nèi)壓負(fù)荷時耐膨脹性優(yōu)良的電池殼體 用鋁合金板。專利文獻(xiàn)2中,記載了具有以下特征的耐高溫膨脹性優(yōu)良的電池殼體用鋁合 金板:含有MnO. 8~2. 0% (質(zhì)量%,以下相同),且作為雜質(zhì)的Fe量限制在0. 6%以下、Si 量限制在0. 3%以下,剩余部分由Al以及不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成,并且Mn固溶量在0. 75%以 上且Mn固溶量與Mn添加量的比在0. 6以上,而且屈服強度值在185~260N/mm2的范圍內(nèi)。
[0005] 進(jìn)一步,專利文獻(xiàn)3中記載了具有以下特征的成形性和耐蠕變性優(yōu)良的密閉型 方形電池用鋁合金制殼體材料的制造方法:對含有0. 5~1. 5%的Mn、0. 1~0. 5%的Si、 0. 3~1. 0%的Fe、剩余部分由Al和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成的鋁合金鑄塊實施熱軋以及冷軋, 在上述冷軋后保存450°C以上的溫度,之后實施以1°C/秒以上的冷卻速度冷卻至200°C的 退火處理。
[0006] 但是,已知在將3000系合金作為基底且對其組成進(jìn)行了改良的鋁合金板中,有時 會產(chǎn)生異常焊珠,在激光焊接性上存在問題。于是,還開發(fā)了將1000系作為基底的激光焊 接性優(yōu)良的二次電池容器用鋁合金板。專利文獻(xiàn)4中,記載了一種在激光焊接A1000系鋁材 時,不產(chǎn)生特別參差不齊的焊珠的、激光焊接性優(yōu)良的鋁合金板。由此,在鋁合金板中含有 0.02~0. 10質(zhì)量%的51,F(xiàn)e含量限制在0.30質(zhì)量%以下,剩余部分由Al以及不可避免 的雜質(zhì)構(gòu)成,圓當(dāng)量直徑為1. 5~6. 5ym的金屬間化合物粒子的個數(shù)限制在1000~2400 個/W0
[0007] 現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0008] 專利文獻(xiàn)
[0009] 專利文獻(xiàn)1 :日本專利第3620955號公報
[0010] 專利文獻(xiàn)2 :日本專利第3843368號公報
[0011] 專利文獻(xiàn)3 :日本專利第4244252號公報
[0012] 專利文獻(xiàn)4 :日本專利特開2009-256754號公報
【發(fā)明內(nèi)容】
[0013] 發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0014] 確實,雖然1000系焊接性穩(wěn)定、成形性優(yōu)良,但存在強度低的問題。因此,在鋰離 子電池的大型化的過程中,預(yù)計還要求高強度特性,直接使用1000系的鋁板材時還存在問 題。
[0015] 如上所述,3000系的合金板的情況下,雖然可獲得強度和高溫內(nèi)壓負(fù)荷時的耐膨 脹性,但是與1000系的合金板相比,有成形性較差、異常焊珠數(shù)多的傾向。此外,在鋰離子 電池的大型化的過程中,預(yù)計來自充放電時的鋰離子電池的發(fā)熱量增加,還要求散熱特性 優(yōu)良。而且,通常3000系鋁合金板的Mn固溶量高,作為大型鋰離子電池容器由于其成分組 成而有時屈服強度過高,還存在沖壓成形后容易發(fā)生彈性變形恢復(fù),不能穩(wěn)定為規(guī)定的設(shè) 計形狀的、所謂的形狀凍結(jié)性的問題。
[0016] 本發(fā)明是為了解決上述問題而提出的發(fā)明,其目的是提供一種具有能夠用于大型 鋰離子電池容器的散熱特性,且成形性、形狀凍結(jié)性優(yōu)良,激光焊接性也優(yōu)良的3000系鋁 合金板。
[0017] 解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案
[0018] 本發(fā)明的成形性、焊接性優(yōu)良的電池殼體用鋁合金板為了實現(xiàn)該目的,具有以下 成分組成且電導(dǎo)率設(shè)為超過45%IACS;所述成分組成是:含有超過0. 2且低于1. 4質(zhì)量% 的Fe、0. 5~2. 0質(zhì)量%的此、超過0. 2至I. 1質(zhì)量%的51、0. 05~1.0質(zhì)量%的&1,剩余 部分由Al以及雜質(zhì)構(gòu)成,Mg低于0. 05質(zhì)量%。
[0019] 在作為冷軋退火材料的情況下,0.2%屈服強度在3010^以上且低于8510^,金相 中的圓當(dāng)量徑為2ym以上的第二相粒子數(shù)低于1800個/mm2。此外,在作為冷軋材料的情 況下,0.2%屈服強度在9010^以上且低于18010^,金相中的圓當(dāng)量徑為2 11111以上的第二相 粒子數(shù)低于1800個/mm2。
[0020] 作為上述冷軋退火材料的制造方法,優(yōu)選將具有上述化學(xué)組成的鋁合金熔液通過 雙帶式連續(xù)鑄造機鑄造為5~IOmm的薄平板,不實施熱軋而是直接卷取在輥上,實施冷軋 以達(dá)到最終板厚,再實施最終退火處理。
[0021] 此外,作為上述冷軋材料的制造方法,優(yōu)選將具有上述化學(xué)組成的鋁合金熔液通 過雙帶式連續(xù)鑄造機鑄造為5~IOmm的薄平板,不實施熱軋而是直接卷取在輥上,對其實 施冷軋,在適當(dāng)?shù)陌搴裣聦嵤┲虚g退火,再實施最終冷軋率為5~20%的最終冷軋。
[0022] 發(fā)明的效果
[0023] 由于本發(fā)明的鋁合金板在具有高熱傳導(dǎo)性的同時,成形性也優(yōu)良,且具有優(yōu)良的 激光焊接性,因此可以以低成本來制造密閉性能優(yōu)良且提高了散熱特性的二次電池用容 器。
[0024] 尤其在冷軋退火材料的情況下,由于在呈現(xiàn)10%以上的伸長率、體現(xiàn)優(yōu)良的焊接 性的同時,屈服強度在30MPa以上且低于85MPa,因此沖壓成形時的彈性變形恢復(fù)得到抑 制,其結(jié)果是形狀凍結(jié)性也優(yōu)良。
[0025] 此外在冷軋材料的情況下,由于在呈現(xiàn)3%以上的伸長率值、體現(xiàn)優(yōu)良的成形性的 同時,屈服強度在90MPa以上且低于180MPa,因此沖壓成形時的彈性變形恢復(fù)得到抑制,其 結(jié)果是形狀凍結(jié)性也優(yōu)良。
【附圖說明】
[0026] 圖1是對焊接缺陷數(shù)量的測定/評價方法進(jìn)行說明的示意圖。
【具體實施方式】
[0027] 二次電池通過在容器內(nèi)放入電極體后,利用焊接等蓋上蓋子并密封來進(jìn)行制造。 如果將這樣的二次電池用于移動電話等中,則有時在充電時容器內(nèi)部的溫度會上升。為此, 存在如果形成容器的材料的熱傳導(dǎo)性低則散熱特性變差,進(jìn)而導(dǎo)致鋰離子電池的短壽命化 的問題。因此,作為所使用的材料,要求具有高熱傳導(dǎo)性。
[0028] 此外,由于作為形成容器的方法通常使用沖壓法,因此要求使用的材料本身具有 優(yōu)良的沖壓成形性。而且,也預(yù)計今后將加速在大型鋰離子電池容器中的原材料的薄壁化。 當(dāng)然,如果原材料發(fā)生薄壁化,則在沖壓成形后容易發(fā)生彈性變形恢復(fù),難以得到規(guī)定的設(shè) 計形狀的問題有可能變得明顯。因此,要求所使用的材料自身具有優(yōu)良的形狀凍結(jié)性。
[0029] 而且,作為蓋上蓋子并密封的方法,使用焊接法,因此還要求焊接性優(yōu)良。而且,作 為制造二次電池用容器等時的焊接法,采用激光焊接法的情況較多。由于本發(fā)明的3000系 鋁合金板具有高熱傳導(dǎo)性,因此在對沖壓成形而得的容器和蓋子進(jìn)行脈沖激光接合的情況 下,需要提高每個脈沖的能量,在更嚴(yán)酷的條件下進(jìn)行接合。然而,如果在這樣的比較嚴(yán)苛 的條件下進(jìn)行激光焊接,則存在在焊接焊珠上產(chǎn)生切口(7 ''一力V卜,undercut)、或 稱為氣孔的焊接缺陷的問題。
[0030] 通過這樣的脈沖激光的照射,推測接合中的焊接焊珠的表面溫度局部達(dá)到2000°C 以上的高溫。鋁為高反射材料,反射激光射束的約7成。另一方面,存在于鋁合金板的表面 附近的第二相粒子,如Al-(FeWn)-Si等金屬間化合物,與母相的鋁相比,即使在室溫下其 比熱、熱傳導(dǎo)率也小,溫度優(yōu)先上升。這些金屬間化合物的熱傳導(dǎo)率隨著溫度上升而進(jìn)一步 降低,其光吸收率以加速度上升,僅金屬間化合物被急劇加熱熔化。脈沖激光的一次脈沖的 照射時間是稱為毫微秒、飛秒的非常短的時間。因此,基質(zhì)的a-Al熔化并向液相進(jìn)行相轉(zhuǎn) 移時,由于Al-(Fe?Mn)-Si等金屬間化合物先一步到達(dá)沸點而蒸發(fā),因此體積急劇膨脹。
[0031] 于是本發(fā)明中,對冷軋退火材料采用將具有特定化學(xué)組成的鋁合金熔液通過雙帶 式連續(xù)鑄造機鑄造為5~IOmm的薄平板,不實施熱乳而是直接卷取在棍上的制造方法。通 過雙帶式連續(xù)鑄造機鑄造5~IOmm的薄平板時,由于在鑄塊厚度1/4附近的冷卻速度為 40~200°C/秒左右,所以可得到具有Al-(Fe^MrO-Si等金屬間化合物細(xì)小地分散的金相 的薄平板。其結(jié)果是,可將最終板的金相中的圓當(dāng)量徑為2ym的第二相粒子數(shù)限制為低于 1800個/mm2,可減少在激光焊接部產(chǎn)生的焊接缺陷數(shù)。
[0032] 但是,這樣的狀態(tài)下基質(zhì)中的Mn、Si等的固溶量過高,所以雖然能夠充分確保高 溫內(nèi)壓負(fù)荷時的耐膨脹性,但會形成成形性、熱傳導(dǎo)性差的最終板。于是,采用:(1)對卷取 的輥實施冷軋以達(dá)到最終板厚,再實施最終退火處理的制造方法;或者(2)對卷取的輥實 施冷軋,在適當(dāng)?shù)陌搴裣聦嵤┲虚g退火,再實施最終冷軋率為5~20%的最