电池壳体用铝合金板及其制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及适合作为汽车、手机、数码相机、笔记本型个人计算机等所使用的裡离 子电池等的电池用壳体的、激光烙接性、成型性和长期保管后的耐腐蚀性优异的侣合金板 W及能够W良好的成品率制造该优异的侣合金的方法。另外，本发明得到的侣合金板也可 W用作电池盖。
【背景技术】
[0002] 裡离子二次电池大多在包括罩体和盖的壳体材料的两者中使用侣材料。通常，罩 体通过压制对侣板或侣合金板进行深拉深成型和变薄成型而制造。盖通过冲切加工或机械 加工将侣板或侣合金板成型为与罩体接合的规定形状，设置有用于安装端子的孔或凹部、 液体注入口等。罩体具有深的筒状的形态，盖具有接近平板的形态。罩体和盖在封入电极 等的内部结构体之后，通过激光烙接将周围密封。
[0003] 运样，电池用壳体材料要求具有优异的成型性，同时需要具有良好的激光烙接性。 特别是在汽车用等的电池中，激光接合部需要长期的耐久性的情况增多。近年来，为了高效 地进行电池生产，激光烙接速度高速化，激光烙接的难度逐步增加。在高速激光烙接方面， 也要求烙入深度和烙接痕（焊道）宽度的偏差少、能够得到稳定的接缝的电池壳体用的侣 合金板。
[0004] 在Al-Mn系的JIS3003侣合金板中，容易发生因凝固收缩的应力作用到液相残 存部而产生的烙接裂纹（凝固裂纹、热裂纹），并且出现伴随于此的烙接部的强度降低的问 题。在纯侣系的JIS1050中，虽然不易发生烙接裂纹，但激光烙接的稳定性欠缺。作为激光 烙接性优异的侣合金板，提出了WJIS8079和JIS8021为代表的Al-化系侣合金板（专 利文献1~3)。
[0005] 为了得到激光烙接性，在专利文献1、2中限定了化等的含量，在专利文献3中限 定了化等的含量和2~5ym的金属间化合物的分散密度。已知化的含量对激光烙接性 产生的影响大，特别是由于存在金属间化合物，激光吸收率增加，因此容易获得深的烙入。
[0006] 但是，在运些技术中，没有正确掌握激光烙接时阻碍稳定性的主要原因，没有提出 其解决方法。在运些现有技术中，无法在烙接的高速化等的不稳定的烙接条件下得到稳定 的激光烙接性。具体而言，在金属间化合物局部分散时、或者存在粗大金属间化合物时，烙 入深度和焊道不均匀，并且成为因烙接中飞散的烙渣或金属粒（瓣射物）而引起的称为焊 道缺陷的接缺陷的原因。由于运些不均匀性或烙接缺陷，使得烙接部的耐久性降低，因此引 起电池的短寿命化。在专利文献1~2的技术中，没有严格控制金属间化合物的分散状态， 另外在文献3的技术中，使金属间化合物均匀分散的效果不充分，有产生烙接部的不均匀 性和烙接缺陷的危险。
[0007] 电池壳体通过将包括拉深加工和变薄加工的多个工序组合进行成型而获得，但近 年来，要求电池生产效率化，壳体的深拉深成型和变薄成型、电池盖的冲切加工和机械加工 的速度逐步高速化。通过高速成型或高速加工，由于在成型或加工中侣在模具表面附着而 引起的积累和附着侣的氧化而引起的烧接，使模具与侣合金板之间的润滑性降低。其结果， 在成型后的表面容易出现筋状图样或缺陷，并且容易出现不能成型或加工成规定形状的问 题。因此，期待一种成型性、特别是成型后的表面品质和成型稳定性优异的侣合金板。
[0008]另外，为了电池生产性的效率化，有时将成型或加工后的材料长期保管，收集运些 材料进行激光烙接。此时，在长期保管中，一旦与大气中的水分反应而发生腐蚀形成氧化 物，在激光烙接时，就会W该氧化物为原因出现烙接裂纹或气孔。虽然通过控制成型或加工 后的材料的保管场所的气氛能够防止形成氧化物，但成本高，因此期待一种无需控制气氛、 长期保管后的耐腐蚀性优异的侣合金板。
[0009] 现有技术文献
[0010] 专利文献 W11] 专利文献1 :日本特开2011 - 140708号公报
[0012]专利文献2 :日本特开2007 - 262559号公报 阳01引专利文献3 :日本特开2009- 52126号公报
【发明内容】
[0014] 发明所要解决的课题
[0015] 本发明是W上述情况为背景而完成的，其目的在于提供一种通过可靠且适当地控 制侣合金的成分、Al-化系金属间化合物的当量圆直径和数密度，具有优异的激光烙接 性、成型性和长期保管后的耐腐蚀性的电池壳体用侣合金板。本发明得到的侣合金板也能 够用作电池盖。用于解决课题的方法
[0016] 为了解决上述课题，本发明的发明人进行了潜屯、研究，结果发现通过严格地调整 侣合金的化、Si、化、Ti、Mg和Mn的含量，并且严格限定制造工艺、特别是铸造时的冷却速 度，能够解决上述的课题，从而完成了本发明。
[0017] 具体而言，本发明的项1为一种电池壳体用侣合金板，其由侣合金构成，该侣合 金含有化：〇.8~2.Omass%、Si:0. 03 ~0. 20mass%、Qi:0 ~1.OOmass%、Ti:0. 004 ~ 0. 050mass%，Mg和Mn被控制为Mg:0. 02mass%W下W及Mn:0. 02mass%W下，剩余部分由 Al和不可避免的杂质构成，从最终板厚的侣合金板表面到板厚方向上至少5ym的深度的 金属组织中，具有1.0~16.Oym的当量圆直径的Al-化系金属间化合物的平均当量圆 直径为1. 3~1. 9ym，并且当量圆直径的变动系数为0. 55W下，上述Al-化系金属间化 合物的平均数密度为20~150个/2500ym2,并且数密度的变动系数为0. 30W下。
[0018] 本发明的2项为一种电池壳体用侣合金板的制造方法，其用于制造项1所述的电 池壳体用侣合金板，该制造方法包括：铸造上述侣合金的铸造工序；表面切削工序；在表面 切削工序之前或之后对铸块进行均质化处理的均质化处理工序；包括热粗社阶段和热精 社阶段的热社工序；冷社工序；退火工序；和在上述均质化处理工序、热社工序、冷社工序 和退火工序中的至少任一个工序之前或之后的表面处理工序，上述退火工序具有在冷社工 序的中途的中间退火阶段和在冷社工序后的最终退火阶段中的至少任一个阶段，在上述铸 造工序中，相当于最终板厚的侣合金板表面的铸块厚度位置的凝固时的冷却速度为2~ 20〇C/ 秒。
[0019] 本发明的项3为，在项2中不具有上述表面切削工序和表面处理工序中的任一个 或两个工序。
[0020] 本发明的项4为，在项2或3中热社工序具备在热粗社阶段之前对铸块保持加热 的保持加热阶段，由上述保持加热阶段代替在表面切削工序之后的均质化处理工序或在铸 造工序之后的均质化处理工序。
[0021] 本发明的项5为，在项2~4中的任一项中在上述均质化处理工序中，铸块W 450~620°C的溫度保持1~20小时。
[0022] 本发明的项6为，在项2~5中的任一项中上述热粗社阶段的开始溫度为380~ 550°C，结束溫度为330~480°C，上述热精社阶段的开始溫度处于与热粗社阶段的结束溫 度相差20°CW内的范围，结束溫度为250~370°C。
[0023] 本发明的项7为，在项2~6中的任一项中在上述冷社工序的中途设置中间退火 阶段时，从热社工序之后到中间退火阶段的冷社工序中的压下率为50~85%，并且在上述 冷社工序的中途不设置中间退火阶段时，从热社工序之后到最终退火阶段的冷社工序中的 压下率为50~85%。
[0024] 本发明的项8为，在项2~7中的任一项中在上述退火工序的最终退火阶段和中 间退火阶段中，将社制材料在间歇式退火炉中W350~450°C的溫度保持1~8小时，或者 在连续退火炉中W400~550°C的溫度保持0~30秒。 阳〇2引发明效果
[00%] 根据本发明，能够提供具有优异的激光烙接性、成型性和长期保管后的耐腐蚀性 的电池壳体用侣合金板W及能够W良好的成品率制造该优异的侣合金的方法。另外，本发 明得到的侣合金板也可W用于电池盖。
【附图说明】
[0027] 图1是DC铸造法的示意图和表示DC铸块截面的凝固速度的变化的曲线图。
[0028] 图2表示相当于最终板厚的侣合金板表面的铸块厚度的位置的说明图。
[0029] 图3是实施了多段压制成型的方型壳体的截面图。
【具体实施方式】
[0030] W下对本发明进行详细说明。
[0031] 1.侣合金的成分组成
[0032] 首先，对本发明设及的电池壳体用侣合金板的成分组成和限定理由进行说明。
[003引1 - 1.Fe:0. 8~2. Omass%
[0034] 化是对激光烙接性、成型性和长期保管后的耐腐蚀性带来大的影响的重要的成 分元素。在母相中，大部分的化WAl-化系金属间化合物的形式存在。由于存在Al-化系金属间化合物，能够实现激光吸收率增加、加深激光烙接时的烙入的效果。另外，根据Al-化系金属间化合物的分散状态，在铸造工序之后的后续工序、例如热社时或之后的退 火时的再结晶行为发生变化，因此Fe量对W粗大晶粒为原因而产生的成型后的表面粗糖 的发生具有大的影响。另外，Al-化系金属间化合物、特别是粗大的Al-化系金属间化 合物成为长期保管后的腐蚀的起点。 阳03引化含量低于0. 8mass%(W下仅记为"％ ")时，由于晶粒粗大化，成为成型后的表 面粗糖的原因。另外，由于当量圆直径I.O~16.OJim的Al-化系金属间化合物的数密 度稀疏，因此数密度的平均值小，变动系数增大，不能得到稳定的激光烙接性。并且，不能得 到后述的清洁效果，不能得到成型后的表面品质和成型稳定性。
[0036] 另一方面，在含量超过2.0 %时，生成当量圆直径超过16.Oym的粗大Al-化系 金属间化合物，因此激光吸收率局部地增加，烙入深度和焊道宽度变得不均匀，激光烙接的 稳定性恶化。另外，在成型加工时成为产生龟裂的起点，因此使成型性显著恶化。并且发生 W粗大的Al-化系金属间化合物为起点的腐蚀，由此成为激光烙接时烙接裂纹和气孔的 原因。
[0037] 根据W上，将化含量限定为0.8~2.0%。另外，优选的化含量为1.0~1.6%。 阳的8] 1 - 2.Si:0. 03 ~0. 20%
[0039] Si是对激光烙接性和成型性带来大的影响的元素。Si含量低于0. 03%时，需要使 用高纯度的侣基体金属，成本增加。另一方面，在超过0.20%时，液相线与固相线的溫度差 增大。由于该溫度差增大，在刚刚激光烙接后的凝固时，残存的液相量增加，该液相残存部 受到凝固收缩的应力，容易产生烙接裂纹。另外，当量圆直径超过16.0ym的粗大的Al-化一Si系化合物结晶析出，不仅烙入深度和焊道宽度变得不均匀，在成型加工中还成为产 生龟裂的起点。根据W上，将Si含量限定为0. 03~0.20%。另外，优选的Si含量为0. 04~ 0. 15%。
[0040] 1 - 3. Cu :0 ~1. 00%
[0041] 化是对激光烙接性、成型性和长期保管后的耐腐蚀性带来大的影响的元素。因此， 为了得到运些效果，可W选择性地添加化。添加的化的大部分在母料中固溶，能够降低侣 合金的热导率。由于热导率的降低，激光吸收率增加，因此即使W低输出也能够加深激光 烙接的烙入。其结果，能量投入量少即可，因此能够实现制造成本的降低。另一方面。由 于化的添加，液相线与固相线的溫度差增大，因此化含量超过1.00%时，容易产生烙接裂 纹。另外，化含量超过1.00%时，成为长期保管后的耐腐蚀性降低的原因。另外，化含量 低于0. 05%时，有时上述效果不充分，因此优选将化含量限定为0. 05~1.00%，更优选为 0.20~0. 80%。
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