专利名称：电池盖用铝合金板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及在电池盖上使用的铝合金板，能得到以冲压加工使该盖成形后即使不 实施退火处理也能够发挥所需要的耐压强度的电池盖的铝合金板及其制造方法。
背景技术：
在移动电话等的移动机器上使用的电池中，从轻量化的观点出发，多使用在铝或 铝合金制的壳体内收容有电解物质的可充放电的密封型电池。但是，这样的可充放电的密封型电池，以往，在过充电的情况下或过日照等的情况 下，存在电池内部的温度上升，电池壳体壁或电池壳体与盖的焊接部等破坏，内部的液体泄 漏的可能性等的问题。然而，例如，移动电话用的锂离子二次电池的壳体是截面为矩形，厚度薄、宽度宽、 深度深的形状。如果表示具体的尺寸，成为内侧尺寸为厚度4 7mmX宽度20 30X深度 40 60mm的形状。因此，这样的电池壳体用的板材，以基于拉深加工或减薄拉深加工(也 称DI加工)的加工性良好为必要条件。另外，在将来的汽车等的大型移动机器上使用的电池，考虑使上述尺寸的各边达 到2 10倍程度的电池若干层叠的使用形态。如此，在电池壳体用的材料方面，要求DI加工容易，并且轻量性、高强度性、加工 性。并且，作为满足这样的性质的材料，例如在专利文献1中提出Mn :0. 8 2. 0质量％， Fe :0. 6质量％以下，Si :0. 3质量％以下，剩余部分Al为由铝构成的A3003系铝合金板的 方案，另外在专利文献2中提出Mn 0. 3 1. 5质量％，狗大于1. 6小于等于1. 8质量％， 剩余部分Al为由铝构成的铝合金板的方案。近年来，提出不仅在原材料上，并且在电池壳体的形状·结构上下功夫，在发生上 述破坏事故之前，在施加一定的内压的情况下破坏电池盖的特定地方，自身能够防患于未 然的具备防爆功能的电池(参照专利文献幻。防爆部在规格上具有多种，以厚度20 μ m左 右、通常3MPa左右为标准决定防爆部的耐压强度，以其附近的压力破坏防爆部的方式构 成。更详细地说，提出通过在电池盖上设置有一定的开口部，并且在该开口部上覆盖 一层与电池壳体相比断裂压力低的铝箔，从而在电池壳体具有防爆功能的电池。并且，根据 上述专利文献3，采用在电池盖的开口部上覆盖作为防爆部的金属薄板的方法，因此具不必 进行该金属薄板的板厚度检查，可以大幅度消减在检查上花费的成本的优越效果。但是，在专利文献3所提出的方案中出现了下述问题由于覆盖作为防爆部的金 属薄板的工序需要其他途径，因此制造工序增加，而且虽然说不需要对该金属薄板的板厚 度进行检查但是必须通过其他途径检查是否适当程度地密接。即，在电池整体的制造上，出现由于制造工序增加，操作性恶化的问题。在此，本发明者等，将铝合金板作为原材料通过进行冲压加工，使具备防爆部的电 池用盖一体成形。专利文献1 日本特开2002-1；34069号公报专利文献2 日本特开2003_7沈0号公报专利文献3 日本特开平9-199088号公报
发明内容
然而，在想要在覆盖电池壳体的盖上，利用冲压加工一体地形成薄壁的防爆部时， 优选该防爆部以均勻的厚度成形，具有必要的耐压强度。而且，在想要以冷轧冲压加工制造 像电池壳体盖那样的细小的部件时，不仅需要提高各部位的成形精度，而且需要应该使产 品整体均质的品质管理。进一步地，如果想要在加工之后附加退火工序，不仅费事而且在品 质上容易产生不规整。本发明就是为了解决这样的问题而提出的，其目的在于提供一种以铝合金板作为 原材料制造电池壳体用的盖时，不是采用退火工序，而是能够以冲压加工整体地得到薄壁 的防爆部的电池盖用铝合金板。为了达到该目的，本发明的电池盖用铝合金板，其特征在于，具有Fe为1. 15 1. 35质量％，Mn为0. 40 0. 60质量％，剩余部分由铝和杂质构成，并且作为杂质的Si被 限制为0. 05质量％以下、作为杂质的Cu被限制为0. 05质量％以下、作为杂质的Mg被限制 为0. 05质量％以下的组成，以及在轧制面上，沿与轧制方向成直角的方向上的结晶粒的最 大宽度为100 μ m以下，结晶粒的宽度的平均值为25 μ m以下的组织。另外，本发明的电池盖用铝合金板也可以为含有Ti :0. 005 0. 15质量％，或Ti 0. 005 0. 15质量％和B 0. 0005 0. 05质量％的铝合金板。具有这样的细微机构的铝合金板，在以530 620°C Xl小时以上的条件对具有 上述成分组成的铝合金铸块实施均质化处理之后，进行热轧，进一步地，在以40%以上的压 延率进行冷轧之后，以1°C /秒以上的平均升温速度加热到350 550°C的范围内并且不保 持或进行10分钟以下的保持，通过以1°C /秒以上的平均冷却速度的条件实施退火而被制造。退火后，也可以再实施冷轧。由本发明提供的电池盖用铝合金板，规定成分组成，同时以没有粗大结晶粒，由微 细的结晶粒构成，因此呈现所希望的耐压强度，同时缩小耐压强度不统一。由此，冲压成形 性优良，即使一体成形也能够使薄壁的防爆部精度良好地成形。而且，因为在冷轧成形之后 也可以不附加退火工序，所以能够以低成本大量生产品质稳定的电池用盖。
图1为模式地说明具备电池盖的电池的截面的概略图。图2为模式地说明具备电池盖的电池的上面的概略图。图3为说明结晶粒宽度的测定部位(退火板)以及测定方法的概略图。图4为说明结晶粒宽度的测定部位(冷轧板)以及测定方法的概略图。
具体实施例方式首先，对使用本发明提供的铝合金板的电池壳体和其盖进行说明。图1为模式地表示具备盖的电池的截面的概略图，图2为模式地表示电池的盖上 面的概略图。图中，1为密封型电池，2为电池壳体，3为以本发明铝合金板作成的盖。4为 收容在电池壳体内的电解物质，例如以锂离子为介质的电解物质，5为电池的+端子，6为包 围+端子5的周围的绝缘体，7为通向+端子的导线，8为通向-端子的导线，由此电池盖3 为-端子。另外，9为电解物质4的注入口，注入电解物质4后被关闭。10为+端子5的安 装孔，11为在本说明书中成为问题的防爆部，12为将电池盖3和电池壳体2周围密封接合 的焊接部。但是，在如最初记载的厚度4 7mmX宽度20 30 X深度40 60mm的形状的电 池中，将约Imm厚度的铝合金板作为原材料进行冲压加工，并且一体成形形成有厚度10 30 μ m的防爆部的盖。在此，本发明者等，对即使是具有厚度10 30 μ m的防爆部的盖，也能够进行成形 精度良好地冲压加工，并且即使在冷轧之后不用退火也能够发挥所需的耐压强度的铝合金 板进行热心地研究。其结果，发现了通过成分组成和结晶粒的宽度尺寸特定的铝合金板，能 够解决上述课题。以下，对其详细情况进行说明。首先，作为原材料的铝合金，使用由以下物质组成的铝合金，含有!^e :1. 15 1. 35 质量％，Mn 0. 40 0. 60质量％，并且剩余部分由Al和杂质构成，作为杂质的Si限制为 0. 05质量％以下，Cu限制为0. 05质量％以下，Mg限制为0. 05质量％以下。另外，也可以同时含有Ti :0. 005 0. 15质量％，或Ti :0. 005 0. 5质量％和B 0. 0005 0. 05 质量 ％。Fe :1. 15 1. 35 质量 ％Mn 0. 40 0. 60 质量％这些元素，在向铝合金板提供强度的同时，微细地分散形成Al-O^-Mn)类的金属 间化合物并且提供再结晶组织的微细化和DI成形性。如果狗和Mn的含有量没有达到下 限值，则不能得到所希望的耐压强度。但是，如果超过上限值，则耐压强度过高，为了调整强 度有必要进行回火处理。此外，Al-(Fe-Mn)类间化合物变得粗大并且变多从而使冲压成形 性降低，难以得到稳定厚度的防爆部。Ti 0. 005 0. 15 质量％B 0. 0005 0. 05 质量％Ti和B是为了防止铸造时的铸造裂纹的物质，在熔融金属中形成Al-Ti或 Al-Ti-B的化合物，具有防止铸造时的铸造裂纹的效果。如果在铸造时做到防止铸造裂纹的 应对，则不一定需要积极地添加。另外，在添加时，虽然可以只添加Ti，但如果使Ti和B共 存，则防止铸造裂纹的效果提高。剩余部分为Al和杂质。一旦作为杂质的Si超过0. 15质量％，Cu超过0. 05质量％，或者Mg超过0. 05质
量％，基于冲压加工的加工硬化的不统一变大，从而难以得到具有稳定耐压强度的防爆部。
特别是，Si形成Al-Fe-Si类的化合物从而使冲压成形性恶化，难以得到具有稳定 厚度的防爆部，因此优选较少的量，0. 12质量％以下，更优选的是0. 10质量％以下。其它的杂质含有量在通常的范围即可。例如Si为0.25质量％以下，优选的是0.20 质量％以下。另外，Cr为0. 10质量％以下，优选的是0.05质量％以下。接着，对结晶粒的尺寸进行说明。在得到使强度稳定并升高，提高冲压成形性，并且成形精度优良的冲压成形品时， 优选不存在粗大的结晶粒而微细地具有的结晶粒。为此，在本发明中，将结晶粒的宽度控制在，在轧制面上，与轧制方向成直角的方 向的结晶粒的最大宽度为100 μ m以下，结晶粒的平均宽度为25 μ m以下。并且，本发明所 述的结晶粒的最大宽度尺寸和平均宽度是，研磨轧制面，并且实施氧化铝膜处理，以偏振光 显微镜观察，使用横切法(crosscut)沿与轧制方向成直角的方向进行测定。图3为模式地 表示本发明中的结晶粒宽度的测定部的说明图。21为再结晶粒，22为结晶粒宽度的测定面 的轧制面，23为结晶粒的最大宽度。图4是与图3相同的说明图。M为轧制退火板的轧制 板，说明在再结晶粒21沿轧制方向稍微伸长的状态下测定结晶粒的宽度的形态。25表示与 轧制方向垂直的方向。结晶粒的宽度越细微，与粗大的结晶粒相比1结晶粒的金属流动(metal flow)对 板整体的影响越小，因此能够得到冲压成形性提高，成形精度优良的冲压成形品。如果结晶 粒的平均宽度为25μπι以下，希望的精度的电池用盖就易于冲压成形。当结晶粒的平均宽 度超过25 μ m时，冲压成形性恶化，成形精度也下降。特别是如果存在宽度超过100 μ m那样的粗大的结晶粒，虽然结晶粒的平均宽度 超过25 μ m的情况增多，但即使不超过25 μ m，由于粗大结晶粒的存在，粗大粒的金属流动 对板整体的金属流动产生很大的影响，丧失均勻性从而使成形性降低。另外，由于宽度大的 粗大结晶粒的存在而引起薄壁防爆部的材质变得不均勻，容易以粗大的结晶粒为起点发生 断裂，缺乏防爆部的稳定性。对不存在这样的粗大结晶粒，结晶粒的平均宽度在25 μ m以下的铝合金板的制造 方法进行说明。以通常的方法对具有规定的成分组成的铝合金熔融金属进行铸造，得到铸块。可 以采用连续铸造法，也可以采用半连续铸造法。此时，为了抑制铸造裂纹的发生，也可以添 加Ti或B。对得到的铸块实施均质化处理。此时，优选预先进行端面切削(facing)从而除去 表面的不均勻层。均质化处理530 620°C X 1小时以上在没有具有粗大宽度的结晶粒调整为微细宽度的结晶粒时，均质化处理的工序变 得重要。为了使铸块中的晶出物充分固溶，需要以高的温度充分均质化。再没有达到530°C， 或者没有达到1小时的处理中，晶出物残留。如果超过620°C，则存在部分溶解的可能性。 另外，即使保持M小时以上，效果也仅仅是饱和，并且在经济方面变得不利。均质化处理后，实施热轧。热轧为以比较高的温度开始，并且在高温下最后加工进行缠绕。为了在热轧中不 使析出物不均勻地析出，优选热轧在均勻化处理的范围的温度开始，在390°C以上结束。如果热轧结束温度没有达到390°C，析出物在后续工序中产生恶劣影响。优选的是400°C以 上。如果在均质化处理和热轧的过程中晶出物残留，或者是析出物不均勻地析出，在 冷轧时，在晶出物或析出物存在的周围与不存在这些晶出物或析出物的地方产生不均勻的 形变，其结果是，在最终退火时的再结晶时，在形变少的地方产生具有的粗大宽度的再结晶 粒，在形变大的地方产生宽度小的微细的再结晶粒，使冲压成形性恶化。退火前的冷轧压延率40%以上优选在最终的退火时，使宽度小的再结晶粒均勻微细时，增高压延率，使其受到更 多形变。如果没有达到40%，则不能使宽度小的再结晶粒均勻微细化。mm^k Miv/mx卜.的平均升温谏度力^ 丨350 550°〇的范_内不讲行{呆 持或讲行10 'Amx^mm,以rc / mx卜.的平均7令去ρ谏度7令去口。将再结晶粒调整为均勻微细时，该退火工序地条件设定也成为重要的因素。如果 温度未达到350°C，则不能使再结晶粒微细均勻化。如果进行超过550°C，或者超过10分钟 程度的长时间的退火，再结晶粒成长，就得不到均勻微细的再结晶粒。另外，退火时的升温速度和冷却速度也很重要。为了抑制在冷却时引发的形变的 不均勻的消除，以rc /秒以上的平均速度急速加热是很有效的，为了防止再结晶粒的成 长，以l°c /秒以上的平均速度急速冷却是很有效的。此外，冷却速度的控制至200°C即可， 冷却下限速度同样设为200°C左右即可。在最终的退火后，为了使盖主体的强度提高从而难以被损坏，也可以以90%以下、 优选的为60%以下的压延率实施最终的冷轧。(实施例)实施例1 接着，对具体的实施例进行说明。熔炼如图1所示的成分组成的铝合金熔融金属，以半连续铸造法以厚度530mm、宽 度1100mm，来自金属模的冷却水3. 0升/cm分，铸块的引出速度50mm/分铸造铸块。接着，在对该铸块进行端面切削后，在600°C X2小时的条件下进行均质化处理， 保持后开始热轧，在结束温度400°C下成为厚度6mm的热轧板。接着在冷轧4轧道(pass) 成为1.4mm厚的冷轧板。其后，将合金No. 1、2、3、5的冷轧板以200°C /秒的平均速度升温至500°C，并且在 该温度下保持10秒钟后，进行以平均速度200°C /秒的速度急速冷却至200°C的退火。接 着，将冷却至室温的上述退火板再次冷轧，成为厚度Imm的板。对合金No. 4而言，将退火温 度设为450°C，实施其它条件相同的处理。得到的上述厚度Imm的冷轧板，再进行研磨，并且在氧化铝膜处理后的轧制面上 以偏振光显微镜观察沿与轧制方向成直角的方向的结晶粒的最大宽度，并且使用横切法测 定包括最大宽度的平均宽度。以横截切断长度/切线的结晶粒数表示平均宽度。在表2中表示该结果。表 1供试材的组成
权利要求
1.一种铝合金制电池盖，其特征在于以电池盖用铝合金板为原料进行冲压加工，冲压成型至预先确定的厚度，使未退火的 防爆部一体成型，该电池盖用铝合金板在轧制面上具有沿与轧制方向成直角的方向上的结 晶粒的最大宽度为100 μ m、结晶粒的宽度的平均值为25 μ m以下的组织。
2.如权利要求1所述的铝合金制电池盖，其特征在于 所述防爆部的厚度为10 μ m 30 μ m。
3.一种铝合金制电池盖，其为具备防爆部的电池盖，该铝合金制电池盖的特征在于 防爆部包括铝合金，与电池盖一体成型，具有按质量％为如下的铝合金的组成Fe为1. 15 1. 35%，Mn为0. 40 0. 60%， 剩余部分由铝和杂质构成，作为杂质的Si被限制为0. 05%以下、作为杂质的Cu被限制为 0. 05%以下、作为杂质的Mg被限制为0. 05%以下；并且，在轧制面上具有沿与轧制方向成 直角的方向上的结晶粒的最大宽度为ΙΟΟμπι，结晶粒的宽度的平均值为25μπι以下的组
4.如权利要求3所述的铝合金制电池盖，其特征在于 还具有含有0. 005 0. 15质量％的11的组成。
5.如权利要求4所述的铝合金制电池盖，其特征在于 还具有含有0. 0005 0. 05质量％的B的组成。
6.如权利要求3 5中任一项所述的铝合金制电池盖，其特征在于 所述防爆部被冲压成型至预先确定的厚度，未退火。
7.如权利要求6所述的铝合金制电池盖，其特征在于 所述防爆部的厚度为10 μ m 30 μ m。
8.一种铝合金制电池盖的制造方法，其特征在于以电池盖用铝合金板为原料进行冲压加工，使薄壁的防爆部一体成型， 该电池盖用铝合金板如下制得以530 620°C Xl小时以上的条件对具有权利要求 3 7中的任何一项所述的组成的铝合金铸块实施均质化处理，之后，对其进行热轧，进一 步，以40%以上的压延率对其进行冷轧，之后，以1°C /秒以上的平均升温速度将其加热到 350 550°C的范围内并且不保持或进行10分钟以下的保持，以平均冷却速度为1°C/秒以 上的条件对其实施退火。
9.如权利要求8所述的铝合金制电池盖的制造方法，其特征在于 在退火后，对所述电池盖用铝合金板进一步实施冷轧。
10.如权利要求9所述的铝合金制电池盖的制造方法，其特征在于 以60% 90%的冷轧率实施冷轧。
全文摘要
本发明提供一种电池盖用铝合金板，在以铝合金板为原材料制造电池壳体用的盖时，不采用退火工序，而是能够以一体地冲压加工得到薄壁的防爆部的电池盖用铝合金板。Fe1.15～1.35质量％，Mn0.40～0.60质量％，进一步根据需要，含有Ti0.005～0.15质量％，或者Ti0.005～0.15质量％和B0.0005～0.05质量％，并且剩余部分由Al和杂质构成，作为杂质的Si限制在0.05质量％以下，Cu限制在0.05质量％以下，Mg限制在0.05质量％以下，对具有如上组成的铝合金的组织，通过制造条件的调整，使结晶粒的最大宽度调整到100μm以下，平均宽度调整到25μm以下。
文档编号C22C21/00GK102136554SQ201010573300
公开日2011年7月27日 申请日期2007年12月29日 优先权日2007年4月12日
发明者石井秀彦, 藤井孝典, 高桥照荣 申请人:日本轻金属株式会社