专利名称：电池箱用铝合金板和电池箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及锂离子二次电池箱等所使用的电池箱用铝合金板和电池箱。
背景技术：
作为移动电话和笔记本型个人电脑等的电池，锂离子二次电池被广泛使用。作为该二次电池的外壳的壳体(以下适宜称过电池箱)的材料中，历来为了电池的小型化和轻量化，还有为了使用于成形为电池箱(主要是电池箱主体)的加工性(成形性)良好，而使用铝合金材。在移动电话和笔记本电脑的电池中，电池的膨胀成为问题。因此，为了得到高强度，以Al-Mn系合金为基材而大量添加有Cu、Mg的合金得到开发(参照专利文献1)。但是，与移动电话等的电池不同，虽然车辆用的电池箱期望轻量化，但由于壳体与框体等并设而能够得到一定程度的强度，因此没有要求达到移动电话等的电池这种程度的强度，倒不如既要求具有强度，又要求加工性/焊接性良好的合金。作为这样的电池箱的铝合金，已知有以JISA3003为基础的Al-Mn系铝合金(参照专利文献2、。Al-Mn系铝合金激光焊接性优异，与JISA1050等纯铝比较，容易得到熔深。在电池箱用的铝合金的加工中，与连续激光一起使用脉冲激光。脉冲激光与连续激光比较，具有适合薄壁材的焊接这样的特征，但因为焊接条件严格，所以铝合金开裂，有在纯铝中发生不规则焊道(焊道不整齐)这样的问题(专利文献3)专利文献1日本专利第3867989号公报专利文献2特开2002-1；34069号公报专利文献3特开2009-287116号公报与移动电话的电池箱用铝材这样板厚薄的材料不同，在汽车用的电池箱中，由于板厚达到一定程度的厚度，为了得到规定的焊接部强度，需要加深熔深。但是，在JISA3003 铝合金中，若熔深超过0. 25mm，则焊道的形状稳定性显著降低，不规则焊道的发生率急剧增加。该不规则焊道根据情况会成为穿透到被焊接材背面的熔深，产生对导电性和工作电压等的性能造成不利影响的问题。发生了不规则焊道的焊接部显示在图1(b)、图2(b)中。在图1(b)中是形成为大直径的焊道，在图2(b)中，两处深熔深焊道是不规则焊道。图1(a)、 图2(a)表示没有发生不规则焊道的焊接部。焊道的直径整齐，熔深的深度大体一定。
发明内容
本发明鉴于这样的现有技术的问题点而做，其目的在于，提供一种具有用于制作成电池箱的加工性(特别是主体部)和脉冲激光焊接性的电池箱用铝合金板，以及使用该电池箱用铝合金板的电池箱。脉冲激光焊的异常部(不规则焊道)的发生，如以下说明的，与从脉冲激光熔融时 (660 750°C )到再凝固(660 640°C )的期间残留在焊道内的气孔缺陷的发生度相关 (参照专利文献3)。
焊接时，脉冲激光照射部形成熔融状态，在该熔池内，存在由氢、保护气体、金属蒸气等形成的气泡。1脉冲的脉冲激光照射结束时，脉冲激光照射部向凝固过程过渡，但气泡难以从熔池排出时，容易直接作为气孔缺陷残留。脉冲激光焊接时，凝固结束的焊道上重新重叠焊道而被后面的脉冲激光照射。然后，凝固结束道通过脉冲激光的照射而再熔融时，残留的气孔被脉冲激光照射，气孔膨胀，通常由于脉冲激光照射而形成的小孔(★一 *一>) 肥大化，激光容易纵深进入。其结果是熔深形成得很深，成为非恒稳熔深部。该非恒稳熔深部凝固，成为焊接部的不规则焊道。以0. 25mm以下的熔深深度，对于通常的JISA3003铝合金等的Al-Mn合金板进行脉冲激光焊时，即使以大线能量焊接也不会发生不规则焊道，但在熔深超过0. 25mm的范围，其发生率就会急剧变高。因此，本发明者们，为了开发出既发挥出作为锂离子电池箱用的原材优异的 JISA3000系铝合金板的优点，又在加深脉冲激光焊接形成的熔深深度时，仍能够防止不规则焊道的发生的原材，进行了各种实验研究。其结果是，本发明者们发现，作为JISA3000系铝合金的微量成分的Ti和B的含有，对于脉冲焊接中的不规则焊道的发生产生重大的影响，以及通过将该合金中所含的Ti 和B的含量规则在适当的范围，能够防止不规则焊道的发生。即，本发明的电池箱用铝合金板(以下适宜称为铝合金板)，其特征在于，含有Mn 0. 8 1. 5 质量％、Cu :0. 05 0. 2 质量％、Si :0. 05 0. 6 质量％、Fe :0. 05 0.7 质量％， 规定Si在0. 05质量％以下、Ti低于0. 04质量％、B低于10质量ppm，余量由Al和不可避免的杂质构成。上述铝合金板，通过以规定量含有Mn、Cu、Si，各个元素在母相内固溶，铝合金板的强度提高。另外，通过以规定量含有MruSiJe，由于金属间化合物的形成，成形性提高。此外，通过将Si浓度规定在规定量以下，在铝合金板的激光焊接时，蒸气压低的Si不会飞散， 不会污染周围。而且，通过将Ti、B规定在规定量以下，在脉冲激光焊接照射进行的原材的熔融时，凝固焊道内难以残留气泡，防止焊接部的不规则焊道的发生。上述电池箱用铝合金板，例如作为汽车用的电池箱使用时，使用有一定程度厚的板厚(例如0. 5mm以上)。上述电池箱用铝合金板，即使熔深深度为超过0. 25mm的深度时， 也能够防止脉冲激光焊接中的不规则焊道的发生。电池箱由箱主体和盖材构成，两者进行脉冲激光焊接。上述电池箱用铝合金板，作为电池箱的箱主体和盖材使用。但是，盖材也能够替换为JISA1050铝合金等其他的铝合
金 ο本发明的电池箱用铝合金板，具有优异的脉冲激光焊接性。具体来说，即使是在现有材料中不能防止不规则焊道发生的很深的熔深深度(超过0.25mm)的脉冲激光焊接中， 也能够防止不规则焊道的发生。因此，适合作为需要以脉冲激光焊形成深的熔深深度的汽车用等的电池箱材料。另外，本发明的电池箱用铝合金板，保持着与现有材料同样的强度，并且与现有材料一样具有在形成箱主体时所要求的优异的成形性(引缩加工性)。
图1是脉冲激光焊形成的焊接部的俯视图(光学显微镜照片)，(a)表示良好的焊接部，(b)表示发生了不规则焊道的焊接部。图2是脉冲激光焊形成的焊接部的剖面图(光学显微镜照片)，(a)表示良好的焊接部，(b)表示发生了不规则焊道的焊接部。在(a)、(b)中右下的量规表示200 μ m。
具体实施例方式以下，对于本发明的电池箱用铝合金板进行更具体地说明。[铝合金板的构成]本发明的铝合金板，是以规定量含有Mn、Cu、Si、狗，Zn、Ti、B规定在规定量以下， 余量由Al和不可避免的杂质构成的铝合金板。以下，对于各成分的限定理由进行说明。(Mn :0. 8 1. 5 质量％ )Mn在母相内固溶，提高铝合金板的强度，具有使耐压强度提高的效果，随着Mn含量增加能够提高强度。另外，Mn与Al、Fe、Si形成金属间化合物，(Al-Fe-Mn系金属间化合物、Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物)，其微细地析出，有助于在成形加工成电池箱时的润滑效果，使操合金板的成形性提高。但是，Mn含量低于0.8质量％时，这些效果不充分，若超过1.5质量％，则粗大的金属间化合物的数量增加，容易在成形时成为裂纹的起点，铝合金板的成形性降低。因此，Mn含量为0.8质量％以上、1.5质量％以下。优选为0.9质量％以上、1.3质量％以下。(Cu :0· 05 0. 2 质量％ )Cu固溶而具有提高铝合金板的强度的效果。但是，Cu含量低于0.05质量％时， 该效果不充分，若超过0.2质量％，则容易发生焊接裂纹，因此不为优选。因此，Cu含量为 0.05质量％以上，0.2质量％以下。优选为0. 1质量％以上、0. 18质量％以下。(Si :0· 05 0. 6 质量％ )Si在母相中固溶，提高铝合金板的强度，具有使耐压强度提高的效果。另外，Si与 AUMn,Fe形成Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物(参照关于Mn的前面的记述)，使铝合金板的成形性提高。但是，Si含量低于0. 05质量％时，这些效果不充分，若超过0. 6质量％，则前述金属间化合物粗大，容易在成形时成为裂纹的起点，铝合金板的成形性降低。另外，若Si 含量超过0. 6质量％，则容易发生焊接裂纹。因此，Si含量为0. 05质量％以上、0. 6质量％ 以下。优选为0.05质量％以上、0.2质量％以下。(Fe :0· 05 0. 7 质量％ )Fe与Mn、Si同样，形成Al-Fe-Mn系、Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物(参照关于Mn 的前面的记述)，具有使铝合金板的成形性提高的效果。但是，狗含量低于0. 05质量％时， 该效果不充分，若超过0. 7质量％，则粗大的所述金属间化合物的数量增加，容易在成形时成为裂纹的起点，铝合金板的成形性降低。另外，若狗含量超过0. 7质量％，则容易发生气孔。因此，!^e含量为0.05质量％以上、0.7质量％以下。优选为0. 4质量％以上、0. 6质量％以下。本发明的铝合金板的主要成分如上，其含量大体上依据JISA3003的组成。除去 Mn,Cu,Fe,Si的余量，除了后述的Ti、B以外，由Al和不可避免的杂质构成。不可避免的杂
5质包含在基体金属和中间合金中。以下说明Ti、B和主要的不可避免的杂质。(Ti 低于 0.04 质量％ )Ti具有使铝合金铸造组织微细化、均质化(稳定化)的效果，以防止轧制用板坯在铸造时的铸造裂纹为目的，在0. 02 0. 15质量％的范围内常用。但是，前述组成的铝合金的情况下，若含有Ti在0. 04质量％以上，则脉冲激光照射下的原材在熔融时(660 7500C )容易在凝固焊道内残留气孔。因此，以后面的脉冲激光照射再熔融凝固焊道时，如先前说明的，熔深形成得深(非恒稳熔深部)，其凝固而在焊接部有异常部(不规则焊道) 发生。在本发明的铝合金中，Ti在基体金属(废料中含有)中作为不可避免的杂质含有， 或者是以上效果为目的而根据需要作为中间合金被添加的元素。无论怎样，其含量均需要规定为低于0. 04质量％ (含0% )。(B 低于 10 质量 ppm)B如前述，以防止铝合金在板坯铸锭时的铸造裂纹为目的，作为Ti-B母合金与Ti 一起积极添加而常用的元素。但是，前述组成的铝合金的情况下，B含量为10质量ppm以上时，与前述的Ti 一样，在脉冲激光照射部的凝固焊道内容易残留气孔，以后面的脉冲激光照射再熔融凝固焊道时，熔深形成得深，其凝固而发生异常部(不规则焊道)。在本发明的铝合金中，B在基体金属(坯料中含有)中作为不可避免的杂质含有，或者是以上效果为目的而根据需要作为中间合金被添加的元素。无论怎样，其含量均需要规定为低于10质量 ppm(含Oppm)。优选为9质量ppm以下。(不可避免的杂质)作为主要的不可避免的杂质，可列举Zn、Zr、Cr、Ga、V、Ni、Mg等。其中S1因为蒸气压低，所以在脉冲激光焊接时容易飞散而污染周围，此外还容易发生焊道裂纹，使铝合金板的脉冲激光焊接性变差。因此，Zn含量规定在0. 05质量％以下。 优选为0. 04质量％以下。作为其他的不可避免的杂质的&、Cr、Ga、V、Ni、Mg等，如果在通常已知的范围内， 则不会妨碍本发明的效果。这些不可避免的杂质的含有分别为0. 05质量％以下，作为包含 Ti、B和Si在内的不可避免的杂质总量，允许在0. 15质量％的范围内。[铝合金板的制造方法]接着，对于本发明的铝合金板的制造方法的一例进行说明。首先，熔化、铸造具有前述组成的铝合金，制作铸锭，对该铸锭实施端面铣削后，以 480°C以上且低于前述铝合金熔点的温度实施均质化热处理。其次，对于该经过均质化热处理的铸锭进行热轧和冷轧，制作轧制板。然后，以100°C /分以上的加热速度，将该轧制板加热至420°C以上且低于前述铝合金熔点的温度区域，在该温度区域保持0 180秒后，以 3000C /分以上的冷却速度进行冷却，由此实施中间退火。之后，以20 50%的压下率对于经过了中间退火的轧制板实施最终冷轧，成为铝合金板。还有，也可以根据需要，对于实施了最终冷轧的轧制板实施80 200°C、0. 5 8小时的最终退火。通过最终退火，材料软化，延伸率提高，因此最终退火是适合用于使成形性提高的工序。[电池箱]接着，对于本发明的电池箱进行说明。本发明的电池箱，使用前述铝合金板制作。以下，说明由本发明的铝合金板制作电池箱和二次电池的方法的一例。
[电池箱和二次电池的制作方法]作为箱主体部的本发明的铝合金板，经最终冷轧而成为0. 7 2. Omm左右的板厚。 将该铝合金板切割成规定的形状，通过拉深加工或引缩加工而成形为有底筒形状。再多次重复该加工，缓缓增高侧壁面，根据需要实施修整等的加工，成形为规定的底面形状和侧面高度而成为箱主体部。箱主体部为上面开放的有底筒形状。电池箱的形状没有特别限定， 有圆筒形、偏平形的长方体等，遵循二次电池的规格。引缩加工等造成的箱主体部的侧壁的板厚减少率(引缩加工率)总计优选为 30 80%。板厚减少率在该范围以外时，将成形的箱主体的侧壁调整到需要的板厚有困难。另外，用与箱主体部相同的铝合金，以板厚0. 7 2. Omm左右的本发明的铝合金板制作盖部。将该铝合金板切割成与箱主体部的上面对应的形状，形成注入口等而成为盖部。 但是，盖部也可以由JISA1050铝合金等其他铝合金制作。在前述箱主体部容纳二次电池材料(正极材料、负极材料、隔板等)，在上面焊接所述盖部。箱主体部和盖部的焊接由受到波形控制的脉冲激光焊接进行。然后，将电解液从注入口注入到电池箱中，密封注入口，成为二次电池。如以上，本发明的铝合金板，通过按顺序实施一系列的成形加工的多工位压力机而成形为预期的形状的成形品，其特别适合锂离子二次电池的电池箱。即，本发明的铝合金板，面对多工位压力机所包含的多阶段的拉深-引缩加工这样特别严酷的加工，具有优异的成形性(加工性)。另外，本发明的铝合金板还具有脉冲激光焊接性，例如在制作成电池箱时，能够以脉冲激光确实地密封箱主体部与盖部。实施例以下，将确认到本发明的效果的实施例与不满足本发明的要件的比较例进行比较，具体地进行说明。[制作供试材]熔解、铸造表1所示组成的铝合金而成为铸锭，对该铸锭实施端面铣削后，以 540°C实施4小时均质化热处理。对于该经过均质化热处理的铸锭实施热轧，再实施冷轧。 以500°C /分将冷轧后的轧制板加热至520°C，以该温度保持30秒后，以500°C /分冷却而进行中间退火。最后，以30%的压下率进行最终冷轧，成为板厚1. Omm的铝合金板。表1
权利要求
1.一种脉冲激光焊接性优异的电池箱用铝合金板，其特征在于，含有Mn :0. 8 1. 5质量％、Cu 0. 05 0. 2 质量％、Si 0. 05 0. 6 质量％、Fe :0. 05 0. 7 质量％，规定 Zn 在 0. 05质量％以下、Ti低于0. 04质量％、B低于10质量ppm，余量是Al和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的脉冲激光焊接性优异的电池箱用铝合金板，其特征在于，板厚为0. 5mm以上。
3.—种电池箱主体，其特征在于，由权利要求1或2所述的电池箱用铝合金板构成。
4.一种电池箱，其特征在于，是将由权利要求1或2所述的铝合金板构成的电池箱主体和电池盖材进行脉冲激光焊接而成的电池箱，其中，激光的熔深深度为0. 25mm以上。
全文摘要
对于电池箱用的JISA3000系铝合金板进行脉冲激光焊时，防止异常部(不规则焊道)的发生。一种电池箱用铝合金板，其含有Mn0.8～1.5质量％、Cu0.05～0.2质量％、Si0.05～0.6质量％、Fe0.05～0.7质量％，规定Zn在0.05质量％以下、Ti低于0.04质量％、B低于10质量ppm，余量由Al和不可避免的杂质构成。即使激光的熔深深度深达0.25mm以上时，也能够防止不规则焊道的发生。
文档编号C22C21/00GK102400015SQ20111026725
公开日2012年4月4日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年9月14日
发明者小林一德, 松本刚 申请人:株式会社神户制钢所