专利名称：电池箱用铝合金板以及电池箱的制作方法
技术领域：
本发明涉及搭载在机动车上的锂电池箱用的铝合金板以及使用该铝合金板成形加工而成的电池箱或者通过脉冲激光焊接而制造的电池箱，特别是涉及适用于形成电池箱的拉深加工中的连续生产的拉深加工用的铝合金板以及使用该铝合金板成形加工而成的电池箱，或者适于脉冲激光焊接中的密封焊接作业的高速处理的脉冲激光焊接用铝合金板以及使用该铝合金板通过脉冲激光焊接而制造的电池箱。
背景技术：
作为机动车用燃料电池，历来主要使用镍氢电池，但是近年来，移动电话和个人电脑等所使用的锂离子电池，由于其轻量以及能量密度高等的理由而被部分采用。锂离子电池在其结构上，包括主体和盖的电池箱具有作为电极的作用，电池箱用材料使用导电性高的铝材。另外，铝材由于可以拉深加工，因此，能够通过成形加工制造成作为电池箱的方形或圆形的容器。在此，单体使用移动电话等的电池时，为了防止膨胀，电池箱的主体和盖使用高强度的JISA3000系铝合金。该电池箱是通过激光焊接沿盖的边缘接合由铝合金材构成的主体和盖而成。例如，在专利文献1中公开了在由JISA3003铝合金构成的有底方筒形的外装罐的开口部，通过激光焊接接合由JISA3003铝合金构成的盖体来制造锂离子二次电池的方法。 还有，作为电池箱的材质，在专利文献1中还记载有JISA1050铝材。如上所述，现有的锂离子电池被用于移动电话和个人电脑，为了防止箱的膨胀，作为电池箱的材质，使用高强度的JISA3000系铝合金。但是，机动车用燃料电池是将多个燃料电池在其间设置树脂隔板层叠而配置，因此，即使不是高强度原材也不会发生膨胀等问题。为此，机动车用燃料电池用锂离子电池使用虽然与JISA3000系相比强度低，但高导电率的JISA1000系铝材(纯铝材)。例如，在专利文献2中公开了一种电池箱，在由JISA1000系铝合金构成的电池箱材中，通过将Ti含量限定为0. 01质量％以下，能够防止在通过脉冲激光焊接焊接时的局部异常部(不规则焊道)的形成。另外，在专利文献3中公开了在由JISA1000系铝合金构成的电池箱材中，为了将粘性参数的范围适当，通过限定B等杂质含量，从而发现了相同的作用。另外，这些专利文献2、3中记载的JISA1000系铝合金材由于没有必要进行用于回避电池密封时内容物和局部的异常部热反应而产生的爆裂的铝板的厚壁化，因此，能够得到薄壁化带来的降低成本的效果。专利文献1特开2000-123822号公报(段落0022,0051 0061)专利文献2特开2009-127075号公报(段落0017 0020)专利文献3特开2009-287116号公报(段落0020 0025)但是，现有的电池箱用铝合金板和电池箱存在以下问题。
近年来，出于混合动力机动车和电机动车的发展，电池箱的生产数量也出现显著增加的倾向，为此，需要进行电池箱的大量连续生产。但是，进行连续生产时，存在通过成形加工(拉深加工)制造方形或圆形容器时，发生烧结的问题。由此，要求防止通过成形加工制造方形或圆形容器时的烧结的发生。另外，为了连续生产，在使脉冲激光焊接的密封焊接作业高速化时，存在不能得到充分的焊道的熔深，接头强度下降的问题。由此，要求在脉冲激光焊接的密封焊接作业中能够对应高速处理的铝合金板。
发明内容
本发明鉴于上述课题而进行，其目的在于，提供一种脉冲激光焊接用的电池箱用铝合金板以及使用该铝合金板的电池箱，其以JISA1000系铝材为对象，能够防止在通过成形加工制造作为电池箱用的方形或圆形容器时的烧结的发生，能够对应适于连续生产的拉深加工用和进行脉冲激光焊接时的脉冲激光焊接的高速化。为了解决所述课题，本发明的电池箱用铝合金板(以下也称为铝合金板)含有狗
0.1 2. 0质量％、Si 0. 05 0. 5质量％、Mn :0. 05 0. 5质量％，余量是Al和不可避免的杂质，其中，所述电池箱用铝合金板的截面的板厚方向中心部中，最大长度为Iym以上的金属间化合物的面积率为0. 3 3. 5%，并且，最大长度为Ilym以上的金属间化合物的个数为140个/mm2以下。根据这种构成，通过含有规定量的Fe、Si、Mn，形成Al-Fe-Mn系、Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物，由此提高加工时的润滑性，防止铝合金板的烧结等。另外，由于含有规定量的Si、Mn，各个元素在母相内固溶，提高铝合金板的强度(耐压强度)。另外，通过将最大长度为1 μ m以上的金属间化合物的面积率限定为规定量，提高加工时的润滑性，防止铝合金板的烧结等，并且，防止成形时的裂纹，通过将最大长度为Ilym以上的金属间化合物的个数限定为规定量，从而抑制成为成形裂纹的起点的原因，防止成形时的裂纹。另外，本发明的电池箱用铝合金板(以下也称为铝合金板)含有狗0. 1 2.0 质量％、Si 0. 05 0. 5质量％、Mn :0. 05 0.5质量％，抑制Cu :0. 5质量％以下，Mg:
1.0质量％以下，余量是Al和不可避免的杂质，其中，所述电池箱用铝合金板的导电率为 62IACS (International AnnealedCopper Standard) % 以下。根据这种构成，通过含有规定量的i^、Si、Mn，并且，在含有Cu、Mg时限定在规定量以下，由此，各个元素在铝中固溶，降低铝合金板的导热性，并且，提高铝合金板的强度。另外，通过使导电率为规定值以下，从而使脉冲激光焊接中的熔深为规定值以上，提高接头强度。另外，本发明的铝合金板还含有Cu :0. 5质量％以下、Mg :1.0质量％以下中的一种以上。根据这种构成，通过含有规定量的Cu、Mg中的一种以上，各个元素在母相内固溶， 进一步提高铝合金板的强度(耐压强度)。另外，通过含有规定量的Mg，Mg和Si结合形成 M&Si。另外，本发明的铝合金板还含有Ti :0. 1质量％以下。根据这种构成，铝合金铸造组织微细化，均质化(稳定化)，防止轧制用铸锭的造块时的铸造裂纹。
本发明的电池箱使用所述记载的电池箱用铝合金板。这种电池箱使用本发明的铝合金板成形加工而成，因此，没有烧结引起的表面的变色和纵条纹图案，另外，强度、耐压性(耐膨胀性)提高。根据本发明的电池箱用铝合金板，具有形成电池箱时的优异的成形性(减薄拉深加工性)，能够防止通过成形加工制造方形或圆形的容器时的烧结的发生。另外，脉冲激光焊接性优异，在脉冲激光焊接中，具有优异的耐焊接裂纹性。另外，即使制造电池箱时的脉冲激光焊接高速化，也能够实现充分的焊道熔深深度，提高接头强度。因此，在脉冲激光焊接的密封焊接作业中，能够进行高速处理。另外，使用JISA1000系铝材，能够形成具有优异强度，耐压性(耐膨胀性)的电池箱。另外，本发明的电池箱由于使用本发明的电池箱用铝合金板，因此，能够形成没有烧结引起的表面变色和纵条纹图案的电池箱。另外，使用JISA1000系铝材，具有优异强度， 耐压性(耐膨胀性)。
具体实施例方式以下，对用于实现本发明的电池箱用铝合金板(以下也称为铝合金板)的方式进行说明。(铝合金板的构成)本发明的铝合金板含有规定量的i^e、Si、Mn，余量是Al和不可避免的杂质，并将铝合金板的截面的板厚方向中心部的规定的金属间化合物的面积率(占有面积率)和个数限定为规定值。另外，也可以含有Cu、Mg中的一种以上，还可以含有规定量的Ti。以下，对各成分的限定理由和金属间化合物的分布限定理由进行说明。(Fe :0. 1 2. 0 质量％ )Fe和Al、Si、Mn等形成Al-Fe-Mn系、Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物，通过使微细的所述金属间化合物的个数增加，有助于电池箱成形加工时的润滑效果，因此，具有提高铝合金板的成形性(耐烧结性)的效果。狗含量低于0.1质量％时，Ιμπι长度以上的所述金属间化合物的个数不足，因此，所述效果小。另一方面，狗含量超过2. 0质量％时，IlymW 上的粗大的所述金属间化合物的个数增加，容易成为成形时的裂纹的起点，因此，铝合金板的成形性下降。因此，狗含量为0. 1 2. 0质量％，优选为0. 65 2. 0质量％。(Si :0· 05 0. 5 质量％ )Si通过在铝中固溶，使导电性降低，即具有使导热性降低的效果。另外，Si在母相内固溶，具有提高铝合金板的强度的效果，随着Si含量的增加，该效果提高，能够提高作为电池箱时的耐压强度。另外，Si和Al、Fe、Mn等形成Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物，通过增加微细的所述金属间化合物的个数，有助于电池箱成形加工时的润滑效果，因此，具有提高铝合金板的成形性(耐烧结性)的效果。Si含量低于0.05质量％时，Ιμπι长度以上的所述金属间化合物的个数不足，因此，所述效果小。另一方面，Si含量超过0.5质量％时，熔点下降，因此，在脉冲激光焊接中，焊接裂纹产生。因此，Si含量为0. 05 0. 5质量％，优选为0. 1 0. 4质量％。(Mn :0· 05 0. 5 质量％ )Mn通过在铝中固溶，使导电性降低，即具有使导热性降低的效果。另外，Mn在母相内固溶，具有提高铝合金板的强度的效果，随着Mn含量的增加，该效果提高，能够提高作为电池箱时的耐压强度。另外，Mn和Al、Fe、Si等形成Al-Fe-Mn系金属间化合物、Al-Fe-Mn-Si 系金属间化合物，通过增加微细的所述金属间化合物的个数，有助于电池箱成形加工时的润滑效果，因此，提高铝合金板的成形性(耐烧结性)。Mn含量低于0.05质量％时，不能发挥固溶强化，另外，1 μ m长度以上的所述金属间化合物的个数不足，因此，所述效果小。另一方面，Mn含量超过0. 5质量％时，Ilum以上的粗大的所述金属间化合物的个数增加，容易成为成形时的裂纹的起点，因此，铝合金板的成形性下降。因此，Mn含量为0. 05 0. 5质量％，优选为0. 1 0.4质量％。(Cu :0. 5 质量％ 以下)Cu通过在铝中固溶，使导电性降低，即具有使导热性降低的效果。另外，Cu在母相内固溶，具有提高铝合金板的强度的效果，随着Cu含量的增加，该效果提高，能够提高作为电池箱时的耐压强度。但是，Cu含量超过0.5质量％时，熔点下降，因此，在脉冲激光焊接中，焊接裂纹产生。因此，添加Cu时，Cu含量为0.5质量％以下。还有，为了更有效发挥所述效果，优选添加0. 05质量％以上。(Mg :1.0 质量％ 以下)Mg通过在铝中固溶，使导电性降低，即具有使导热性降低的效果。另外，Mg在母相内固溶，具有提高铝合金板的强度的效果，随着Mg含量的增加，该效果提高，能够提高作为电池箱时的耐压强度。另外，Mg和Si结合形成Mg2Si。但是，Mg含量超过1.0质量％时， 铝合金板的加工硬化性变高，成形性下降。另外，由于熔点下降，所以在脉冲激光焊接中，焊接裂纹产生，并且，Mg原子突发性地蒸汽化飞散比率增加，焊接异常部发生。因此，添加Mg 时，Mg含量为0. 1质量％以下。还有，为了更有效地发挥所述效果，优选添加0. 02质量％ 以上。(Ti :0. 1 质量％ 以下)Ti具有使铝合金铸造组织微细化、均质化(稳定化)的效果，具有防止轧制用板坯的铸造时的铸造裂纹的效果。但是，含量超过0. 1质量％时，其效果饱和，因此，不要含有其以上。因此，添加Ti时，Ti含量为0.1质量％以下。还有，为了有效发挥所述效果，优选添加0. 005质量％以上。(余量是Al和不可避免的杂质)铝合金板的成分除上述之外，余量是Al和不可避免的杂质。还有，作为不可避免的杂质，例如含于基材和中间合金中的通常公知的范围内的ai、Ga、V、Ni等，由于不妨碍本发明的效果，因此，允许该不可避免的杂质的含有。(最大长度为1μ m以上的金属间化合物的面积率0. 3 3. 5% )铝合金板的截面的板厚方向中心部的最大长度为Iym以上的金属间化合物的面积率为0. 3 3. 5%。还有，所谓截面的板厚方向中心部，具体来说是指以板厚方向中心的板厚18 50%的区域。面积率低于0. 3%时，减薄拉深加工中，除去凝固于冲头或模具的铝母材的润滑效果不足，铝合金板发生烧结等，因此，铝合金板的成形性下降。另一方面，面积率超过3. 5% 时，粗大的金属间化合物多，容易成为成形裂纹的起点，因此，铝合金板的成形性下降。还有，在所述范围内，即使含有低于Iym的化合物，它们的面积率也不会对成形性有影响，在所述范围内也可以含有这些金属间化合物。另外，最大长度的上限没有限定， 面积率中也含有最大长度为Ilym以上的金属间化合物。(最大长度为11μ m以上的金属间化合物的个数140个/mm2以下)铝合金板的截面的板厚方向中心部的最大长度为Ilym以上的金属间化合物的个数为140个/mm2以下。个数超过140个/mm2时，粗大的所述金属间化合物的个数多，容易成为成形时的裂纹的起点，铝合金板的成形性下降。还有，在所述范围内，即使含有低于Ilym的化合物，它们的个数也不会对成形性有影响，在所述范围内也可以含有这些金属间化合物。另外，最大长度的上限没有限定，个数也可以为0。而且，这些金属间化合物的分布通过所述i^e、Si、Mn、Cu、Mg的各含量进行控制。另外，如后所述，通过使铸造铝铸锭的铸造条件范围适当化，和在均质化处理工序后，将轧制用板坯冷却到常温，其后进行再加热，由此，能够增加金属间化合物的面积率。金属间化合物的检测手段可以例举扫描型电子显微镜(SEM)的适用作为一例。最大长度Ιμπι以上的金属间化合物在SEM组成(COMPO)像中通过与母相的明暗对比可以识别，Al-Mn-Fe系、Al-Fe-Mn-Si系金属间化合物比Al母相白，Mg-Si系金属间化合物比Al 母相黑。在铝合金板的板厚方向中心部的金属间化合物中，切割铝合金板，研磨包括轧制方向和板厚方向的切断面，通过镜面研磨形成观察面，观察将铝合金板的板厚方向中心作为中心的板厚的18 50%的区域。从这些区域优选多个视野合计Imm2以上进行观察、拍摄， 使用图像处理装置等，测定指定尺寸的金属间化合物的面积率和个数密度。(导电率62IACS% 以下)在脉冲激光焊接中，铝板与钢板或不锈钢板比较导热性即导电性良好，因此，为了得到相同深度的熔深，需要大的激光能量。但是，纯铝之外含有其他元素例如Fe、Si、Mn、 Cu、Mg合金化时，由于这些元素固溶，导电性下降，导热性也下降，因此，脉冲激光焊接中的熔深深度可以确保规定以上的深度。如果导电率为62IACS%以下，即使脉冲激光焊接高速化，脉冲激光焊接的熔深深度也是充分的，能够得到优异的接头强度。因此，作为现实导电性指标的导电率为62IACS%以下，优选为低于58IACS%。而且，导电率通过所述狗、Si、Mn、Cu、Mg的各含量进行控制。另外，如后所述，通过使铸造铝铸锭的铸造条件范围适当化，在含有元素之内，控制Fe、Si、Mn、Cu、Mg的结晶， 能够将导电率抑制得很低。铝合金板的导电率的测定例如可以使用非鲁斯特公司的西格玛测试机(型号 2. 068)进行。(铝合金板的制造方法)接着，对本发明的铝合金板的制造方法的一例进行说明。首先，熔解铸造具有所述组成的铝合金，制作铸锭，对该铸锭实施面切削后，在 480°C以上但低于所述铝合金熔点的温度进行均质化热处理。接着，将该均质化热处理的铸锭热轧并冷轧制作轧制板。而且，对该轧制板在300 400°C的温度范围进行退火，从而制造铝合金板。另外，在所述本发明的铝合金板的制造方法内，优选通过使铸造铝合金铸锭的铸造条件适当化，增加金属间化合物的面积率，由此加工性优异。优选此时的铸造条件，铸造速度为60mm/min以下，铸入温度为710°C以下的铸造条件进行。还有，通过铸入温度为 690°C以上进行，能够防止铸造时的问题发生。另外，在所述本发明的铝合金板的制造方法内，在均质化热处理后，将轧制用板坯冷却到常温，其后，即使再加热，也能够使金属间化合物的面积率增加适当化，由此，加工性优异。此时的铸锭的再加热条件，升温速度1 400C /hr，到达温度400 510°C，保持时间2小时以上的再加热处理后，进行热轧。(电池箱)接着，对本发明的电池箱进行说明。本发明的电池箱使用所述铝合金板制作。以下，说明从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)作为电池主体部的本发明的铝合金板通过最终冷轧形成0. 5 15mm左右的板厚。 将该铝合金板切断成规定形状，通过拉深加工或减薄拉深加工形成为有底圆筒状。另外，反复进行多次改加工渐渐增高侧壁面，根据需要进行调整等加工，由此，成形为规定的底面形状和侧壁高度成为箱主体部。电池箱的形状没有特别限定，圆筒形、扁平形的直方体等，根据二次电池的规格，箱主体部形成上面开放的有底圆筒形状。另外，以和箱主体部相同的铝合金，以1. O 2. 5mm左右的板厚的本发明的铝合金板制作盖部。将该铝合金板切断成与箱主体部的上面对应的形状，形成注入口等成为盖部。 所述箱主体部中收纳二次电池材料(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通常是波形控制的脉冲激光焊接。而且，将电解液从注入口注入电池箱，密封注入口形成二次电池。(实施例)以上，对用于实施本发明的方式进行了说明，以下，将确认到本发明的效果的实施例和不满足本发明要件的比较例进行对比，进行具体说明。还有，本发明并不限定于这些实施例。(供试材制作)熔解铸造具有表1所示组成的铝合金(铸入温度700°C，铸造速度50mm/min)， 制作铸锭，对该铸锭实施面切削后，在规定温度实施4小时的均质化热处理。对该实施了均质化热处理的铸锭实施热轧，再实施冷轧，形成板厚1. Omm左右的轧制板。而且，将该轧制板加热到360°C进行退火，制作铝合金板。表1显示成分组成。还有，表中不满足本发明范围的在数值等下标注下划线，不含有的成分表示为“_”。表 权利要求
1.一种电池箱用铝合金板，含有佝0. 1 2.0质量％、Si :0. 05 0.5质量％、Mn: 0. 05 0. 5质量％，余量是Al和不可避免的杂质，其特征在于，在所述电池箱用铝合金板的截面的板厚方向中心部中，最大长度为Iym以上的金属间化合物的面积率为0. 3 3. 5%，并且，最大长度为Ilym以上的金属间化合物的个数为 140个/mm2以下。
2.根据权利要求1所述的电池箱用铝合金板，其特征在于，还含有Cu0. 05质量％以上0. 5质量％以下、Mg 0. 02质量％以上1. 0质量％以下中的一种以上的元素。
3.根据权利要求2所述的电池箱用铝合金板，其特征在于，还含有Ti:0. 005质量％以上0. 1质量％以下。
4.一种电池箱用铝合金板，含有!^e 0. 1 2.0质量％、Si :0. 05 0. 5质量％、Mn 0. 05 0. 5质量％，将Cu限定为0. 05质量％以上0. 5质量％以下，将Mg限定为0. 02质量％以上1.0质量％以下，余量是Al和不可避免的杂质，其特征在于，所述电池箱用铝合金板的导电率为62IACS%以下。
5.根据权利要求4所述的电池箱用铝合金板，其特征在于，还含有Ti:0. 005质量％以上0. 1质量％以下。
6.一种电池箱，其特征在于，使用了权利要求1 5中任一项所述的电池箱用铝合金板。
全文摘要
本发明提供一种脉冲激光焊接用的电池箱用铝合金板，含有Fe0.1～2.0质量％、Si0.05～0.5质量％、Mn0.05～0.5质量％，余量是Al和杂质，在铝合金板的截面的板厚方向中心部中，最大长度为1μm以上的金属间化合物的面积率为0.3～3.5％，最大长度为11μm以上的金属间化合物的个数为140个/mm2以下。另外，电池箱用铝合金板含有Fe0.1～2.0质量％、Si0.05～0.5质量％、Mn0.05～0.5质量％，Cu0.5质量％以下、Mg1.0质量％以下，余量是Al和杂质，电池箱用铝合金板的导电率为62IACS％以下。
文档编号H01M2/02GK102206775SQ201110083279
公开日2011年10月5日 申请日期2011年3月30日 优先权日2010年3月30日
发明者小林一德, 松本刚 申请人:株式会社神户制钢所