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JP3434236B2 - 密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents
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JP3434236B2 - 密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板の製造方法 - Google Patents

密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板の製造方法

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    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ノート型パーソナ
ルコンピュータ、携帯電話などの携帯用電子機器の駆動
源となる2次電池、特に、リチウムイオン2次電池に好
適な密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板の製造
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、携帯用電子機器の駆動源としてリ
チウムイオン2次電池が多用されるようになり、その外
装缶には、軽量化を目的に、従来のステンレス鋼に代え
てアルミニウム合金の使用が検討されている。前記外装
缶には、電池の形状を保持する上で、高強度アルミニウ
ム合金が望まれるが、高強度アルミニウム合金は加工性
に劣るため、外装缶に成形するのに多段階にわけてプレ
スする必要があり成形に手間どり、しかもパンチとダイ
スを多数要するためコスト高になるという問題がある。
このようなことから、最近、純アルミニウム系(JIS
−1000系)合金、またはAl−Mn系(JIS−3
000系)合金などの比較的軟質の合金の適用が検討さ
れている。
【0003】前記アルミニウム合金は、所定厚さに圧延
されたのち、図1に示す外装缶1にプレス成形される。
この外装缶1は、例えばリチウムイオン2次電池の場合
は、内部に渦巻電極体が収容され、上蓋2が密封溶接さ
れて電池に加工される。しかし、前記の比較的軟質のア
ルミニウム合金製外装缶は、内部の渦巻電極体を充電す
る際の発熱で内圧が増加して膨れることがある。外装缶
が膨れるとガス圧が低下してガス吸収量が減じ充電性が
低下する。このため外装缶は膨れ率が規制されている。
前記膨れ率は、外装缶の内圧を2kg/cm2 にして上
蓋を密封溶接し、これを85℃で2時間加熱し、加熱後
の外装缶の厚さTと加熱前の外装缶の厚さtとの差をT
で除した値の百分率〔(T−t)/T〕×100%で示
される(図2参照)。この膨れを防止するために、外装
缶の内側コーナー部に肉盛りして構造的に強化する方法
が検討されているが、十分な効果が得られていない。
【0004】このようなことから、本発明者等は、比較
的軟質でプレス成形性に優れ、かつ充電の際の内圧増加
で変形し難い耐膨れ性に優れるアルミニウム合金につい
て研究し、Al−Mn−Si−Cu合金、さらにFeを
含有させた合金によればプレス成形性と耐膨れ性を両立
させ得ることを知見し、この知見を基に研究を進めて本
発明を完成させるに至った。本発明は、プレス成形性お
よび耐膨れ性に優れる密閉型角型電池外装缶用アルミニ
ウム合金板の製造方法の提供を目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
Siを0.4〜0.6wt%、Cuを0.15〜0.25
wt%、Mnを1.1〜1.3wt%含有し、残部がAl及
び不可避不純物からなるAl合金を溶解、鋳造、面削、
均質化処理、熱間粗圧延、熱間仕上圧延、冷間圧延、時
効処理して板材とするアルミニウム合金板の製造方法に
おいて、前記均質化処理を580〜620℃の温度で1
〜15時間加熱して施し、前記熱間仕上圧延を340℃
以上の温度で加熱して施し、前記時効処理を220〜2
40℃の温度で加熱して施すことを特徴とする密閉型角
型電池外装缶用アルミニウム合金板の製造方法である。
【0006】請求項2記載の発明は、Siを0.4〜
0.6wt%、Cuを0.15〜0.25wt%、Mnを
1.1〜1.3wt%含有し、Feを0.3〜1.0wt%
含有し、残部がAl及び不可避不純物からなるAl合金
を溶解、鋳造、面削、均質化処理、熱間粗圧延、熱間仕
上圧延、冷間圧延、時効処理して板材とするアルミニウ
ム合金板の製造方法において、前記均質化処理を580
〜620℃の温度で1〜15時間加熱して施し、前記熱
間仕上圧延を340℃以上の温度で加熱して施し、前記
時効処理を220〜240℃の温度で加熱して施すこと
を特徴とする密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金
の製造方法である。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明において、Siは時効処理
により析出して耐膨れ性を改善する。その含有量を0.
4〜0.6wt%に規定する理由は、0.4wt%未満では
その効果が十分に得られず、0.6wt%を超えると晶出
物が粗大化してプレス成形性が低下するためである。
【0008】Cuは、Siと同様に時効処理により析出
して耐膨れ性を改善する。その含有量を0.15〜0.
25に規定する理由は、0.15wt%未満ではその効果
が十分に得られず、0.25wt%を超えると強度が高く
なり過ぎてプレス成形性が低下するためである。
【0009】前記時効処理ではアルミニウムマトリック
スに固溶していたSiおよびCuが析出し、これら析出
物が充電時の発熱で移動する転位の動きを阻止して、外
装缶の膨れを防止するのである。
【0010】Mnは強度向上に寄与し、また結晶粒を微
細化してプレス成形性を向上させ並びに合金板の肌荒れ
を防止する。その含有量を1.1〜1.3wt%に規定す
る理由は1.1wt%未満では結晶粒が十分微細化せず、
肌荒れやプレス成形性に不具合が生じ、1.3wt%を超
えると晶出物が粗大化してプレス成形性が低下するため
である。
【0011】Feは強度を高め外装缶の変形などを防止
する。その含有量を0.3〜1.0wt%に規定する理由
は、0.3wt%未満ではその効果が十分に得られず、
1.0wt%を超えるとプレス成形性が低下するためであ
る。
【0012】次に請求項1発明のアルミニウム合金板の
製造方法について説明する。請求項1発明規定組成のア
ルミニウム合金を溶解し、これを半連続鋳造法などによ
り鋳造し、得られる鋳塊に面削、均質化処理、熱間粗圧
延、熱間仕上圧延、冷間圧延(適宜中間焼鈍を入れ
る)、時効処理を施して製造する
【0013】こで、均質化処理は、鋳塊中のSiおよ
びCuの固溶量を増加させて、後の時効処理でのSiお
よびCuによる時効硬化を促進する。前記均質化処理を
580〜620℃で1〜15時間加熱して施す理由は、
580℃未満でも1時間未満でもSiおよびCuが十分
に固溶せず、時効処理しても耐膨れ性が改善されず、6
20℃を超えると局部溶融の危険が生じ、15時間を超
えて加熱してもその効果が飽和するためである。
【0014】この発明において、熱間仕上圧延温度を3
40℃以上に規定する理由は、340℃未満では熱間仕
上圧延での再結晶が不完全となり、その結果Siおよび
Cuの固溶量が減少して、時効処理しても耐膨れ性が改
善されないためである。
【0015】この発明では、時効処理でSiおよびCu
を微細に析出させることにより、充電時における外装缶
での転位の移動を阻止して外装缶の膨れを防止する。前
記時効処理の温度を220〜240℃に規定する理由
は、220℃未満ではSiおよびCuが十分に析出せ
ず、240℃を超えると析出物が粗大化して、いずれの
場合も時効硬化が不十分で耐膨れ性が改善されないため
である。析出物が粗大化するとプレス成形性も低下す
る。
【0016】請求項記載の発明は、請求項1発明規定
組成のアルミニウム合金に、さらにFeを適量添加した
アルミニウム合金板の製造方法であり、均質化処理、熱
間仕上圧延、時効処理の各条件の規定理由は、請求項
記載の発明の場合と同じである。
【0017】
【実施例】以下に、本発明を実施例により詳細に説明す
る。 (実施例1) JISH2102に規定される工業用アルミニウム地金
(1種)にSi、Cu、Mn、或いはさらにFeを添加
して表1に示す本発明規定組成のアルミニウム合金を溶
解し、これを半連続鋳造法により鋳造して鋳塊とし、こ
の鋳塊に均質化処理を600℃で4時間施したのち、熱
間粗圧延と熱間仕上圧延(開始温度500℃、終了温度
350℃)を連続的に施して厚さ2.5mmの熱間仕上
圧延板とし、次にこの熱間仕上圧延板を厚さ0.3mm
に冷間圧延し、次いでこれを230℃の温度で時効処理
してアルミニウム合金板を製造した。
【0018】(比較例1) 前記工業用アルミニウム地金にSi、Cu、Mn、或い
はさらにFeを添加して表2に示す比較組成のアルミニ
ウム合金を用いた他は、実施例1と同じ方法により密閉
型リチウムイオン二次電池外装缶用アルミニウム合金板
を製造した。
【0019】実施例1および比較例1で得られた各々の
アルミニウム合金板について、プレス成形性および耐膨
れ性を調べた。プレス成形性は多段成形後、割れが生じ
なかったものを良好(○)、割れが生じたものを不良
(×)と判定した。耐膨れ性は、前記各々のアルミニウ
ム合金板をプレス成形して外装缶とし、この外装缶の内
圧を2kg/cm2 にして上蓋を密封溶接し、これを8
5℃で2時間加熱したのち、外装缶の厚さTを測定し、
加熱前の外装缶の厚さtとの差をTで除した値の百分率
〔(T−t)/T〕×100%を求め(図2参照)、H
が1%未満の場合耐膨れ性が良好(○)、1%を超えた
場合不良(×)と判定した。結果を表1、2に併記し
た。
【0020】
【表1】
【0021】
【表2】
【0022】表1より明かなように、本発明規定組成の
アルミニウム合金板は、いずれもプレス成形性および耐
膨れ性に優れた。これに対し、表2に示した比較組成ア
ルミニウム合金板は、いずれも耐膨れ性または/および
プレス成形性に劣った。これはいずれも本発明規定値を
外れたためである。
【0023】(実施例2) 表1に示す本発明規定組成のアルミニウム合金のうちの
No.1の合金を溶解し、これを半連続鋳造法により鋳造し
て鋳塊とし、面削後、これに均質化処理を温度を種々に
変化させて4時間施し、その後常法により熱間粗圧延を
施し、次いで熱間仕上圧延を開始温度500℃、終了温
度を種々に変化させて施して厚さ2.5mmの熱間仕上
圧延板とし、次にこの圧延板を厚さ0.3mmに冷間圧
延し、次いでこれに時効処理を種々の温度で施してアル
ミニウム合金板を製造した。前記均質化処理温度、熱間
仕上圧延終了温度、時効処理温度は、本発明規定値内で
変化させた。
【0024】(比較例2) 前記均質化処理、熱間仕上圧延、時効処理を本発明規定
値外の条件で施した他は、実施例2と同じ方法により密
閉型リチウムイオン二次電池外装缶用アルミニウム合金
板を製造した。
【0025】実施例2および比較例2で得られた各々の
合金板について、プレス成形性および耐膨れ性を実施例
1の場合と同様にして調べた。結果を表3に示す。
【0026】
【表3】
【0027】表3より明らかなように、本発明例の No.
21〜25は、いずれもプレス成形性および耐膨れ性に優れ
た。これに対し、比較例の No.26〜30は、均質化熱処理
温度、熱間仕上圧延上がり温度、時効処理温度が本発明
規定値を外れたため、耐膨れ性、またはプレス成形性と
耐膨れ性が劣った。
【0028】
【発明の効果】以上に述べたように、本発明により製造
される密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板はS
i、Cu、Mnが適量含有されたもの、或いはさらにF
eが適量含有されたものであり、前記SiおよびCuは
析出して外装缶を構成するアルミニウム合金中の転位の
移動を妨げる。従って充電時の発熱で外装缶が膨れたり
しない。また前記外装缶はプレス成形性に優れる。さら
に前記アルミニウム合金板は、均質化処理、熱間仕上圧
延、時効処理の各条件を規定することにより容易に製造
できる。依って、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】上蓋を被せた密閉型角型電池外装缶の斜視図で
ある。
【図2】(イ)は図1に示した外装缶のA−A断面図、
(ロ)は図1に示した外装缶の加熱後のA−A断面図で
ある。
【符号の説明】
1 密閉型角型電池外装缶 2 上蓋 3 加熱前の外装缶 4 加熱後の外装缶 T 加熱前の外装缶の厚さ t 加熱後の外装缶の厚さ

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 Siを0.4〜0.6wt%、Cuを0.
    15〜0.25wt%、Mnを1.1〜1.3wt%含有
    し、残部がAl及び不可避不純物からなるAl合金を溶
    解、鋳造、面削、均質化処理、熱間粗圧延、熱間仕上圧
    延、冷間圧延、時効処理して板材とするアルミニウム合
    金板の製造方法において、前記均質化処理を580〜6
    20℃の温度で1〜15時間加熱して施し、前記熱間仕
    上圧延を340℃以上の温度で加熱して施し、前記時効
    処理を220〜240℃の温度で加熱して施すことを特
    徴とする密閉型角型電池外装缶用アルミニウム合金板の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 Siを0.4〜0.6wt%、Cuを0.
    15〜0.25wt%、Mnを1.1〜1.3wt%含有
    し、Feを0.3〜1.0wt%含有し、残部がAl及び
    不可避不純物からなるAl合金を溶解、鋳造、面削、均
    質化処理、熱間粗圧延、熱間仕上圧延、冷間圧延、時効
    処理して板材とするアルミニウム合金板の製造方法にお
    いて、前記均質化処理を580〜620℃の温度で1〜
    15時間加熱して施し、前記熱間仕上圧延を340℃以
    上の温度で加熱して施し、前記時効処理を220〜24
    0℃の温度で加熱して施すことを特徴とする密閉型角型
    電池外装缶用アルミニウム合金板の製造方法。
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