JP3620955B2

JP3620955B2 - 角形電池ケース用アルミニウム合金板

Info

Publication number: JP3620955B2
Application number: JP33903597A
Authority: JP
Inventors: 研二野田; 正二郎大家
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1997-12-09
Filing date: 1997-12-09
Publication date: 2005-02-16
Anticipated expiration: 2017-12-09
Also published as: JPH11176392A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は角形電池のケース等の角形ケースに使用されるアルミニウム合金板に関し、特に、ケースの内圧が上昇したときのケースの変形量を低減することができる角形電池ケース用アルミニウム合金板に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯電話及び携帯用パーソナルコンピュータ等の電子機器の電源として使用されている角形電池のケースの材料としては、従来より、Ｎｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板等が使用されている。また、近時、電子機器の軽量化及び角形電池の質量あたりのエネルギー密度の向上を目的として、アルミニウム又はアルミニウム合金板からなる角形電池のケースが提案されており、一部のケースについては、実用化されている。
【０００３】
しかし、アルミニウム又はアルミニウム合金板は、Ｎｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板と比較して成形性が低いと共に、そのヤング率がＮｉメッキ鋼板及びステンレス鋼板の１／３であるので、アルミニウム又はアルミニウム合金板を使用してケースを作製すると、その強度が低いという問題点がある。従って、電池の充放電又は高温環境下での使用等によってケースの内圧が上昇した場合に、アルミニウム又はアルミニウム合金板からなるケースは変形しやすくなり、電池の安全性を確保する上で問題がある。
【０００４】
そこで、ケースの変形の防止を図った密閉形の角形電池が提案されている（特開平７−３２６３３１号公報）。これは、外装缶（ケース）のコーナ部の厚さをコーナ以外の部分の厚さよりも厚くしたものであり、このようにケースの形状を規定することにより、そのたわみ強度を向上させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平７−３２６３３１号公報に開示された形状のケースは、ケースの変形防止の効果を得ることはできるが、成形性が低いという問題点がある。また、コーナ部の厚さのみを厚く形成しているので、その製造工程が従来のものと比較して煩雑であるという問題点もある。従って、形状を変更させることなく、その強度をより一層向上させることができ、成形性が良好であるケース又はその材料の開発が要求されている。
【０００６】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、角形ケースを成形する際の成形性が良好であると共に、ケースの内圧が上昇した場合であっても、その変形を抑制することができる角形電池ケース用アルミニウム合金板を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る角形電池ケース用アルミニウム合金板は、ＪＩＳＡ３００３により規定される組成を有し、耳率が８％以下であり、再結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下であると共に、導電率が４５ＩＡＣＳ％以下であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
角形電池等の角形ケースは、一般的に、トランスファープレスを使用して、板材の絞り加工及びしごき加工を併用して成形することにより、製造されている。このようにして製造されたケースを使用した角形電池の充放電時及び高温環境下での使用時においては、ケースの剛性が低いと、ケースの変形（膨張）が大きくなる。例えば、成形後の角形ケースの板厚が不均一になると、板厚が薄い部分に応力が集中してケースの剛性が低下するので、ケースが変形しやすくなる。
【０００９】
そこで、本願発明者等は角形ケースの材料としてのアルミニウム合金板に着目し、その耳率、再結晶粒の結晶粒径及び導電率を制御することにより、角形ケースの成型時におけるアルミニウム合金板の板厚を均一にすることができることを見い出した。以下、本発明に係る角形ケース用アルミニウム合金板の耳率限定理由、再結晶粒の平均粒径の限定理由及び導電率の限定理由について、詳細に説明する。
【００１０】
耳率：８％以下
耳率は、アルミニウム合金板の異方性の指標となるものである。耳率が８％を超えると、絞り加工時に圧延方向によっては板厚が不均一になりやすくなる。その結果、角形ケースの剛性が低下して、ケースの内圧が上昇した場合に変形が大きくなる。従って、アルミニウム合金板の耳率は８％以下とする。
【００１１】
再結晶粒の平均粒径：５０μｍ以下
アルミニウム合金板のミクロ組織（結晶粒）が圧延組織（ファイバ組織）である場合には、結晶粒は圧延方向に延びやすくなるので、アルミニウム合金板の絞り加工時及びしごき加工時に均一に加工することが困難になり、板厚が不均一になりやすい。従って、アルミニウム合金板は微細で均一な再結晶組織を有することが必要である。なお、再結晶粒の平均粒径が５０μｍを超えると、角形ケースの成形時に成形材の表面に荒れが発生して、プレス成形性が低下すると共に、成形後の外観が劣化する。従って、アルミニウム合金板の再結晶粒の平均結晶粒径は５０μｍ以下とする。
【００１２】
導電率：４５ＩＡＣＳ％以下
合金元素の固溶量を増加させると、アルミニウム合金板の歪み感受性指数であるｎ値が上昇し、成型時に歪みが均一化される。その結果、成形後の板厚が均一になると共に、加工硬化性が高められて、成形後の角形ケースの強度が向上するので、電池の充放電時及び高温環境下における使用時等のように、ケースの内圧が上昇した場合であっても、その変形（膨張）量を小さくすることができる。導電率は、アルミニウム合金板に添加された合金元素の固溶量の指標となるものであり、導電率が小さいほど、合金元素の固溶量が多いことを示す。導電率が４５ＩＡＣＳ％を超えると、合金元素の固溶量が不足して、上記効果を十分に得ることができない。従って、アルミニウム合金板の導電率は４５ＩＡＣＳ％以下とする。
【００１３】
本発明においては、上述の如くアルミニウム合金板の耳率、再結晶粒の平均粒径及び導電率を規定することにより、角形ケースに成形する場合に、良好な成形性を得ることができると共に、ケースの変形を抑制することができる。なお、アルミニウム合金板の耳率を調整する方法として、熱間圧延後の圧延板を冷間圧延した後、中間焼鈍を施して、最終圧延を施す一連の工程において、最終圧延時の圧下率を制御する方法があり、これにより、アルミニウム合金板の強度及び耳率を調整することができる。また、再結晶粒の平均粒径を調整する方法としては、前記中間焼鈍時に、連続焼鈍炉による高速加熱を利用する方法がある。更に、アルミニウム合金板の導電率を調整する方法としては、連続焼鈍炉を利用する方法、又は原料の溶解及び鋳造後の均質化処理の温度を変化させる方法がある。しかし、本発明はこれらの方法に限定されず、他の種々の方法により、アルミニウム合金板の耳率、再結晶粒の平均粒径及び導電率を調整することができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明に係る角形ケース用アルミニウム合金板により角形ケースを作製した場合の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。先ず、ＪＩＳＡ３００３の合金組成を有し、板厚が１．０ｍｍである種々のアルミニウム合金板を作製して、各アルミニウム合金板について、耳率、再結晶粒の平均粒径及び導電率を測定した。次に、得られたアルミニウム合金板を成形加工することにより、７ｍｍ×２５ｍｍ×４５ｍｍのサイズの密閉ケース（角形ケース）を作製し、プレス成形性について評価した。なお、耳率は、ブランクの直径を６０ｍｍ、ポンチの直径を４０ｍｍとして測定し、成型時においては、側壁部のしごき率を板厚の４０％としてしごき加工した。
【００１５】
その後、成形が可能であった密閉ケースに対しては、角形電池が電子機器内で高温環境下に晒される場合を想定して、２（ｋｇ／ｃｍ^２）の内圧を負荷し、更に、１００℃の温度で２０時間保持した後、室温で２時間放置した。そして、これらの密閉ケースの変形量を測定した。図１は密閉ケースの変形量の測定方法を示す模式図である。密閉ケース１を上記条件で試験した場合、ケース１の最も広い面が大きく変形し、膨れ１ａが形成される。本実施例においては、密閉ケース１の作製直後のケースの幅Ｗ_１を測定すると共に、試験後のケースの幅Ｗ_２を測定して、ケースの変形量ΔＷ（ΔＷ＝Ｗ_２−Ｗ_１）を算出した。
【００１６】
アルミニウム合金板の耳率、再結晶粒の平均粒径及び導電率、並びにプレス成形性及び密閉ケースの変形量を下記表１に示す。なお、下記表１中のプレス成形性の評価結果の欄において、○（良好）はプレス成形時に角形ケースに割れ及び表面の荒れ等が発生しなかったものを示し、△（やや不良）は成形時にくびれ及び表面の荒れが若干発生したものを示す。また、×（不良）はプレス成形時に角形ケースに割れ及び表面の荒れ等が発生したものを示している。また、密閉ケースの変形量は、ΔＷが０．８ｍｍ未満である場合を○（良好）、ΔＷが０．８ｍｍ以上で１．２ｍｍ未満である場合を△（やや不良）とし、ΔＷが１．２ｍｍ以上である場合を×（不良）とした。
【００１７】
【表１】

【００１８】
上記表１に示すように、実施例Ｎｏ．１乃至３はアルミニウム合金板の耳率、平均粒径及び導電率が本発明の範囲内であるので、割れ及び表面の荒れ等が発生せず、プレス成形性が良好であると共に、ケースの変形量が少ないものとなった。従って、このケースを使用した角形電池は、安全性が優れたものとなった。
【００１９】
一方、比較例Ｎｏ．４及び５は、アルミニウム合金板の耳率が本発明範囲の上限を超えているので、成形後の板厚が不均一となり、ケースの変形量が大きくなった。比較例Ｎｏ．６及び７は、アルミニウム合金板の再結晶粒の平均粒径が本発明範囲の上限を超えているので、プレス成型時に表面に荒れが発生し、これにより、くびれ又は割れが発生した。特に、比較例Ｎｏ．７はケースを作製することができなかった。比較例Ｎｏ．８及び９は、アルミニウム合金板の導電率が本発明範囲の上限を超えており、合金元素の固溶量が少ないので、歪みが均一に形成されず、板厚が不均一になると共に、加工硬化性が低下した。従って、ケースの強度が上昇せず、変形量が大きくなった。
【００２０】
比較例Ｎｏ．１０及び１１は、アルミニウム合金板の耳率及び平均結晶粒径が本発明範囲の上限を超えているので、プレス成型時に割れが発生し、ケースを作製することができなかった。比較例Ｎｏ．１２及び１３は、アルミニウム合金板の耳率及び導電率が本発明範囲の上限を超えているので、特に、ケースの変形量が大きくなった。比較例Ｎｏ．１４及び１５は、アルミニウム合金板の平均結晶粒径及び導電率が本発明範囲の上限を超えているのでプレス成形性が低下し、特に、比較例Ｎｏ．１５は割れが発生したので、ケースを作製することができなかった。
【００２１】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、アルミニウム合金板の耳率、再結晶粒の平均粒径及び導電率を規定しているので、角形ケースを成形する際の成形性が良好になると共に、ケースの内圧が上昇した場合であっても、その変形を抑制することができる。これにより、本発明により製造されたケースを使用した角形電池の安全性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】密閉ケースの変形量の測定方法を示す模式図である。
【符号の説明】
１；密閉ケース

Claims

ＪＩＳＡ３００３により規定される組成を有し、耳率が８％以下であり、再結晶粒の平均粒径が５０μｍ以下であると共に、導電率が４５ＩＡＣＳ％以下であることを特徴とする角形電池ケース用アルミニウム合金板。