二次電池用鋁罐體及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體及其制造方法。準(zhǔn)備由鋁合金構(gòu)成的合金板體，沿著第1合金板體的側(cè)緣端部將第2合金板體的端面對接，所述鋁合金以質(zhì)量比計至少含有0.30％以下的Si、2～30ppm的范圍的B；沿著在第1合金板體的端面產(chǎn)生的對接線進行連續(xù)激光焊接。此處將寬度W相對于夾著對接線而賦予的熔融接合部的深度D之比設(shè)為1.5以上，并且以具有0.35mm以上的深度D的方式控制激光焊接條件。
【專利說明】二次電池用鋁罐體及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體焊接并組裝而成的鋁罐體及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在日本特開平11-104866號公報(以下，稱為專利文獻I。)中，公開了如下的技術(shù):沿著由主要添加了 Mn的鋁合金即JIS-A3000系構(gòu)成的鋁合金板體的側(cè)緣端部將蓋體用合金板體的端面對接，另一方面，沿著在主體用合金板體的端面產(chǎn)生的對接線利用YAG盤形激光器進行激光焊接來組裝罐體。
[0003]另外，在日本特開2009-146645號公報(以下，稱為專利文獻2。)中，提及有:通過使用高密度熱源激光而發(fā)生由濺射引起的金屬的飛散并使焊縫(bead)厚度減少，形成從外面發(fā)生了凹陷的形狀的焊接部。與此相對，公開了:沿著主體用合金板體及蓋體用合金板體的對接線從兩個板體向外側(cè)形成凸部，對該凸部進行激光焊接。
[0004]進一步，在日本特開2009-287116號公報(以下，稱為專利文獻3。)中，在提及雖然是低強度但高導(dǎo)電率的JIS-A1000系(純鋁材料)適用于汽車用的鋰離子二次電池的罐體，并且若用高能量密度的脈沖激光焊接所述鋁板材，則鋁板材中的雜質(zhì)等成分及表面狀態(tài)對熔融接合部的寬度及深度產(chǎn)生較大影響，會突發(fā)性地產(chǎn)生貫穿鋁板材這樣的過深的熔透，或者產(chǎn)生氣孔等，易導(dǎo)致熔融接合部的劇烈變化。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0006]專利文獻
[0007]專利文獻1:日本特開平11-104866號公報
[0008]專利文獻2:日本特開2009-146645號公報
[0009]專利文獻3:日本特開2009-287116號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]對于鋰離子二次電池等的電池的輕量化，希望:在蓋體及外裝體中使用高強度的鋁合金，例如JIS-A3000系之中的，特別是A3003、A3005，對它們進行激光焊接來組裝成鋁罐體。此處，為了提高焊接的接合強度，優(yōu)選更深地形成熔融接合部而獲取較寬的接合面積。另一方面，在采用高強度的鋁合金的同時，蓋體和/或外裝體的板厚變薄，所以不能獲取較大的熔融接合部的寬度。也就是說，僅希望使熔融接合部的深度方向變大，并可以采用高能量密度的小孔(key hole)型焊接等。但是，如在專利文獻I?3中還公開的那樣,在高能量密度的激光焊接中，難以在不產(chǎn)生焊根裂紋(root crack)、氣孔(porosity)的情況下穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。
[0011]因此，本發(fā)明的目的在于提供一種二次電池用鋁罐體，其為將由高強度的鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體，提供:可在不產(chǎn)生焊根裂紋、氣孔的情況下，能夠穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部的二次電池用鋁罐體的制造方法、以及通過賦予該完好的接合部而更較高的接頭強度，從而作為整體具有高機械強度。
[0012]本發(fā)明的二次電池用鋁罐體的制造方法的特征在于，其為將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體的制造方法，其包括配置步驟:準(zhǔn)備由鋁合金構(gòu)成的合金板體，并沿著第I合金板體的側(cè)緣端部將第2合金板體的端面對接；所述鋁合金至少含有以質(zhì)量比計0.30%以下的Si以及2?30ppm的范圍的B ;焊接步驟:沿著在上述第I合金板體的端面產(chǎn)生的對接線進行連續(xù)激光焊接，上述焊接步驟包括下述步驟:以寬度W相對于夾著上述對接線賦予的熔融接合部的深度D之比W/D為1.5以上的方式控制激光焊接條件。
[0013]此時，在利用激光焊接的二次電池用鋁罐體的組裝中，可以通過控制連續(xù)激光的能量密度而將寬度W相對于熔融接合部的深度D之比設(shè)為規(guī)定以上，同時通過調(diào)整鋁合金板體的成分組成而能夠使熔融接合部的深度D更大，而且可以在不使裂紋、氣孔產(chǎn)生的情況下穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。也就是說，可提供賦予完好的接合部而具有更高的機械強度的二次電池用鋁罐體。
[0014]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述配置步驟包括作為上述第I合金板體或上述第2合金板體的一者或兩者準(zhǔn)備下述成分組成的鋁合金板體的步驟，所述成分組成由以下構(gòu)成，以質(zhì)量比計 Si:0.05 ?0.30%,Fe:0.05 ?0.7%,Cu:0.05 ?0.25%,Mn:0.8 ?
1.5%,B:2?20ppm作為必須添加元素，Mg:0.05%以下、Ti:0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。此時，可提供具有與A3003材料相當(dāng)?shù)臋C械強度的二次電池用鋁罐體。
[0015]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述配置步驟包括作為上述第I合金板體或上述第2合金板體的一者或兩者準(zhǔn)備下述成分組成的鋁合金板體的步驟，所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計 Si:0.05 ?0.30%, Fe:0.05 ?0.7%, Cu:0.05 ?0.3%, Mn:0.8 ?1.5%、Mg:0.2?0.6%、B:2?30ppm作為必須添加元素，T1:0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。此時，可提供具有與A3005材料相當(dāng)?shù)母邫C械強度的二次電池用鋁罐體。
[0016]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述配置步驟還包括作為上述第I合金板體或上述第2合金板體的另一者準(zhǔn)備下述成分組成的鋁合金板體作為上述蓋體的步驟，所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計B:2?IOppm作為必須添加元素，S1:0.30%以下、Fe:
0.6% 以下、Cu:0.1 % 以下、Mn:0.05% 以下、Mg:0.05% 以下、Zn:0.1 % 以下、T1:0.04% 以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。此時，即使在視需要采用相比外裝體將母材的機械強度降低了的蓋體，在利用激光焊接的二次電池用鋁罐體的組裝中，也可通過控制連續(xù)激光的能量密度而將寬度W相對于熔融接合部的深度D之比設(shè)為規(guī)定以上的同時，使能夠熔融接合部的深度D更大，而且在不使裂紋、氣孔產(chǎn)生的情況下穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。
[0017]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:沿著上述第I合金板體的側(cè)緣端部具有切割部。此時，因可容易且精度良好地進行板體的位置對準(zhǔn)及暫時固定，所以可穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。
[0018]進一步，本發(fā)明的二次電池用鋁罐體，其特征在于，其是將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體，上述鋁合金板體是以質(zhì)量比計至少含有0.30%以下的S1、2?30ppm的范圍的B的鋁合金，沿著第I合金板體的側(cè)緣端部將第2合金板體的端面對接而在上述第I合金板體的端面產(chǎn)生對接線，沿著該對接線進行連續(xù)激光焊接，并且寬度W相對于夾著上述對接線賦予的熔融接合部的深度D之比W/D為1.5以上，且深度D為0.35謹以上。
[0019]此時，在利用激光焊接組裝的二次電池用鋁罐體中，可以通過控制連續(xù)激光的能量密度而將寬度W相對于熔融接合部的深度D之比設(shè)為規(guī)定以上的同時，通過調(diào)整鋁合金板體的成分組成使熔融接合部的深度D設(shè)為更大，而且在不使裂紋、氣孔產(chǎn)生的情況下穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。也就是說，可提供具有完好的接合部且具有更高的機械強度的二次電池用鋁罐體。
[0020]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述第I合金板體或上述第2合金板體的一者或兩者具有下述成分組成，所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計S1:0.05?0.30%> Fe:0.05 ?0.7%,Cu:0.05 ?0.25%,Mn:0.8 ?1.5%,B:2 ?20ppm 作為必須添加元素，Mg:0.05%以下、T1:0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。此時，可得到具有與A3003材料相當(dāng)?shù)臋C械強度的罐體。
[0021]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述第I合金板體或上述第2合金板體的一者或兩者具有下述成分組成，所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計S1:0.05?0.30%> Fe:0.05 ?0.7%、Cu:0.05 ?0.3%、Mn:0.8 ?1.5%、Mg:0.2 ?0.6%、B:2 ?30ppm 作為必須添加元素，T1:0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。此時，可得到具有與A3005材料相當(dāng)?shù)母邫C械強度的罐體。
[0022]在上述本發(fā)明中，其特征可以為:上述第I合金板體或上述第2合金板體的另一者的合金板體為上述蓋體，且具有下述成分組成，所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計B:2?IOppm作為必須添加元素，S1:0.30%以下、Fe:0.6%以下、Cu:0.1 %以下、Mn:0.05%以下、Mg:0.05%以下、Zn:0.1%以下、T1:0.04%以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
[0023]此時，即使在采用相比外裝體將機械強度降低了的蓋體的情況下，將寬度W相對于熔融接合部的深度D之比設(shè)為規(guī)定以上的同時，熔融接合部的深度D較大，并且實現(xiàn)二次電池用鋁罐體可具有裂紋、氣孔少的完好的熔融接合部而具有高機械強度的效果。
[0024]在上述本發(fā)明中，其特征為:在沿著上述第I合金板體的側(cè)緣端部賦予切割部并進行焊接。此時，因可容易且精度良好地進行板體的位置對準(zhǔn)及暫時固定，故可穩(wěn)定地賦予完好的熔融接合部。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1是焊接試驗中的焊接接頭的立體圖及剖面圖。
[0026]圖2是焊接試驗中的焊接接頭的合金成分的代表值。
[0027]圖3是顯示焊接試驗中的焊接接頭的合金成分及試驗結(jié)果的圖。
[0028]圖4是顯示焊接試驗中的焊接接頭的合金成分及試驗結(jié)果的圖。
[0029]圖5是用于判定焊接試驗中的氣孔好壞的照片。
[0030]圖6是用于判定焊接試驗中的裂紋好壞的照片。
[0031]圖7是拉伸試驗中的試驗體的立體圖。[0032]圖8是其他焊接接頭的剖面圖。
[0033]圖9是另一個其他焊接接頭的剖面圖。
【具體實施方式】
[0034]本發(fā)明涉及將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的鋁罐體及其制造方法。本發(fā)明特別是涉及收納像鋰離子二次電池那樣的二次電池用的二次電池用鋁罐體及其制造方法。
[0035]在通過激光焊接組裝二次電池用鋁罐體時，為了獲得熔融接合部的更高的機械強度，有必要較深地形成熔融接合部。但是，被認為可較深地形成熔融接合部的利用高密度激光的小孔型焊接中，易發(fā)生焊縫裂根和氣孔這樣的缺陷、熔融接合部的混亂。本發(fā)明人得出了如下結(jié)論:在像二次電池用鋁罐體這樣包括熔融接合部的外觀在內(nèi)的要求穩(wěn)定地完好的焊接的用途中，難以應(yīng)用該焊接。因此，深入考察了:通過降低能量密度而不產(chǎn)生小孔的導(dǎo)熱型激光焊接而獲得完好的熔融接合部的同時，并且為了能夠使熔融接合部加深而對作為被焊接對象的二次電池用鋁罐體的制造中使用的高強度鋁合金板體的成分組成進行改變。
[0036]其結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過在高強度鋁合金所含的成分之中，特別是調(diào)整Si及B的含量，可獲得賦予作為二次電池用鋁罐體所需的機械強度那樣的熔融接合部的深度，而且可穩(wěn)定地獲得完好的熔融接合部。又發(fā)現(xiàn):在添加了 Mg的鋁合金中，通過連帶Mg的添加量一并進行調(diào)整，可獲得與未添加Mg的鋁合金等同的熔融接合部。
[0037]關(guān)于以上，以具有深度且穩(wěn)定地獲得完好的熔融接合部為目的，本發(fā)明人進行了焊接試驗。關(guān)于該焊接試驗，用圖1?圖7對其進行詳細說明。
[0038]如圖1 (a)所示，在焊接試驗中，對與二次電池用罐體的外裝體相當(dāng)?shù)臍んw板2和與蓋體相當(dāng)?shù)纳w體板3這2個鋁合金平板的對接部進行連續(xù)激光焊接，制作將焊接長度設(shè)為200mm的L字型的焊接接頭I并進行了各種試驗。需要說明的是，殼體板2是板厚0.5mm、寬度50mm、長度200mm的后述的成分組成的招合金板,蓋體板3是板厚1.0mm、寬度50mm、長度200mm的后述的成分組成的鋁合金板。
[0039]若參照圖1 (b)，則在焊接接頭I的制作中，在殼體板2的端面2a附近，即在殼體板
2的側(cè)緣端部對接蓋體板3的端面3a，并配置、進行暫時固定。此處將作為對接面的端面3a的外側(cè)緣線與沿著該外側(cè)緣線所處的端面2a的緣線作為對接線5。
[0040]接著，利用多模式CW (連續(xù)振蕩)光纖激光器，沿著對接線5從端面2a的正上方照射激光6，將焊接速度設(shè)為5m/分鐘、前進角設(shè)為10°，邊以20升/分鐘向焊接部供給作為保護氣體的氮氣邊進行激光焊接。熔融接合部4夾著對接線5橫跨殼體板2及蓋體板3這兩者形成，殼體板2及蓋體板3被接合，得到焊接接頭I。
[0041]需要說明的是，以將加工點與焦點的距離設(shè)為0，聚焦光束直徑為0.8mm，其功率為2500?3200W的方式調(diào)整激光。此處，若參照圖1 (c)，則在該導(dǎo)熱型的激光功率密度的焊接中，確認了:雖然寬度W相對于熔融接合部4的深度D之比為1.5以上，但在后述實施例中，皆可在該功率范圍的程度內(nèi)將熔融接合部4的深度D設(shè)為0.35mm以上，故以熔融接合部4的深度D變成0.4mm(±0.0lmm)的方式調(diào)整了激光功率。
[0042]另外，在后述比較例中，進行了在熔融接合部4形成小孔這樣的小孔型焊接，但此處通過將加工點與焦點的距離設(shè)為0，將聚焦光束直徑限制為0.2mm，其功率為600?800W來調(diào)整激光，與上述同樣地進行了焊接。
[0043]在焊接接頭I的制作中使用的鋁合金板的成分組成是將在JIS-H4000中規(guī)定的合金編號3003、3005及1050的成分組成變更后的成分組成，分別在以下稱作3003系、3005系、1050系。在殼體板2及蓋體板3的兩者中使用這些成分組成的鋁合金板體。在圖2中，示出了 3003系、3005系及1050系的各自的代表成分。另外，在圖3中，在實施例1~15及比較例I~21的焊接接頭I中使用的鋁合金的成分組成之中，僅示出了 S1、Mg、B。即，關(guān)于除了這些以外的成分組成，與圖2的3003系及3005系的代表成分相同。進一步，關(guān)于在蓋體板3中使用1050系、在殼體板2中使用3003系或3005系的情況的實施例16~21及比較例22~30，也同樣顯示于圖4中。此處，各成分的含量皆是以質(zhì)量比計，以下，僅用％或ppm表不。
[0044]在圖3及圖4中示出了試驗結(jié)果。需要說明的是，在激光焊接條件的欄中，“K”表示在小孔型焊接的激光功率及焊接速度的條件下進行焊接、“H”表示在導(dǎo)熱型焊接的激光功率及焊接速度的條件下進行焊接。 [0045]關(guān)于“外觀”的判定，通過外觀目視觀察對所得的各焊接接頭I的焊接長度200mm的整體來進行。將熔融接合部4無混亂且獲得穩(wěn)定的外觀的情況判定為良好，在圖3及圖4中表示為“〇”。將熔融接合部4的寬度局部變化或咬邊局部發(fā)生，僅具有I處外觀混亂的部分的情況判定為尚可，在圖3及圖4中表示為“Λ”。將具有超過I處的外觀混亂的情況判定為不合格，在圖3及圖4中表示為“ X ”。
[0046]關(guān)于“氣孔”及“裂紋”的判定，從任意的2個位置距離焊接接頭I的焊接長度200mm切下20_的長度的試樣并研磨，利用光學(xué)顯微鏡觀察來進行。需要說明的是，在沿著焊接接頭I的長度方向的焊接線方向的剖面觀察了熔融接合部4的中心部。在“氣孔”的判定中，如圖5 (a)所示，將未觀察到直徑50 μ m以上的氣孔的判定為良好，在圖3及圖4中表示為“O”。如圖5(b)所示，將相對于焊接長度IOmm觀察到5個以下直徑達100 μ m之前的氣孔判定為尚可，在圖3及圖4中表示為“Λ”。如圖5(c)所示，將觀察到直徑100 μ m以上的大小的氣孔判定為不合格，在圖3及圖4中表示為“ X ”。另外，在“裂紋”的判定中，如圖6(a)所示，將未觀察到裂紋的判定為良好，在圖3及圖4中表示為“O”。如圖6(b)所示，將觀察到裂紋的判定為不合格，在圖3及圖4中表示為“ X ”。
[0047]關(guān)于“接頭強度”的判定，對3005系所對應(yīng)的實施例5~12、比較例5~16通過拉伸試驗來進行。具體如圖7所示，用距離各焊接接頭I的焊接長度200mm在任意的位置切成20mm的長度的試驗體Ib將殼體板2b固定于夾具20并進行拉伸試驗。使殼體板2b的主面與被未圖示的拉伸試驗機的一方的卡盤(chuck)上所安裝的L型夾具21的上面抵接，用按壓板22將殼體板2b從上面按壓并用螺栓23及螺帽24固定。進一步，以使試驗體Ib的蓋體板3b的中心與未圖示的拉伸試驗機的拉伸的中心軸M重合的方式，將蓋體板3b安裝于未圖示的卡盤上。由此，將試驗體Ib以其對接面為界分割為上下的方式進行拉伸。將拉伸強度除以試驗體Ib的蓋體板3b的截面積而得的值比作為3003系的標(biāo)準(zhǔn)的接頭強度的110N/mm2高10%、即121N/mm2以上的情況判定為良好，將不足121N/mm2的情況判定為不合格，分別在圖3及圖4中表示為“〇” “X ”。
[0048]各焊接接頭I的焊接試驗結(jié)果的“評價”基于上述“外觀”、“氣孔”、“裂紋”及“接頭強度”的各判定結(jié)果而進行。也就是說，在圖3及圖4中，將上述判定結(jié)果全部完好的表示為“良好”、將在判定結(jié)果中包括尚可而沒有不合格的表示為“尚可”，將在判定結(jié)果中包括不合格的表示為“不合格”。
[0049]對圖3的試驗結(jié)果進行敘述。首先，關(guān)于將激光焊接條件設(shè)為“K”的3003系的比較例I?4、3005系的比較例10?16、1050系的比較例18?21，皆在“外觀”中為“不合格”，焊接試驗的“評價”皆為“不合格”。另外，在“氣孔”中也沒有獲得“良好”的結(jié)果。也就是說，通過小孔型焊接難以完好地獲得熔融接合部4。
[0050]接著，在3003系的實施例1及2中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“良好”，在實施例3及4中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“尚可”。在該利用導(dǎo)熱型焊接的實施例中，得到了所需的深度D并且完好的熔融接合部4。需要說明的是，關(guān)于實施例3及4，在熔融接合部4的一部分中觀察到輕微的混亂，在“外觀”中為“尚可”。在考察中，就B的含量而言，與實施例1及2的5.7ppm及9.7ppm相比，實施例3及4中高達11.0ppm及17.3ppm,其超過了 lOppm。雖然詳細情況在后面敘述，但認為其是熔融接合部4的混亂的原因。因此，雖然在3003系中B的含量的上限為20ppm,但更優(yōu)選的含量的上限為lOppm。
[0051]另外，在3005系的實施例5及6中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“良好”，在實施例7及8中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“尚可”。在利用該導(dǎo)熱型焊接的實施例中，得到了所需的深度D并且完好的熔融接合部4。需要說明的是，關(guān)于實施例7及8，在熔融接合部4的一部份中觀察到輕微的混亂，在“外觀”中為“尚可”。在考察中，就B的含量而言，與實施例5及6的9.8ppm及16.3ppm相比，實施例7及8高達20.9ppm及26.7ppm,超過了 20ppm。雖然詳細情況在后面敘述，但認為其是熔融接合部4的混亂的原因。因此，雖然在3005系中B的含量的上限為30ppm，但更優(yōu)選的含量的上限為20ppm。
[0052]進一步，在1050系的實施例13及14中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“良好”，在實施例15中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“尚可”。在利用該導(dǎo)熱型焊接的實施例中，得到了所需的深度D并且完好的熔融接合部4。需要說明的是，關(guān)于實施例15，在熔融接合部4的一部分中觀察到輕微的混亂，在“外觀”中為“尚可”。在考察中，就B的含量而言，與實施例13及14的2.7ppm及5.3ppm相比，實施例15高達9.2ppm,超過了 6ppm。雖然詳細情況在后面敘述，但認為其是熔融接合部4的混亂的原因。另外，在比較例17中B的含量高達13.4ppm，超過了 lOppm。其結(jié)果是，在熔融接合部4中觀察到混亂、且在“外觀”中為“不合格”，即焊接試驗結(jié)果的“評價”為“不合格”。因此，在1050系中B的含量的上限為lOppm，更優(yōu)選的含量的上限為6ppm。
[0053]接著，在3005系的實施例9、比較例5及6中，將Si的含量依次設(shè)為0.25 %、
0.32%及0.45%。其結(jié)果是，在將Si的含量設(shè)為0.25%的實施例9中，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“良好”，但在將Si的含量設(shè)為多于0.30%的比較例5及6中“裂紋”為“不合格”，在“氣孔”中也沒有得到“良好”的結(jié)果，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“不合格”。雖然詳細情況在后面敘述，但認為裂紋的原因在于Si的含量高，在3005系中Si的含量的上限為0.30%。
[0054]接著，在3005系的比較例7、實施例10?12、比較例8及9中，將Mg的含量依次設(shè)為0.11%,0.21%,0.39%,0.52%,0.64%及0.78%。其結(jié)果是，在將Mg的含量設(shè)為不足0.2%的比較例7中，“接頭強度”為“不合格”，在將Mg含量設(shè)為多于0.6%的比較例8及9中，“裂紋”為“不合格”，但在實施例10?12中焊接試驗結(jié)果的“評價”為“良好”。雖然詳細情況在后面敘述，但認為強度降低的原因在于Mg的含量降低，裂紋的原因在于Mg的含量升高。因此，在3005系中Mg的含量在0.2?0.6%的范圍內(nèi)。
[0055]在以上中，在利用激光焊接的二次電池用鋁罐體的組裝中，調(diào)整連續(xù)激光的能量密度、焊接速度等，以成為寬度W相對于熔融接合部4的深度D之比為1.5以上的焊接，即導(dǎo)熱型焊接，并且可以獲得對于通常的二次電池用鋁罐體的板體厚度賦予所需要的機械強度的熔融接合部4的深度在0.35mm以上的深度0.4mm (± 0.0lmm)。并且，通過在3003系所對應(yīng)的成分組成中調(diào)整Si及B的含量，在3005系所對應(yīng)的成分組成中調(diào)整S1、B及Mg的含量，在1050系所對應(yīng)的成分組成中調(diào)整B的含量，由此可分別得到完好的熔融接合部4。也就是說，可得到具有完好的接合部、具有更高機械強度的二次電池用鋁罐體。
[0056]需要說明的是，關(guān)于熔融接合部的完好性，在得到通常的鋁合金焊接構(gòu)件之中要求更嚴的鋰離子二次電池用鋁罐體的情況下，不僅上述焊接試驗的“評價”判定為“尚可”，而且基于判定為“良好”需要而確定成分組成的范圍。即，B的含量的上限為:在3003系所對應(yīng)的成分組成中為lOppm，在3005系所對應(yīng)的成分組成中為20ppm，在1050系所對應(yīng)的成分組成中為6ppm。
[0057]接著對圖4的試驗結(jié)果進行敘述。首先，將激光焊接條件設(shè)為“K”，關(guān)于將殼體板2設(shè)為3003系的比較例24及25、將殼體板2設(shè)為3005系的比較例29及30，皆在“氣孔”中為“不合格”，焊接試驗的“評價”皆為“不合格”。也就是說，通過小孔型焊接難以得到完好的熔融接合部4。
[0058]進一步，在將殼體板2設(shè)為3003系的實施例16?18、比較例22中，就蓋體板3中使用的1050系的成分組成而言，將B的含量依次設(shè)為2.7ppm、5.3ppm、9.2ppm、13.4ppm，其與上述實施例13?15、比較例17和關(guān)于蓋體板3相同。焊接試驗結(jié)果也是在實施例16及17中與實施例13及14同樣，“評價”為“良好”，在實施例18中與實施例15同樣，“外觀”為“尚可”，因而“評價”也為“尚可”，在比較例22中與比較例17同樣，“外觀”為“不合格”，因而“評價”也為“不合格”。認為這些結(jié)果不同的原因在于蓋體板3的B的含量的不同所致。即，給出了與上述實施例13?15、比較例17同樣的考察。
[0059]另外，關(guān)于將殼體板2設(shè)為3005系的實施例19?21、比較例26，也是與上述實施例16?18及比較例22同樣的焊接試驗結(jié)果。關(guān)于這些結(jié)果，也給出了與上述實施例13?
15、比較例17同樣的考察。
[0060]進一步，在將殼體板2設(shè)為3003系的比較例23中，殼體板2的B的含量高達
27.2ppm，在熔融接合部4中觀察到混亂，在“外觀”中為“不合格”，即焊接試驗結(jié)果的“評價”為“不合格”。雖然上面已經(jīng)敘述在3003系的成分組成中B的含量的上限為20ppm，不過這是成為其證據(jù)的結(jié)果。
[0061]接著，在比較例27中，在殼體板2中使用的3005系的成分組成中，將Si設(shè)為高達0.45%。與上述比較例6同樣，將Si的含量設(shè)為多于0.30%的結(jié)果“裂紋”為“不合格”，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“不合格”。與上述比較例6同樣，認為裂紋的原因在于Si的含量高。
[0062]另外，在比較例28中，在殼體板2中使用的3005系的成分組成中，將Mg設(shè)為高達0.78%。與上述比較例9同樣，將Mg的含量設(shè)為多于0.6%的結(jié)果是“裂紋”為“不合格”，焊接試驗結(jié)果的“評價”為“不合格”。與比較例9同樣，認為裂紋的原因在于Mg的含量多。
[0063]接著，在獲得與上述實施例同等的熔融接合部時，對確定作為在二次電池用鋁罐體的組裝中使用的3003系及3005系的鋁合金板體的必須添加元素的成分范圍的理由進行說明。
[0064]Si在母相內(nèi)固溶而使作為鋁合金板體所需的機械強度提高，使作為組裝后的二次電池用鋁罐體所需的耐壓強度提高。另外，形成Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物，使鋁合金板體的成形加工時的成形性提高。另一方面若添加過量，則使易成為裂紋的起點的粗大的金屬間化合物增加并使鋁合金板體的成形性降低，變得易產(chǎn)生焊接裂紋。因此，根據(jù)上述焊接試驗的結(jié)果，Si的添加量在0.05?0.30%的范圍內(nèi)。
[0065]Fe形成Al-Fe-Mn系金屬間化合物、Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物,使該金屬間化合物微細地析出，使鋁合金板體的成形加工時的潤滑效果提高并使成形性提高。另一方面若添加過量，則使易成為裂紋的起點的粗大的金屬間化合物增加，使鋁合金板體的成形性降低。因此，F(xiàn)e的添加量在0.05?0.7%的范圍內(nèi)。
[0066]Cu在母相內(nèi)固溶而使作為鋁合金板體所需的機械強度提高。另一方面若添加過量，則變得易產(chǎn)生焊接裂紋。因此，Cu的添加量在3003系所對應(yīng)的鋁合金中為0.05?
0.25%的范圍內(nèi)，在3005系所對應(yīng)的鋁合金中為0.05?0.3%的范圍內(nèi)。
[0067]Mn在母相內(nèi)固溶而能使作為鋁合金板體所需的機械強度隨其添加量的增加而提高，使作為組裝后的二次電池用鋁罐體所需的耐壓強度提高。通過形成Al-Fe-Mn系金屬間化合物、Al-Fe-Mn-Si系金屬間化合物,使該金屬間化合物微細地析出而使在招合金板體的成形加工時的潤滑效果提高并使提高成形性。另一方面若添加過量，則使易成為裂紋的起點的粗大的金屬間化合物增加，使鋁合金板體的成形性降低。因此，Mn的添加量在0.8?
1.5%的范圍內(nèi)。
[0068]B在鋁合金的板坯鑄錠時，通過將鑄造組織微細化并均質(zhì)化而可防止軋制用板坯的鑄造裂紋。另一方面若添加過量，則在焊接時的熔融焊縫中易產(chǎn)生氣孔，進一步通過因熔融焊縫中的熔融金屬的對流而使氣孔凝聚，由此易使熔融接合部產(chǎn)生混亂。需要說明的是，由于利用后述的Mg的添加而能使B對氣孔的產(chǎn)生的影響減小，所以可隨Mg的含量而調(diào)整其添加量。因此，也根據(jù)上述焊接試驗的結(jié)果，B的添加量在3003系所對應(yīng)的鋁合金中為2?20ppm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為2?IOppm的范圍內(nèi)，在3005系中為2?30ppm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選為2?20ppm的范圍內(nèi)。
[0069]Mg在3005系中為必須添加元素，但在3003系中為任意添加元素。Mg在母相內(nèi)固溶而能使作為鋁合金板體所需的機械強度隨其添加量的增加而提高，使作為組裝后的二次電池用鋁罐體所需的耐壓強度提高。另外，通過使Mg2S1、S’相(Al2CuMg)微細地析出，抑制位錯的移動而抑制應(yīng)力松弛，使作為鋁合金板體所需的耐應(yīng)力松弛性提高。另一方面若過量含有，則促進加工硬化，損害作為鋁合金板體所需的成形性。另外，變得在焊接時易產(chǎn)生裂紋、氣孔。從該觀點出發(fā)，并且還根據(jù)上述焊接試驗的結(jié)果，Mg的含量在3003系所對應(yīng)的鋁合金中為0.05%以下的范圍內(nèi)，在3005系所對應(yīng)的鋁合金為0.2?0.6%的范圍內(nèi)。
[0070]進一步，對確定作為在二次電池用鋁罐體的組裝中使用的3003系及3005系的鋁合金板體的任意添加元素的成分范圍的理由進行說明。
[0071]Ti在鋁合金的板坯鑄錠時，通過將鑄造組織微細化并均質(zhì)化而能防止軋制用板坯的鑄造裂紋。另一方面若過量含有，則在焊接時會使熔融金屬的對流不穩(wěn)定，易在熔融接合部中使氣孔殘留。從該觀點出發(fā)，Ti的含量在0.1%以下的范圍內(nèi)。[0072]作為其他雜質(zhì)元素，可列舉出Zn、Zr、Cr、Ga、V、Ni等，將它們都設(shè)為0.05%以下的含量，將Ti及B的合計設(shè)為0.15%以下的含量，由此不會對上述物理特性產(chǎn)生較大影響。
[0073]需要說明的是，若在外裝體及蓋體的兩者中使用同一成分組成的鋁合金板體，則對機械強度、焊接性有利，對組裝后的循環(huán)性有利。
[0074]進一步，在與外裝體相比所要求的機械強度低的蓋體中，也可使用純鋁。特別是在要求高導(dǎo)電性的蓋體中優(yōu)選為純鋁。純鋁的成分組成例如可以從在Jis H4000中規(guī)定的合金編號1050、1060、1070、1080、1085等的化學(xué)成分的范圍適當(dāng)選擇。此時，與使用了上述1050系的鋁合金板體的實施例同樣，將作為必須添加元素的B設(shè)置在2?IOppm的范圍內(nèi)，更優(yōu)選設(shè)置在2?6ppm的范圍內(nèi)，將作為任意添加元素的Ti設(shè)為0.04%以下而能使熔融接合部的混亂降低。進一步，作為其他任意添加元素，優(yōu)選將Si設(shè)為0.30%以下，將Fe設(shè)為0.6%以下，將Cu設(shè)為0.1 %以下，將Mn設(shè)為0.05%以下，將Mg設(shè)為0.05%以下，將Zn設(shè)為0.1%以下的范圍內(nèi)。
[0075]另外，在上述焊接試驗中，雖然殼體板2的側(cè)緣端部對接蓋體板3的端面3a并焊接，但若將殼體板2與蓋體板3的對接的關(guān)系設(shè)為其他關(guān)系也同樣。例如，如圖8(a)所示，可以在蓋體板3的端面3a附近，即蓋體板3的側(cè)緣端部將殼體板2的端面2a對接，使蓋體板3搭載于殼體板2的方式進行配置。此時，以使作為對接面的端面2a的外側(cè)緣線與沿著該外側(cè)緣線所處的端面3a的緣線成為對接線5的方式配置，如圖8(b)所示以在對接線5的位置形成熔融接合部4的方式進行焊接。
[0076]進一步，例如，如圖9 (a)所示，對蓋體板3的側(cè)緣端部賦予與殼體板2的板厚大致相同尺寸的深度的切割部3b，并且以在其中嵌入殼體板2的方式將端面2a對接于蓋體板3的側(cè)緣端部，其也與上述相同。即，此時也以使作為對接面的端面2a的外側(cè)緣線與沿著該外側(cè)緣線所處的端面3a的緣線成為對接線5的方式進行配置，如圖9(b)所示以在對接線5的位置形成熔融接合部4的方式進行焊接。
[0077]以上，雖然說明了本發(fā)明的實施例及基于其的變形例，但本發(fā)明不一定限于上述，只要是本領(lǐng)域的技術(shù)人員，就可以在不脫離本發(fā)明的主旨或所附上的權(quán)利要求的范圍的情況下實施各種代替實施例及改變例。
[0078]符號說明
[0079]I焊接接頭
[0080]2殼體板
[0081]3蓋體板
[0082]4熔融接合部
【權(quán)利要求】
1.一種二次電池用鋁罐體的制造方法，其特征在于，其是將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體的制造方法，其包括: 配置步驟:準(zhǔn)備由鋁合金構(gòu)成的合金板體，并沿著第I合金板體的側(cè)緣端部將第2合金板體的端面對接，所述鋁合金至少含有以質(zhì)量比計0.30%以下的S1、2~30ppm的范圍的B ;和 焊接步驟:沿著在所述第I合金板體的端面產(chǎn)生的對接線進行連續(xù)激光焊接， 所述焊接步驟包括如下的控制步驟:以將寬度W相對于夾著所述對接線而賦予的熔融接合部的深度D之比W/D設(shè)為1.5以上的方式控制激光焊接條件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池用鋁罐體的制造方法，其特征在于，所述配置步驟包括作為所述第I合金板體或所述第2合金板體的一者或兩者準(zhǔn)備如下成分組成的鋁合金板體的步驟:
所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計，S1:0.05~0.30%、Fe:0.05~0.7%、Cu:.0.05 ~0.20%、Mn:0.8 ~1.5%、B:2 ~20ppm 作為必須添加元素，Mg:0.05% 以下、Ti:.0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二次電池用鋁罐體的制造方法，其特征在于，所述配置步驟包括作為所述第I合金板體或所述第2合金板體的一者或兩者準(zhǔn)備如下成分組成的鋁合金板體的步驟: 所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計，S1:0.05~0.30%、Fe:0.05~0.7%、Cu:.0.05 ~0.3%、Mn:0.8 ~1.5%、Mg:0.2 ~0.6%、B:2 ~30ppm 作為必須添加元素，Ti:.0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的二次電池用鋁罐體的制造方法，其特征在于，所述配置步驟還包括作為所述第I合金板體或所述第2合金板體的另一者準(zhǔn)備如下成分組成的鋁合金板體作為所述蓋體的步驟: 所述成分組成由如下構(gòu)成，以質(zhì)量比計，B:2~IOppm作為必須添加元素，S1:0.30%以下、Fe:0.6% 以下、Cu:0.1 % 以下、Mn:0.05% 以下、Mg:0.05% 以下、Zn:0.1 % 以下、Ti:.0.04%以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項所述的二次電池用鋁罐體的制造方法，其特征在于，沿著所述第I合金板體的側(cè)緣端部具有切割部。
6.一種二次電池用鋁罐體，其特征在于，其是將由鋁合金板體構(gòu)成的蓋體及外裝體激光焊接并組裝而成的二次電池用鋁罐體， 所述鋁合金板體是以質(zhì)量比計至少含有0.30%以下的Si，還含有2~30ppm的范圍的B的鋁合金， 沿著第I合金板體的側(cè)緣端部將第2合金板體的端面對接，而在所述第I合金板體的端面產(chǎn)生對接線，沿著該對接線進行連續(xù)激光焊接，并且寬度W相對于夾著所述對接線而賦予的熔融接合部的深度D之比W/D為1.5以上，且深度D為0.35mm以上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次電池用鋁罐體，其特征在于，所述第I合金板體或所述第2合金板體的一者或兩者具有下述成分組成: 所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計，S1:0.05~0.30%、Fe:0.05~0.7%、Cu:.0.05 ~0.25%、Mn:0.8 ~1.5%、B:2 ~20ppm 作為必須添加元素，Mg:0.05% 以下、Ti:.0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的二次電池用鋁罐體，其特征在于，所述第I合金板體或所述第2合金板體的一者或兩者具有下述成分組成: 所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計，S1:0.05~0.30%、Fe:0.05~0.7%、Cu:.0.05 ~0.3%、Mn:0.8 ~1.5%、Mg:0.2 ~0.6%、B:2 ~30ppm 作為必須添加元素，Ti:.0.1 %以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的二次電池用鋁罐體，其特征在于，所述第I合金板體或所述第2合金板體的另一者為所述蓋體，且具有下述成分組成: 所述成分組成由如下構(gòu)成:以質(zhì)量比計，B:2~IOppm作為必須添加元素，S1:0.30%以下、Fe:0.6% 以下、Cu:0.1 % 以下、Mn:0.05% 以下、Mg:0.05% 以下、Zn:0.1 % 以下、Ti:.0.04%以下的范圍作為任意添加元素，余量為Al及不可避免的雜質(zhì)。
10.根據(jù)權(quán)利要求6~8中任一項所述的二次電池用鋁罐體，其特征在于，沿著所述第I合金板體的側(cè)緣端部賦予切割部并被焊接。
【文檔編號】B23K26/00GK103733377SQ201280039602
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2012年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月28日
【發(fā)明者】松本剛, 小林一德 申請人:株式會社神戶制鋼所