專(zhuān)利名稱(chēng)：電池外殼用鋁合金板和由該鋁合金板制成的電池外殼的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于制造鋰離子二次電池外殼等的耐壓性(withstand pressure)良好的電池外殼用鋁合金板，以及由該合金板制成的電池外殼。
背景技術(shù)：
為了減輕重量，通過(guò)廣泛使用具有優(yōu)異成型性和高強(qiáng)度的A3003合金制造安裝在移動(dòng)電話(huà)、PC等中的鋰離子二次電池的外殼。通過(guò)壓制厚度為O. 6mm左右的鋁合金板來(lái)制造電池外殼(battery case)。已知的外殼通常是尺寸(內(nèi)部尺寸)為厚度4_7mm、寬度20-30mm且高度40_60mm的拉制拉深(ironed)容器。電池部件置于外殼內(nèi)，然后通過(guò)提供有電解質(zhì)溶液傾倒口的鋁箔蓋(aluminum I id)遮蓋外殼的開(kāi)口，并采用激光焊接法通過(guò)焊 接將周邊密封。鋁箔蓋可以由與外殼相同的材料制成，可以是組成不同的鋁合金材料，或者可以是基于JISA1000的材料。有時(shí)蓋中還提供有防爆部件(explosion proofing part)。最近的PC、移動(dòng)電話(huà)和其他電子裝置在容量上越來(lái)越大。安裝的鋰離子二次電池在性能上也變得越來(lái)越高。而且，環(huán)境利用(usage environment)也變得越來(lái)越嚴(yán)格。因此，電池外殼也需要具有越來(lái)越高的耐壓性。即，鋰離子二次電池在短時(shí)間內(nèi)充電。而且，它們要釋放出與電池尺寸成正比例的大電流。因此，根據(jù)充電環(huán)境的不同，有時(shí)電池外殼本身的溫度會(huì)升高至60-90°C。而且，根據(jù)對(duì)移動(dòng)電話(huà)的操作，例如如果在炎熱的天氣下將該裝置置于車(chē)內(nèi)，則溫度也會(huì)超出許多。當(dāng)電池外殼達(dá)到如上所述的高溫時(shí)，外殼內(nèi)部的壓力升高，電池外殼的殼體會(huì)膨脹。為了防止這種膨脹的發(fā)生，外殼側(cè)壁的板厚度可以制成較大，但從使用鋁合金減少重量的角度考慮，這就不合乎初衷了。因此，為了在不增加板厚度的情況下防止膨脹，考慮使鋁合金板本身的耐壓性變得更高。而且，在電池外殼的制造過(guò)程中，要考慮高生產(chǎn)率，因此同時(shí)也要考慮能夠提供保證高速激光焊接的優(yōu)異的可焊性。日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2006-169574號(hào)提出了耐壓性(耐膨脹性)較佳的含有Si、Fe、Cu、Mn、Mg、Zr、Ti和B的鋁合金板。g卩，日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2006-169574號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)是用于二次電池的高強(qiáng)度鋁合金板的制造方法，該方法包括對(duì)含有Cu:超過(guò)I. 0-2. 0%、Mn:0. 2-1. 0%、Mg:0. 1-0. 9%和根據(jù)需要的Zr :0. 05-0. 2%和Cr :0. 05-0. 2%和余量的Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金板進(jìn)行處理，上述處理通過(guò)如下過(guò)程進(jìn)行在480-560°C下保持20-180秒，然后以20-200°C /秒的冷卻速率退火，然后自然老化7天對(duì)其進(jìn)行老化或在退火后對(duì)其進(jìn)行冷軋，即通過(guò)10-60%的最終冷軋變形量(final cold rolling reduction)進(jìn)行最終冷軋和/或?qū)⑵湓?00-220°C下保持2-24小時(shí)進(jìn)行老化。但在日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2006-169574號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)的缺點(diǎn)是Cu含量很大，因此不能獲得很高的可焊性，且不能采用高速激光焊接。另一方面，日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2005-336540號(hào)公開(kāi)了激光可焊性和耐壓性(耐膨脹性)較佳的含有Mn、Cu、Mg、Zr和Cr的鋁合金板。S卩，在日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2005-336540號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)是用于二次電池外殼的高強(qiáng)度鋁板的制造方法，該方法包括對(duì)含有Mn :0. 6-1. 5%、Cu :0. 51-1. 0%、Mg :0. 21-0. 7%、Si :小于O. 2%、Zr 0. 05-0. 2%和Cr :0. 05-0. 2%和余量Al和不可避免的雜質(zhì)的鋁合金板進(jìn)行冷軋，期間以10_250°C /秒的升溫速率、在420-550°C下5_60秒的保留時(shí)間和20_200°C /秒的冷卻速率進(jìn)行中間退火(process annealing)至少一次,并以10-60%的最終棍軋變形量進(jìn)行冷軋。但在日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2005-336540號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)的缺點(diǎn)是Mg含量太低，因此鋁板在耐壓性方面較差。這樣，在日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2006-169574號(hào)和日本專(zhuān)利公開(kāi)(A)第2005-336540 號(hào)中公開(kāi)的技術(shù)中，耐壓性和激光可焊性?xún)烧卟荒芡瑫r(shí)被滿(mǎn)足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種同時(shí)提高耐壓性和激光可焊性的電池外殼用鋁合金板，以及由該合金板制成的電池外殼。為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明提供了一種電池外殼用鋁合金板，其包括Si :0· 10-0. 60 質(zhì)量 ％、Fe 0. 05-0. 60 質(zhì)量 ％、Cu:大于O. 70小于I. O質(zhì)量％、Mn :0· 10-1. 80 質(zhì)量 ％、Mg:大于O. 70小于等于I. 50質(zhì)量％、Zr :大于 O. 10 小于 O. 20 質(zhì)量 ％、Ti 0. 03-0. 25 質(zhì)量 % 和余量的Al和不可避免的雜質(zhì)。而且，根據(jù)本發(fā)明提供了由鋁合金板制成的電池外殼，該電池外殼包括具有上述化學(xué)組成的鋁合金板，并在成型后老化處理。本發(fā)明的鋁合金板優(yōu)化了化學(xué)組成，尤其是使Cu和Mg以適當(dāng)?shù)臄?shù)量共存，因此能通過(guò)老化形成充足數(shù)量的基于Al-Cu-Mg的Al2CuMg中間相，這樣可以實(shí)現(xiàn)很高的耐壓性。同時(shí)，它使Cu含量保持在相對(duì)很低的水平，因此提高了可焊性，并使得能夠進(jìn)行生產(chǎn)電池外殼所需的高速激光焊接。通過(guò)采用以此方式提高了耐壓性和可焊性的本發(fā)明的鋁合金板，有可能以高于高速激光焊接的生產(chǎn)率來(lái)生產(chǎn)電池外殼，使用所生產(chǎn)的電池外殼的電池表現(xiàn)出很高的耐壓性(耐膨脹性)，可以承受苛刻的充電環(huán)境，并且安裝該電池的電子裝置可以保證很高的可靠性。根據(jù)Cu和Mg (兩者都是固溶強(qiáng)化元素)以適當(dāng)?shù)牧抗泊媸逛X合金板在耐壓性和激光可焊性方面同時(shí)增強(qiáng)的新發(fā)現(xiàn)，完成了本發(fā)明。
具體實(shí)施例方式下面將解釋限定本發(fā)明的鋁合金板的化學(xué)組成的原因。
首先，解釋本發(fā)明的必要合金成分。(I) Cu:大于 O. 70 小于 I. O 質(zhì)量 ％Cu通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高鋁合 金板的強(qiáng)度，尤其是與Mg共同存在，在鋁合金板的制造過(guò)程中形成Al2CuMg中間相的增強(qiáng)相，以進(jìn)一步提高由彌散強(qiáng)化產(chǎn)生的強(qiáng)度并提高耐壓性。如果Cu含量為O. 70質(zhì)量％或更少，則在與Mg共存時(shí)形成Al2CuMg中間相的量不足，提高強(qiáng)度的作用很小。而且，如果Cu含量為I. O質(zhì)量％或更高，則高速激光焊接很容易在焊縫區(qū)產(chǎn)生裂縫。優(yōu)選地，Cu含量為O. 72質(zhì)量％-0. 98質(zhì)量％。(2) Mg :大于O. 70小于等于I. 50質(zhì)量％Mg通過(guò)固溶強(qiáng)化作用提高鋁合金板的強(qiáng)度，尤其是與Cu共同存在，在鋁合金板的制造過(guò)程中形成Al2CuMg中間相的增強(qiáng)相，以進(jìn)一步提高由彌散強(qiáng)化產(chǎn)生的強(qiáng)度并提高耐壓性。如果Mg含量為O. 70質(zhì)量％或更少，則在與Cu共存時(shí)形成Al2CuMg中間相的量不足，提高強(qiáng)度的作用很小。而且，如果Mg含量為I. 5質(zhì)量％或更高，則高速激光焊接很容易在焊縫區(qū)產(chǎn)生裂縫。優(yōu)選地，Mg含量為O. 75質(zhì)量％-1. 25質(zhì)量％。(3) Si 0. 10-0. 60 質(zhì)量 %(4) Fe :0.05-0. 60 質(zhì)量 ％(5) Mn :0.0-1. 80 質(zhì)量 ％這些元素能為鋁合金板提供強(qiáng)度，并形成細(xì)密分散的Al-Fe-基、Al-Mn-基、Al-(Fe, Mn)-Si-基和其他金屬間化合物，從而使再結(jié)晶的顆粒結(jié)構(gòu)更細(xì)微，且賦予其拉制(drawing)和展薄拉伸(ironing)的能力。如果這些元素的含量低于上述下限,則它們的作用很小，且耐膨脹性變得較差。而且，如果超過(guò)上限，則形成粗糙的化合物，拉制和展薄拉伸能力降低，可焊性也會(huì)變差。(6) Zr :大于 O. 10 小于 O. 20 質(zhì)量 ％(7) Ti 0. 03-0. 25 質(zhì)量 %(8)根據(jù)需要，B :0.02質(zhì)量％或更低加入這些元素，通過(guò)其共存導(dǎo)致形成大量類(lèi)型的形成凝固核的金屬間化合物，防止在快速冷卻和凝固時(shí)在焊珠處發(fā)生裂縫，并使得能夠進(jìn)行更高速的脈沖式激光焊接。如果這些元素的含量小于下限數(shù)值，則作用很小，很容易出現(xiàn)裂縫。而且，如果超過(guò)上限，則形成粗糙的化合物，且可成形性下降。優(yōu)選Zr :0. 13-0. 19質(zhì)量％?？梢酝ㄟ^(guò)基體合金加入Zr和Ti。 上述是本發(fā)明中的必要合金成分。下一步，解釋本發(fā)明中可選的合金成分，即，B和Cr。(9)B :0.02 質(zhì)量％ 或更少如果加入的B為O. 02質(zhì)量％或更少，則上面提到的Zr和Ti的效果會(huì)增強(qiáng)。如果使用退料作為熔化材料的比例很大，則B的含量變得更高。在通常的操作中，含有IOppm或更少。為了進(jìn)一步添加，可以通過(guò)Al-Ti-B基體合金、Al-B基體合金等來(lái)加入。如果加入的B大于O. 02質(zhì)量％，則形成TiB2和其他含B的粗糙金屬間化合物，在外殼成型的時(shí)候很容易發(fā)生邊緣裂縫。優(yōu)選地，B的加入量為O. 01質(zhì)量％或更少。(IO)Cr :0· 35 質(zhì)量％ 或更少如果加入的Cr為O. 35質(zhì)量％或更少，則再結(jié)晶的晶粒制備得更細(xì)密，容器的外皮得到美觀的涂飾。要注意的是，Cr不可避免地來(lái)源于回收材料等。在通常的操作中，其含量為O. Ol質(zhì)量％或更少，為了獲得加入Cr的效果,其含量有必要大于O. 01質(zhì)量％。該含量?jī)?yōu)選為CrO. I質(zhì)量％或更多，更優(yōu)選Cr O. 15質(zhì)量％或更多。如果超過(guò)了上限，即O. 35質(zhì)量％，則產(chǎn)生粗糙的金屬間化合物，可成型性下降。(11)不可避免的雜質(zhì)不可避免的雜質(zhì)是控制范圍之外的元素，它們不可避免地從金屬原料、回收材料等中進(jìn)入。典型的不可避免的雜質(zhì)是，例如，Ζη:0. 25質(zhì)量％或更少、Ga和V:0. 05質(zhì)量％或更少、和其他元素0. 05質(zhì)量％或更少。在此范圍內(nèi)，即使包含了控制范圍之外的元素,也不會(huì)抑制本發(fā)明的效果。下一步，將解釋使用本發(fā)明的鋁合金板制造電池外殼的方法，但本發(fā)明并不涵蓋電池外殼的制造方法，因此亦不受其限制。由該組合物組成的鋁合金熔體通過(guò)半連續(xù)鑄造法(DC鑄造法)鑄造，以產(chǎn)生鑄錠， 然后對(duì)鑄錠進(jìn)行浸泡(soak)。對(duì)鑄錠進(jìn)行面銑(face milled)。該步驟可以在浸泡之前進(jìn)行，或者在浸泡之后在室溫下進(jìn)行。浸泡可以如下進(jìn)行將鑄錠保持在500-600°C X I小時(shí)或更長(zhǎng)，以消除鑄錠的偏析，使其均質(zhì)。離開(kāi)浸泡爐的鑄錠開(kāi)始在其所處的溫度下進(jìn)行熱軋，或稍微降低至430-560°C的溫度，以獲得熱軋板。然后將得到的熱軋板冷軋成薄板(thin-gauge plate)。為了使再結(jié)晶結(jié)構(gòu)因后面的中間退火而更細(xì)密，使外皮因拉制和展薄拉伸而美觀，在冷軋中的軋制變形量(％) [ {(軋制之前的厚度-軋制之后的厚度)/軋制之前的厚度} X100]優(yōu)選設(shè)定得很高，尤其是設(shè)定成50%或更高。然后將以50%或更高的軋制變形量冷軋的冷軋板中間退火。該中間退火的目的是對(duì)已加工結(jié)構(gòu)的再結(jié)晶和合金元素的再溶。中間退火的條件是，使用分批退火，將板在300-400°C下保持I小時(shí)或更長(zhǎng)時(shí)間，以及使用連續(xù)退火，以10°C /秒或更高的加熱速率加熱，在450-550°C下保持10分鐘或更少的時(shí)間，并以10°C /秒或更高的冷卻速率冷卻。保持時(shí)間設(shè)定得越長(zhǎng)，則保持溫度越低，前者越短，則后者越高。該中間退火之后，自然老化隨著時(shí)間而進(jìn)行。通過(guò)Cu、Mg、Si和其他元素形成GP帶來(lái)提高強(qiáng)度。而且，這種強(qiáng)度的提高具有提高拉制和展薄拉伸能力的效果。最后，通過(guò)最終的冷軋來(lái)軋制中間退火的鋁合金板。在該情況下軋制變形量?jī)?yōu)選為10-60%。這樣是為了提供適當(dāng)?shù)募庸び不吞岣呃坪驼贡±炷芰Α⒂纱水a(chǎn)生的鋁合金板拉制和展薄拉伸，獲得電池外殼。這種拉制和展薄拉伸包括，例如，在多個(gè)階段中拉制和在最終工藝中展薄拉伸，以生產(chǎn)側(cè)壁厚度很薄、高度很高的電池外殼。用于生產(chǎn)此外殼的本發(fā)明的鋁合金板中充分溶解了 Cu、Mg和Si，因此通過(guò)人工地將由該招合金板制成的電池外殼老化，就形成了 GP帶和S’ -Al2CuMg中間相或MgSi2中間相，GP進(jìn)一步生長(zhǎng)，并可獲得強(qiáng)度很高、耐膨脹性很高的電池外殼。實(shí)施例下一步，將解釋本發(fā)明的具體實(shí)施例。通過(guò)半連續(xù)法生產(chǎn)鋁合金熔體，并在下面的條件下鑄造成厚度530mm，寬度IlOOmm :從鑄模中2. 5-3. O升/cm-min冷卻水，鑄錠拉拔速率為40-60mm/min。使用Al-Zr基體合金加入Zr，使用Al-Ti基體合金加入Ti，并使用Al-Ti-B基體合金加入B。組成成分顯不于表I。表I
權(quán)利要求
1.一種電池外殼用鋁合金板的制造方法，包括以下步驟 制備由如下組分組成的鋁熔體Si :0. 10-0. 60 質(zhì)量 ％、Fe :0. 05-0. 60 質(zhì)量 ％、Cu :0. 72-0. 98 質(zhì)量 ％、Mn :0. 10-1. 80 質(zhì)量 ％、Mg :0. 85-1. 50 質(zhì)量 ％、 Zr :大于0. 10小于0. 20質(zhì)量％、Ti :0. 03-0. 25 質(zhì)量 ％、和余量的Al和不可避免的雜質(zhì)； 通過(guò)半連續(xù)鑄造法將所述鋁合金熔體鑄造成鑄錠； 將所述鑄錠在500-600°C進(jìn)行均質(zhì)處理I小時(shí)或更長(zhǎng)；以及隨后，以430-560°C的所述鑄錠的起始溫度，將所述鑄錠熱軋成薄板； 以50%或更高的軋制變形量冷軋所述薄板；以及隨后， 對(duì)所述薄板進(jìn)行中間退火；以及 以10-60%的最終軋制變形量將所述薄板冷軋成最終規(guī)格。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池外殼用鋁合金板的制造方法，其特征在于 所述招熔體還含有B :0. 02質(zhì)量％或更少。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的電池外殼用鋁合金板的制造方法，其特征在于 所述招熔體還含有Cr 0. 35質(zhì)量％或更少。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電池外殼用鋁合金板的制造方法，其特征在于 通過(guò)分批退火，在300-400°C的溫度下保持I小時(shí)或更長(zhǎng)，進(jìn)行所述中間退火。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電池外殼用鋁合金板的制造方法，其特征在于 通過(guò)連續(xù)退火，以10°C /秒或更高的加熱速率，在450-550°C的溫度下保持10分鐘或更短，并以10°C /秒或更高的冷卻速率，進(jìn)行所述中間退火。
全文摘要
一種電池外殼用鋁合金板，其能同時(shí)增強(qiáng)抗壓強(qiáng)度和激光焊接性，以及由該合金板制成的電池外殼，即，由Si0.10-0.60質(zhì)量%、Fe0.05-0.60質(zhì)量%、Cu大于0.70-小于1.0質(zhì)量%、Mn0.10-1.80質(zhì)量%、Mg大于0.70-1.50質(zhì)量%、Zr大于0.10-小于0.20質(zhì)量%、Ti0.03-0.25質(zhì)量%和余量的Al和不可避免的雜質(zhì)組成的電池外殼用鋁合金板，以及由具有上述化學(xué)組成的鋁合金板制造并在成型后老化的電池外殼用鋁合金板。
文檔編號(hào)C22F1/04GK102816955SQ201210291319
公開(kāi)日2012年12月12日 申請(qǐng)日期2008年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月22日
發(fā)明者藤井孝典, 趙丕植, 石井秀彥 申請(qǐng)人:日本輕金屬株式會(huì)社