(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎ０．３〜１．５重量％（以下％と略記する）、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下、Ｍｇ０．１〜１．２％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴とする密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法。
【請求項２】
Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下、Ｍｇ０．１〜１．２％を含有し、更にＣｒ０．３５％以下、Ｚｒ０．１２％以下、Ｔｉ０．１％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴とする密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法。
【請求項３】
Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴とする密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法。
【請求項４】
Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴とする密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法。
【請求項５】
前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法。
【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次電池の外殻を構成する密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース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、その外殻を構成するケースには、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。
前記電池用ケースには、電池の形状を保持する上で、高強度アルミニウム合金材料が望まれるが、高強度アルミニウム合金材料は加工性に劣るため、電池用ケース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が掛かる上、パンチとダイスを多数要するためコスト的に不利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）材料、またはＡｌ−Ｍｎ系（ＪＩＳ−３０００系）合金材料などの比較的軟質の材料の適用が検討されている。
ところで、前記アルミニウム合金材料は、所定厚さに圧延されたのち、電池用ケースにプレス成形される。この電池用ケースはトリクロールエチレン（以下トリクレンと略記する）などの有機溶媒で脱脂され、内部に活物質が充填され、上蓋が溶接されて電池に加工される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の比較的軟質のアルミニウム合金材料製ケースを用いた密閉型角型電池は、充電の際の発熱で内圧が増加してケースが膨れ、ケースが変形したり破損したりすることがある。
このようなことから、本発明者等は、比較的軟質で成形性に優れ、かつ充電の際の内圧増加で変形や破損が起き難い耐膨れ性に優れるアルミニウム合金材料について研究し、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金にＭｇを適量添加した合金、或いはＭｇの他にさらにＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉなどの元素を適量添加した合金は、プレス成形性と耐膨れ性の両方に優れること、またプレス成形後のケースに所定の温度条件で加熱処理を施し、或いは前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すと耐膨れ性が向上することを知見し、またＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系合金やＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金などのかなり軟質な合金でも加熱処理を施すか、或いは前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すと電池用ケースとして実用できることを見いだし、さらに研究を進めて本発明を完成させるに至った。
本発明は、プレス成形性に優れるケース材料を用い、耐膨れ性に優れる適度の強度を有する密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法の提供を目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明方法で用いられるアルミニウム合金製ケース用材料は、Ｍｎ０．３〜１．５重量％（以下％と略記する）、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下、Ｍｇ０．１〜１．２％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金である。
【０００５】
請求項１記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、前記のアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴としている。
【０００６】
請求項２記載の発明方法で用いられるアルミニウム合金製ケース用材料は、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下、Ｍｇ０．１〜１．２％を含有し、更にＣｒ０．３５％以下、Ｚｒ０．１２％以下、Ｔｉ０．１％以下のうちの１種または２種以上を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金である。
【０００７】
請求項２記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、前記のアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴としている。
【０００９】
請求項４記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、Ｍｎ０．３〜１．５％、Ｓｉ０．１〜０．５％、Ｆｅ０．３〜１．０％、Ｃｕ０．５％以下を含有し、残部がＡｌと不可避不純物からなるアルミニウム合金製ケース材料を用いて電池用ケースを成形し、次いで前記電池用ケースに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施すことを特徴としている。
【００１０】
請求項５記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、請求項１〜４のいずれかに記載の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法において、前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すことを特徴としている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明方法で用いられるケース材料に含まれる合金元素について説明する。
Ｍｎは材料強度を高めて電池用ケースの耐膨れ性を向上させる。Ｍｎの含有量を０．３〜１．５％に規定する理由は、０．３％未満ではその効果が十分に得られず、１．５％を超えるとＭｎを含む粗大晶出物が多数生成してケースのプレス成形性が低下するためである。
【００１２】
ＳｉおよびＦｅも材料強度を高めて電池用ケースの耐膨れ性を向上させる。
ＳｉおよびＦｅの含有量をそれぞれ０．１〜０．５％、０．３〜１．０％に規定する理由は、下限未満ではもいずれも十分な効果が得られず、上限を超えるといずれもプレス成形性が低下するためである。
【００１３】
Ｃｕも材料強度を高めて電池用ケースの耐膨れ性を向上させる。
Ｃｕの含有量を０．５％以下に規定する理由は、０．５％を超えるとプレス成形性が低下するためである。
【００１４】
Ｍｇも材料強度を高めて電池用ケースの耐膨れ性を向上させる。
Ｍｇの含有量を０．１〜１．２％に規定する理由は、０．１％未満ではその効果が十分に得られず、１．２％を超えるとケースに上蓋を溶接する際に、溶接箇所にボイドが発生して溶接不良が生じ易くなるためである。
【００１５】
Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉは材料の結晶粒を微細化して製造加工性を高めまた製品の肌荒れを防止する。ここで、前記Ｃｒを０．３５％以下、Ｚｒを０．１２％以下、Ｔｉを０．１％以下に規定する理由は、いずれも前記規定値を超えると粗大晶出物が生成してプレス成形性が低下するためである。
【００１６】
請求項１、２記載の発明方法で用いられるアルミニウム合金製ケース材料は、例えば、請求項１、２に記載されているアルミニウム合金の鋳塊に、それぞれ均質化処理、面削、熱間圧延、冷間圧延を順に施し、必要に応じ前記冷間圧延途中或いは冷間圧延後に熱処理を施す常法により製造される。
【００１７】
請求項１、２記載の発明は、前記のアルミニウム合金製ケース材料を、それぞれケースにプレス成形し、次いでこれに４０〜１２０℃の温度で加熱処理を施す密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法である。
【００１８】
請求項１、２記載の発明において、前記加熱処理を４０〜１２０℃の温度で施す理由は、４０℃未満では前記両効果が十分に得られず、また１２０℃を超えても前記両効果は飽和してコスト的に不利になるためである。
前記加熱処理の時間は１０分未満では十分な効果が得られず、１０時間を超えては生産性に影響するので１０分以上１０時間以下が適当である。特には３０分以上４時間以下が望ましい。
前記加熱処理を、脱脂処理と同時に施すと、電池用ケースに付着しているプレス成形油を除去する効果と、電池用ケースの耐膨れ性を向上させる効果とが同時に得られる。
【００１９】
前記脱脂処理には、湯洗浄、水蒸気洗浄が最も多く用いられるが、場合によっては、有機溶剤を密閉系または雰囲気制御系で加熱する方法、室温で有機溶剤により洗浄し、その後加熱乾燥する方法などが用いられる。前記加熱乾燥方法には大気中、不活性ガス中、真空中などで加熱する方法が挙げられる。
また、洗浄が不要の場合は大気中、不活性ガス中、真空中などで加熱して乾燥する方法も適用できる。
いずれにしても、本発明において行う前記加熱処理、または前記加熱処理を伴う脱脂処理により電池ケースの耐膨れ性が向上するが、その理由は、電池ケースの耐クリープ特性が改善されるためと考えられる。
ここで、加熱処理を伴う脱脂処理とは、脱脂処理を加熱して施すことを意味する。
【００２０】
請求項３、４記載の発明は、それぞれＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系アルミニウム合金またはＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系アルミニウム合金製ケースに所定の加熱処理を施す密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法で、前記アルミニウム合金は、請求項１、２記載の発明において用いられるアルミニウム合金と違ってＭｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉなどの元素が含有されていないため強度的にやや弱いが、前記所定の加熱処理で耐膨れ性に優れる電池ケースが得られる。
前記加熱処理による耐膨れ性の改善効果は、前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すことによっても得られる。
【００２１】
【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）表１に示す本発明請求項１規定組成のアルミニウム合金（Ａ，Ｂ，Ｃ）及び請求項２規定組成のアルミニウム合金（Ｄ，Ｅ，Ｆ）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、面削、熱間圧延、冷間圧延（中間焼鈍含む）を順に施して厚さ０．８ｍｍのケース材料とし、このケース材料をダイスとパンチを用いてプレス成形し、次いでトリクレンにより室温で脱脂処理して電池用ケースを製造した。
【００２２】
（比較例１）
表１に示す本発明規定外組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法により鋳造して鋳塊とした他は、実施例１と同じ方法により電池用ケースを製造した。
【００２３】
実施例１および比較例１で製造した各々の電池用ケースについて、電池用ケースに成形するときの割れの発生状況（プレス成形性）、溶接性、および耐膨れ性を調べた。結果を表２に示す。
プレス成形性は、プレス成形で割れが生じないものを良好（○）、割れが生じたものを不良（×）と判定した。
溶接性は、図１に示すように電池用ケース１に電池用ケースと同じ材質の上蓋２をレーザービーム溶接して密閉体とし、溶接不良の有無を超音波により検査（ＪＩＳＺ３０８０）して評価した。密閉体の試験個数は１００個とし、欠陥が皆無の場合は良好（○）、欠陥が１個にでも検出された場合は不良（×）と判定した。
耐膨れ性は、前記上蓋を溶接した電池用ケースの中で溶接欠陥のないものを、大気中で８５℃で２４時間加熱し、図２（イ）（ロ）に示すように、加熱後の電池用ケースの厚さｔと加熱前の厚さＴの差（ｔ−Ｔ）の大小で評価した。
前記（ｔ−Ｔ）が小さいほど耐膨れ性に優れる。なお、プレス成形性または溶接性が不良のものについては耐膨れ性は調査しなかった。
【００２４】
【表１】
0004053181.tif 000002
【００２５】
【表２】
0004053181.tif 000003
【００２６】
表２より明らかなように、請求項１，２記載の発明方法で用いられるアルミニウム合金（Ａ〜Ｆ）製ケース材料によるNo.1〜6のケースは成形性および溶接性が良好であり、ケースの膨れ量も実用上問題のないレベルであった。脱脂も十分行われていた。
これに対し、比較例のNo.7はＭｇが多いため溶接性が不良となり、No.8はＦｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔｉが多いため、No.9はＭｎとＴｉが多いためいずれもプレス成形性が低下した。従来材のNo.10,11は強度が低いため耐膨れ性が低下した。
【００２７】
（実施例２）
実施例１において、加熱処理を、加熱して脱脂処理することにより行った。脱脂処理は湯洗浄、蒸気洗浄、または大気中加熱により、４０〜１２０℃で１０分〜１０時間の条件で施した。その他は、実施例１と同じ方法により電池用ケースを製造した。
【００２８】
実施例２で製造した各々の電池用ケースについて耐膨れ性を実施例１の場合と同じ方法により調べた。結果を表３に示す。
【００２９】
【表３】
0004053181.tif 000004
【００３０】
表３より明らかなように、本発明例（請求項１及び２）の No.12〜17は室温でトリクレン洗浄した表２のNo.１〜６のものに較べて耐膨れ性が一段と向上した。
【００３１】
（実施例３）表４に示す請求項３記載の発明及び請求項４記載の発明で規定した組成のアルミニウム合金（Ｌ，Ｍ，Ｎ，Ｏ）を半連続鋳造法により鋳造し、得られた鋳塊を均質化処理後面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延（中間焼鈍含む）を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を電池用ケースにプレス成形し、次いで脱脂処理を加熱して行った。即ち、脱脂処理は湯洗浄、蒸気洗浄、または大気中加熱により、４０〜１２０℃で１０分〜１０時間の条件で施した。その他は実施例１と同じ方法により電池用ケースを製造した。
【００３２】
（比較例３）
脱脂処理を室温でトリクレン洗浄により施した他は実施例３と同じ方法により電池用ケースを製造した。
【００３３】
（比較例４）表４に示す請求項３，４記載発明規定外組成のアルミニウム合金を半連続鋳造法により鋳造した他は実施例３と同じ方法により電池用ケースを製造した。
【００３４】
実施例３、比較例３、４で製造した各々の電池用ケースについて、実施例１と同じ方法によりプレス成形性、溶接性および耐膨れ性を調べた。
結果を表５に示す。
【００３５】
【表４】
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【００３６】
【表５】
0004053181.tif 000006
【００３７】
表５より明らかなように本発明例の No.18〜21はいずれも耐膨れ性に優れた。これに対し比較例の No.22〜25は脱脂処理を従来法（非加熱条件）により施したため耐膨れ性に劣った。また従来材の No.26はＭｎが多かったため、 No.27はＣｕが多かったため、いずれもプレス成形性が不良となった。
【００３８】
以上、中間焼鈍を含む冷間圧延上がりのケース材料について説明したが、本発明では、冷間圧延後焼鈍を施したケース材料や、中間焼鈍を施さない冷却圧延上がりのケース材料などについても同様の効果が発現される。
【００３９】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケースの製造方法は、Ａｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金にＭｇを適量含有された合金、或いはＭｇの他にさらにＣｒ、Ｚｒ、Ｔｉなどの元素が適量含有された合金からなるケース材料を用いて電池用ケースを成形し、このケースに４０〜１２０℃の温度範囲で加熱処理または加熱処理を伴う脱脂処理を施すことにより耐膨れ性が向上する（請求項１，２，５）。
さらにＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ系合金やＡｌ−Ｍｎ−Ｓｉ−Ｆｅ−Ｃｕ系合金などの軟質な材料でも前記所定の加熱処理または前記加熱処理を伴う脱脂処理を施すことにより耐膨れ性が改善されて電池用ケースとして実用可能となる（請求項３，４，５）。
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用アルミニウム合金製ケースの斜視図である。
【図２】（イ）は図１に示した密閉体のＡ−Ａ断面図、（ロ）は図１に示した密閉体の加熱後のＡ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  電池用ケース
２  上蓋
３  加熱前の密閉体
４  加熱後の密閉体
Ｔ  加熱前の密閉体の厚さ
ｔ  加熱後の密閉体の厚さ
【図１】
0004053181.tif 000007
【図２】
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