(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項２】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項３】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項４】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項５】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延の途中で４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施したのち１００〜２５０℃で保持する時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項６】
Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延の途中で４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施したのち１００〜２５０℃で保持する時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたアルミニウム合金製ケース材料を用いた密閉型角型電池用ケース。
【請求項８】
請求項７に記載の密閉型角型電池用ケースを用いた密閉型角型電池。
【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次電池のケースに好適な密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法、当該製造方法により製造されたケース材料を用いた密閉型角型電池用ケース、及び当該密閉型角型電池用ケースを用いた密閉型角型電池に関する。
【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った。
そして、前記携帯用電子機器の軽量化を目的に、前記リチウムイオン２次電池には、その外殻を構成するケースを従来のステンレス鋼から軽量なアルミニウム合金に代える検討がなされている。前記ケースには、電池の形状を保持する上で、高強度なアルミニウム合金材料が望ましいが、高強度アルミニウム合金材料は加工性が悪いため、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ばかりか、パンチとダイスを多数要するため経済的負担も大きくなるという問題がある。
そこで、現在は、純アルミニウム系（ＪＩＳ−１０００系）合金材料、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。
【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の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変形（膨れなど）または破損する場合があることが判った。
このようなことから、本発明者等は、充電の際の内圧増加で変形または破損しない耐クリープ性に優れるアルミニウム合金材料について研究し、Ａｌ−Ｍｎ系合金のＭｎを所定量固溶させた材料であって所定の方法により製造されたものは内圧による変形が起き難いことを見出し、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、ケース成形性を阻害せず、かつ充電の際の内圧増加で変形または破損しない耐クリープ性に優れる、密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法、当該製造方法により製造されたケース材料を用いた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース、及び当該ケースを用いた密閉型角型電池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記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【０００５】
請求項２記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【０００６】
請求項３記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【０００７】
請求項４記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延後に、４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【０００８】
請求項５記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延の途中で４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施したのち１００〜２５０℃で保持する時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【０００９】
請求項６記載の発明は、Ｍｎを０．５〜１．５％、Ｓｉを０．１〜０．５％、Ｆｅを０．３〜１．０％含有し、Ｃｕを０．５％以下含有し、残部がＡｌと不可避的不純物からなるアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延および冷間圧延を施し、前記冷間圧延の途中で４５０℃以上の温度で保持し、その後２００℃まで１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却する焼鈍処理を施し、次いで冷間圧延を施したのち１００〜２５０℃で保持する時効処理を施すことを特徴とする成形性と耐クリープ性に優れた密閉型角型電池用アルミニウム合金製ケース材料の製造方法である。
【００１０】
請求項７記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の製造方法により製造されたアルミニウム合金製ケース材料を用いた密閉型角型電池用ケースである。
【００１１】
請求項８記載の発明は、請求項７に記載の密閉型角型電池用ケースを用いた密閉型角型電池である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
請求項１〜６記載の発明方法において、各合金元素の作用とそれらの含有率規定の根拠、及び導電率規定の根拠等につき以下詳述する。
合金元素のＭｎは材料強度を高め、電池用ケースとして用いたときの変形などを防止する作用を果たす。このＭｎの材料強度を高める作用は、主に、Ａｌマトリックスに固溶するＭｎにより果たされるものである。
そして、Ｍｎの固溶量は、Ｍｎの固溶量と反比例の関係にある導電率を指標とし、前記導電率が４５ＩＡＣＳ％以下になるように規定する。固溶Ｍｎは導電率を大きく低下させるが、導電率が４５ＩＡＣＳ％以下になるほどに固溶されれば十分な強度つまり耐クリープ性が得られる。
この発明において、Ｍｎの含有量を０．５〜１．５％に規定し、かつ導電率を４５ＩＡＣＳ％以下に規定する理由は、Ｍｎの含有量が０．５％未満でも、また導電率が４５ＩＡＣＳ％を超えても、Ｍｎの固溶量が少ないため前記効果が十分に得られず、Ｍｎの含有量が１．５％を超えるとＭｎを含む粗大化合物が多数生成してケースに成形する際のプレス加工性が低下するためである。
【００１３】
合金元素のＳｉおよびＦｅは材料強度を高め、電池用ケースとして用いたときの変形などを防止する作用を果たす。
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、いずれが下限未満でも十分な効果が得られず、いずれが上限を超えてもプレス成形性が低下するためである。
【００１４】
請求項２，４及び６記載の発明は、請求項１，３及び５記載の発明で用いる合金に、さらにＣｕを含有させた合金からなり、Ｃｕは材料強度を高め、電池用ケースとして用いたときの変形などを防止する作用を果たす。
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。この発明においても、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｓｉの作用は請求項１，３及び５記載の発明の場合と同じで、特にＭｎは導電率が４５ＩＡＣＳ％以下になるように固溶させる。
【００１５】
本発明方法により製造されるケース材料は厚さが０．８ｍｍ程度の板材であり、この板材は絞り成形としごき成形により、図１に示すような形状のケース１に成形加工される。
このケース１内に渦巻電極体が配置され、さらにリチウム塩を有機溶媒に溶解した非水電解液が満たされ、その後、図２に示すようにケースの開放端が上蓋２で密閉される。さらに上蓋２に電極（図示せず）を取り付けるなどして密閉型角型電池が組立てられる。
【００１６】
請求項１，２記載の発明方法は、半連続鋳造法などの常法にて鋳造された前記組成のアルミニウム合金鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、焼鈍処理を順に施す製造方法である。
請求項３，４記載の発明方法は、前記鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、焼鈍処理、時効処理を順に施す製造方法である。
請求項５，６記載の発明方法は、前記鋳塊に熱間圧延、冷間圧延、焼鈍処理、冷間圧延、時効処理を順に施す製造方法である。
前記本発明の製造方法において、焼鈍処理を４５０℃以上の温度で保持し、その後の２００℃までの冷却を１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で行なう理由は、保持温度が４５０℃未満でも、また２００℃までの冷却速度が１℃／ｓｅｃ未満でも、Ｍｎが十分な量固溶しないためである。
冷却速度の規定を２００℃までにした理由は、２００℃未満ではＭｎの析出速度が著しく低下して、冷却速度がＭｎの固溶量に影響しないためである。
【００１７】
請求項３〜６の発明方法では、時効処理を施すので、過剰に固溶したＳｉが微細に析出してケースの強度が一層向上し、ケースの変形がより確実に防止される。
請求項３，４の発明方法では、時効処理温度は特に規定しないが、７０℃未満ではＳｉが十分析出しないため強度がやや不足し、２５０℃を超えるとＳｉが粗大に析出してやはり十分な強度がやや不足する。従って時効処理温度は７０〜２５０℃、特には１００〜２５０℃が望ましい。
請求項５，６の発明方法では、時効処理温度を１００〜２５０℃に規定する。その理由は、１００℃未満ではＳｉの析出が不足して十分な強度と成形性が得られず、２５０℃を超えるとＳｉが粗大に析出してやはり十分な強度が得られないためである。
【００１８】
請求項７記載の密閉型角型電池用ケースは、前記本発明方法により製造されたケース材料を用いて成形したものであり、このケースは充電時の発熱で内圧が高まっても膨れたりしないので信頼性の高い密閉型角型電池が得られる。
【００１９】
請求項８記載の密閉型角型電池は、請求項７記載のケースを用いて作製したものであり、この密閉型角型電池は充電時の発熱で内圧が高まってもケースが膨れたりせず信頼性が高い。
【００２０】
【実施例】
以下に本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
（実施例１）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で４５０℃以上で５ｓｅｃ保持し、その後これを１℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で冷却した。
【００２１】
（実施例２）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で５００℃で５ｓｅｃ保持し、その後２０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却し、次いでこの板材に１００〜２５０℃で２時間保持する時効処理を施した。
【００２２】
（実施例３）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ１．６ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で５００℃で５ｓｅｃ保持し、その後２０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却し、次いで再度冷間圧延して厚さ０．８ｍｍの板材を得、この板材に１００〜２５０℃で２時間保持する時効処理を施した。
【００２３】
（比較例１）
本発明規定組成外の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で５００℃で５ｓｅｃ保持し、その後２０℃／ｓｅｃの冷却速度で冷却した。
【００２４】
（比較例２）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で焼鈍処理した。焼鈍処理条件は請求項１，２で規定した条件外とした。
【００２５】
（比較例３）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ０．８ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で焼鈍処理し、次いで１５０℃で２時間時効処理した。焼鈍処理条件は請求項３，４で規定した条件外とした。
【００２６】
（比較例４）
本発明規定組成の合金を半連続鋳造法にて鋳造し、得られた鋳塊を面削し、次いで熱間圧延と冷間圧延を順に施して厚さ１．６ｍｍの板材とし、この板材を硝石炉で焼鈍処理し、次いで再度冷間圧延して厚さ０．８ｍｍの板材を得、この板材に時効処理を施した。焼鈍処理条件または時効処理条件は請求項５，６で規定した条件外とした。
【００２７】
実施例１〜３および比較例１〜４で得られた各板材（ケース材料）について導電率と耐膨れ性を調べた。
耐膨れ性は、各板材を絞りとしごき成形によりケース１に成形し（図１）、このケース１を上蓋２で密閉して密閉体３とし（図２）、この密閉体３を８５℃で２４時間加熱したのちの密閉体４の厚さｔ（図３(ロ) ）を測定し、加熱前の密閉体３の厚さＴ（図３(イ) ）との差（ｔ−Ｔ）で表した。（ｔ−Ｔ）が小さいほど耐膨れ性が良好なことを示す。結果を表１、２に示す。なお、上蓋には、それぞれケースと同じ材質の板材を用いた。
【００２８】
【表１】
0004244252.tif 000002
【００２９】
【表２】
0004244252.tif 000003
【００３０】
表１、２より明らかなように、本発明例のNo.1〜20は、導電率がいずれも４５ＩＡＣＳ％以下でＭｎが所定量固溶されており、従ってケース強度が高く（耐クリープ性に優れ）、ケースの膨れ量（ｔ−Ｔ）は極めて小さく、実用上問題ない程度であった。
一方、比較例のNo.21,23,25 は、Ｍｎ、ＳｉまたはＦｅの含有量が少ないため、いずれも導電率が４５ＩＡＣＳ％を超え、ケース強度が低下して、ケースの膨れ量（ｔ−Ｔ）が大きくなり実用性に欠けるものであった。
No.22,24,26,27は、Ｍｎ、Ｓｉ、ＦｅまたはＣｕの含有量が多いため成形時にケースが破断した。No.28〜31は請求項１，２の発明の焼鈍処理条件を外れるため、No.32〜35は請求項３，４の発明の焼鈍処理条件または時効処理条件のいずれかを外れるため、No.36〜41は請求項５，６の発明の焼鈍処理条件または時効処理条件のいずれかを外れるため、いずれも導電率が４５％ＩＡＣＳを超えており、耐膨れ性が低下した。
なお、冷間圧延加工後に時効処理を行わないＨ１ｎタイプの材料は請求項５，６の発明材より成形性が劣った。また、比較例３、４に関連して、時効処理を、７０℃未満（比較例３）または１００℃未満（比較例４）の温度で施してみたが、いずれも温度が低すぎて強度向上などの時効処理効果が十分に得られなかった。
【００３１】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明に係るケース材料の製造方法によれば成形性に優れ、電池用ケースが高歩留まりで製造できる。前記製造方法により製造されたケース材料を成形して得られるケースはＭｎが所定量固溶されていて適度の強度（耐クリープ性）を有するため、前記ケースを用いた密閉型角型電池は充電時にケースが膨れたりせず信頼性が高い。  本発明に係る製造方法によって製造されたケース材料は、冷間圧延中または冷間圧延後に所定の焼鈍処理を施すことにより容易に製造できる。また製造工程の最後に時効処理を施すことでケースの膨れなどが一層抑制される。よって、工業上顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】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】ケースに上蓋を被せた密閉体の斜視図である。
【図３】（イ）は図２に示した密閉体のＡ−Ａ断面図、（ロ）は図２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  アルミニウム合金製ケース
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】
0004244252.tif 000004
【図２】
0004244252.tif 000005
【図３】
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