(57)【要約】【課題】アルミニウム系金属製のケースと蓋体とを溶接で接合しても、蓋体に設けられた安全弁が適切な圧力で開放するようにする。【解決手段】蓄電装置としての二次電池１０は、電極組立体１２を収容するアルミニウム系金属製のケース１１を備えている。ケース１１は、開口部を有するケース本体１３と、ケース本体１３の開口部を塞ぐ蓋体１４とが溶接により接合されている。蓋体１４は、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁２０を有し、かつ少なくとも安全弁２０の周囲がアルミニウム系金属基複合材料で構成され、アルミニウム系金属基複合材料を囲ってアルミニウム系金属層が存在する。【選択図】図１
2014135140.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケースを備えた蓄電装置であって、
前記ケースは、開口部を有するケース本体と、前記ケース本体の前記開口部を塞ぐ蓋体とが溶接によって接合されており、
前記蓋体は、前記ケース内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁を有し、かつ少なくとも前記安全弁の周囲がアルミニウム系金属基複合材料で構成され、前記アルミニウム系金属基複合材料を囲ってアルミニウム系金属層が存在することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記蓋体は、前記アルミニウム系金属基複合材料で構成されるとともに、前記アルミニウム系金属基複合材料の表面に前記アルミニウム系金属層が存在する請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
前記蓋体は、前記安全弁を取り付ける安全弁取り付け孔を有し、前記安全弁取り付け孔の内面に前記アルミニウム系金属層が存在し、前記アルミニウム系金属層の周囲が前記アルミニウム系金属基複合材料で形成されている請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項４】
前記アルミニウム系金属基複合材料は、マトリックス金属がアルミニウム系金属で、強化材としてのセラミックスが炭化ケイ素（ＳｉＣ）である請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の蓄電装置。
【請求項５】
前記アルミニウム系金属基複合材料は、前記セラミックスの体積率Ｖｆが、５０％≦Ｖｆ＜８０％である請求項４に記載の蓄電装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の蓄電装置の構成を備えた二次電池。
【請求項７】
電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケース本体に溶接によって接合されるとともに安全弁を有する蓄電装置の蓋体の製造方法であって、
金型内にセラミック製強化材を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填することを特徴とする蓄電装置の蓋体の製造方法。
【請求項８】
前記金型内における前記蓋体に孔を形成すべき箇所に塩中子を配置した状態で、前記金型内に前記セラミック製強化材としてセラミック粒子を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填する請求項７に記載の蓄電装置の蓋体の製造方法。
【請求項９】
電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケース本体に溶接によって接合されるとともに安全弁を有する蓄電装置の蓋体の製造方法であって、
金型内に金属基複合材料製環状プリフォームを収容し、ダイカスト鋳造でアルミニウム系金属を充填することを特徴とする蓄電装置の蓋体の製造方法。
【請求項１０】
前記金型内の前記蓋体に孔を形成すべき箇所のうち、少なくとも前記安全弁を取り付ける安全弁取り付け孔を形成すべき箇所に、形成すべき前記孔の口径を有するアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォームを配置し、残りの前記孔を形成すべき箇所に塩中子を配置した状態で、前記金型内にアルミニウム系金属を充填する請求項９に記載の蓄電装置の蓋体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置及び二次電池並びに蓄電装置の蓋体の製造方法に係り、詳しくはケース内の圧力をケース外に開放させる安全弁を有する蓋体を備えた蓄電装置及び二次電池並びに蓄電装置の蓋体の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
二次電池やキャパシタのような蓄電装置は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、容量の大きな蓄電装置は電極体を収容するケースを備え、そのケース内に電極体が収容されている。
【０００３】
従来、二次電池のケースは、ケース本体と蓋体とは別部品として構成され、電極体を収容した後、ケース本体の開口部を覆うように蓋体が溶接によりに固着される。また、ケースは、過充電等によりケース内の電極体（発電要素）の反応が過度に進行して、ケース内部にガスが発生、蓄積して内圧が異常に上昇するのを防止するため、内圧が設定された圧力以上になると内部ガスを抜気する安全弁を備えている。
【０００４】
蓄電装置の軽量化を図るため、アルミニウム製のケースが多く使用されている。従来、アルミニウム製のケース本体と蓋体とを高密度熱源溶接により接合し、容器内部を高温度にすることなく、密封性高くかつルート割れを起こさない密封容器及び密封容器の製造方法が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１には、図１０に示すように、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる容器本体６１及び蓋体６２を、スラブレーザを用いて溶融接合部６３の深さＤと、溶融接合部６３の幅Ｗとの比であるアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲になるように接合する密封容器の製造方法及び密封容器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０４８６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、蓋体６２の周囲を溶接すると、その溶接熱によって安全弁の開放圧が変化する虞がある。これは、溶接の際に溶融部分が凝固するときに凝固収縮するため、図１１に２点鎖線で示すように、蓋体６２が外側に凸の形状に反ることによる。なお、図１１では分かり易くするため、反りを強調して図示している。安全弁の開放圧が変化すると、安全弁を適切な開放圧で開放させることができない虞がある。蓋体６２の材料をアルミニウムよりヤング率の大きな金属に代えれば、反りが少なくなるが、軽量化ができなくなる。
【０００７】
本発明は、前記の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は、アルミニウム系金属製のケースと蓋体とを溶接で接合しても、蓋体に設けられた安全弁が適切な圧力で開放することができる蓄電装置及び二次電池並びに蓄電装置の蓋体の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する蓄電装置は、電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケースを備えた蓄電装置であって、前記ケースは、開口部を有するケース本体と、前記ケース本体の前記開口部を塞ぐ蓋体とが溶接によって接合されている。前記蓋体は、前記ケース内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁を有し、かつ少なくとも前記安全弁の周囲がアルミニウム系金属基複合材料で構成され、前記アルミニウム系金属基複合材料を囲ってアルミニウム系金属層が存在する。ここで、「アルミニウム系金属」とは、工業用純アルミニウム（例えば、Ａ１０００系アルミニウム）やアルミニウム合金（例えば、Ａ３０００系アルミニウム合金）等のようにアルミニウムを主成分とする金属を意味する。「金属基複合材料」とはマトリックスが金属である複合材料、即ちＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ  Ｍａｔｒｉｘ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ）を意味し、強化材がセラミックスでマトリックスが金属の組み合わせに限らず、強化材が金属でマトリックスが金属の組み合わせでもよい。
【０００９】
この構成によれば、アルミニウム系金属基複合材料を囲ってアルミニウム系金属層が存在するため、ケース本体と蓋体とを溶接により接合することができる。また、安全弁を有する蓋体の少なくとも安全弁の周囲がアルミニウム系金属基複合材料で構成されているため、蓋体の他の箇所がアルミニウム系金属製であっても、安全弁の周辺箇所のヤング率が他の箇所のヤング率より高くなる。そのため、ケース本体と蓋体とを溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体に反りが生じても、アルミニウム系金属基複合材料製の部分はヤング率が反りを防止する大きさになっているため、安全弁は反りが防止され、ケース内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放される。したがって、アルミニウム系金属製のケースと蓋体とを溶接で接合しても、蓋体に設けられた安全弁が適切な圧力で開放することができる。
【００１０】
前記蓋体は、前記アルミニウム系金属基複合材料で構成されるとともに、前記アルミニウム系金属基複合材料の表面に前記アルミニウム系金属層が存在することが好ましい。この構成によれば、安全弁の周囲のみがアルミニウム系金属基複合材料で構成された場合と異なり、蓋体全体のヤング率を、ケース本体と蓋体とを溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体に反りが生じることを防止可能な値にすることができる。
【００１１】
前記蓋体は、前記安全弁を取り付ける安全弁取り付け孔を有し、前記安全弁取り付け孔の内面に前記アルミニウム系金属層が存在し、前記アルミニウム系金属層の周囲が前記アルミニウム系金属基複合材料で形成されていることが好ましい。この構成によれば、蓋体と別体に形成された安全弁を、安全弁の取り付け孔に溶接で取り付けることができる。
【００１２】
前記アルミニウム系金属基複合材料は、マトリックス金属がアルミニウム系金属で、強化材のセラミックスが炭化ケイ素（ＳｉＣ）であることが好ましい。この構成によれば、強化材として適したセラミックス粒子の市販品を入手し易い。
【００１３】
前記アルミニウム系金属基複合材料は、前記セラミックスの体積率Ｖｆが、５０％≦Ｖｆ＜８０％であることが好ましい。この構成によれば、必要なヤング率を有するアルミニウム系金属基複合材料を容易に製造することができる。
【００１４】
上記課題を解決する二次電池は、前記蓄電装置の構成を備えていることが好ましい。この構成によれば、二次電池は、前述の蓄電装置が有する効果と同様の効果を有する。
上記課題を解決する蓄電装置の蓋体の製造方法は、電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケース本体に溶接によって接合されるとともに安全弁を有する蓄電装置の蓋体の製造方法であって、金型内にセラミック製強化材を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填する。ここで、「セラミック製強化材」とは、セラミック粒子やセラミックウィスカーあるいはセラミック製プリフォームを意味する。
【００１５】
この構成によれば、金型内にセラミック製強化材を収容した状態で、高圧鋳造によりアルミニウム系金属を充填すれば、孔の周面や蓋体の周面に溶接しろとなるアルミニウム系金属層を有する蓋体が製造される。したがって、アルミニウム系金属製のケースと、蓋体とが溶接で接合された蓄電装置において、蓋体に設けられた安全弁が適切な圧力で開放することができる。
【００１６】
前記金型内の前記蓋体に孔を形成すべき箇所に塩中子を配置した状態で、前記金型内に前記セラミック製強化材としてセラミック粒子を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填することが好ましい。この構成によれば、全体がアルミニウム系金属基複合材料で形成され、そのアルミニウム系金属基複合材料の表面にアルミニウム系金属層を有する蓋体が形成される。塩中子を使用せずに金型や砂型のみで鋳造を行った場合と異なり、孔部分の寸法精度が良くなり、ニアネットシェイプ成形を行うことができる。また、金型や砂型のみで鋳造を行った場合は、鋳巣が多く、孔の部分において安全弁を気密状態に溶接することができないが、塩中子を使用することにより鋳巣の発生が抑制され、気密状態に溶接することが可能になる。
【００１７】
上記課題を解決する蓄電装置の蓋体の製造方法は、電極組立体を収容するアルミニウム系金属製のケース本体に溶接によって接合されるとともに安全弁を有する蓄電装置の蓋体の製造方法であって、金型内にアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォームを収容し、ダイカスト鋳造でアルミニウム系金属を充填する。この構成によれば、金型内の蓋体の孔となる箇所と対応する箇所にアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォームを収容した状態で、ダイカスト鋳造でアルミニウム系金属を充填すれば、孔の周囲がアルミニウム系金属基複合材料化された蓋体が製造される。
【００１８】
前記金型内の前記蓋体に孔を形成すべき箇所のうち、少なくとも前記安全弁を取り付ける安全弁取り付け孔を形成すべき箇所に、形成すべき前記孔の口径を有するアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォームを配置し、残りの前記孔を形成すべき箇所に塩中子を配置した状態で、前記金型内にアルミニウム系金属を充填することが好ましい。この構成によれば、蓋体全体がアルミニウム系金属基複合材料で構成されるのではなく、少なくとも安全弁の周囲にアルミニウム系金属基複合材料で環状に形成された部分が存在する蓋体を製造することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、アルミニウム系金属製のケースと蓋体とが溶接で接合された蓄電装置において、蓋体に設けられた安全弁が適切な圧力で開放することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の実施形態の二次電池の模式斜視図。
【図２】（ａ）は封止部材や安全弁等を取り付ける前の蓋体の模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図。
【図３】図２（ａ）の３−３線断面図。
【図４】第１の金型の概略斜視図。
【図５】（ａ）は第１の金型にＳｉＣ粒子が充填された状態の模式断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図、（ｃ）は金型内に溶融金属の注入が完了した状態の模式断面図、（ｄ）は（ｃ）の部分拡大図。
【図６】第２の実施形態の蓋体の模式平面図。
【図７】図６の７−７線断面図。
【図８】第３の実施形態の蓋体の模式平面図。
【図９】図８の９−９線断面図。
【図１０】従来技術の接合部の断面示す模式図。
【図１１】蓋体の反りを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
（第１の実施形態）
以下、二次電池に具体化した第１の実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１に示すように、蓄電装置としての二次電池１０は、ケース１１に電極組立体１２が収容されている。また、ケース１１には、電解液（図示せず）も収容されている。ケース１１は、有底四角筒状のケース本体１３と、ケース本体１３に電極組立体１２を挿入する開口部を閉塞する蓋体１４とからなる。ケース本体１３と蓋体１４とは溶接によって接合されている。この実施形態の二次電池１０は、リチウムイオン電池である。
【００２２】
電極組立体１２には、正極端子１５及び負極端子１６が電気的に接続されている。そして、正極端子１５及び負極端子１６には、ケース１１から絶縁するためのリング状の絶縁リング１７がそれぞれ取り付けられている。また、正極端子１５及び負極端子１６は、蓋体１４からケース１１外に露出している。
【００２３】
蓋体１４には、ケース１１（ケース本体１３）内に電解液を注入するための注液孔１８が設けられており、注液孔１８は封止部材１９によって閉塞されている。封止部材１９はアルミニウム系金属製で、蓋体１４に溶接されている。
【００２４】
蓋体１４には、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁２０が設けられている。安全弁２０はアルミニウム系金属製で、蓋体１４に形成された安全弁取り付け孔２１に溶接で取り付けられている。即ち、安全弁２０は、蓋体１４と別体に形成された後、溶接で蓋体１４に取り付けられている。
【００２５】
蓋体１４には、正極端子１５及び負極端子１６を取り付けるための電極端子取り付け孔２４（図２及び図３に図示）が設けられており、正極端子１５及び負極端子１６はそれぞれ電極端子取り付け孔２４から突出する状態で、図示しない締結手段により蓋体１４に固定されている。
【００２６】
ケース本体１３はアルミニウム系金属製で、蓋体１４はほぼ全体がアルミニウム系金属基複合材料製である。
次に蓋体１４について詳述する。図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、蓋体１４は、ほぼ全体がアルミニウム系金属基複合材料（ＭＭＣ）２２（以下、適宜、金属基複合材料２２と記す）で構成されるとともに、金属基複合材料２２の表面、即ち金属基複合材料２２を囲ってアルミニウム系金属層２３が存在する。なお、図２（ａ），（ｂ）においては、蓋体１４の上面及び下面のアルミニウム系金属層２３の図示を省略している。また、蓋体１４は、下面の周縁に枠部１４ａを有する。
【００２７】
この実施形態では、金属基複合材料２２は、マトリックス金属がアルミニウム系金属で、強化材としてのセラミックスが炭化ケイ素（ＳｉＣ）粒子である。金属基複合材料２２はセラミックスの体積率Ｖｆが、５０％≦Ｖｆ＜８０％である。
【００２８】
図２（ａ），（ｂ）及び図３に示すように、蓋体１４は、１個の注液孔１８と、１個の安全弁取り付け孔２１と、２個の電極端子取り付け孔２４とを有する。注液孔１８、安全弁取り付け孔２１及び電極端子取り付け孔２４の内面には、アルミニウム系金属層２３が存在する。また、蓋体１４の周囲にもアルミニウム系金属層２３が存在する。アルミニウム系金属層２３の厚さは、蓋体１４を高圧鋳造する際の条件により異なる厚さになる。この実施形態では、アルミニウム系金属層２３の厚さは、ケース本体１３と蓋体１４、注液孔１８と封止部材１９、安全弁２０と安全弁取り付け孔２１とを溶接する際に、溶接が良好に行われる溶接しろの厚さ以上に形成されている。
【００２９】
なお、正極端子１５及び負極端子１６は、電極端子取り付け孔２４に対して溶接で取り付けられるのではなく、締結手段により取り付けられるため、電極端子取り付け孔２４の周囲にはアルミニウム系金属層２３が必要ではない。しかし、後述するように、蓋体１４が高圧鋳造で製造されるため、電極端子取り付け孔２４の内面にもアルミニウム系金属層２３が形成されている。  
【００３０】
次に前記のように構成された蓋体１４の製造方法を図４及び図５に基づいて説明する。
蓋体１４は、高圧鋳造により製造される。図４に示すように、高圧鋳造に使用される第１の金型３１は、キャビティ３２内に、蓋体１４に形成される注液孔１８、安全弁取り付け孔２１、電極端子取り付け孔２４に対応する所定位置に塩中子３３がセットされている。図５（ａ）〜（ｄ）に示すように、塩中子３３は下面に凸部を有し、凸部においてキャビティ３２内の所定位置に位置決めされた状態で固定されている。また、第１の金型３１にはキャビティ３２の長手方向の端部に溶融金属（溶湯）の注入口３１ａが形成され、他端側に排出口３１ｂが形成されている。
【００３１】
この第１の金型３１に、セラミックスの粒子（粉末）としてのＳｉＣ粒子３４が予め設定された充填率（体積％で５０〜８０％）で充填されて、図５（ａ），（ｂ）に示す状態になる。
【００３２】
次に、第１の金型３１のキャビティ３２を覆うように、第１の金型３１と第２の金型３５とを閉じた状態に保持する。そして、第１の金型３１及び第２の金型３５を、金属基複合材料２２を構成する金属（アルミニウム系金属）の溶融温度以上に加熱した状態で、溶融金属をキャビティ３２内に加圧状態で注入、充填する。キャビティ３２内にはＳｉＣ粒子３４が充填されており、溶融金属がＳｉＣ粒子３４の隙間を通過する際の抵抗に比べて、ＳｉＣ粒子３４と第１の金型３１及び第２の金型３５との境界（ＳｉＣ粒子３４と塩中子３３との境界を含む）を通過する際の抵抗が小さい。そのため、溶融金属は先ず充填されたＳｉＣ粒子３４と第１の金型３１及び第２の金型３５との境界に沿って流れた後、キャビティに充填されているＳｉＣ粒子３４の隙間に含浸、流入する。ＳｉＣ粒子３４の隙間をほぼ満たす所定量の溶融金属が第１の金型３１及び第２の金型３５内に注入された後、押湯圧として高い圧力が加えられて高圧鋳造が行われる。加圧は、例えば、１００ＭＰａで行われる。その結果、図５（ｃ），（ｄ）に示すように、アルミニウム系金属基複合材料２２の表面全体にアルミニウム系金属層２３が形成された状態になる。蓋体１４が高圧鋳造で形成されるため、アルミニウム系金属層２３は金属基複合材料２２の外面全体に密着した状態で形成される。
【００３３】
前記のように構成された蓋体１４をケース本体１３に接合する場合、電極組立体１２をケース本体１３の開口部からケース本体１３内に挿入した後、蓋体１４がケース本体１３の開口部を覆い、ケース本体１３と当接した状態で、蓋体１４をケース本体１３に溶接する。
【００３４】
蓋体１４がケース本体１３に接合された後、安全弁２０を蓋体１４の安全弁取り付け孔２１に溶接で固着する。その後、電解液を注液孔１８からケース１１内に注入した後、注液孔１８を封止部材１９で密封する。封止部材１９による注液孔１８の密封は、封止部材１９の周囲を注液孔１８に溶接で接合することにより行われる。
【００３５】
強化材としてのセラミック粒子とアルミニウム系金属とを単純に複合材料化（ＭＭＣ化）した場合は、蓋体１４全体がアルミニウム系金属基複合材料２２のみで構成された状態になる。しかし、この実施形態では、高圧鋳造によりセラミック粒子とアルミニウム系金属とをＭＭＣ化しているため、蓋体１４を構成するアルミニウム系金属基複合材料２２のうち、高圧鋳造時に第１の金型３１、塩中子３３及び第２の金型３５に接している部分は、ＭＭＣ化せず、アルミニウム系金属層２３が形成される。そのため、蓋体１４に形成された注液孔１８、安全弁取り付け孔２１及び電極端子取り付け孔２４の内面はアルミニウム系金属層２３になる。また、蓋体１４の周囲もアルミニウム系金属層２３になる。
【００３６】
アルミニウム系金属基複合材料２２に対してアルミニウム系金属を溶接することはできない。しかし、蓋体１４は、封止部材１９が溶接される注液孔１８や安全弁２０が溶接される安全弁取り付け孔２１の内面にアルミニウム系金属層２３が溶接しろとして必要な厚さに形成されているため、アルミニウム系金属製の封止部材１９及び安全弁２０と良好に溶接することができる。また、アルミニウム系金属製のケース本体１３に対して蓋体１４を接合する箇所にもアルミニウム系金属層２３が溶接しろとして必要な厚さに形成されているため、蓋体１４をケース本体１３に良好に溶接することができる。
【００３７】
蓋体１４を構成する材料のヤング率が低いと、蓋体１４をケース本体１３に対して溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体１４に反りが生じ、安全弁２０の開放圧が予め設定された圧力と異なった圧力で開放される虞がある。しかし、蓋体１４のほぼ全体がヤング率の高いアルミニウム系金属基複合材料２２で構成されているため、その剛性が大きくなり、溶融部分の凝固収縮の際に蓋体１４に反りが生じることが防止される。その結果、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに安全弁２０が開放される。
【００３８】
また、蓋体１４でケース本体１３の開口部を覆う場合、電極組立体１２に接続された正極端子１５及び負極端子１６が蓋体１４の電極端子取り付け孔２４から無理なく突出する状態で、蓋体１４をケース本体１３に溶接する必要がある。しかし、従来技術のように、蓋体１４をケース本体１３に対して溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体１４に反りが生じた場合は、電極端子取り付け孔２４の位置が適切な位置からずれた状態となる。その状態で正極端子１５及び負極端子１６が電極端子取り付け孔２４から突出する状態で、図示しない締結手段により正極端子１５及び負極端子１６を蓋体１４に締め付け固定すると、無理な力が掛かった状態で正極端子１５及び負極端子１６が蓋体１４に固定される。そのため、蓋体１４に反りが生じる場合は、電極端子取り付け孔２４の径を大きくする必要があり、ケース１１内部からの電解液漏れの可能性が高くなる。しかし、この実施形態では、蓋体１４に反りが生じないため、そのような虞がない。
【実施例１】
【００３９】
蓋体１４を構成するアルミニウム系金属基複合材料２２のＳｉＣ粒子の体積率Ｖｆ（％）を５０〜８０％の範囲で変更した場合の金属基複合材料２２のヤング率と、安全弁２０の開放圧との関係を調べた。また、蓋体１４をアルミニウム系金属で形成した場合のヤング率と、安全弁２０の開放圧との関係を調べた。結果を表１に示す。なお、体積率Ｖｆが５０％未満では、金属基複合材料２２が不均一になる。また、体積率Ｖｆが８０％より大きいと、金型離型時にワレが発生した。
【００４０】
【表１】
2014135140.tif 000003
表１より、蓋体１４を金属基複合材料（ＭＭＣ）２２で形成した試料１〜試料５の場合は、材料のヤング率はいずれも１００ＧＰａを超えており、蓋体１４をケース本体１３に対して溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体１４に反りが生じることが防止された。また、開放圧は、２．０〜２．２ＭＰａの範囲で、バラツキは１０％以内であった。
【００４１】
一方、蓋体１４をアルミニウムで形成した試料６〜試料９の場合は、材料のヤング率が７６ＧＰａであり、１００ＧＰａに比べて２０％以上小さく、溶融部分の凝固収縮によって蓋体１４に反りが発生した。また、開放圧も０．６〜０．８ＭＰａの範囲で、バラツキは３０％以上であった。
【００４２】
この実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
（１）蓄電装置としての二次電池１０は、電極組立体１２を収容するアルミニウム系金属製のケース１１を備えており、ケース１１は、開口部を有するケース本体１３と、ケース本体１３の開口部を塞ぐ蓋体１４とが溶接によって接合されている。蓋体１４は、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁２０を有し、かつ少なくとも安全弁２０の周囲がアルミニウム系金属基複合材料２２で構成され、アルミニウム系金属基複合材料２２を囲ってアルミニウム系金属層２３が存在する。したがって、アルミニウム系金属製のケース１１と蓋体１４とを溶接で接合しても、蓋体１４に設けられた安全弁２０が適切な圧力で開放することができる。
【００４３】
（２）蓋体１４は、アルミニウム系金属基複合材料２２で構成されるとともに、アルミニウム系金属基複合材料２２の表面にアルミニウム系金属層２３が存在する。したがって、安全弁２０の周囲のみがアルミニウム系金属基複合材料２２で構成された場合と異なり、蓋体１４全体のヤング率を、ケース本体１３と蓋体１４とを溶接により接合した際に、溶融部分の凝固収縮によって蓋体１４に反りが生じることを防止可能な値にすることができる。そのため、従来技術のように、反りが生じた蓋体１４に、正極端子１５や負極端子１６が電極端子取り付け孔２４から無理な力を受けない状態で取り付けるために、電極端子取り付け孔２４の径を大きくする必要が無く、ケース１１内部からの電解液漏れの可能性が高くなる虞がない。
【００４４】
また、蓋体１４に反りが生じると、複数の二次電池１０をバスバーにより電気的に接続した組電池（電池モジュール）として使用する場合、隣接する二次電池１０の電極端子（正極端子１５及び負極端子１６）の端面の高さが揃わないため、電極端子に応力が加わり、長期使用の振動で損傷する虞がある。しかし、蓋体１４に反りが生じないため、そのような虞がない。
【００４５】
（３）蓋体１４のほぼ全体が高剛性となるため捩り剛性が高まる。したがって、組電池を構成する二次電池１０を接続するバスバーを高トルクで電極端子に接続することができ、接続抵抗を小さくすることができる。
【００４６】
（４）アルミニウム系金属基複合材料２２は、マトリックス金属がアルミニウム系金属で、強化材としてのセラミックスが炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。したがって、強化材として適したセラミックス粒子の市販品を入手し易くなる。
【００４７】
（５）アルミニウム系金属基複合材料２２は、セラミックスの体積率Ｖｆが、５０％≦Ｖｆ＜８０％である。したがって、必要なヤング率を有するアルミニウム系金属基複合材料２２を容易に製造することができる。
【００４８】
（６）蓋体１４の製造方法は、第１の金型３１内にセラミック製強化材としてのセラミック粒子（ＳｉＣ粒子３４）を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填する。したがって、注液孔１８、安全弁取り付け孔２１及び電極端子取り付け孔２４の内面や蓋体１４の周面に溶接しろとなるアルミニウム系金属層２３を有する蓋体１４を容易に製造することができる。
【００４９】
（７）第１の金型３１内における蓋体１４に孔を形成すべき箇所に塩中子３３を配置した状態で、第１の金型３１内にセラミック製強化材（ＳｉＣ粒子３４）を収容し、高圧鋳造でアルミニウム系金属を充填する。したがって、塩中子３３を使用せずに金型や砂型のみで鋳造を行った場合と異なり、孔部分の寸法精度が良くなり、ニアネットシェイプ成形を行うことができる。また、金型や砂型のみで鋳造を行った場合は、鋳巣が多く、孔の部分において安全弁２０を気密状態に溶接することができないが、塩中子３３を使用することにより鋳巣の発生が抑制され、気密状態に溶接することが可能になる。
【００５０】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態を図６及び図７にしたがって説明する。この実施形態では、蓋体１４のほぼ全体がアルミニウム系金属基複合材料２２で構成されるのではなく、安全弁取り付け孔２１及び電極端子取り付け孔２４の周囲がアルミニウム系金属基複合材料２２で形成されている点と、製造方法が第１の実施形態と異なっている。第１の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００５１】
この実施形態の蓋体１４は、安全弁取り付け孔２１及び電極端子取り付け孔２４の周囲に形成されるアルミニウム系金属基複合材料２２の部分をアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォーム（以下、適宜、環状プリフォームと記載する）２５として製造し、蓋体１４の他の部分を鋳造する際に、環状プリフォーム２５を金型内に配置してダイカスト鋳造により蓋体１４が製造される。
【００５２】
図６及び図７に示すように、蓋体１４は枠部１４ａを有さず、板状に形成されている。蓋体１４は、安全弁取り付け孔２１の内面にアルミニウム系金属層２３が円環状の溶接部として形成されており、アルミニウム系金属層２３は、溶接しろの厚さを有する。アルミニウム系金属層２３の周囲がアルミニウム系金属基複合材料２２で形成されている。アルミニウム系金属基複合材料２２は、高圧鋳造で別に製造された環状プリフォーム２５のアルミニウム系金属基複合材料２２部分で形成されている。
【００５３】
蓋体１４は、電極端子取り付け孔２４の内面にもアルミニウム系金属層２３が形成され、アルミニウム系金属層２３の周囲が円環状のアルミニウム系金属基複合材料２２で形成されている。金属基複合材料２２は、高圧鋳造で別に製造された環状プリフォーム２５のアルミニウム系金属基複合材料２２部分で形成されている。環状プリフォーム２５は金属基複合材料２２部分の表面全体にアルミニウム系金属層２３が形成されているが、蓋体１４に形成された状態では、図７に示すように、金属基複合材料２２の外周側の部分は蓋体１４の他の部分を構成するアルミニウム系金属層２３と区別がつかない。なお、図６及び図７では環状プリフォーム２５の上面及び下面のアルミニウム系金属層２３の図示を省略している。
【００５４】
次に蓋体１４の製造方法を説明する。蓋体１４の製造方法は、金型内に別工程で製造した環状プリフォーム２５を収容した状態で、ダイカスト鋳造によりアルミニウム系金属を充填する。
【００５５】
詳述すると、環状プリフォーム２５は、孔を形成すべき箇所に塩中子が配置された金型にセラミック粒子を所定の体積率になるように充填した状態で、高圧鋳造によりアルミニウム系金属を注入充填して製造される。したがって、環状プリフォーム２５は、アルミニウム系金属基複合材料２２の表面にアルミニウム系金属層２３が形成された構成になる。
【００５６】
蓋体１４を製造する際は、金型（第１の金型３１）のキャビティ３２内には、環状プリフォーム２５の位置決め支持を行う箇所及び注液孔１８を形成すべき箇所に塩中子３３が配置される。そして、安全弁取り付け孔２１を形成すべき箇所には、安全弁取り付け孔２１の口径を有する環状プリフォーム２５を配置し、電極端子取り付け孔２４を形成すべき箇所には、電極端子取り付け孔２４と同じ口径を有する環状プリフォーム２５を配置する。
【００５７】
次に、第１の金型３１を覆うように第２の金型３５を配置して、第１の金型３１と第２の金型３５とを閉じた状態に保持する。そして、第１の金型３１及び第２の金型３５をアルミニウム系金属の溶融温度以上に加熱した状態で、溶融金属をキャビティ３２内に加圧状態で注入する。注入された溶融金属は、キャビティ３２内に配置された環状プリフォーム２５及び塩中子の周りの空間に充填される。その結果、図６及び図７に示す蓋体１４が製造される。
【００５８】
環状プリフォーム２５のＳｉＣ粒子の体積率Ｖｆ（％）を５０〜８０％の範囲で変更した場合の環状プリフォーム２５のヤング率と、安全弁２０の開放圧との関係を表２に示す。なお、環状プリフォーム２５は内径を３ｍｍに形成した。なお、第１の実施形態のように蓋体１４全体を金属基複合材料２２で構成する場合は、ＳｉＣ粒子３４のＶｆを５０％未満では金属基複合材料２２が不均一になるが、環状プリフォーム２５の場合はＶｆが５０％未満でも均一化が可能になる。
【００５９】
【表２】
2014135140.tif 000004
表２より、安全弁２０の周囲にアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォーム２５で形成した金属基複合材料２２を設けた場合は、ＳｉＣの粒子の体積率Ｖｆが大きいほど安全弁２０の開放圧が大きくなることが確認された。
【００６０】
この実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（３），（４）に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（８）蓋体１４は、安全弁２０の周囲と、電極端子（正極端子１５及び負極端子１６）を取り付ける電極端子取り付け孔２４の周囲とが金属基複合材料２２で構成され、安全弁２０は、蓋体１４に形成された安全弁取り付け孔２１に溶接で接合され、安全弁取り付け孔２１の内面にアルミニウム系金属層２３が溶接部として存在する。したがって、蓋体１４と別体に形成された安全弁２０を、安全弁取り付け孔２１に溶接で取り付けることができる。また、蓋体１４の大部分がアルミニウム系金属で形成されていても、電極端子取り付け孔２４の周囲も反りが防止され、電極端子を締結手段で蓋体１４に取り付けても無理な力が掛かることが抑制される。さらに、蓋体１４全体を金属基複合材料２２で構成する場合に比べて、溶融金属の注入圧力を低くすることができる。
【００６１】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図８及び図９にしたがって説明する。この実施形態の蓋体１４は、安全弁２０の構成が第２の実施形態と異なっている。第２の実施形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００６２】
安全弁２０は蓋体１４に形成された安全弁取り付け孔２１に溶接で接合されるのではなく、図８及び図９に示すように、蓋体１４を構成するアルミニウム系金属層２３の一部の厚さを他の部分より薄く形成することにより形成されている。安全弁２０の周囲に設けられる環状プリフォーム２５は、電極端子取り付け孔２４の周囲に設けられる円環状の金属基複合材料２２と異なり蓋体１４の厚さと同じではなく、蓋体１４の厚さと安全弁２０の厚さとの差の厚さに形成されている。そして、蓋体１４は、安全弁２０の周囲の部分が安全弁２０と同じ厚さとなるように薄く形成され、その薄く形成された部分の下面に環状プリフォーム２５が固着されている。
【００６３】
この蓋体１４を製造する場合は、第２の実施形態の蓋体１４を製造する場合と同様に、金型内の所定位置に環状プリフォーム２５を配置した状態で、ダイカスト鋳造によりアルミニウム系金属を充填する。安全弁２０は蓋体１４と一体構造であるため、安全弁２０の周囲に蓋体１４と厚さが同じ環状プリフォーム２５配置すると、安全弁２０となる箇所（空間）に溶融金属が円滑に充填（供給）されない。しかし、環状プリフォーム２５は厚さが蓋体１４の厚さより薄く形成されているため、溶融金属は安全弁２０を形成すべき箇所に支障なく充填される。
【００６４】
この実施形態によれば、第１の実施形態の（１），（３），（４）に記載の効果に加えて以下の効果を得ることができる。
（９）安全弁２０が蓋体１４と一体形成されているため、安全弁２０を別体に形成して、蓋体１４に形成された安全弁取り付け孔２１に溶接する必要がない。
【００６５】
実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
○  金属基複合材料２２を構成するセラミックス製の強化材はセラミック粒子に限らず、セラミックウィスカーであってもよい。ホウ酸アルミナウィスカーを用いてＶｆ２５％の環状プリフォームを形成し、その環状プリフォームを使用して蓋体１４を製造した。安全弁取り付け孔２１の口径が５ｍｍのものを製造して安全弁２０の開放圧を測定した。開放圧は１．９ＭＰａ程度であった。
【００６６】
○  金属基複合材料２２を構成するセラミックス製の強化材としてのセラミック粒子は炭化ケイ素粒子に限らず、窒化アルミニウム、アルミナ、窒化ケイ素等の粒子を使用しても良い。しかし、炭化ケイ素の比重が他のセラミックスに比べて小さいため、軽量化の点で好ましい。
【００６７】
○  セラミックウィスカーはホウ酸アルミナウィスカーに限らず、炭化ケイ素ウィスカーや窒化アルミニウムウィスカーを使用してもよい。
○  アルミニウム系金属基複合材料２２は、強化材がセラミックスでマトリックスが金属の組み合わせに限らず、強化材が金属でマトリックスが金属の組み合わせでもよい。例えば、安全弁取り付け孔２１や電極端子取り付け孔２４を環状プリフォーム２５を使用して形成する場合、強化材に鉄燒結体を使用してアルミニウム系金属を高圧鋳造で充填して製造した環状プリフォーム２５を使用してもよい。
【００６８】
○  安全弁２０の形状は円形に限らず、楕円形や長円形あるいは四角形等の多角形であってもよい。
○  安全弁２０は、上面（外面）中央部に直線溝をＸ字状に交差するように形成してもよい。
【００６９】
○  高圧鋳造を行う際の加圧力は１００ＭＰａに限らず、例えば、５０〜２００ＭＰａの範囲から選択された圧力で行ってもよい。
○  蓋体１４は、ケース１１内の圧力が設定された圧力に上昇したときに開放する安全弁２０を有し、かつ少なくとも安全弁２０の周囲がアルミニウム系金属基複合材料２２で構成され、少なくともケース本体１３との溶接部にアルミニウム系金属層２３が存在すればよい。そのため、第２の実施形態や第３の実施形態において、電極端子取り付け孔２４の周囲にアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォーム２５を設ける代わりに、蓋体１４の周縁に、対応する枠状のアルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォーム２５を設けてもよい。
【００７０】
○  正極端子１５及び負極端子１６の両者が蓋体１４から突出する構成に限らず、正極端子１５及び負極端子１６の一方のみが蓋体１４から突出する構成としてもよい。
○  蓄電装置は、二次電池に限らず、例えば、リチウムイオンキャパシタのようなキャパシタであってもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０…蓄電装置としての二次電池、１１…ケース、１２…電極組立体、１３…ケース本体、１４…蓋体、２０…安全弁、２１…安全弁取り付け孔、２２…アルミニウム系金属基複合材料、２３…アルミニウム系金属層、２５…アルミニウム系金属基複合材料製環状プリフォーム、３３…塩中子。
【図１】
2014135140.tif 000005
【図２】
2014135140.tif 000006
【図３】
2014135140.tif 000007
【図４】
2014135140.tif 000008
【図５】
2014135140.tif 000009
【図６】
2014135140.tif 000010
【図７】
2014135140.tif 000011
【図８】
2014135140.tif 000012
【図９】
2014135140.tif 000013
【図１０】
2014135140.tif 000014
【図１１】
2014135140.tif 000015