(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合する部分に溝を設け、該溝にシリコーンゴム製パッキングを嵌め込むことを特徴とするアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項２】
シリコーンゴム製パッキングが、断面が０．１〜０．７ｍｍの円形または角型のリング状に成形されたテフロンコーティングしたシリコーンゴム製パッキングである請求項１に記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項３】
高密度熱源が、エレクトロンビーム、レーザー光、プラズマまたは高周波誘導加熱である請求項１または請求項２のいずれかに記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項４】
ろう材などは、あらかじめ接合部の形状に合わせて成形したものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項５】
アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合する部分にシリコーンゴム製のパッキングを嵌め込んで接合することを特徴とするアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項６】
アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合した電池ケースであって、加熱溶融して接合する部分より内部の、容器本体内側と蓋材の嵌合した部分にシリコーンゴム製のパッキングを設け、シールしたアルミニウム製電池ケース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高性能電池、例えばリチウムイオン二次電池などの高密度電池のための電池ケース、特にアルミニウム箔またはアルミニウム板を用いた電池ケースの製造に関する。該接合に際し、内容物に熱的な影響を与えず、かつろう材などの流入のまったくない、アルミニウム同士の接合により高い密封性及び高い寸法精度が要求されるアルミニウム製電池ケースの接合方法に関する
【０００２】
【従来の技術】
各種電池用の電池ケースは、それぞれの構成材に適したステンレススチール（ニッケルメッキ）、アルミニウムなどの素材を用いた電池ケースが開発されているが、リチウムイオン二次電池などのためにはアルミニウム製電池ケースが多く使用されている。
この電池ケースの製造には、電極及び電解液などを充填した後、容器本体及び蓋材を接合することによって行われる。この接合する方法として現在実施されている方法の一つにレーザー溶接が挙げられる。これは容器本体に載置あるいは嵌め込みなどの方法により組まれた電極及び電解液などを充填した容器本体と蓋材のアルミニウムが接した部分を直接レーザー光により加熱し溶着する方法である。該方法においては、ろう材などを用いた方法は、工程の増加などによる生産性の低下、コストの上昇などを避けるためかほとんど使用はされていない。このため材料の寸法精度と接合装置の動作精度の双方に非常に高い精度を必要とするため歩留の面で問題がある。
【０００３】
一方、通常の蓋材及び容器本体を接合し密封性の高い容器を得るための接合方法において、ろう材など（本発明においては、ろう材及びフラックスなどを一括して「ろう材など」という。）を用いてのろう付け法が良く行われているが、電池ケースへの応用に当たっては、次のトラブルが予想される。
（１）ろう材などの溶融温度が高く、接合の際に電池ケース内に充填されている内容物（電極、セパレーター、電解液など）に熱的にダメージを与える可能性がある。
（２）ろう材などが容器内部に混入した時は、電解液と反応したり、絶縁を低下させたりして電池の性能を低下させる可能性がある。
したがって、高密度の電池を製造するためには、電池内へろう材などの混入がまったくなく、また接合に際しできるだけ内容物の温度を上げず、内容物にまったく影響を与えないで容器本体と蓋材の接合を完全にすることが必要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、高性能電池のためのアルミニウム製電池ケースを、より良い接合を行うためろう材などを用い、かつ電池の内容物に悪影響を与えると思われる電池ケース全体を高温度にすることなく、容器本体と蓋材を高い密封性及び高い寸法精度で、内部にろう材などの混入のないアルミニウム製電池ケースの接合方法の開発を目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
［１］  アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合する部分に溝を設け、該溝にシリコーンゴム製パッキングを嵌め込むことを特徴とするアルミニウム製電池ケースの接合方法、
［２］  シリコーンゴム製パッキングが、断面が０．１〜０．７ｍｍの円形または角型のリング状に成形されたテフロンコーティングしたシリコーンゴム製パッキングである上記［１］に記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法、
［３］  高密度熱源が、エレクトロンビーム、レーザー光、プラズマまたは
高周波誘導加熱である上記［１］または［２］のいずれかに記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法、
［４］  ろう材などは、あらかじめ接合部の形状に合わせて成形したものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法、
【０００６】
［５］  アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合する部分にシリコーンゴム製のパッキングを嵌め込んで接合することを特徴とするアルミニウム製電池ケースの接合方法、及び
【０００７】
［６］  アルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合した電池ケースであって、加熱溶融して接合する部分より内部の、容器本体内側と蓋材の嵌合した部分にシリコーンゴム製のパッキングを設け、シールしたアルミニウム製電池ケース、を開発することにより上記の課題を解決した。
【０００８】
アルミニウム製電池ケースを使用した二次電池、例えばリチウムイオン二次電池は、容器本体に電極、セパレーター、電解液など必要な素材を充填した後、蓋材を接合する。このため、容器本体と蓋材の接合に際して電池ケースはできるだけ温度をかけないでおくことが必要である。またろう材などを使用する接合においてはろう材などが絶対に容器内部に混入することは避けなければならない。本発明の接合方法は、接合に際して高温にしないこと及び容器内部にろう材などの混入を絶対にしないことを目標に開発されたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明において、アルミニウムとは、アルミニウム及びアルミニウムを主体とした合金を意味する。特にリチウム電池などにおいて汎用されるマンガン系合金（３０００番系）が好適に用いられる。
ろう材などとしては、ろう材及びフラックスがあるが、通常ろう材はアルミニウム−シリコン系合金であり、フラックスとしてはアルカリ金属塩化物−アルカリ金属ふっ化物、場合によっては更に少量の塩化亜鉛などを含むものが用いられる。
本発明で使用できる高密度熱源としては、加熱されるところができるだけ狭く局限されており、かつ供給熱量が大きいほど有効である。例えばエレクトロンビーム、レーザー光、プラズマ光、高周波誘導加熱などがあるが、装置的にコンパクトであって、取扱も容易で、コスト的にもリーズナブルでありかつ供給エネルギーも比較的大きいレーザー光が好ましく、最も有効である。
【００１０】
本発明の重要な要件として、容器本体と蓋材を接合するためろう材などを高密度熱源を照射して溶融した時に、接合部は完全に接合されることの他、溶融したろう材などが電池ケース内部に侵入しない構造とすることが必要である。
従来のレーザー接合法などにおいては、ろう材などを使用せず、直接レーザー光などにより加熱、溶着するのが一般的に行われていた。この理由としては、ろう材などを接合箇所に正確にセットすることの困難性、セットすることによる生産性の低下、それに基づくコストの上昇を避けるためと考えられる。
本発明方法においては、ろう材などを確実にかつ容易にセットするために、ろう材などをあらかじめ自動的にセットできるように接合部の形状に合わせて成形しておくことにより生産性の低下を防止している。この形状は、接合部に自動セットが容易にできる形状であって、接合に必要なろう材などの量があれば良い。また溶融したろう材、フラックス成分などの電池内部への侵入を防止するために容器本体と蓋材の嵌合部にパッキングを設ける、あるいはインナーシールを設けることにより解決した。
【００１１】
すなわち、本発明の一つは、図１に示すように、容器本体１の内部に嵌合させるために、容器本体１内側の形状に合わせて成形された容器本体内へ嵌合する部分３２を嵌合させることにより蓋材２の容器本体１へ確実に固定化している。接合に際しては該容器本体と該蓋材２接合部の間にろう材など６を置き、この部分に高密度熱源を直接照射して溶融接合する。
この場合に蓋材２は、容器本体１の全面をカバーし容器本体１と接合する部分３１と容器本体内へ嵌合する部分３２からなり、この嵌合する部分３２にパッキング４をセットしておき、接合時において溶融したろう材、フラックス成分などの容器内部への浸透を完全に防止する。
【００１２】
パッキングは、弾力が大きく、耐熱性のある物質であれば一般に使用可能ではあるが、これらの性質に加え耐薬品性に優れた合成ゴム、例えばシリコーンゴム製パッキングなどであれば十分に使用できる。より好ましくは該シリコーンゴム製パッキングにテフロンコーティングをしたものであれば一層耐薬品性、撥水性などに優れるので好ましい。
蓋材２にパッキングを嵌めるために、容器本体内へ嵌合する部分３２の一部にパッキングを挿入するための溝を設けておき、接合部の形状に合わせてリング状に成形しておいた上記のシリコーンゴム製パッキング４を該溝に嵌め込んだ後に容器本体１に嵌合することにより、接合時のろう材やフラックス成分の容器内部への浸透を完全に防止できる。
【００１３】
この場合の容器本体内へ嵌合する部分の深さは、電池ケースのサイズにより変わるため特定することはできないが、通常は０．３〜０．８ｍｍ位であり、溝の深さはパッキングが固定でき、移動が防止できれば良いので０．１〜０．５ｍｍ程度あれば良い。またパッキングはろう材やフラックスの浸透を防止できれば良いので太さとしては、断面が０．１〜０．７ｍｍの円形または三角、四角あるいは多角状のリング状に成形したものが使用できる。
また蓋材の容器本体内へ嵌合する部分３２は、容器本体１の内径に対し外径はプラス仕上げとし、容器本体への蓋材の挿入を容易にするため、蓋材の下部はテーパーを設け、蓋材下部の寸法が容器本体の口径を下回るようにしておくことにより密封性を高めることができる。
【００１４】
また図２に示すように、蓋材２の容器本体内へ嵌合する部分３２の全体の部分に熱可塑性樹脂性のインナーシールを設けて、ろう材またはフラックス成分の容器内部への浸透を防止することも有効である。ここで言う容器本体内へ嵌合する部分３２の全体の部分とは、蓋材２の下面であって、図２で示すように蓋材２を容器本体１に嵌合した時、容器内面に接する部分及び容器内面に面する部分を意味し、容器本体との接合部は含まない。
熱可塑性樹脂としては、耐熱性があり、強度もある程度有すれば良いが、耐薬品性、コスト及び製造の容易性からポリプロピレン製インナーシール（以下ＰＰ製インナーシールという。）が最も好適に使用できる。
このインナーシール６は、上記のシリコーンゴム製パッキングの代わりに用いるものであり、嵌合する前に蓋材２の容器本体内へ嵌合する部分の面にＰＰ製インナーシール用フィルムをヒートラミしておき、これを容器本体に嵌合し、ろう材をはさみ込み、高密度熱源を照射して接合する。
【００１５】
ＰＰ製インナーシールを接合するヒートラミの条件としては、特定する必要はないが、例えば共押し出しタイプのＰＰフィルムを用い、あらかじめ１３０〜１８０℃に加熱しておいた蓋材に加圧して接着する。この際の圧力としては１０ｋｇ／ｃｍ2 未満の低い圧力で良い。加圧時間は５〜１５ｓｅｃでホットプレス装置を用いて行うことにより製造することができる。
【００１６】
【実施例】
（実施例１）
角型電池ケースとして、厚さ０．５ｍｍ、内面のサイズが８．０ｍｍ×４０ｍｍ（コーナー部２Ｒ）、ケース内部の高さ５０ｍｍ、底面１．０ｍｍの有底角柱筒体からなるＪＩＳ  ３００３アルミニウム（マンガン系アルミニウム合金）製容器本体及び、全体の厚さが１．５ｍｍ、容器本体内面のサイズに同一サイズに仕上げた容器本体内へ嵌合する部分の高さが１．０ｍｍを有し、その中央部に幅０．２ｍｍ、深さ０．３ｍｍの溝を有し、嵌合の容易性を高めるために最下部にテーパー部を設けた容器本体と同材質の蓋材を準備した。
パッキングとして、断面が、長径：０．５ｍｍ、短径０．３ｍｍの楕円形の、リング状のテフロンコーティングシリコーンゴム製パッキングを上記蓋材の容器本体内へ嵌合する部分の溝に嵌め込んだ。
【００１７】
ろう材などとして、アルミニウム−１０．５％Ｓｉ＋５％フラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ3 ）を含むろう材を用い、容器本体と蓋材の接合部にセットできるように３００μｍ厚に圧延し、接合部の形状に成形したものを用いた。
上記の容器本体とパッキングを嵌め込んだ蓋材を、接合部にろう材を挟んで嵌合し、次いで高密度熱源として２００Ｗ、パルス数２０Ｈｚ、ビーム径１ｍｍのＹＡＧレーザーを用い、接合速度５００ｍｍ／ｍｉｍで接合を行った。
結果を表１に示す。
【００１８】
（実施例２）
実施例１のシリコーンゴム製パッキングを嵌めた蓋材に代えて、図２に示すような蓋材の容器本体内へ嵌合する全体の部分に厚さ５０ミクロンのＰＰフィルムをインナーシールとしてヒートラミした蓋材を用いた他は実施例１とまったく同様に行った。この場合のヒートラミの条件は、ホットプレスを用い、蓋材の加熱：１５０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ2 、加圧時間１０ｓｅｃであった。結果を表１に示す。
【００１９】
（比較例）
実施例１において、テフロンコーティングシリコーンゴム製パッキングを用いない蓋材（容器本体内へ嵌合する部分の中央部に溝は設けていない。）を使用したほかは、すべて実施例１と同様にレーザー接合を行った。結果を表１に示す。このようにしてレーザー接合した電池ケースの底面に穴明け加工を施し、ヘリウムガス（１ｋｇ／ｃｍ2 ）を用いて水中気密試験を行った。
また気密試験後に蓋体の接合部の断面観察を行い、ろう材が電池内部に侵入しているかあるいはパッキング、インナーシールでろう材が遮断されているかについて確認を行った。
【００２０】
【表１】
0003876058.tif 000002
【００２１】
【発明の効果】
本発明はアルミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合した部分にパッキングを設けるかまたは蓋材の容器本体内に嵌合する全体の部分に熱可塑製樹脂製のインナーシールを設けて接合を行うアルミニウム製電池ケースの接合方法である。
本発明のアルミニウム製電池ケースの接合方法による時は、接合に際し内容物に熱的な悪影響を与えることがない。特に通常のろう付け法と比較しても、接合部の局限された場所のみが急激に加熱され続いて急冷されるので、それとの比較においても影響が極めて限定されたものになる。この接合においては、ろう材などを使用するため歩留が良く、密封性が優れている上パッキングあるいはインナーシールを設けたため内部にろう材などがまったく流入せず、接合の寸法精度が高い特徴がある。またろう材などをあらかじめ成形して使用する時はろう材などの自動セットが可能になるのでろう材などを使用しているにもかかわらず生産性の高い接合方法である。
本発明方法により製造された電池ケースは、高性能のリチウムイオン二次電池などの高密度電池のためのアルミニウム箔またはアルミニウム板を用いた電池ケースとして使用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明方法のパッキングを使用する電池ケースの接合方法の１例。
【図２】本発明のインナーシールを使用する電池ケースの接合方法の１例。
【符号の説明】
１  容器本体
２  蓋材
３１  容器本体と接合する部分
３２  容器本体内へ嵌合する部分
４  パッキング
５  インナーシール
６  ろう材など
【図１】
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【図２】
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