(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を、スラブレーザを用い、溶接部の深さ（Ｄ）と溶融溶接部の幅（Ｗ）の比（Ｄ／Ｗ）が１〜５で溶接した密封容器。
【請求項２】
蓋体の下部に、角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の上部が広がったテーパー部を有し、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とすることを特徴とする請求項１に記載の密封容器。
【請求項３】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を溶接するに際し、スラブレーザを用いて、当該容器本体及び当該蓋体を、溶接部の深さ（Ｄ）と溶融溶接部の幅（Ｗ）の比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲になるように溶接することを特徴とする密封容器の製造方法。
【請求項４】
蓋体に、角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の、上部に広がったテーパー部を設け、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とし、これを容器本体に圧入・嵌合した後にスラブレーザを用いて溶接する請求項３に記載の密封容器の製造方法。
【請求項５】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を、スラブレーザを用いて、溶接部の深さ（Ｄ）と溶融溶接部の幅（Ｗ）の比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲で溶接された高性能電池のための電池ケース。
【請求項６】
蓋体の下部に、角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の、上部に広がったテーパー部を有し、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とすることを特徴とする請求項５に記載の電池ケース。
【請求項７】
二次電池の製造方法において、電池の組み立て時に容器本体に電極、セパレーター、電解液を充填した後、請求項３又は４の方法を用いて蓋体を溶接することを特徴とする二次電池の製造方法。
【請求項８】
請求項５又は６に記載の電池ケースを用いた二次電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、精密度が高く、密閉度の高い金属製容器、例えば精密電気材料、精密機械材料、医薬品または宇宙あるいは深海などの特殊な環境において使用する材料などの容器、特にリチウムイオン二次電池などの高性能電池のための電池ケース、中でもアルミニウムまたはアルミニウム合金（以下単に両者を「アルミニウム」という。）の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。容器本体と蓋体の溶融接合に際し、内容物に熱的な影響を与えず、かつ耐衝撃性、耐震性に優れ、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】
密閉容器、例えばアルミニウムなどの素材を用いた各種の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、容器本体及び蓋体を溶接（本明細書においては溶融接合または接合と言うこともある。）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溶接が挙げられる。
これは比較的薄肉のアルミニウム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蓋体が接した部分を直接炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧレーザなどにより加熱し溶接する方法である。電池ケースの継ぎ手形状はほとんどの場合、図５に示すような片側に壁を有する突合わせ接合がほとんどであり、炭酸ガスレーザやＹＡＧレーザでは溶接部の深さ（Ｄ）と溶融溶接部の幅（Ｗ）の比［以下本発明においては（Ｄ／Ｗ）をアスペクト比という。］が小さいため溶け込みが浅くなり、未溶融部４が比較的大きく残ることが避けられなかった。その結果、溶け込み不良や溶着部にルート割れを起こし易く、密閉度不良を発生することになる。
【０００３】
このルート割れの対策として、図５に示すように容器本体１の外周部に切り欠き部５を設ける（特開平８−７７９８３）、あるいは図６に示すような蓋体内面に切り欠き部５を設け、蓋体の完全溶け込みを得ようとしたり、接合部形状に工夫を凝らした提案がなされている。これらの対策はいずれも加工工程を増すことになり、生産性の面からはマイナス要素となり積極的に採用することにはならなかった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、アルミニウムの容器本体と蓋体を高密度熱源溶接により接合し、内容物に悪影響を与えると思われる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接合を有する密封容器及びその容器を歩留高く製造する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］  アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を、スラブレーザを用い、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５で溶接した密封容器、
［２］  蓋体が、下部に角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の上部が広がったテーパー部を有し、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とすることを特徴とする上記［１］に記載の密封容器、
［３］  アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を溶接するに際し、スラブレーザを用いて、当該容器本体及び当該蓋体を、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲になるように溶接することを特徴とする密封容器の製造方法、
［４］ 蓋体に、角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の、上部に広がったテーパー部を設け、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とし、これを容器本体に圧入・嵌合した後にスラブレーザを用いて溶接する請求項３に記載の密封容器の製造方法、
［５］  アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる容器本体及び蓋体を、スラブレーザを用いて、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲で溶接された高性能電池のための電池ケース、
［６］  蓋体が、下部に角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）の、上部に広がったテーパー部を有し、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ１を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ２）と同一とすることを特徴とする上記［５］に記載の電池ケース、
［７］  二次電池の製造方法において、電池の組み立て時に容器本体に電極、セパレーター、電解液を充填した後、上記［３］又は［４］の方法を用いて蓋体を溶接することを特徴とする二次電池の製造方法、及び
［８］  上記［５］又は［６］に記載の電池ケースを用いた二次電池、を開発することにより上記の課題を解決した。
【０００６】
【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。
従来の容器本体と蓋体との接合に比して、大きいアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を必要とする本発明においては、溶融接合で使用できる高密度熱源として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大出力化及び高収束化できるものであればその種類は問わないが、現時点においては、ＹＡＧスラブ型レーザが有効である。
ＹＡＧレーザは、アルミニウムなどの高反射率材に対する加工性の良いこと、光ファイバーによる扱い易さなどの特徴を持ち、近年大出力化も可能となったのにともない一般的な加工である溶接、溶断の分野に適用されるようになってきた。
このようなＹＡＧレーザにおいても更なる大出力化、高収束化、及び小型化の要求がある。これに対しスラブレーザは、原理的に大出力化に適し、更に高収束されたビームの発生に適している方法であり、本発明の接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を達成するのに好適な手段である。
【０００７】
容器本体と蓋体の接合において、レーザビームの収束度が高くなるに従い、容器本体と蓋体の嵌合が精密になることが要求される。このため本発明の密閉容器の製造においては、嵌合が精密であればその製法は問題ないが、例えばレーザビームが高収束である場合には、蓋体の上部は容器本体の内側のサイズより極めてわずか大きくすることなどにより嵌合した時に容器本体と蓋体の間にすき間を生ずることのないような成形加工することが好ましい。
【０００８】
またレーザビームの高収束化は、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などのためのケースの接合に好適である。リチウムイオン二次電池などの高性能電池は、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体を接合する。このため、容器本体と蓋体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ようにすることが必要であり、このためこれらの容器の接合には加熱部が局限されている高密度熱源溶接が好適に用いられる。
【０００９】
エレクトロンビーム、レーザ、プラズマまたは高周波誘導加熱などの高密度熱源による時は、接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が小さく、特別の加工をする時以外は１．０に達することはなく、通常は０．５〜０．８程度であり、表面部分のみが接合されている。
この接合は、図４に示すように表面の溶融接合幅（Ｗ）は広い割には溶融接合深さ（Ｄ）は浅く、表面的には完全に接合がされているように見えるが、その接合部の断面は図４のように接合部断面に対して未溶接部がそのほとんどを占めている。このため高密度熱源で溶融した時は比較的広い範囲に亙り溶融されているが、凝固時にはルート割れを起こし易い。
【００１０】
かかる場合に、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が大きいほど凝固収縮が大きいため、接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が０．５〜０．８のように小さい場合には接合部のルート割れを惹起し、このアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１．０を超える時はルート割れの発生が急激に低下し、その危険率は無視できる程度になる。
このアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１．０〜５．０、好ましくは１．０〜３．０の範囲にあると、凝固時のルート割れが顕著に少なくなるのは局部的な加熱による溶融、冷却及びそれに伴う再結晶化が影響しているものと考えるが、断面積で見るとほぼ同じ断面積であってもその未溶融部に接する線の長さ（実態的には未溶融部に接する界面の面積）は短く、冷却速度が小さくなり、それが影響しているものと推定している。ただし、容器接合部を加熱して冷却速度を小さくしても余りその影響がないところから見て他の要因、例えば凝固に際して凝縮方向がアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が大きい時はその方向性が接合深さの方向に大きくなるのに対し、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が小さい時はその凝縮方向が溶融面に平行する方向になるためなどの影響が大きく働いている可能性も否定できない。
この場合接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１．０未満であると、ルート割れの発生が発生する率が大きくなる。一方アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が５．０以上にしてもルート割れの発生率はほとんど極限まで低下しているので変わらず、容器の形状にも限界があり、エネルギーを多量消費するだけでメリットはない。
【００１１】
以下図面を参照して詳細に説明する。
図１は、容器本体１の一部を切り欠き、蓋体２を嵌めさせるタイプの嵌合を行ったものである。この場合の溶融接合深さ（Ｄ）と溶融接合幅（Ｗ）の比、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）を１〜５、好ましくは１〜３にすることである。
図２は、容器本体１に蓋体２を突合わせタイプのはめ込みをしたものであり、この場合においてもアスペクト比（Ｄ／Ｗ）は同様に１〜５、好ましくは１〜３とすることが必要である。  いずれの場合においても、高密度熱源としてスラブレーザを用いる時は、簡単なテストを行うことにより接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を容易に１以上とする接合条件を見いだすことは容易であり、簡単にテストランをすることで、耐衝撃性の優れたアルミニウム密閉容器を製造することができる。
【００１２】
容器本体がプレス成形などで製造する場合において、ある程度の加工のバラツキが避けられない。
したがって、本発明の容器の接合方法においては、容器本体及び蓋体を図３に示すように、蓋体Ａに角度（α）５〜３０°で、蓋体厚みの３０〜７０％の高さ（Ｔ）のテーパー部を設け、該テーパー部の高さの中央部（Ｔ／２のところ）における、幅（紙面に垂直な面）と長さＷ1 を容器本体の開口部の内側のサイズ（幅と長さＷ2 ）と同一とし、これを容器本体に圧入・嵌合することが好ましい方法である。
かかる方法による時は容器本体の加工による誤差が、マイナスの時であってもプラスの時であってもバラツキを吸収し、容器本体と蓋体の接合面の密着性を高め、溶け込みをルート部の先端近くまで行かせることによりルート割れを効果的に防止することが可能である。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
図１に示すような、角型電池ケースとして、厚さ０．５ｍｍ、内面のサイズが８．０ｍｍ×５０ｍｍ（コーナー部２Ｒ）、ケース内部の高さ７０ｍｍ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）製のプレス成形された容器本体及び全体の厚さ（Ｈ）が１．５ｍｍ、テーパー部高さ（Ｔ）が０．７ｍｍ、テーパー部の角度（α）を１５°、蓋体テーパー部中央部のサイズを８．０ｍｍ×５０ｍｍ（コーナー部２Ｒ）に仕上げた容器本体と同材質の板状体の蓋体を準備し、蓋体を容器本体に圧入に近い状態で嵌合して接合界面に圧縮応力が加わるようにし、これにアシストガスとしてアルゴン３０リットル／分を用い、テストランでアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１になる条件を検討した後、ＹＡＧスラブレーザ（出力：２０００Ｗ、接合速度２５ｍ／分）で溶接した。
この容器を５００個準備し、水中気密テストを行ったところ漏洩品はなかった。水中気密テストを行った密閉容器の１個を取り出し切断して、その接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を測定したところ、１．１であり、再現性の良い接合ができることが確認できた。
【００１４】
（実施例２〜４）
容器本体、蓋体及びＹＡＧスラブレーザはは実施例１で用いたものと同じものであるが、接合部のアスペクト比（Ｄ／Ｗ）を１．３〜３．０になるようにＹＡＧスラブレーザの接合速度を調整し、実施例１と同様に水中気密テストを行った。結果を表１に示す。
【００１５】
（比較例１〜２）
ＹＡＧスラブレーザに代え、Ｎｂ−ＹＡＧレーザ（出力２０００Ｗ）を用い、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）を０．５〜０．８とするために接合速度を４〜２ｍ／分としたほかは実施例１と同様に処理を行った。
水中気密テストの合格率は９６．８％、９８．２％であった。
【００１５】
実施例１〜４及び比較例１〜２で得た容器の水中気密テストの結果を表１に示す。
【表１】
0003908838.tif 000002
漏れ試験：常温で２４時間、５ｋｇ／ｃｍ2 のＮ2 ガスを圧入して漏れ試験を行った。
【００１６】
【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体の接合を、アスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５の範囲になるように接合する時は、従来のレーザなどの高密度熱源を用いた通常の接合（一般にアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が０．５〜０．８程度）に比較して、接合部のルート割れを起こさない優れた密閉容器となることを見いだした。
このような接合にに好適な熱源としてはスラブレーザを使用して接合する時は、容易にアスペクト比（Ｄ／Ｗ）が１〜５を達成する条件を見いだすことができ、安定に製造することができる。
本発明方法により製造されたアルミニウム製容器は、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】本発明の接合部の断面図の一例。
【図２】本発明の接合部の断面図の一例。
【図３】本発明の実施に好適な蓋材の形状の一例。
【図４】従来の高密度熱源により接合した断面の一例。
【図５】ルート割れを防ぐために容器本体外側を切り欠きした断面拡大図。
【図６】ルート割れを防ぐために蓋体内側を切り欠きした断面拡大図。
【符号の説明】
１  容器本体
２  蓋体
３  溶融接合部
４  未溶融部
５  切り欠き部
Ｄ  溶融接合部の深さ
Ｗ  溶融接合部の幅
Ａ  蓋体
Ｂ  容器本体
Ｈ  蓋体の厚み
Ｔ  傾斜部の高さ
α  傾斜部の角度
Ｗ1   蓋体傾斜部の中央における幅
Ｗ2   容器本体内側の幅
【図１】
0003908838.tif 000003
【図２】
0003908838.tif 000004
【図３】
0003908838.tif 000005
【図４】
0003908838.tif 000006
【図５】
0003908838.tif 000007
【図６】
0003908838.tif 000008