JP2013184290A - レーザー溶接用ラミネート金属箔 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属箔を構成する金属の融点がヒートシール用樹脂の熱分解温度より300℃以上高く、前記金属箔を構成する金属の比重が5以上であるレーザー溶接用ラミネート金属箔を提供する。これは、金属箔をステンレス箔とし、前記ヒートシール用樹脂がポリプロピレンを主とする樹脂とすることなどにより実現することができる。
【選択図】図1
Description
(1)少なくとも片面にヒートシール用樹脂をラミネートした金属箔であって、前記金属箔を構成する金属の融点が、前記ヒートシール用樹脂の熱分解温度より300℃以上高く、前記金属箔を構成する金属の比重が、5以上であることを特徴とするレーザー溶接用ラミネート金属箔。
(3)前記金属箔が15〜150μmの厚さであり、前記ヒートシール用樹脂が10〜200μmの厚さであることを特徴とする上記(1)又は(2)に記載のレーザー溶接用ラミネート金属箔。
第1の実施形態は、少なくとも片面にヒートシール用樹脂をラミネートした金属箔であって、前記金属箔を構成する金属の融点が、前記ヒートシール用樹脂の熱分解温度より300℃以上高く、前記金属箔を構成する金属の比重が5以上であることを特徴とするレーザー溶接用ラミネート金属箔である。
レーザー溶接を行う上での課題は、ヒートシールにより電池セルを形成した後、ヒートシールにより構成された樹脂による容器構造を破壊せずに、その外部で金属を溶接して電池セルを構成することである。
金属箔を構成する金属の融点をヒートシール用樹脂の熱分解温度より300℃以上高くする必要がある理由は、ヒートシール用樹脂の熱分解温度と、金属箔を構成する金属の融点との差が300℃未満であると、爆飛の頻度が高くなるという問題が生じるからである。その原理は、正確にはさらなる解析が必要であるが、金属の融点と樹脂の分解温度が離れている程、溶接の過程で溶接部近傍で温度が上昇する時に、樹脂が分解してガスが発生してから、金属が溶融するまでのタイムラグが大きいことにより、爆飛の原因となる樹脂の分解ガスを金属が溶融する前に十分に放散できるからではないかと、発明者らは推定している。そのため、金属の融点と樹脂の分解温度の差は、ある程度までは離れている方が望ましく、より望ましくは、ヒートシール用樹脂の熱分解温度より、金属箔を構成する金属の融点の方が400℃以上、さらに望ましくは、ヒートシール用樹脂の熱分解温度よりも金属箔を構成する金属の融点の方が500℃以上高い方が、健全な溶接部の形成に好適である。
金属箔を構成する金属の比重を5以上とする必要がある理由は、金属箔を構成する金属の比重が5未満であると爆飛の頻度が高くなるという問題が生じるからである。その原理は、正確にはさらなる解析が必要であるが、金属が溶融している時に爆飛の原因となるガスが発生しても、金属の比重が大きければ、ガスの圧力に負けずに吹き飛ばないでとどまる確率が高くなり、ガスの影響を受けにくいことが、定性的には推定される。望ましくは、金属箔を構成する金属の比重が6以上、さらに望ましくは金属箔を構成する金属の比重が7以上であることが好適である。
金属箔の厚さは15〜150μmが好ましく、さらに40〜120μmがより好ましい。金属箔が薄いと溶接金属を形成するための金属量が不足し、溶接欠陥が発生しやすくなり、また金属の変形も生じやすく、溶接の制御が困難になる。一方、厚すぎると、そもそも容器としての重量が増すため、ラミネート金属箔を用いる利点が少なくなる。また、ヒートシール用のラミネート樹脂の厚さは10〜200μmが好ましく、15〜100μmがより好ましい。ラミネート樹脂が薄いとヒートシール時に溶融する樹脂が少なくなり過ぎ、金属箔間に樹脂の存在しないシールの欠陥が発生し始める。一方、厚すぎると、溶接時に溶融金属を吹き飛ばして溶接欠陥を生じさせる原因となる分解ガスを多く発生するようになり、良好な溶接部を形成するための溶接条件範囲が極端に狭くなる上に、溶接されるべき金属箔と金属箔の間の距離が広くなり過ぎて、溶融金属が分離し、溶接が成り立たなくなる。
背景技術で述べたように、ラミネート金属箔をヒートシールのみで接合した電池セルの場合、ヒートシール部分は電池内部の電解液の漏洩パス、あるいは外環境から内部へ水蒸気などが混入する侵入パスになり、ヒートシール部の経路長さが電池セルの寿命を決めることになる。また、周囲をヒートシールした構造では周長に比例してガス侵入経路の断面積が増えるため、ヒートシールの周長が長い程侵入ガスの流量が増え、寿命が短くなる。
図2に、従来の外装された蓄電素子の構造を示すが、電池やキャパシタなどの蓄電素子4をラミネート金属箔1をエンボス加工して覆い、蓄電素子4の周囲6はヒートシール6’されている。ラミネート金属箔1は金属箔2とヒートシール樹脂3がラミネートされて成り、ヒートシール長さ(経路長)は12で表わされる。
PET12、PET38は、それぞれ厚み12μm、38μmの2軸延伸PET(ポリエチレンテレフタレート)フィルムで、ユニチカ株式会社製エンブレットPETを用いた。
ヒートシール用樹脂である内面側の樹脂は、原料樹脂を、Tダイスを装着した押出成形機にて250℃の押し出し温度でフィルム形状(幅300mm)に無延伸成形して作製したフィルムを使用した。
原料樹脂の日本ポリプロ株式会社製ノバテックPP EA7Aを25μm厚みのフィルムにしたものを内面用フィルム(1)、原料樹脂の三井化学東セロ株式会社製アドマーQE060を25μm厚みのフィルムにしたものを内面用フィルム(2)、同三井化学東セロ株式会社製アドマーQE060を50μm厚みのフィルムにしたものを内面y0王フィルム(3)とし、内面用フィルム(1)と(2)を重ねて、内面用フィルム(2)を金属箔側になるように貼ったものを内面樹脂A、内面用フィルム(3)を単独で貼ったものを内面樹脂Bとした。内面樹脂Aも、内面樹脂Bも、熱分解温度は430℃である。
各樹脂は金属箔より大きなサイズで金属箔より樹脂がはみ出す形で貼り、貼り付けた後に金属箔形状にカッターで切断してサンプル形状を整えた。
2 金属箔
3 ラミネート樹脂
4 蓄電素子
5 エンボス加工部
6 ヒートシール部
7 レーザー溶接部
8 レーザー光
9 外面樹脂フィルム
10 電極タブ
11 電極タブシール材
12 ヒートシール長
13 埋め込み樹脂
Claims (3)
- 少なくとも片面にヒートシール用樹脂をラミネートした金属箔であって、
前記金属箔を構成する金属の融点が、前記ヒートシール用樹脂の熱分解温度より300℃以上高く、
前記金属箔を構成する金属の比重が5以上であることを特徴とするレーザー溶接用ラミネート金属箔。 - 前記金属箔がステンレス箔であり、前記ヒートシール用樹脂がポリプロピレンを主とする樹脂であることを特徴とする請求項1に記載のレーザー溶接用ラミネート金属箔。
- 前記金属箔が15〜150μmの厚さであり、前記ヒートシール用樹脂が10〜200μmの厚さであることを特徴とする請求項1又は2に記載のレーザー溶接用ラミネート金属箔。
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