JP2015015098A - 電池ケースおよび電池ケースの安全弁の形成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プレス成形によって精度と効率よく加工することができる、Ｌｉイオン電池におけるアルミニウム合金製電池ケースの安全弁構造を提供する。【解決手段】安全弁２として、電池ケース１の壁３の一部３aが外方に向けて膨らむカップ状凸部形状にプレス成形されてなり、この安全弁の頂部が平坦な薄膜４とされ、薄膜頂部の周縁部４aが、この薄膜頂部の側方に向かって膨らむ凸状側壁６を介して、電池ケースの壁と一体につながっている。前記頂部には外表面の一部にノッチ部５が形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、内部圧力を開放する安全弁を備えたＬｉイオン電池ケースおよびＬｉイオン電池ケースの安全弁の形成方法に関するものである。

携帯電話やノート型パーソナルコンピュータ等の電源として、リチウムイオン二次電池（Ｌｉイオン電池）が広く使用されている。このＬｉイオン電池ケース（以下、単に電池ケースとも言う）を構成する板材には、その蓋を含めて金属が使用されていることが多く、特許文献１〜３ではＳＵＳ等の鉄合金が、特許文献４〜９ではアルミニウム合金が使用された電池ケースが開示されている。特に、電池ケースの蓋や本体などを、アルミニウム合金板（冷延板）素材をプレス成形した成形品から構成させると、耐食性や軽量化および加工性やコスト面からも有利である。

Ｌｉイオン電池の外装である電池ケース（以下、単にケースとも言う）には、過充電や過大な電流が流れるなどの異常時に、内部が高温、高圧になった際にも、電池ケースの内圧を解放し、爆発を防止するための安全弁（防爆弁、防爆機構）が設けられている。

この安全弁は電池ケースの壁（電池ケースの外面を形成する壁）の一部に溝状の薄肉部であるノッチ部を設けておき、このノッチ部が異常な圧力上昇で切断（破断）され、内圧を解放することで機能を果たす。このようなノッチ部方式による安全弁では、電池の設計にもよるが、内圧が０.３〜２ＭＰa程度に到達するとノッチ部が切断するように安全弁が作動して、内圧を解放する必要がある。

この要件を満たすには、ノッチ部の肉厚を１０〜６０μｍ程度の薄肉にする必要がある。また、安全弁として機能するためには、このノッチ部が切断可能とされているだけではなく、電池ケースの壁に開口部が大きく開いて内圧を開放する必要がある。このため、ノッチ部方式による安全弁では、ノッチ部の周縁部（周囲）にも、肉厚８０〜３００μｍ程度の薄膜部（薄肉部）を設ける必要がある。

その一方で、電池ケースの壁のその他の部分（残りの大部分の壁）は、剛性や耐久性などの基本特性を満たすために、肉厚０.５〜３ｍｍ程度の厚肉化が必要である。このため、電池ケースの安全弁を製作するには、大きく分けて２つの難しい加工が必要となる。その一つは、電池ケースの壁となる元の素材板の肉厚の１／１０程度の肉厚の薄膜部を精度良く形成する加工である。そして、もう一つは、この薄膜部に、更に、残厚を薄膜部の数分の一程度まで薄くしたノッチ部を精度良く形成する加工である。

これら安全弁の加工方法としては、特許文献１、２には貫通孔を形成した板材と別の板材とを貼り合わせる方法が、特許文献３にはダイとポンチを用いた冷間鍛造による方法が、特許文献４〜１０にはプレス成形加工あるいは切削加工による方法が開示されている。

また、特許文献９、１０などには、アルミニウム合金冷延板を素材として、これを絞り加工、しごき加工を組み合わせた複数の工程のプレス成形により角形電池ケースを製造することが開示されている。

これら従来の安全弁の加工方法の課題をより具体的に説明する。例えば、前記鍛造加工方法を図６に示す。同図に示す通り、電池ケースの外面を形成する前記厚肉の壁２１の一部分に、鍛造加工で、部分的な薄膜部２４をつくり、この薄膜部２４の上に更にノッチ加工を施してノッチ部２５を形成して、安全弁２０とするものである。この方式は、安全弁２０と電池ケース壁２１とが一体構造となっており、後付部品の準備や、それを電池ケースに取り付ける溶接などの作業が不要なため、電池ケースの製造コストを小さくできる利点がある。

しかし、前記薄膜部２４を、冷間鍛造で成形する際に、薄膜部２４の中央部の材料を、塑性変形により周辺部２６に向かって移動させる加工が必要となる。しかし、その周辺部２６の移動先の厚肉部にも、材料はすでに存在するために、材料を面内に圧縮するような、材料抵抗が大きな加工となってしまう。このような加工には多大な成形力が必要となるため、加工としての難度が高くなり、薄膜部２４の肉厚を、その延在する全領域に亘って、均一化、一定化などの安定化させることができず、肉厚変動（変化）を招く。この結果、安全弁２０としての作動圧も、肉厚変動に影響されて一定化せず、安定しないという問題があった。

また、安全弁の別の加工方法として、図７に示すように、電池ケースの外面を形成する壁２１の一部に、肉厚の薄い板状部品２７を接合して、薄膜部２４とすると共に、この薄膜部２４（２７）の上に更にノッチ加工を施してノッチ部２５を形成して、安全弁２０とするものである。この方法では、予め、薄膜部２４（板状部品２７）を別途部分的に作成できるので、薄膜部２４やノッチ部２５の寸法が均一化し、作動圧も安定する。ただし、薄膜部２４として別部品を用意したり、電池ケース壁２１に受け台２８を加工、形成して、薄膜部２４（板状部品２７）を設置して、受け台２８において接合するという余分な工程が必要であり、製造コストが高くなる問題があった。

これに対して、特許文献９あるいは１０などでも記載されているアルミニウム合金冷延板素材のプレス成形を、電池ケースだけでなく、安全弁の形成に適用できれば、プレス成形ならではの成形精度や再現性、あるいは効率化が得られ、これらの諸問題は解決できる。

特開平５−３１４９５９号公報 特開２００２−８３５７８号公報 特開２００５−２５１４４７号公報 特開２００１−３５４６７号公報 特開２００１−３４５０８３号公報 特開２００１−１４３６６４号公報 特開平１１−２０４０９３号公報 特開２００３−２９７３２３号公報 特開２００９−４２７１号公報 特開２００９−２４９７０８号公報

しかし、前記図６に示すような、電池ケースの肉厚０.５〜３ｍｍ程度の壁の部分を、この肉厚の１／１０程度の肉厚の薄膜部にまで薄肉化する加工や、更に、その上に残厚を薄膜部の数分の一程度まで薄くしたノッチ部を形成していく溝加工は、プレス成形においても、極めて難しい加工であることに変わりはない。すなわち、プレス成形でも、前記薄膜部２４を成形する際には、前記冷間鍛造と同様に、薄膜部２４の中央部２４aの材料を、塑性変形により周辺部２６に向かって移動させることが必要となる。

このため、前記した通り、周辺部２６には厚肉の材料がすでに存在するために、材料を面内に圧縮する材料抵抗が大きな加工となる。このため、多大な成形力を必要とし、加工難度が高くなり、薄膜部２４の肉厚を、その延在する全領域に亘って、均一化、一定化などの安定化させることができず、肉厚変動（変化）を招く。この結果、安全弁２０として必要な、破断用凹溝であるノッチ部や薄膜部のミクロな厚さ（肉厚）となる、残厚の精度や形状精度の確保が難しい。

特に、剛性が高い前記ＳＵＳ等の鉄合金や鋼に対して、軟質で、かつ弾性係数が低い特性を有するアルミニウム合金板では、プレス成形において、特に、前記したミクロな厚さ（肉厚）となる、残厚の精度や凹溝の形状精度の確保が非常に困難となる。

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、Ｌｉイオン電池におけるアルミニウム合金製電池ケースであっても、プレス成形によって精度良く、かつ効率よく加工することができる、安全弁構造を提供することを目的とする。

上記目的達成のために、本発明Ｌｉイオン電池ケースの要旨は、アルミニウム合金板をプレス成形した成形品からなり、安全弁を備えたＬｉイオン電池ケースであって、
前記安全弁は、前記電池ケースの壁の一部をプレス成形されたカップ状の凸部で形成され、
前記カップ状の凸部は、
前記電池ケースの壁に設けられた開口部と、
前記開口部の周囲から立ち上げられ、前記開口部から離れるほど側方に広がるように押しつぶされ、前記電池ケースの壁よりも薄い側壁と、
前記側壁の先端側に設けられ、周囲の前記電池ケースの壁の外面に対して平行で、かつ前記開口部よりも拡大された面積を有すると共に、前記側壁よりも薄くなるように押し広げられた頂部と、
前記頂部の外表面の一部に形成されるノッチ部と、
を備えてなることである。

また、上記目的達成のために、本発明Ｌｉイオン電池ケースの安全弁の形成方法の要旨は、アルミニウム合金板からなる電池ケースの壁の一部をカップ状の凸部にプレス成形して前記安全弁とすることを含み、
前記電池ケースの壁の一部をプレス成形して、前記壁に開口部を設けるとともに、前記開口部の周囲から立ち上がる側壁と、前記側壁の先端側に設けられた頂部からなるカップ状の凸部を形成する、第１薄肉化工程と、
前記カップ状の凸部を更にプレス成形して、前記側壁を前記開口部から離れるほど側方に広がるように押しつぶすとともに、前記頂部を周囲の前記電池ケースの壁の外面に対して平行で、かつ前記開口部よりも拡大された面積に前記側壁よりも薄くなるよう押し広げて薄膜化する、第２薄肉化工程と、
前記薄膜化した頂部の外表面の一部にノッチ部を設けるノッチ形成工程と、
を備えることである。

本発明は 安全弁側の形状を工夫して、従来の安全弁形状とは全く異なる、プレス成形しやすく、かつ、従来の凹溝型安全弁の機能を損なうことがない、凸型（カップ状凸部）の安全弁側構造とした。この結果、前記アルミニウム合金製電池ケースであっても、プレス成形によって、薄膜状の安全弁を、ノッチ部も含めて、精度よく加工することができる。この結果、電池ケースが破裂する前に、電池ケースの安全弁を確実に開裂することができる。

本発明Ｌｉイオン電池ケースの一態様の全体を斜視図で示す。 図１の安全弁部分の要部を拡大して示す断面図である。 図２の安全弁のプレス成形の第１薄肉化工程を示す、プレス装置の断面図である。 図１の安全弁のプレス成形の第２薄肉化工程を示す、プレス装置の断面図である。 図１の安全弁のプレス成形のノッチ形成工程を示す、プレス装置の断面図である。 従来の安全弁の鍛造加工を示す、電池ケースの断面図である。 従来の安全弁部材の組立工程を示す、電池ケースの断面図である。

以下に図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に本発明Ｌｉイオン電池ケースの全体図を斜視図で示す。また、図２に、図１の安全弁の実施形態を要部断面図で示す。このような本発明Ｌｉイオン電池ケースは、前記した携帯電話やノート型パーソナルコンピュータあるいは自動車用等の搭載電源となる。

電池ケースの基本構造：
図１、２の本発明のＬｉイオン電池ケース１は、アルミニウム合金薄板（冷延板）素材を、複数の工程からなる絞り加工およびしごき加工を組み合わせた、通常のプレス成形によって、角形電池ケースとしている。より具体的には、前半の絞り加工では、円形あるいは楕円形などの所定形状に予め打ち抜いたアルミニウム合金薄板（素材ブランク）を、多段のプレス装置によって、長方形の均一な横断面形状をその高さ方向に亘って有して、ストレートな外観形状である中間カップ体に絞り切る。次いで、この中間カップ体を、更にパンチと複数段に配置したしごきダイス（ダイス列）とで、後半のしごき加工を行い、薄肉化（減肉化）した上で、長方形の均一な横断面形状をその高さ方向に亘って有して、ストレートな外観形状である最終の角形電池ケースに成形する。

図１において、電池ケース１の本体は、その全体形状が角形で、正面１aおよび背面１bが、両側面1ｃ、１ｃおよび底面1ｄに比べて広面である、上面を除く五面で構成された偏平形の直方体をなしている。このような電池ケース１の本体において、蓋９が接合される上面１e側のみが開放された空間となった箱体となっている。これら図１、２の態様では、本発明に係る安全弁２は、電池ケース１の上面１eとなる蓋９の外表面側の中央部位置に形成されている。

電池ケース１の大きさ、形状などは、通常のＬｉイオン二次電池などの仕様に従って、種々選択される。この点で、電池ケースの壁（外壁）の厚さは０．５〜３ｍｍの範囲から選択するものとする。電池ケース１の厚さが０．５ｍｍ未満では、比較的高強度なアルミニウム合金薄板を蓋の素材として用いたとしても、要求される剛性や強度が不足する。一方、電池ケース１の厚さが３ｍｍを超えると、重量が重くなるとともに、厚さが厚くなって、薄肉部や破断用凹溝などの安全弁の精度の良い加工が難しくなる。

このような電池ケース１の本体に対して、その上面１e側の空間に平板状の蓋９がセットされるが、この蓋９には、安全弁２が予めプレス成形によって形成されている。セットされた蓋９は、平面視で矩形（四角形）の蓋９の四周囲（周縁）が、電池ケース１の正面１aおよび背面１b、両側面1ｃ、１ｃの、各上面１e側端部と、各々レーザ溶接などの溶接によって接合される。これによって、蓋９の四周囲の溶接ビード９aで示す通り、電池ケース１を気密状態に保持する。この蓋９の厚さ（板厚）は、具体的に定まる電池ケース１本体の厚さよりも多少厚くても良いが、数値範囲としては、電池ケース１本体と同じく、０．５〜３ｍｍの範囲とする。

この電池ケース１には、図示はしないが、通常の、外部電極、電解液の注入口やカバーなどの他の必要部品や部位が装着される。

安全弁２：
図２に、本発明Ｌｉイオン電池ケースにおいて、形成された安全弁２を拡大して要部で示す。

安全弁２は、これら図１、２の態様では、電池ケース１の上面を構成する蓋９の外表面側中央部位置に形成されている。すなわち、電池ケースの蓋９の壁３における、点線で示す直線的な壁部分３aの領域（部分）を、図２の上方に向く矢印で示すように、電池ケース１（蓋９）の外方に向けて膨らむカップ状の凸部（筒状の凸部、凸形状、突起形状）にプレス成形してなる。ここで、安全弁２は、平板状の形状を有している蓋９に、予めプレス成形によって形成されている。そして、この安全弁２が形成された蓋９が、電池ケース１の上面１e側に接合されている。

但し、成形可能であれば、このカップ状の凸部を、向きが逆の、図２の下方で、電池ケースの内方に向けて膨らむカップ状の凸部にプレス成形しても良い。

図２において、安全弁２は、電池ケース１の蓋９の壁３の一部３aをプレス成形して形成された、カップ状の凸部として構成されている。このカップ状の凸部は、概略、壁３に設けられた、開口部３ｃ、側壁６、頂部４、ノッチ部５とからなる。

このように、安全弁２は、電池ケース１の壁３の一部をプレス成形して形成された、カップ状の凸部で構成されるが、安全弁２を形成する壁としては、前記蓋９の壁３だけでなく、電池ケース１の本体側の各面の壁が選択可能である。すなわち、電池ケースの蓋９の壁３以外にも、電池ケース１の本体側の、底面（下面）１ｄ、正面１a、背面１ｂ、側面１ｃ、１ｃから選択される部位の壁の一部を直接プレス成形して、安全弁２を形成することができる。これらの安全弁２を成形する（設ける）部位や、その位置は、通常のＬｉイオン二次電池の仕様に従って種々選択される。

なお、電池ケース１の本体側の各面の壁への安全弁２の形成は、電池ケース１の本体の成形を絞りとしごき加工を組み合わせた加工で行う場合には、この電池ケース１の本体の成形前に行うことは困難である。したがって、電池ケース１の本体の成形後に、選択される各面の壁に安全弁２を成形することが好ましい。

以下の説明では、蓋９の壁３への安全弁２の形成を中心に説明するが、図２における壁３を、電池ケース１の本体の底面１ｄ、正面１a、背面１ｂ、側面１ｃ、１ｃなどの面から選択される部位の壁３に置き換えれば、点線で示す直線的な壁部分３aの領域（部分）を、図２の上方（電池ケース外方）か、下方（電池ケース内方）のいずれかに向けて膨らむカップ状の凸部にプレス成形して、同様に形成することができる。以下に、安全弁２であるカップ状の凸部を構成する各要件の意義につき、図２を用いて説明する。

（開口部３ｃ）
電池ケース内部のガスの外方への出口となる開口部３ｃは、壁３の一部３aが、後述するプレス成形されることで形成される。この開口部３ｃ（成形される壁３の一部３a）の大きさ、形状などは、Ｌｉイオン二次電池などの仕様に従って、内部ガスを開放するために必要な大きさ（面積）、形状が設計される。本発明では、この開口部３ｃの大きさ（面積）、形状は、安全弁２を形成するカップ状の凸部の大きさや形状を規定するので、この安全弁２の設計条件も加えて、前記設計される。この点、安全弁２を形成するカップ状の凸部をプレス成形しやすい平面視形状として、楕円状や楕円、これに類似の円形や多角形な形状とすることが好ましい。ただ、成形が可能であれば、他の平面視形状として、略四角形（略矩形）、真円形、円形に類似の多角形な形状に形成しても良い。

（側壁６）
カップ状の凸部からなる安全弁２の側壁６は、後述する一連のプレス成形によって形成されている。この側壁６は、図２に示すように、電池ケース１（蓋９）の壁３の開口部３ｃの周囲から立ち上げられ、この開口部３ｃから離れるほど側方に広がるように押しつぶされ、壁３よりも薄く形成されている。図２の例では、この側壁６は、薄膜頂部４の周縁部４aと一体に連なり、薄膜頂部４の側方（図１の左右方向）に向かって凸状に膨らむとともに、凸状の折り返し部（膨らみの頂部）６aを有する、凸状側壁（膨らみ状側壁、折り返し状側壁）６として形成されている。この凸状側壁６の厚さは、壁３よりも薄く、薄膜頂部４の厚みよりも厚くなるように設けられる。

この側壁６によって、薄膜頂部４は、その周縁部４aが、この凸状側壁６を介して、安全弁２周囲の電池ケース１本体あるいは蓋９などの壁３と一体につながり、安全弁２としてのカップ状の凸部形状（突起形状）を形成する（完成する）こととなる。側壁６は、頂部４の周縁に亘って延在しており、その平面視形状は、薄膜頂部４の平面視形状に応じた同心的な形状である、例えば、円形、楕円形などの略円形の形状が選択される。

この側壁６は、薄膜頂部４のプレス成形過程で、薄膜頂部４（元の壁３a）の薄肉化の中で、薄膜頂部４の周縁外方に排出（移動）された材料を、その排出された分だけ、自らの側壁の一部あるいは全部として収容する（取り込む）、重要な機能を果たす。このような収容機能によって、材料の面内への圧縮が軽減され、材料抵抗が小さくなり、成形力が小さくて済むため、薄膜頂部４の厚さ（肉厚）を、その延在する全領域に亘って、均一化、一定化などの安定化させることができる。この結果、安全弁２としての作動圧も、肉厚変動に影響されることがなく、一定化し安定化する。

したがって、側壁６は、平面視では、その径（面積）は、開口部３ｃや頂部４の径（面積）よりも大きくなるが、実際の壁の高さ（長さ）は、薄膜頂部４の大きさ（径）、言い換えると、薄膜頂部４のプレス成形過程で薄膜頂部４の周縁外方に排出（移動）される材料の量によっても規定される。

（薄膜頂部４）
カップ状の凸部からなる安全弁２の頂部４は、側壁６の先端側に設けられ、周囲の電池ケース１本体あるいは蓋９などの壁３の外面３ｂに対して平行で、かつ開口部３ｃよりも拡大された面積を有すると共に、側壁６よりも薄くなるように押し広げられ、壁３の厚みよりも薄い、平坦な薄膜に成形されている。安全弁の機能発揮のためには、後述するノッチ部５が切断可能とされているだけではなく、壁３自体に、開口部３ｃが大きく開いて内圧を開放する必要がある。このため、ノッチ部方式による安全弁では、このような薄膜頂部４が必要である。

薄膜頂部４（安全弁２）を設ける電池ケース１の部位と、その部位における位置も、その部位の中央部とせずとも、電池ケース１の平面形状や大きさ（面積）、あるいは電池ケース１への他の装着部品の取りつけ位置に応じて、端部側とするなど、任意の位置が適宜選択可能である。

薄膜頂部４の平面視での大きさ（径）は、前記した安全弁としての開口部となって内圧を開放する役割を果たすために、電池ケース１の容量や内圧などの条件から定まる安全弁の設計条件から定まる。また、それを設ける電池ケースの部位（底面、正面、背面、側面あるいは蓋）の面積や幅によって規定される。

薄膜頂部４の平面視での形状は、プレス成形しやすい、楕円状や楕円の形状、あるいはこれに類似の円形や多角形な形状にするが、成形が可能であれば、他の平面視形状として、略四角形（略矩形）、真円形、円形に類似の多角形な形状に形成しても良い。

薄膜頂部４の厚さは８０〜５００μｍの範囲から選択する。また、側壁６のの厚さは、この８０〜５００μｍの範囲から、薄膜頂部４よりも厚くなるように、また壁３よりも薄くなるように選択する。薄膜頂部４や側壁６が安全弁として機能するためには、厚さを５００μｍ以下の薄膜とする必要がある。薄膜頂部４側壁６の厚さが５００μｍを超えると、電池ケースの内部圧力上昇に対して、電池ケースが破裂しない程度の内部圧力で開裂せず、安全弁の起点となれなくなる。また、後に加工されるノッチ部（破断用凹溝）５の厚さを十分薄くする加工が困難となる。

（ノッチ部５）
この薄膜頂部４の中央部分には、薄膜頂部４の一部として、その外表面に、破断用凹溝であるノッチ部５が、後述する一連のプレス成形あるいはコイニング加工によって設けられている。このノッチ部５の長さや凹溝深さも、電池ケース１の容量や内圧などの条件から定まる安全弁の設計条件から定まり、設ける部位（正面、背面、側面あるいは蓋）の面積（大きさ）によって規定される。

この点、ノッチ部５の厚さ（凹溝形成後の残存厚さ）を１０〜６０μｍ程度の薄肉にするのが好ましい。ノッチ部５の厚さが１０μｍ未満では、比較的高強度なアルミニウム合金薄板を素材として用いたとしても、電池ケースとして要求される剛性や強度が不足する。一方、ノッチ部５の厚さが６０μｍを超えると、電池ケースの内部圧力上昇に対して、電池ケースの破裂を防ぐため、破裂しない程度の内部圧力で開裂せず、安全弁の起点となれない。

ノッチ部５の平面視の形状は、薄膜頂部４の平面視形状に応じて、円形や楕円形の環状であっても、薄膜頂部４の中央部に沿うかたちで、直線状に形成しても良い。このように、真円状、楕円状などの環状にするか、直線状あるいは曲線状にするか、連続させるか、断続的に設けるかなどは、成形が可能であれば適宜選択できる。

図１、２の電池ケース１の実施態様では、安全弁２は、縦（高さ）５０ｍｍ×横（幅）５０ｍｍ×奥行き（側壁の幅）１０ｍｍの直方体の電池ケース１の、蓋９の中央部の壁３に成形されてなる。蓋９の壁３の厚さ（板厚）は１.５ｍｍ、電池ケース１の壁３の厚さ（板厚）は全て１．１ｍｍ、薄膜頂部４は、側面長手方向の長径が１０ｍｍ、幅方向の短径が６ｍｍの楕円形で、厚さ（板厚）は１１０μｍである。また、ノッチ部５（破断用凹溝）は、薄膜頂部４に電池ケース側面幅方向に亘って長さ７ｍｍで設けられ、その幅が５０μｍ、残存厚さが２０μｍである。

以上のような、図１のような形状、構成の安全弁２とすることによって、電池ケース１の壁３の外表面と、薄膜頂部４やノッチ部５を一体としつつ、薄膜頂部４やノッチ部５の寸法、厚みを安定させ、安全弁２の作動圧も安定させることが出来る。

電池ケースの安全弁の形成方法：
以下に、図１の安全弁をプレス成形にて形成する態様（工程）を、順に時系列的に図３、４、５のプレス成形装置の断面図で示す。

（図３）
先ず、図３は第１薄肉化工程を示し、電池ケースの（蓋９）壁３の一部３aをプレス成形して、壁３に開口部３ｃを設けるとともに、この開口部３ｃの周囲から立ち上がる側壁７と、この側壁７の先端側に設けられた頂部８からなる、電池ケースの外方に向けて膨らむカップ状（筒状）の凸部を形成する。この際、このカップ状凸部の頂部８を、電池ケースの（蓋９の）壁３の外面に対して平行で、かつ電池ケースの壁３よりも薄い平坦な薄膜に成形する。

ここで、図３において、安全弁１に成形する壁３を、アルミニウム合金板をプレス成形した成形品である、電池ケース１の本体の底面ｄ、正面１a、背面１ｂ、側面１ｃ、１ｃなどの面から選択される部位にする場合は、これらの面あるいは面に相当する壁３に置き換えて、同様に成形する。また、前記した通り、電池ケースの内方（内部）に向けて膨らむカップ状の凸部を形成しても良い。

より具体的に、図３において、周囲の電池ケースの（蓋９の）壁３を、ブランクホルダ１２とダイス１３とで挟持しつつ、第一のパンチ１０によって、壁３に開口部３ｃを設けるとともに、この開口部３ｃの周囲から立ち上がる側壁７と、この側壁７の先端側に設けられた頂部８からなる、電池ケースの外方に向けて膨らむカップ状の凸部（凸形状、凸状部分）を形成する。相対向するダイス１３とブランクホルダ１２は、安全弁２を成形する電池ケースの（蓋９の）壁部位３aの、周囲の壁３の上面側と下面側とを各々挟持する。その上で、図の下側から、ポンチ（パンチ）１０によって、壁部位３aを図の上方に向かって突き上げるように成形して、図４の安全弁の前身となる、図の上方に張り出した、側壁７と頂部８を有するカップ状の凸部を形成する。

このカップ状凸部の成形の際に、このカップ状凸部の頂部８を、この頂部８内側からの第一のパンチ１０と、この頂部８外側からのカウンタパンチ１１とで、挟持加圧しながら、電池ケース１の（蓋９の）壁３の外面３ｂに対して平行で、かつ電池ケース１の（蓋９の）壁３よりも薄い、平坦な薄膜に、同時に成形する。この際、第一のポンチ１０と対向する壁部位３aの上側の面を、カウンタポンチ１１で、図の下側に向かって加圧しながら成形する。

このような加工方法とすることで、後述する薄膜頂部４の前身となる頂部８は、面外には圧縮、面内には引張応力をうけるため、塑性変形しやすくなり、容易に薄肉（薄膜）化する。また、頂部８の薄肉化で、頂部８の周囲（周縁側）に向かって排出された（アルミニウム合金）材料は、カップ状凸部７の側壁であって、後述する凸状側壁（折り返し状側壁）６の前身となる、上方に立ち上がる、比較的長い（高い）側壁７部分を形成する。すなわち、薄膜部８の薄肉化で排出された材料は、殆ど全てが突部７の前記側壁に吸収される。また、言い換えると、薄膜部８の薄肉化で排出された材料が、前記カップ状凸部７の側壁に吸収されるように、比較的長い（高い）側壁部分を形成する。このため、このカップ状凸部７の周辺の壁３の材料と干渉することが無く、加工力が小さくて済み、頂部８の板厚が安定する．

（図４）
次に、図４は第２薄肉化工程を示し、前記カップ状の凸部を更にプレス成形して、前記側壁７を、前記開口部３ｃから離れるほど、側方に広がるように押しつぶして、凸状の側壁６を形成する。それとともに、前記頂部８を、周囲の前記電池ケースの（蓋９）壁３の外面３ｂに対して平行で、かつ前記開口部３ｃより拡大された面積に、形成する側壁６よりも薄くなるよう押し広げて、薄膜頂部４として、薄膜化する。これによって、この最終的なカップ状凸部の頂部４を前記頂部８よりも更に薄肉化するとともに、カップ状凸部７の側壁６を、薄膜頂部４の側方（横方向）に向かって凸状に膨らむとともに、折り返し部６aを有し、周囲の電池ケースの（蓋９の）壁３と一体につながる、薄膜頂部４よりも厚い凸状側壁６を形成する。

図４では、これを、この周囲の電池ケース１の壁３を下型１４で保持（支持）しつつ、前記頂部８内側からの第二のパンチ１６と、前記頂部８外側からの上型１５とで挟持加圧して、最終の薄膜頂部４の形状、大きさ、厚さとする。また、カップ状の凸部である安全弁２の薄膜頂部４として、周囲の電池ケース１の壁３の外面３ｂに対して平行で、かつ電池ケース１の壁３よりも薄い、平坦な薄膜を形成する。

この際にも、第二のパンチ１６と上型１５の間で、前記薄膜部８の材料を圧縮して、薄膜頂部４へと肉厚を薄くするので、この過程でも材料が排出されるが、この材料も凸状側壁６を形成される材料の一部として吸収される。

すなわち、薄膜頂部４の成形と同時に、前記凸部７の頂部８を押圧して、潰し変形することによって、凸状側壁６が形成される際に、前記頂部８から材料が排出される。この排出材料は、凸状に膨らんで前記凸部７の側壁よりも長さが長くなる、凸状側壁６を形成する材料の一部となる。この凸状側壁６は、薄膜頂部４の側方（図の左右方向）に向かって、凸状に膨らむとともに、周囲の電池ケースの壁３と一体につながった、薄膜頂部４よりも厚い側壁として形成される。この凸状側壁６は、薄膜頂部４の周縁部４aに亘って、前記した平面視形状に延在し、凸状の折り返し部（凸状の膨らみの頂部あるいは変曲点）６aを有する。

（図５）
その上で、図５に示すノッチ形成工程において、前記薄膜頂部４の外表面の一部にノッチ部を設ける。図５に示すように、凸形状安全弁２の薄膜頂部４の中央部に、図の上方からの上型冶具１８と、図の下方からの下型冶具１７とで、薄膜頂部４を挟持、加圧することによって、薄膜頂部４の外表面にノッチ加工を施し、薄膜頂部４の径方向に亘って直線状のノッチ部５を形成する。この上型冶具１８は、その下部に、下方に突き出て図の前後方向（薄膜頂部４の平面視での径方向）に延在して、押圧によりノッチ部５を形成する、凸状の突起１９を有する。そして、最終的に前記図１の電池ケースを製造する。

アルミニウム合金：
電池ケース本体や蓋に使用するアルミニウム合金板は、これら電池ケースの壁（外壁）や蓋の厚さに対応した、０．５〜３ｍｍの範囲の板厚を有するものとする。電池ケース本体１の薄肉化は、内容積の増加に直結し、電池特性の高容量化を図る重要な要素となるが、電池ケース本体１は、この薄肉化によっても必要な耐圧性を維持でき、またプレス成形も可能とする必要がある。このために、その材料強度は、下記合金の冷延板や、必要によりそれを溶体化および焼入れ処理や時効硬化処理あるいは焼鈍などの調質した後の０．２％耐力で、１０００系アルミニウム合金であれば、３０〜１２０ＭＰａの範囲、３０００系合金であれば５０〜１８０ＭＰａ程度とすることが好ましい。

これらを満足するアルミニウム合金としては、電池ケース本体１には、ＪＩＳ乃至ＡＡに規格される３０００（Ａｌ−Ｍｎ）系アルミニウム合金、中でもＡ３００３アルミニウム合金が好ましい。また、蓋材は、ＪＩＳ乃至ＡＡに規格される１０００系アルミニウム合金、中でも、レーザ溶接を用いて封口される場合には、純アルミニウム合金であるＡ１０５０合金が好ましい。これらの合金は耐食性の面からも好ましい。ただ、使用条件や成形条件によっては、これら合金の耐クリープ性（耐クリープ変形性）などをより改良した合金や、これらのより高強度な５０００系や６０００系アルミニウム合金を用いても良い。

以上、本発明は、Ｌｉイオン電池におけるアルミニウム合金製電池ケースであっても、プレス成形によって精度と効率よく加工することができる、安全弁を提供できる。このため、精度と効率よく安全弁を加工したい、リチウムイオン二次電池や、その製造工程に好適に使用することができる。

１：電池ケース、２：安全弁、３：電池ケース壁、４：薄膜頂部、５：ノッチ部、６：凸状側壁、７：突部、８：薄膜部、９：蓋、９a：溶接ビード、１０：第一のパンチ、１１：カウンタパンチ、１２：ブランクホルダ、１３：ダイス、１４：下型、１５：上型、１６：第二のパンチ、１７：下型冶具、１８：上型冶具、１９：ノッチ部形成用突起

Claims (2)

1. アルミニウム合金板をプレス成形した成形品からなり、安全弁を備えたＬｉイオン電池ケースであって、
   前記安全弁は、前記電池ケースの壁の一部をプレス成形されたカップ状の凸部で形成され、
   前記カップ状の凸部は、
   前記電池ケースの壁に設けられた開口部と、
   前記開口部の周囲から立ち上げられ、前記開口部から離れるほど側方に広がるように押しつぶされ、前記電池ケースの壁よりも薄い側壁と、
   前記側壁の先端側に設けられ、周囲の前記電池ケースの壁の外面に対して平行で、かつ前記開口部よりも拡大された面積を有すると共に、前記側壁よりも薄くなるように押し広げられた頂部と、
   前記頂部の外表面の一部に形成されるノッチ部と、
   を備えてなることを特徴とするＬｉイオン電池ケース。
2. Ｌｉイオン電池ケースの安全弁のプレス成形による形成方法であって、
   アルミニウム合金板からなる電池ケースの壁の一部をカップ状の凸部にプレス成形して前記安全弁とすることを含み、
   前記電池ケースの壁の一部をプレス成形して、前記壁に開口部を設けるとともに、前記開口部の周囲から立ち上がる側壁と、前記側壁の先端側に設けられた頂部からなるカップ状の凸部を形成する、第１薄肉化工程と、
   前記カップ状の凸部を更にプレス成形して、前記側壁を前記開口部から離れるほど側方に広がるように押しつぶすとともに、前記頂部を周囲の前記電池ケースの壁の外面に対して平行で、かつ前記開口部よりも拡大された面積に前記側壁よりも薄くなるよう押し広げて薄膜化する、第２薄肉化工程と、
   前記薄膜化した頂部の外表面の一部にノッチ部を設けるノッチ形成工程と、
   を備えることを特徴とするＬｉイオン電池ケースの安全弁の形成方法。