JP3719496B2

JP3719496B2 - Lightweight case manufacturing method and battery case manufacturing method

Info

Publication number: JP3719496B2
Application number: JP2000256838A
Authority: JP
Inventors: 和孝岡本; 昌之土井; 欣也青田; 久宣岡村; 泰久青野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-08-28
Filing date: 2000-08-28
Publication date: 2005-11-24
Anticipated expiration: 2020-08-28
Also published as: JP2002075293A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は,新規な軽量ケースの製造方法及び電池ケースの製造方法に関する．
【０００２】
【従来の技術】
近年，携帯電話，ノート型パソコン等のモバイル機器やAV機器のなどの電子機器の小型，軽量，薄型化にともない，それらの駆動用電源として小型，軽量かつ高エネルギー密度のリチウムイオン二次電池の需要が急増し，特に薄型電池へのニーズが非常に高い。
【０００３】
薄型電池には，この他にニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池などがある．特開平11-104866に示されるように，これらの電池ケースはケースと蓋をレーザー溶接して密閉している。このとき生産性の問題や，特にリチウムイオン二次電池の場合，有機電解液への引火の恐れがあり，レーザー溶接には施工上の問題点があった。
【０００４】
例えば電池ケース及び蓋の素材には，ステンレス鋼やアルミニウムなどが使用されている。特にリチウムイオン二次電池などには，アルミニウムが多用されている。電池ケースの製造方法は，まず電極及び電解液などのケースに充填した後，ケースに蓋をはめ込み，レーザー溶接で接合する。このとき溶け込み不良や溶着部にルート割れを発生しやすく，密閉度不良を起こすことになる。さらに溶接時の熱的影響により電解液への引火や不純物の混入が問題となった。また特開平11-67161号公報に示されるように，ろう材を用いての接合もあるが，ろう材のケース内への混入により内容物と反応を起こし，電池性能を低下することが問題である。さらにレーザー溶接設備はコストが高く問題である。
【０００５】
又、特開平11-300481号公報及び特開平11-300482号公報に示されるように,半導体製造装置用真空チャンバとして平板の平板面と平板の端面とを摩擦攪拌接合によって接合することが示されている。しかし、これらの公報には接合時にかかる荷重に対して全く考慮されていない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は,ケース本体と蓋との接合時にケースの内容物に熱的悪影響を与えず,内容物への不純物流入がなく,さらに密封性の高い軽量ケースの製造方法及び電池ケースの製造方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は,アルミニウム,マグネシウム又はそれらの各々の合金からなる軽量ケースの製造方法において,ケース本体と蓋とが摩擦攪拌接合法により金属的に接合する際,前記ケース本体と蓋との一方の接合部近傍に治具によって前記回転ツールによる荷重を支える突起部が設けられており , 該突起部に治具を当設し,前記ケース本体と蓋とを回転ツールの挿入による荷重を支えながら摩擦攪拌接合法によって金属的に接合することを特徴とする。
【０００８】
本発明は、前述の如く、接合部材の一方に回転ツールの挿入による荷重を支える突起を設け、治具をその突起に引っかけて荷重を支えるおおようにしたものである。突起は、荷重方向に対して直角方向に伸びており、荷重を支える面は、荷重に対して水平な面で接するようにするのが良い。
【０００９】
前記摩擦攪拌接合法は，実質的に接合する金属よりも硬い材質の回転ツールを前記接合部に挿入し，このツールを回転させながら接合する金属に対して相対的に移動することにより，前記ツールと接合材との間で発生する摩擦熱と塑性流動を利用して接合する方法である。つまり，前記ツールと接合材との摩擦熱による塑性流動現象を利用したもので，アーク溶接やレーザー溶接のように接合材を溶かして溶接するものではない．さらに，この摩擦攪拌接合法は，従来の摩擦接合法のように加工物同士を回転させてその摩擦熱による接合方法とは異なり，加工物を接合線長方向，つまり長手方向に連続的に接合材の融点以下の温度で接合できる特徴がある。
【００１０】
前記接合方法は，接合する金属の融点以下の低温で接合できる。このため接合部周辺の温度は，例えばレーザー溶接などの方法に比較して低温であり，ケースの内容物への熱的影響は少ない。またケース内部に有機電解液などがある場合，低温での接合により引火等の危険を回避でき，部品の品質はもとより，作業環境，安全性にも優れる．さらに接合部は溶解しないため，接合部からケース内部への不純物の流入が避けられ，部品の性能向上が図れる。
【００１１】
本発明は，アルミニウムまたはアルミニウム合金（以下アルミニウムという）あるいはマグネシウムまたはマグネシウム合金（以下マグネシウムという）からなる軽量ケースにおいて，ケース本体および蓋の密閉は摩擦攪拌接合法により金属的に接合して作製されたことを特徴とし、前記ケース本体および蓋の肉厚tはいずれも0.1≦t≦1(mm)が好ましい。前記アルミニウムまたはアルミニウム合金は深絞り成形またはプレス成形により作製されている．また前記アルミニウムまたはアルミニウム合金は，接合後，溶体化処理と時効硬化熱処理を施してもよい．前記マグネシウムまたはマグネシウム合金は圧延成形，プレス成形または射出成形のいずれかにより作製されている。
【００１２】
本発明は，アルミニウムまたはアルミニウム合金あるいはマグネシウムまたはマグネシウム合金からなる軽量ケースの製造方法において，ケース本体および蓋の密閉を摩擦攪拌接合法により金属的に接合することを特徴とする軽量ケースの製造方法にある。前記接合は，大気中はもちろんのこと，水，オイルまたは不活性ガスのいずれかの冷却剤の中で，または接合部の近傍または全体に前記冷却剤をかけながら接合してもよい。
【００１３】
しかし従来の摩擦攪拌接合法は，1mmを超える肉厚材の大型構造物を対象としており，本発明の軽量ケースのごとき薄肉材にそのまま適用しても，ツールから受ける荷重が大きく，接合材にザクツなどの変形が生じ，実効的な接合ができない。このため部材の溶接部以外の部分に加わる応力を適切に分散する必要がある。また摩擦攪拌接合法において重要なことは，接合部の隙間が極力少ない状態で接合することにある。
【００１４】
本発明は，機械加工により前記ケース本体および蓋のいずれかに凸部を設けた後に接合を実施することを特徴とする軽量ケースの作製方法にある。すなわちケース本体または蓋に肉厚部を設け，部材の溶接部以外の部分に加わる応力の低減を図る。また本発明は，前記ケース本体と蓋をかしめた後に接合を実施することを特徴とする軽量ケースの作製方法にある。すなわち、かしめによる位置決めを行い，接合部の隙間を小さくする。さらに本発明は，前記ケース本体と蓋を所定の冶具にセットして接合を実施することを特徴とする軽量ケースの作製方法にある．すなわち冶具を配置することにより，ケース本体および蓋の接合部以外の部分に加わる応力を低減する。
【００１５】
これらの対策により，従来困難とされてきた薄型物の摩擦攪拌接合を可能とし，たとえば電池ケースの接合に適用する．すなわち近年のモバイル通信機器分野の著しい市場拡大を念頭に入れ，ニッケルカドミウム電池，ニッケル水素電池の他に，特に最近需要が急増しているリチウムイオン二次電池ケースに適用する。
【００１６】
本発明は，精密度や密閉度の高い精密電気部品，精密機械部品，ハウジング等に用いられる金属製ケースに関するものであり，特にリチウムイオン二次電池などの高性能電池ケース，中でもアルミニウムやアルミニウム合金，マグネシウムやマグネシウム合金の薄板または箔を用いた電池ケースにおいて有効である。
【００１７】
本発明に係る蓋は,アルミニウム,マグネシウム又はそれら各々の合金からななり平板の外周部に平板面上に外周部に沿って突起が設けられている。
【００１８】
更に,本発明に係るケース本体は ,アルミニウム,マグネシウム又はそれら各々の合金からななり,袋状ケースの開口部端部の外周面に沿って突起が設けられている。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
図1は、アルミニウム製またはマグネシウム製のケース本体と蓋とを摩擦攪拌接合により接合するケースの斜視図である。本発明の実施例として用いたケース本体1および蓋2の材質は，アルミニウムとして3003(Al-Mn系)，5083(Al-Mg系)，6N01(Al-Mg-Si系)の3種，マグネシウムとしてAZ31B，AZ91Dの2種とした．ここでケース本体1の形状は角型であり，およそ厚さ0.5mm，内面サイズ5×32×48mmであり，コーナー部1Rである。また蓋2はおよそ厚さ1mmであり，ケース本体1と同材質の板状体である．蓋2をケース本体１に圧入に近い状態で挿入させた後，回転ツール3を用いて摩擦攪拌接合して金属的に接合する。
【００２０】
図2は接合部周辺の拡大図である。前記摩擦攪拌接合に用いる回転ツール3は，前記ケース本体1および蓋2より硬い例えば工具鋼のような金属製である。前記回転ツール3は先端のネジが形成されたピン部6と前記ピン部6より太いショルダ部7からなっている．前記ピン部6の全部の長さが接合部に回転した状態で挿入され，ショルダ部7もわずかに挿入される。接合は回転ツール3を回転方向4に回転させながら，接合方向5に沿って実施する。このとき前記ケース本体1および蓋2は，回転ツール3により生じる摩擦熱と塑性流動現象によって接合される。また接合を確実にするため，冶具１０を用いて接合対象物を固定した。図3に示す様に前記接合方法によって得られる接合部8は，接合欠陥もなく，かつ平滑である。なお本実施例では，ツール回転数20000rpm，接合速度は1000mm/minとした。冶具１０は蓋２の外周上面に設けられたリング状の突起１３の内周に沿って接しており、回転ツール３の荷重を支えるように固定され、摩擦攪拌接合が行われる。突起１３は接合後に切削又は切断して除くことができる。
【００２１】
図4および図5は蓋2の端部にテーパーを設け，接合する構造を示す断面図である。図４は図２と同様のリング状の突起１３が設けられ、同様の治具１３によって固定されて接合される。図５は袋状のケース本体１の開口端の外周面のリング状の突起１３が設けられたもので、ケース本体１はその外周に沿った治具１３の空洞部内に挿入されて前述と同様に接合される。接合後、突起１３は前述と同様に除去することが出来る。
【００２２】
本実施例により得た5種類のケースの水中気密試験結果を表1に示す。なお試験条件は5kg/cm²のN₂ガスを圧入し，常温にて240時間放置後，ガス漏れを検査した。また比較材として，従来法であるレーザー溶接により作製したケースも併せて試験した。
【００２３】
【表１】

【００２４】
その結果，本発明のケースは気密性に優れており，割れなどは発生しなかった．一方，レーザー溶接により作製したケースでは，一部もれが発生した。
【００２５】
（実施例２）
リチウムイオン二次電池のように，電池そのものの軽量性が優れている場合，そのケース自体の重量も極力薄肉化，軽量化が望まれる。しかし本発明のごとき摩擦攪拌接合によりケース本体と蓋を接合する場合，回転ツール3を接合部に押し付けることにより発生する力により，ケースの変形等が生じる可能性があり，接合部の形状の調整，局部的な肉厚化，適切な冶具の使用により，ケースの変形を防止する必要がある。
【００２６】
図6は，ケース本体1に蓋2を圧入した後，上部から回転ツール3を挿入して接合した例である．この場合，回転ツール3の押し付け力が大きくなると，ケース本体1にザクツが生じることがある。図６での接合は図５と同様に行われる。
【００２７】
図7は、ケース本体1と蓋2の隅に傾斜を設けることにより押し付け力を分散し，ケース本体のザクツを防止した接合部の断面図である．図７での接合は図２と同様に行われる。
【００２８】
図8又は図9は、ケース本体に凸部9を設けることにより，ザクツを防止した。前記凸部9は，ケース本体をプレス成形または鋳造するときに形成した。これらの接合は図５と同様に行われる。
【００２９】
図10又は図11は、ケース本体1および蓋2を冶具10により固定して支えることにより，ザクツの防止とケースの寸法精度の向上を図った構造を有する断面図である。
【００３０】
（実施例３）
リチウムイオン二次電池ケースの如き薄肉ケースの場合，ケース本体と蓋の接合はより少ない工程で実施することが望ましい。しかし薄肉に伴い寸法精度の確保が課題であり，本発明では冶具とかしめを用いた位置決めと回転ツール押し付け力の分散を試みた。
【００３１】
図12及び図13は、かしめを実施した後，摩擦攪拌接合する例を示す断面図である。この場合，かしめ部11の隅を回転ツール3により接合する。さらに図14に示すように，ケース本体1と蓋2を冶具10を用いてかしめてかしめ部11を形成させ，冶具10で固定したまま回転ツール3で接合した。これにより薄板であるケース本体1の波うちを抑制でき，接合条件を安定化することが可能となることがわかった。
【００３２】
図15は、その他の接合方法として、蓋2の端部にテーパー12を設ける方法や，図16は、蓋2の端部に凸部を，またケース本体１の上部内面に凹部を設け，これらをかしめることによりかしめ部11を設けて接合する方法も併せて実施した断面図である。いずれの場合も良好な接合が実施された。
【００３３】
図１７は、ケース本体１に前述よ同様にリング状の突起１３を有し、その突起１３の上に平板状の蓋２を載せて前述と同様にその突起部側を接合したものである。（ａ）は斜視図、（b）は断面図である。接合部８は、接合の場所によって接合後にその突起１３を切断又は切削することが出来る。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば，特に、リチウムイオン二次電池ケースにおいて、ケース本体と蓋とを確実に摩擦攪拌接合により接合することができ、それにより電池内容物に熱的影響を与えず，低歪みでかつ密封性の高い製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の軽量ケースの斜視図である。
【図２】本発明の接合部を示す断面図である。
【図３】本発明の接合部を示す断面図である。
【図４】本発明の接合部を示す断面図である。
【図５】本発明の接合部を示す断面図である。
【図６】本発明の接合部を示す断面図である。
【図７】本発明の接合部を示す断面図である。
【図８】本発明の接合部を示す断面図である。
【図９】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１０】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１１】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１２】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１３】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１４】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１５】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１６】本発明の接合部を示す断面図である。
【図１７】本発明の接合部を示す断面図である。
【符号の説明】
1…ケース本体，2…蓋，3…回転ツール，4…回転方向，5…接合方向，6…ピン部，7…ショルダ部，8…接合部，9…凸部，10…冶具，11…かしめ部，12…テーパー部、１３…突起。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to the production how the manufacturing method and a battery case of a novel lightweight case.
[0002]
[Prior art]
In recent years, along with the reduction in size, weight, and thickness of electronic devices such as mobile devices such as mobile phones and notebook personal computers, and AV devices, lithium-ion secondary batteries with small size, light weight, and high energy density have been used as power sources for driving them. Demand is increasing rapidly, and the need for thin batteries is particularly high.
[0003]
Other thin batteries include nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries. As shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-104866, these battery cases are hermetically sealed by laser welding of the case and the lid. At this time, there was a problem of productivity, especially in the case of lithium ion secondary batteries, there was a risk of ignition to the organic electrolyte, and laser welding had problems in construction.
[0004]
For example, stainless steel or aluminum is used as the material for the battery case and lid. In particular, aluminum is frequently used in lithium ion secondary batteries. The battery case is manufactured by first filling the case with electrodes, electrolyte, etc., then fitting a lid on the case and joining it by laser welding. At this time, poor penetration and root cracks are likely to occur in the welded part, resulting in poor sealing. In addition, there was a problem of igniting the electrolyte and mixing impurities due to thermal effects during welding. In addition, as shown in Japanese Patent Laid-Open No. 11-67161, there is also a joining using a brazing material, but the problem is that the content of the brazing material reacts with the contents due to mixing in the case and the battery performance is lowered. is there. Furthermore, laser welding equipment is expensive and problematic.
[0005]
Further, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-300481 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-300482, it is shown that a flat plate surface and a flat plate end surface are joined by friction stir welding as a vacuum chamber for a semiconductor manufacturing apparatus. ing. However, these publications do not consider the load applied at the time of joining at all.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention do not give thermal adverse effect on the contents of the case at the time of bonding of the case body and the lid, no impurities flows into the content, the higher the sealing lightweight case preparation and batteries Case It is to provide a manufacturing how.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present invention, aluminum, in the manufacturing method of light-weight case made of magnesium or their respective alloys, when the case body and the lid are metallically joined by friction stir welding, one junction between the case body and the lid the section near the jig has projections is provided to support the load due to the rotation tool, and To設the jig to the projections, the friction stir while supporting the load due to insertion of the rotary tool and the case body and the lid It is characterized in that it is metallicly bonded by a bonding method.
[0008]
According to the present invention, as described above, a protrusion for supporting a load due to insertion of a rotary tool is provided on one of the joining members, and a jig is hooked on the protrusion to support the load. The protrusion extends in a direction perpendicular to the load direction, and the surface that supports the load is preferably in contact with a horizontal surface with respect to the load.
[0009]
In the friction stir welding method, a rotating tool made of a material substantially harder than the metal to be joined is inserted into the joint, and the tool is moved relative to the metal to be joined while rotating the tool. This is a method of joining using frictional heat and plastic flow generated between the steel and the joining material. In other words, it uses the plastic flow phenomenon caused by frictional heat between the tool and the joint material, and does not melt and weld the joint material like arc welding or laser welding. Furthermore, this friction stir welding method differs from the welding method in which the workpieces are rotated and the frictional heat is rotated like the conventional friction welding method, and the workpieces are continuously joined in the longitudinal direction of the welding line, that is, in the longitudinal direction. It has the feature that it can be joined at a temperature below the melting point of the material.
[0010]
The joining method can be performed at a low temperature below the melting point of the metal to be joined. For this reason, the temperature around the joint is lower than that of, for example, laser welding, and there is little thermal influence on the contents of the case. In addition, when there is an organic electrolyte in the case, the danger of ignition etc. can be avoided by joining at low temperature, and the work environment and safety are excellent as well as the quality of parts. Furthermore, since the joint does not melt, the inflow of impurities from the joint into the case can be avoided, and the performance of the parts can be improved.
[0011]
The present invention is a lightweight case made of aluminum or an aluminum alloy (hereinafter referred to as aluminum) or magnesium or a magnesium alloy (hereinafter referred to as magnesium). The thickness t of the case body and the lid is preferably 0.1 ≦ t ≦ 1 (mm). The aluminum or aluminum alloy is produced by deep drawing or press forming. The aluminum or aluminum alloy may be subjected to solution treatment and age hardening heat treatment after joining. The magnesium or magnesium alloy is produced by any one of rolling molding, press molding, and injection molding.
[0012]
The present invention relates to a method for manufacturing a lightweight case made of aluminum, an aluminum alloy, magnesium, or a magnesium alloy, wherein the case body and the lid are sealed metallically by friction stir welding. is there. The joining may be performed in the air, in water, oil, or an inert gas coolant, or while applying the coolant in the vicinity of or in the whole of the joint.
[0013]
However, the conventional friction stir welding method is intended for large structures with thick materials exceeding 1 mm, and even if applied directly to thin materials such as the lightweight case of the present invention, the load received from the tool is large, and the welding material Deformation such as zakutsu occurs and effective bonding is not possible. For this reason, it is necessary to appropriately disperse the stress applied to portions other than the welded portion of the member. In addition, what is important in the friction stir welding method is that welding is performed with as little gap as possible between the joints.
[0014]
The present invention lies in a method for manufacturing a lightweight case, characterized in that bonding is performed after a convex portion is provided on either the case body or the lid by machining. That is, a thick part is provided on the case body or the lid to reduce the stress applied to the part other than the welded part of the member. According to another aspect of the present invention, there is provided a lightweight case manufacturing method characterized in that bonding is performed after the case body and the lid are caulked. That is, positioning by caulking is performed and the gap at the joint is reduced. Furthermore, the present invention lies in a method for producing a lightweight case, wherein the case body and the lid are set on a predetermined jig and bonded. That is, by placing the jig, the stress applied to portions other than the joint portion of the case main body and the lid is reduced.
[0015]
These measures enable friction stir welding of thin materials, which has been considered difficult in the past, and is applied to, for example, battery case joining. In other words, considering the remarkable market expansion in the field of mobile communication devices in recent years, in addition to nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries, it will be applied to lithium ion secondary battery cases, in which demand has been rapidly increasing recently.
[0016]
The present invention relates to a metal case used for precision electrical parts, precision machine parts, housings, etc. with high precision and sealing, particularly high performance battery cases such as lithium ion secondary batteries, especially aluminum and aluminum alloys. It is effective in battery cases using thin plates or foils of magnesium or magnesium alloys.
[0017]
The lid according to the present invention, aluminum, protrusions that are provided along the outer peripheral portion on the flat plate surface to the outer peripheral portion of the flat plate made such a magnesium or their respective alloys.
[0018]
Furthermore, the case body according to the present invention, aluminum, made such a magnesium or their respective alloys, projections that are provided along the outer peripheral surface of the opening end of the bag-shaped casing.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(Example 1)
FIG. 1 is a perspective view of a case in which an aluminum or magnesium case body and a lid are joined by friction stir welding. The material of the case body 1 and the lid 2 used as an example of the present invention is aluminum, 3003 (Al-Mn series), 5083 (Al-Mg series), 6N01 (Al-Mg-Si series), magnesium As two types, AZ31B and AZ91D. Here, the shape of the case body 1 is a square shape, approximately 0.5 mm in thickness, 5 × 32 × 48 mm in inner size, and the corner portion 1R. The lid 2 is approximately 1 mm thick and is a plate-like body made of the same material as the case body 1. After the lid 2 is inserted into the case main body 1 in a state close to press-fitting, the friction stir welding is performed using the rotary tool 3 and the metal is joined.
[0020]
FIG. 2 is an enlarged view around the joint. The rotary tool 3 used for the friction stir welding is made of metal such as tool steel which is harder than the case body 1 and the lid 2. The rotary tool 3 includes a pin portion 6 having a tip screw formed thereon and a shoulder portion 7 that is thicker than the pin portion 6. The entire length of the pin portion 6 is inserted in a state where it is rotated in the joint portion, and the shoulder portion 7 is also inserted slightly. Joining is performed along the joining direction 5 while rotating the rotary tool 3 in the rotational direction 4. At this time, the case body 1 and the lid 2 are joined by frictional heat generated by the rotating tool 3 and a plastic flow phenomenon. Moreover, in order to ensure joining, the joining target object was fixed using the jig 10. As shown in FIG. 3, the joining portion 8 obtained by the joining method has no joining defect and is smooth. In this embodiment, the tool rotation speed was 20000 rpm and the welding speed was 1000 mm / min. The jig 10 is in contact with the inner periphery of the ring-shaped protrusion 13 provided on the outer peripheral upper surface of the lid 2, is fixed so as to support the load of the rotary tool 3, and friction stir welding is performed. The protrusion 13 can be removed by cutting or cutting after joining.
[0021]
4 and 5 are cross-sectional views showing a structure in which a taper is provided at the end of the lid 2 and joined. 4 is provided with a ring-shaped protrusion 13 similar to that in FIG. 2 and is fixed and joined by the same jig 13. FIG. 5 shows a ring-shaped protrusion 13 on the outer peripheral surface of the opening end of the bag-shaped case body 1. The case body 1 is inserted into the cavity of the jig 13 along the outer periphery and is the same as described above. To be joined. After joining, the protrusion 13 can be removed in the same manner as described above.
[0022]
Table 1 shows the results of the underwater airtightness test of five types of cases obtained in this example. The test conditions were 5 kg / cm ² N ₂ gas injected, left at room temperature for 240 hours, and then inspected for gas leakage. As a comparative material, a case prepared by laser welding, which is a conventional method, was also tested.
[0023]
[Table 1]

[0024]
As a result, the case of the present invention was excellent in airtightness, and no cracks occurred. On the other hand, some leakage occurred in the case of laser welding.
[0025]
(Example 2)
When the light weight of the battery itself is excellent, such as a lithium ion secondary battery, the weight of the case itself is desired to be as thin and light as possible. However, when the case body and the lid are joined by friction stir welding as in the present invention, the force generated by pressing the rotary tool 3 against the joint may cause deformation of the case, and adjustment of the shape of the joint. It is necessary to prevent deformation of the case by locally thickening and using appropriate jigs.
[0026]
Fig. 6 shows an example in which the lid 2 is press-fitted into the case body 1 and then the rotary tool 3 is inserted and joined from above. In this case, if the pressing force of the rotary tool 3 is increased, the case body 1 may be crumpled. The joining in FIG. 6 is performed similarly to FIG.
[0027]
Fig. 7 is a cross-sectional view of the joint where the pressing force is dispersed by providing an inclination at the corners of the case body 1 and the lid 2 to prevent the case body from being crumpled. The joining in FIG. 7 is performed in the same manner as in FIG.
[0028]
In FIG. 8 or FIG. 9, the projection is prevented by providing the projection 9 on the case body. The convex portion 9 was formed when the case body was press-molded or cast. These joinings are performed in the same manner as in FIG.
[0029]
FIG. 10 or FIG. 11 is a cross-sectional view having a structure in which the case main body 1 and the lid 2 are fixed and supported by the jig 10 so as to prevent a bruise and improve the dimensional accuracy of the case.
[0030]
(Example 3)
In the case of a thin case such as a lithium ion secondary battery case, it is desirable that the case body and the lid be joined with fewer steps. However, securing the dimensional accuracy is a problem due to the thin wall, and in the present invention, positioning using a jig and caulking and the dispersion of the pressing force of the rotary tool were tried.
[0031]
12 and 13 are cross-sectional views showing an example in which friction stir welding is performed after caulking. In this case, the corners of the caulking portion 11 are joined by the rotary tool 3. Further, as shown in FIG. 14, the case main body 1 and the lid 2 are caulked with a jig 10 to form a caulking portion 11, and the case main body 1 and the lid 2 are joined with the rotary tool 3 while being fixed with the jig 10. As a result, it was found that the wave of the case body 1 which is a thin plate can be suppressed and the joining conditions can be stabilized.
[0032]
FIG. 15 shows another method of joining, such as a method of providing a taper 12 at the end of the lid 2, and FIG. 16 shows a method of providing a convex at the end of the lid 2 and a concave on the upper inner surface of the case body 1. It is sectional drawing which also implemented the method of providing and crimping the caulking part 11 by caulking. In any case, good bonding was performed.
[0033]
In FIG. 17, the case body 1 has the ring-shaped protrusion 13 as described above, and the flat lid 2 is placed on the protrusion 13 and the protrusion side is bonded as described above. (A) is a perspective view, (b) is a sectional view. The joint 8 can cut or cut the projection 13 after joining depending on the place of joining.
[0034]
【The invention's effect】
According to the present invention, in particular, in a lithium ion secondary battery case, the case main body and the lid can be reliably joined by friction stir welding, so that the battery contents are not thermally affected and the distortion is low. In addition, a product with high sealing performance can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a lightweight case of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 15 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
FIG. 17 is a cross-sectional view showing a joint portion of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... Case body, 2 ... Cover, 3 ... Rotary tool, 4 ... Rotation direction, 5 ... Joint direction, 6 ... Pin part, 7 ... Shoulder part, 8 ... Joint part, 9 ... Convex part, 10 ... Jig, 11 ... Caulking part, 12 ... taper part, 13 ... projection.

Claims

In a method for manufacturing a lightweight case made of aluminum, magnesium or an alloy thereof, and having a bag-like case body and a lid, a protrusion is provided in the vicinity of one joint of the case body and the lid, and the protrusion A method for manufacturing a lightweight case, wherein a jig is placed on the case, and the case body and the lid are joined metallically by a friction stir welding method while supporting a load caused by insertion of a rotating tool.

2. The friction stir welding method according to claim 1, wherein the friction stir welding method includes joining in a coolant of water, oil, or an inert gas or while forcibly cooling the coolant in the vicinity of a joint. A lightweight case manufacturing method.

3. The method for manufacturing a lightweight case according to claim 1, wherein the case main body and the lid are joined together after caulking.

The method of manufacturing a lightweight case according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness of the case body and the lid is 0.1 to 1 mm.

5. The method for manufacturing a lightweight case according to claim 1, wherein at least one of the case main body and the lid is produced by deep drawing or press molding.

5. The method for manufacturing a lightweight case according to claim 1, wherein at least one of the case main body and the lid is produced by rolling or injection molding.

7. A battery case manufacturing method comprising a lightweight case having a bag-like case body and a lid, wherein the lightweight case is produced by the lightweight case manufacturing method according to claim 1. Manufacturing method.