JP6936111B2

JP6936111B2 - 電池ケース本体の製造方法

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Publication number: JP6936111B2
Application number: JP2017202036A
Authority: JP
Inventors: 克昌廣瀬
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2017-10-18
Filing date: 2017-10-18
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-10-18
Also published as: JP2019075334A

Description

この発明は、角形電池ケースに用いられる電池ケース本体の製造方法に関し、さらに詳しくいえば、一端が開口するとともに他端が閉鎖された角筒状であり、かつ一端開口が閉鎖部材により塞がれて、たとえばリチウムイオン二次電池の角形電池ケースとして用いられる電池ケース本体の製造方法に関する。

この明細書及び特許請求の範囲において、「アルミニウム」という用語には、純アルミニウムの他にアルミニウム合金を含むものとする。

また、この明細書において、「板」という用語には、箔も含むものとする。

さらに、この明細書において、板状体の厚さ方向に対して垂直な方向を板状体の面方向というものとする。

リチウムイオン二次電池は、他の二次電池よりもエネルギー密度が高く、高電圧での動作が可能であり、小型化が比較的容易である等の優れた特性を有しており、ハイブリッド車両(HV）、プラグインハイブリッド車両（PHV）、電気車両（EV）、スマートフォン、タブレットコンピュータ、ノートブックコンピュータ、デジタルカメラなど多種多様な用途に使用されている。

ところで、リチウムイオン二次電池は、充放電時の電池反応や電池の内部抵抗によって発熱し、高温になると電極材料同士の副反応によって劣化が進行するため、温度上昇を抑制する必要がある。

リチウムイオン二次電池を冷却する冷却装置として、たとえば特許文献１記載の冷却装置が提案されている。特許文献１記載の冷却装置は、頂壁外面が平坦な伝熱面となっているとともに、内部に冷媒が流通する冷媒通路を有する金属製冷却部材を備えており、リチウムイオン二次電池が冷却部材の伝熱面上に、シリコン樹脂などの合成樹脂からなる熱伝導シートを介して載置され、冷却部材の冷媒通路を流れる冷媒から冷却部材の頂壁及び熱伝導シートを介してリチウムイオン二次電池に伝わる冷熱によってリチウムイオン二次電池が冷却されるようになっている。

上述したような冷却装置により冷却されるリチウムイオン二次電池の電池ケースは、優れた伝熱性を有することが求められており、特許文献１には、リチウムイオン二次電池の電池ケースとして、アルミニウム、ステンレス鋼などの金属製のものを用いることが記載されている。

しかしながら、最近では、リチウムイオン二次電池を効率良く冷却するために、電池ケースの熱伝導性をさらに向上させることが求められている。

特許第６０２０９４２号公報

この発明の目的は、上記実情に鑑みてなされたものであって、特許文献１記載の電池ケースに比べて熱伝導性が向上した角形電池ケースに用いられる電池ケース本体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。

1)一端が開口するとともに他端が閉鎖された角筒状であり、かつ角形電池ケースに用いられる電池ケース本体を製造する方法であって、
炭素粒子とバインダとを含有する塗工液を、アルミニウム箔の塗工予定面全体のうちの一部分に塗工して乾燥することにより、前記アルミニウム箔の前記塗工予定面に炭素粒子層が部分的に形成された塗工箔を得る工程と、
複数の前記塗工箔を積層して積層体を得るとともに当該積層体を加熱することにより前記複数の塗工箔を接合一体化し、一部がアルミニウムと炭素粒子とが複合化された複合材からなるとともに残部がアルミニウムからなるブランクを得る工程と、
前記ブランクにプレス加工を施して塑性変形させた後に仕上げ加工を施すことにより、一端が開口するとともに他端が閉鎖された角筒状に成形する工程とを含む電池ケース本体の製造方法。

2)製造すべき電池ケース本体が、４つの側壁部からなる側壁および側壁の一端に一体に設けられた底壁よりなり、側壁の各側壁部と底壁とが丸みを有する部分円筒状の第１連接部を介して連なり、側壁の隣り合う側壁部同士が丸みを有する部分円筒状の第２連接部を介して連なり、さらに側壁の隣り合う２つの側壁部と底壁とが部分球面状の第３連接部を介して連なっており、前記ブランクにおける第２連接部および第３連接部を形成する部分がアルミニウムからなるとともに、側壁の全側壁部、底壁および全第１連接部のうちの少なくとも一部を形成する部分が前記複合材からなる上記1)記載の電池ケース本体の製造方法。

3)前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部に加えて、側壁の対向する１対の側壁部、および当該両側壁部と底壁との間の２つの第１連接部を形成する部分がアルミニウムからなり、側壁の残りの２つの側壁部、底壁および残りの２つの第１連接部を形成する部分が前記複合材からなる上記2)記載の電池ケース本体の製造方法。

4)前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部を形成する部分のみがアルミニウムからなり、側壁の全側壁部、底壁および全第１連接部を形成する部分が前記複合材からなる上記2)記載の電池ケース本体の製造方法。

5)前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部に加えて、側壁の全側壁部および全第１連接部を形成する部分がアルミニウムからなり、底壁を形成する部分のみが前記複合材からなる上記2)記載の電池ケース本体の製造方法。

6)前記ブランクが方形であり、当該ブランクに絞り加工およびしごき加工を含むプレス加工、またはインパクト加工からなるプレス加工を施した後、形成された耳をトリミングする仕上げ加工を施す上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。

7)前記ブランクが楕円形であり、当該ブランクに絞り加工およびしごき加工を含むプレス加工、またはインパクト加工からなるプレス加工を施した後、形成された耳をトリミングする仕上げ加工を施す上記1)〜5)のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。

8)前記炭素粒子が、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粒子および炭素繊維からなる群より選択される少なくとも１種類からなる上記1)〜7)のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。

9)前記複合材が、アルミニウムマトリックスおよびアルミニウムマトリックス中に分散した炭素粒子からなる上記1)〜8)のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。

10)前記複合材が、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料中に前記炭素粒子が面方向に分散した複数の炭素粒子分散層と、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層とを有し、前記炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、前記複合材の厚さ方向に交互に積層状に配列されている上記9)記載の電池ケース本体の製造方法。

上記1)〜10)の方法により製造された電池ケース本体を用いた電池ケースによれば、ケース本体の側壁及び底壁の全体のうち少なくとも一部が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されることにより形成された複合材からなるので、複合材からなる部分の熱伝導性が、アルミニウム単体からなるものに比べて向上する。したがって、前記複合材からなる部分の電池ケース本体外面側を向いた部分を、伝熱器に熱的に接触させておくことによって、伝熱器からの冷熱または温熱を、複合材を経て電池ケース内部に収納された発電要素に効率良く伝えることが可能になる。その結果、電池の発電要素を冷却する場合、発電要素を効率良く冷却することができる。これとは逆に、電池の発電要素を適正温度まで加熱する必要がある場合、発電要素を効率良く適正温度に加熱することができる。

しかも、一部がアルミニウムと炭素粒子とが複合化された複合材からなるとともに残部がアルミニウムからなるブランクを、炭素粒子とバインダとを含有する塗工液を、アルミニウム箔の塗工予定面全体のうちの一部分に塗工して乾燥することにより、前記アルミニウム箔の前記塗工予定面に炭素粒子層が部分的に形成された塗工箔を得た後に、複数の前記塗工箔を積層して積層体を得るとともに当該積層体を加熱してバインダを除去することにより前記複数の塗工箔を接合一体化することによりつくることができるので、比較的安価に製造することができる。さらに、ブランクにおける後工程のプレス加工の際の塑性変形の度合いが高い部分を、成形性の高いアルミニウムで形成しておくことによって、熱伝導性に優れているものの伸びが小さい前記複合材を有する電池ケース本体を低コストで簡単に製造することができる。

上記1)の方法により製造すべき電池ケース本体が、４つの側壁部からなる側壁及び側壁の一端に一体に設けられた底壁よりなり、側壁の各側壁部と底壁とが丸みを有する部分円筒状の第１連接部を介して連なり、側壁の隣り合う側壁部同士が丸みを有する部分円筒状の第２連接部を介して連なり、さらに側壁の隣り合う２つの側壁部と底壁とが部分球面状の第３連接部を介して連なっている場合、プレス加工を施す際の塑性変形の度合いが高いのは、ブランクにおける第２連接部及び第３連接部を形成する部分であるが、この場合であっても、上記2)の方法によれば、ブランクにおける第２連接部となる部分及び第３連接部を形成する部分がアルミニウムからなるので、低コストで簡単にプレス加工を施すことができる。

上記3)の方法により製造された電池ケース本体を備えた電池ケースによれば、電池の温度調節を効率良く行うことができる。すなわち、電池は、伝熱器の上に載せられることが一般的であるが、この場合、伝熱器に接触する底壁の少なくとも一部と、電池の中央部の近くに存在する対向する１対の側壁部とが複合材により形成されていると、電池と伝熱器との間での伝熱は、底壁と両側壁部を介して行われることになり、伝熱経路が増えて電池の温度調節を効率良く行うことができる。

上記4)の方法により製造された電池ケース本体を備えた電池ケースによれば、電池ケース本体の側壁の全側壁部及び底壁を介して伝熱器から熱が伝わるので、発熱の度合いが高く高温になりやすい電池の中央部への冷熱の伝熱、及び熱が伝わりにくい電池の中央部への温熱の伝熱を効率良く行うことができる。

上記5)の方法により製造された電池ケース本体を備えた電池ケースによれば、電池の温度調節を効率良く行うことができる。すなわち、電池は、伝熱器の上に載せられることが一般的であるが、この場合、伝熱器に接触する底壁のみが複合材により形成されていると、伝熱器と電池との間での伝熱が阻害されることはなく、電池の温度調節を効率良く行うことができる。しかも、必要最小部分を複合材で形成しておくだけなので、材料コストが安くなる。

上記7)の方法によれば、ブランクに絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工、またはインパクト加工からなるプレス加工を施した際に形成される耳の量が少なくなるので、耳をトリミングする仕上げ加工を比較的簡単に行うことができる。

上記8)の方法によれば、用いられる複合材の熱伝導率を向上させることができ、その結果複合材の熱伝導率を確実に向上させることができる。また、複合材におけるアルミニウムと炭素粒子との複合化を確実に行うことができる。

上記9)の方法によれば、用いられる複合材のアルミニウムマトリックス中での炭素粒子の偏りが少なくなり、複合材の熱伝導性の均一化が図られる。

上記10)の方法によれば、用いられる複合材の炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、前記複合材の厚さ方向に交互に積層状に配列されているので、炭素粒子分散層の厚みをなるべく薄くしつつ、炭素粒子分散層の数を多くすることが可能になり、複合材の熱伝導率を効果的に高めることができる。

この発明の方法で製造された電池ケース本体を有する電池ケースが用いられた角形リチウムイオン二次電池を示す斜視図である。図１の角形リチウムイオン二次電池の電池ケースの電池ケース本体を示す一部切り欠き斜視図である。図２の電池ケース本体の側壁の少なくとも一部を形成する複合材を示す拡大断面図である。図２に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの平面図である。図４に示すブランクにプレス加工を施すことにより得られた電池ケース本体の半製品を示す斜視図である。図５に示す半製品に仕上げ加工を施す方法を示す斜視図である。図４に示すブランクをつくる方法における塗工箔を得る工程を説明する概略図である。塗工箔の条材の概略断面図である。塗工箔の条材を切断する方法を示す概略図である。積層体の概略側面図である。複数の塗工箔を加圧加熱焼結装置により接合一体化する場合の概略図である。図２に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す平面図である。図１の角形リチウムイオン二次電池の電池ケースの電池ケース本体の第１の変形例を示す一部切り欠き斜視図である。図１３に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの平面図である。図１３に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す平面図である。図１の角形リチウムイオン二次電池の電池ケースの電池ケース本体の第２の変形例を示す一部切り欠き斜視図である。図１６に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの平面図である。図１６に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す平面図である。図１の角形リチウムイオン二次電池の電池ケースの電池ケース本体の第３の変形例を示す一部切り欠き斜視図である。図１９に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの平面図である。図１９に示す電池ケース本体を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す平面図である。

以下、この発明の実施形態を、図面を参照して説明する。この実施形態は、この発明による電池ケースをリチウムイオン二次電池に用いたものである。

以下の説明において、全図面を通じて同一物及び同一部分には同一符号を付す。

図１はこの発明の方法で製造された電池ケース本体が用いられた電池ケースを有する角形リチウムイオン二次電池を示し、図２はこの発明の方法で製造された電池ケース本体を示し、図３は電池ケース本体の少なくとも一部を形成する複合材の詳細な構成を示す。また、図４〜図１１は電池ケース本体の製造方法を示す。

図１において、角形リチウムイオン二次電池１００は、角形電池ケース１０１と、電池ケース１０１内に収納された発電要素（図示略）とよりなり、上端面に１対の端子１０２が突出状に設けられている。

電池ケース１０１は、上端が開口するとともに下端が閉鎖された角筒状の電池ケース本体１０３と、電池ケース本体１０３の上端部にレーザー溶接法などにより接合されて電池ケース本体１０３の上端開口を閉鎖するアルミニウム製閉鎖部材１０４とよりなる。

図２に示すように、電池ケース１０１の電池ケース本体１０３は、上下両端が開口した角筒状の側壁１０５と、側壁１０５の下端（一端）に一体に設けられて側壁１０５の下端開口を閉鎖する底壁１０６とよりなる。

電池ケース本体１０３の側壁１０５は、互いに対向しかつ上下両辺の長さが側壁１０５の上下方向の高さよりも長くなっている２つの側壁部１０７ａからなる第１側壁部対１０７と、互いに対向しかつ上下両辺の長さが側壁１０５の上下方向の高さよりも短くなっている他の２つの側壁部１０８ａからなる第２側壁部対１０８とを有しており、側壁１０５の両側壁部対１０７，１０８の各側壁部１０７ａ，１０８ａと底壁１０６とが丸みを有する部分円筒状の第１連接部１０９を介して連なり、側壁１０５の隣り合う２つの側壁部１０７ａ，１０８ａが丸みを有する部分円筒状の第２連接部１１０を介して連なり、さらに側壁１０５の隣り合う２つの側壁部１０７ａ，１０８ａと底壁１０６とが部分球面状の第３連接部１１１を介して連なっている。

図２に網掛けが付されているように、側壁１０５の第１側壁部対１０７の２つの側壁部１０７ａ、当該両側壁部１０７ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されることにより形成された複合材６０によって形成され、側壁１０５の第２側壁部対１０８の２つの側壁部１０８ａ、当該両側壁部１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１がアルミニウムによって形成されている。

図２に示す電池ケース本体１０３を備えたリチウムイオン二次電池１００において、第１側壁部対１０７の一方の側壁部１０７ａ、同他方の側壁部１０７ａ、及び底壁１０６のうちの少なくともいずれか１つが、リチウムイオン二次電池１００の発電要素に熱を伝える際の伝熱部となっている。

図３に示すように、複合材６０は、アルミニウムマトリックス６３、及びアルミニウムマトリックス６３中に分散した炭素粒子１を含むものであり、アルミニウムマトリックス６３を構成するアルミニウム材料中に炭素粒子１が面方向に分散した複数の炭素粒子分散層６１と、アルミニウムマトリックス６３を構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層６２と、上下両端の端部アルミニウム層６４とを積層状に備えている。

炭素粒子分散層６１とアルミニウム層６２は、複合材６０の厚さ方向の全体に亘って交互に積層された状態に配列されている。各炭素粒子分散層６１において、炭素粒子１はアルミニウムマトリックス６３中において複合材６０の面方向に分散しており、複合材６０の厚さ方向には殆ど分散していない。各アルミニウム層６２中には炭素粒子１は実質的に存在していない。そして、複数の炭素粒子分散層６１と複数のアルミニウム層６２とが、たとえば焼結複合化により接合一体化されている。炭素粒子分散層６１の厚さは、限定されるものではないが、１〜１００μｍであることが好ましい。アルミニウム層６２の厚さは限定されるものではないが、５〜２００μｍであることが好ましい。複合材６０の上下両端の端部アルミニウム層６４のうちのいずれか一方は、たとえば焼結により接合一体化されたアルミニウム板６５からなる。なお、下端の端部アルミニウム層６４は必ずしも必要としない。

複合材６０に用いられる炭素粒子の種類は限定されるものではないが、なるべく高い熱伝導率を有するもの、即ち高熱伝導性のものを用いることが望ましい。特に、炭素粒子としては、天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が用いられることが好ましい。天然黒鉛粒子としては、鱗片状黒鉛粒子等が用いられる。人造黒鉛粒子としては、等方性黒鉛粒子、異方性黒鉛粒子、熱分解黒鉛粒子等が用いられる。炭素粒子が天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子である場合、平均粒子径が１０μｍ以上３ｍｍ以下の天然黒鉛粒子及び人造黒鉛粒子が好適に用いられる。

また、複合材６０の炭素粒子としては、炭素繊維、カーボンナノチューブ及びグラフェンからなる群より選択される少なくとも一種が用いられることもある。炭素繊維としては、ピッチ系炭素繊維、ＰＡＮ系炭素繊維などが用いられる。
カーボンナノチューブとしては、単層カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ、気相成長炭素繊維（ＶＧＣＦ（登録商標））等が用いられる。炭素粒子が炭素繊維である場合、平均繊維長が１０μｍ以上２ｍｍ以下の短炭素繊維が特に好適に用いられる。炭素粒子がカーボンナノチューブである場合、平均長さが１μｍ以上１０μｍ以下のカーボンナノチューブが特に好適に用いられる。

電池ケース本体１０３の製造方法について、図４〜図１１を参照して説明する。

電池ケース本体１０３は、図４に示すようなブランク８０に絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施すことにより、図５に示すような耳８２を有する角筒状の半製品８１を成形し、その後、図６に示すように、半製品８１にトリミングを含む仕上げ加工を施して耳８２を有する一定長さ部分を切除することにより製造される。

ブランク８０は方形状であって、側壁１０５の第１側壁部対１０７の２つの側壁部１０７ａ、当該両側壁部１０７ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６を形成する第１部分８３(網掛けを付した部分)が複合材６０からなり、側壁１０５の第２側壁部対１０８の２つの側壁部１０８ａ、当該両側壁部１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１を形成する第２部分８４がアルミニウムからなる。

ブランク８０の製造方法は、図７に示すように、アルミニウム箔１０の塗工予定面１０ａに炭素粒子層１１が部分的に形成された塗工箔１２を得る工程Ａと、複数の塗工箔１２が積層された状態の積層体１５を形成する工程Ｂと、積層体１５を加熱することにより複数の塗工箔１２を接合一体化する工程Ｃと、を含む。

塗工箔１２を得る工程Ａでは、塗工箔１２は、所定の塗工液５をアルミニウム箔１０の塗工予定面１０ａ全体のうちの一部分に塗工し乾燥することにより得られる。

アルミニウム箔１０は複合材６０のアルミニウムマトリックス６３を形成するものである。アルミニウム箔１０は高い熱伝導率を有しており、得られる複合材６０の熱伝導率を高めることができる。

アルミニウム箔１０の厚さは限定されるものではなく、５〜５００μｍであることが望ましく、１０〜５０μｍであることが特に望ましい。

図７においては、アルミニウム箔１０としてアルミニウム箔１０の帯状条材１０Ａ（即ち帯状の長尺なアルミニウム箔１０）が用いられている。塗工液５が部分的に塗工されるアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａは、アルミニウム箔１０の条材１０Ａの厚さ方向の両側の表面のうち片側の表面である。

塗工液５は、炭素粒子１とバインダ２とバインダ２用溶剤３とを混合状態に含有するものであり、例えば次のようにして得られる。

すなわち、図７に示すように、塗工液５は、炭素粒子１とバインダ２と溶剤３とを混合容器４１内に入れこれらを撹拌混合器４２により撹拌混合することにより、得られる。なお必要に応じて、塗工液５には分散剤（図示せず）、表面調整剤（図示せず）などが添加される。

炭素粒子１としては例えば、鱗片状黒鉛粉末などの鱗片状黒鉛粒子を使用できる。

炭素粒子１の平均粒径を「ｄ」とすると、ｄは１００μｍ以上であることが好ましい。その理由は、ｄが１００μｍ以上であることにより複合材６０の内部において炭素粒子１とアルミニウムマトリックス６３との間の界面熱抵抗を確実に小さくすることができ、これにより複合材６０の熱伝導率を確実に高めることができるからである。ｄの上限は限定されるものではないが１０００μｍであることが望ましい。その理由は、塗工液５の塗工時における炭素粒子１の割れを確実に抑制できるからである。

炭素粒子１の平均アスペクト比は限定されるものではない。しかるに、一般に炭素粒子１のアスペクト比が大きい方が炭素粒子１の熱伝導率は高いことから、炭素粒子１の平均アスペクト比はなるべく大きい方が望ましく、３０以上であることが特に望ましい。平均アスペクト比の望ましい上限は限定されるものではないが１００であることが望ましい。その理由は、塗工液５の塗工時における炭素粒子１の割れを確実に抑制できるからである。

ここで、炭素粒子１の粒径とは、電子顕微鏡等の観察手段で観察される炭素粒子１の面方向の円相当直径を意味する。炭素粒子１の平均粒径ｄは、多数の炭素粒子１の中から任意に選択された１００個の炭素粒子１の粒径の算術平均で算出される。また、炭素粒子１の厚さは電子顕微鏡等の観察手段で観察して測定される。炭素粒子１の平均厚さは、多数の炭素粒子１の中から任意に選択された１００個の炭素粒子１の厚さの算術平均で算出される。炭素粒子１の平均アスペクト比は炭素粒子１の「平均粒径／平均厚さ」により算出される。

バインダ２は、炭素粒子１にアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａへの付着力を付与して炭素粒子１が塗工予定面１０ａから脱落するのを抑制するためのものである。バインダ２は通常、有機樹脂等の樹脂からなる。具体的には、バインダ２として、ポリエチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、アクリル系樹脂などを使用できる。

溶剤３はバインダ２を溶解するものである。具体的には、溶剤３として、親水性溶剤（例：イソプロピルアルコール、水）、有機溶剤などを使用できる。

撹拌混合器４２としては、ディスパー、プラネタリーミキサー、ビーズミルなどを使用できる。

塗工液５をアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに塗工するための塗工方法は限定されるものではない。好ましくは、塗工液５の塗工は、図７に示すように、アルミニウム箔１０の条材１０Ａを巻き出す巻出しロール３１とアルミニウム箔１０の条材１０Ａを巻き取る巻取りロール３２とを用いたロールｔｏロール方式により行われる。

さらに、同図では、巻出しロール３１と巻取りロール３２との間に、三本ロール型のオフセット印刷装置２０と乾燥装置としての乾燥炉３５とがアルミニウム箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｆに並んで設置されている。

オフセット印刷装置２０は、塗工液５をアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに塗工するものであり、三本ロールとして、インキロール２１、転写ロール２２及びバックアップロール２３を備えており、更に、インキパンとしての塗工液パン２５などを備えている。

インキロール２１はその周面２１ａの周方向の一部が塗工液パン２５内の塗工液５に漬けられた状態に配置されている。転写ロール２２の周面２２ａは平滑に形成されている。転写ロール２２の回転方向はアルミニウム箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｆと同じ方向に設定されている。バックアップロール２３は転写ロール２２と対向して配置されている。

オフセット印刷装置２０では、パン２５内の塗工液５は、インキロール２１の回転によりインキロール２１の周面２１ａから転写ロール２２の周面２２ａに供給付着されたのち転写ロール２２の回転によりアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに転写塗工される。

乾燥炉３５は、オフセット印刷装置２０に対してアルミニウム箔１０の条材１０Ａの送り方向Ｆの下流側に設置されており、アルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに塗工された塗工液５を加熱乾燥することで塗工液５中の溶剤３を塗工液５から蒸発除去するものである。

巻出しロール３１から巻き出されたアルミニウム箔１０の条材１０Ａは、オフセット印刷装置２０の転写ロール２２とバックアップロール２３との間と、乾燥炉３５とを順次通過したのち巻取りロール３２に巻き取られる。

塗工液５は、アルミニウム箔１０の条材１０Ａが転写ロール２２とバックアップロール２３との間を通過する際に、転写ロール２２によってアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに塗工される。

塗工液５を塗工する前には、アルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａを部分的に樹脂シート等からなるマスキングシート（図示せず）で覆い、この状態で塗工液５の塗工を行う。これにより、塗工形５が塗工予定面１０ａにおけるマスキングシートで覆われていない部分に塗工される。

その後、塗工予定面１０ａに塗工された塗工液５は、乾燥炉３５を通過することによって塗工液５から溶剤３が蒸発除去される。次いで、塗工予定面１０ａからマスキングシートを除去する。これにより、アルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに部分的に炭素粒子層１１が形成され、すなわち塗工箔１２の条材１２Ａが得られる。塗工予定面１０ａにおける炭素粒子層１１が形成された部分は、塗工予定面１０ａにおける塗工液５が塗工された部分、すなわち塗工予定面１０ａにおけるマスキングシートで覆われていなかった部分である。

上述したような三本ロール型のオフセット印刷装置２０による塗工液５の塗工方法では、転写ロール２２の周面２２ａがアルミニウム箔１０の条材１０Ａの塗工予定面１０ａに当接したとき、転写ロール２２の周面２２ａ上の塗工液が塗工予定面１０ａに付着する。そして、転写ロール２２の周面２２ａが塗工予定面１０ａから離れることにより、塗工液５が塗工予定面１０ａに転写塗工される。その際に図８に示すように塗工液５中の炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５が塗工予定面１０ａに塗工されることが望ましい。その理由について以下に説明する。

すなわち、炭素粒子１同士が重なった状態で塗工液５が塗工予定面１０ａに塗工された場合、塗工液５を乾燥炉（乾燥装置）３５により乾燥することにより、炭素粒子１同士が重なった状態の炭素粒子層が塗工予定面１０ａに形成される。このような炭素粒子層を有する塗工箔の条材では、接合一体化する工程Ｃにおいて複数の塗工箔を良好に接合一体化することが非常に困難である。そこで、複数の塗工箔を良好に接合一体化できるようにするため、図８に示すように塗工液５中の炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５が塗工予定面１０ａに塗工されることが良い。

塗工予定面１０ａ上に塗工される単位面積当たりの炭素粒子１の塗工量は限定されない。特に、炭素粒子１の塗工量が１〜８０ｇ／ｍ^２になるように塗工液５が塗工予定面１０ａに塗工されることが望ましい。その理由は次のとおりである。

炭素粒子１の塗工量が１ｇ／ｍ^２未満の場合、炭素粒子１による複合材６０の熱伝導率を高める効果が小さい。

炭素粒子１の塗工量が８０ｇ／ｍ^２を超える場合、炭素粒子１同士が５〜１０層程度重なり、その結果塗工箔を積層して積層体１５を形成し、積層体１５を加熱して複数の塗工箔１２を接合一体化する工程Ｃにおいて、炭素粒子の重なり部分にアルミニウムが入り込まず、接合が不十分になる虞があることから、塗工液５を塗工予定面１０ａに塗工し得る炭素粒子１の塗工量の望ましい上限は約８０ｇ／ｍ^２である。複数の塗工箔１２の接合が不十分であると、複合材６０の熱伝導率の向上も見込めず、また深絞りなどの塑性変形を伴う加工が困難になる。

したがって、炭素粒子１の塗工量が１〜８０ｇ／ｍ^２になるように塗工液５が塗工予定面１０ａに塗工されることにより、複数の塗工箔１２を良好に接合一体化することができて、複合材６０の熱伝導率を確実に高めることができる。

さらに、塗工液５の塗工が三本ロール型のオフセット印刷装置２０により行われることにより、炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５を塗工予定面１０ａに容易に且つ確実に塗工することができる。その理由は次のとおりである。

すなわち、三本ロール型のオフセット印刷装置２０では、インキロール２１の周面２１ａから転写ロール２２の周面２２ａに付着する塗工液５の量は、インキロール２１の周面２１ａに付着した塗工液５の量よりも少なく、また、インキロール２１−転写ロール２２間の加圧条件を変更することにより容易に調節可能である。このことから、インキロール２１の周面２１ａに付着する塗工液５の量と、インキロール２１−転写ロール２２間の加圧条件とをそれぞれ適切に調節することにより、塗工液５を塗工予定面１０ａに薄く塗工することができる。そのため、炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５を塗工予定面１０ａに容易に且つ確実に塗工することができる。

また、炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５を確実に塗工するには、塗工装置として、グラビア印刷装置を用いても良い。

一方、その他の一般的な塗工装置として、インクジェット、ナイフコーター、ダイコーター、スプレーコーター、カーテンコーター等が知られているが、このような塗工装置では、フィラーとしての炭素粒子１が大きすぎるため、塗工液５を塗工予定面１０ａに薄く塗工することが困難であり、その結果、炭素粒子１同士が重なるように塗工液５が塗工され易い。したがって、炭素粒子１同士が重ならないように塗工液５を塗工するには、塗工装置として、上述した三本ロール型のオフセット印刷装置２０又はグラビア印刷装置を用いることが望ましい。

図９に示すように、積層体１５を形成する工程Ｂでは、巻取りロール３２から巻き解られた塗工箔１２の条材１２Ａを切断機３９により所定形状に切断する。これにより、塗工箔１２の条材１２Ａから所定形状（例：略四角形状）の塗工箔１２を複数切り出す。

次いで、図１０に示すように複数の塗工箔１２を積層することにより、複数の塗工箔１２が積層された状態の積層体１５を形成する。この積層体１５はプリフォーム（焼結素材）として用いられるものである。この積層体１５では、積層体１５を構成する複数の塗工箔１２は、塗工箔１２における炭素粒子層１１が形成された部分が重なるように且つ塗工箔１２における炭素粒子層１１が形成されていない部分が重なるように積層されている。

積層体１５を形成するための塗工箔１２の積層枚数は限定されるものではなく、所望する複合材６０の厚さなどに対応して設定され、例えば１０〜１０００枚である。

積層体１５の塗工箔１２を接合一体化する工程Ｃでは、積層体１５を加圧加熱焼結装置などによって所定の焼結雰囲気（例：非酸化雰囲気）中にて加熱することにより焼結し、これにより複数の塗工箔１２を一括して接合一体化（詳述すると焼結一体化）する。

積層体１５の焼結方法は、真空ホットプレス法、放電プラズマ焼結法（ＳＰＳ法）、熱間静水圧焼結法（ＨＩＰ法）、圧延法などから選択される。なお、放電プラズマ焼結法はパルス通電焼結法とも呼ばれている。

具体的には、図１１に示すように、例えば、加圧加熱焼結装置（例：真空ホットプレス装置、放電プラズマ焼結装置）５０の焼結室５１内に積層体１５およびアルミニウム板６５（図３参照）を配置し、そして焼結装置５０によって所定の焼結雰囲気中にて積層体１５を塗工箔１２の積層方向（即ち積層体１５の厚さ方向）に加圧しながら所定の焼結条件で加熱することにより積層体１５を焼結し、これにより複数の塗工箔１２を一括して接合一体化（焼結一体化）するとともに、アルミニウム板６５を接合一体化（焼結一体化）する。その結果、図３に示す態様の複合材６０が得られる。

積層体１５への加圧は、例えば、焼結装置５０に備えられた一対のパンチ５２、５２で積層体１５をその厚さ方向に挟んで加圧することにより行われる。

積層体１５を焼結するための積層体１５の加熱温度、即ち積層体１５の焼結温度は限定されるものではなく、通常、アルミニウム箔１０を形成するアルミニウム材料の融点以下であり、特に、アルミニウム材料の融点と当該融点よりも約５０℃低い温度との間の温度に設定されることが望ましい。その理由は、積層体１５を確実に焼結できる（即ち複数の塗工箔１２を確実に接合一体化できる）からである。具体的には、アルミニウム箔１０が例えばアルミニウム箔である場合、積層体１５の焼結温度は５５０〜６２０℃に設定されることが望ましい。

ここで、積層体１５の焼結温度とは、複数の塗工箔１２を接合一体化する温度（即ち複数の塗工箔１２を焼結一体化する温度）を意味する。

積層体１５中に存在するバインダ２は、この工程Ｃでの積層体１５への加熱により積層体１５から除去される。詳述すると、積層体１５中に存在するバインダ２は、この工程Ｃにおいて積層体１５の温度が略室温から積層体１５の焼結温度まで上昇するように積層体１５を加熱する途中で昇華又は分解等により消失して積層体１５から除去される。

積層体１５が上述のように加熱されることにより、塗工箔１２における炭素粒子層１１が形成された部分では、アルミニウム箔１０のアルミニウム材料の一部が炭素粒子層１１内に浸透して炭素粒子層１１内に存在する微細な空隙（例：炭素粒子層１１中の炭素粒子１間の隙間）に充填されて、当該空隙が略消滅する。これにより、複合材６０の密度が上昇するとともに複合材６０の強度が向上する。

また、アルミニウム箔１０のアルミニウム材料の一部が炭素粒子層１１内に浸透することによって、塗工箔１２における炭素粒子層１１が形成された部分では、炭素粒子層１１中の炭素粒子１は複合材６０のアルミニウムマトリックス６３中に複合材６０の面方向に分散した状態になり、炭素粒子層１１は、図３に示す複合材６０の炭素粒子分散層６１になる。また、アルミニウム箔１０は複合材６０のアルミニウム層６２になる。

したがって、複合材６０においては、炭素粒子分散層６１とアルミニウム層６２は、上述したように複合材３０の厚さ方向の全体に亘って交互に積層された状態に配列する。

また、積層体１５が上述のように加熱されることにより、塗工箔１２における炭素粒子層１１が形成されていない部分では、厚さ方向に互いに重なるアルミニウム箔１０の部分が接合一体化（詳述すると焼結一体化）される。

こうして、一部が複合材６０からなるとともに残部がアルミニウムからなるブランク８０が得られる。

その後、上述したように、ブランク８０に絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施すことにより、図５に示すような耳８２を有する角筒状の半製品８１を成形し、その後、図６に示すように、半製品８１にトリミングを含む仕上げ加工を施して耳８２を有する開口側の一定長さ部分を切除することによって、電池ケース本体１０３が製造される。

図１２は図２に示す電池ケース本体１０３を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す。

図１２に示すブランク８０Ａは、図４に示すブランク８０の第１部分８３および第２部分８４の一部を切除することにより楕円形に成形したものである。この場合、ブランク８０に絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施して作られる耳８２を有する角筒状の半製品８１における耳の高さを低くすることができる。

図１３はこの発明の方法により製造される電池ケース本体の第１の変形例を示す。

図１３に示す電池ケース本体１２０は、図１３に網掛けが付されているように、側壁１０５の第２側壁部対１０８の２つの側壁部１０８ａ、当該両側壁部１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されることにより形成された複合材６０によって形成され、側壁１０５の第１側壁部対１０７の２つの側壁部１０７ａ、当該両側壁部１０７ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１がアルミニウムによって形成されている。

図１４は図１３に示す電池ケース本体１２０を製造するのに用いられるブランクを示す。

図１４において、ブランク８５は方形状であって、側壁１０５の第２側壁部対１０８の両側壁部１０８ａ、当該両側壁部１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６を形成する第１部分８６(網掛けを付した部分)が複合材６０からなり、側壁１０５の第１側壁部対１０７の２つの側壁部１０７ａ、当該両側壁部１０７ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１を形成する第２部分８７がアルミニウムによって形成されている。

ブランク８５の製造方法は、図４に示すブランク８０の製造方法と同様であり、アルミニウム箔１０の塗工予定面１０ａに炭素粒子層１１が形成された塗工箔１２を得る工程における塗工液５の塗工部分が異なるだけである。

図１５は図１３に示す電池ケース本体１２０を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す。

図１５に示すブランク８５Ａは、図１４に示すブランク８５の第１部分８６および第２部分８７の一部を切除することにより楕円形に成形したものである。この場合、ブランク８５に絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施して作られる耳を有する角筒状の半製品における耳の高さを低くすることができる。

図１６はこの発明の方法により製造される電池ケース本体の第２の変形例を示す。

図１６に示す電池ケース本体１２１は、図１６に網掛けが付されているように、側壁１０５の両側壁部対１０７，１０８の各側壁部１０７ａ，１０８ａ、すべての側壁部１０７ａ，１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されることにより形成された複合材６０によって形成され、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１がアルミニウムによって形成されている。

図１７は図１６に示す電池ケース本体１２１を製造するのに用いられるブランクを示す。

図１７において、ブランク９０は方形状であって、側壁１０５の両側壁部対１０７，１０８の各側壁部１０７ａ，１０８ａ、すべての側壁部１０７ａ，１０８ａと底壁１０６との間の第１連接部１０９、及び底壁１０６を形成する第１部分９１(網掛けを付した部分)が複合材６０からなり、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１を形成する第２部分９２がアルミニウムからなる。

ブランク９０の製造方法は、図４に示すブランク８０の製造方法と同様であり、アルミニウム箔１０の塗工予定面１０ａに炭素粒子層１１が形成された塗工箔１２を得る工程における塗工液５の塗工部分が異なるだけである。

図１８は図１６に示す電池ケース本体１２１を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す。

図１８に示すブランク９０Ａは、図１７に示すブランク９０の第１部分９１および第２部分９２の一部を切除することにより楕円形に成形したものである。この場合、ブランク９０Ａに絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施して作られる耳を有する角筒状の半製品における耳の高さを低くすることができる。

図１９はこの発明の方法により製造される電池ケース本体の第３の変形例を示す。

図１９に示す電池ケース本体１２２は、図１９に網掛けが付されているように、底壁１０６が、アルミニウムと炭素粒子とが複合化されることにより形成された複合材６０によって形成され、側壁１０５の両側壁部対１０７，１０８の各側壁部１０７ａ，１０８ａ、及びすべての第１〜第３連接部１０９，１１，１１１がアルミニウムによって形成されている。

図２０は図１９に示す電池ケース本体１２２を製造するのに用いられるブランクを示す。

図２０において、ブランク９５は方形状であって、底壁１０６を形成する第１部分９６(網掛けを付した部分)が複合材６０からなり、側壁１０５の全側壁部１０７ａ，１０８ａ、全第１連接部１０９、全第２連接部１１０及び全第３連接部１１１を形成する第２部分９７がアルミニウムからなる。

ブランク９５の製造方法は、図４に示すブランク８０の製造方法と同様であり、アルミニウム箔１０の塗工予定面１０ａに炭素粒子層１１が形成された塗工箔１２を得る工程における塗工液５の塗工部分が異なるだけである。

図２１は図１９に示す電池ケース本体１２２を製造するのに用いられるブランクの変形例を示す。

図２１に示すブランク９５Ａは、図２０に示すブランク８０の第２部分９７の一部を切除することにより楕円形に成形したものである。この場合、ブランク９５Ａに絞り加工及びしごき加工を含むプレス加工を施して作られる耳を有する角筒状の半製品８１における耳の高さを低くすることができる。

この発明による方法は、たとえば角形リチウムイオン二次電池の電池ケースに電池ケース本体の製造に好適に用いられる。

１：炭素粒子
２：バインダ
５：塗工液
１０：アルミニウム箔
１０ａ：塗工予定面
１１：炭素粒子層
１２：塗工箔
１５：積層体
６０：複合材
８０，８０Ａ，８５，８５Ａ，９０，９０Ａ，９５，９５Ａ：ブランク
１０３，１２０，１２，１２２：電池ケース本体
１０５：側壁
１０６：底壁
１０７ａ，１０８ａ：側壁部
１０９：第１連接部
１１０：第２連接部
１１１：第３連接部

Claims

一端が開口するとともに他端が閉鎖された角筒状であり、かつ角形電池ケースに用いられる電池ケース本体を製造する方法であって、
炭素粒子とバインダとを含有する塗工液を、アルミニウム箔の塗工予定面全体のうちの一部分に塗工して乾燥することにより、前記アルミニウム箔の前記塗工予定面に炭素粒子層が部分的に形成された塗工箔を得る工程と、
複数の前記塗工箔を積層して積層体を得るとともに当該積層体を加熱することにより前記複数の塗工箔を接合一体化し、一部がアルミニウムと炭素粒子とが複合化された複合材からなるとともに残部がアルミニウムからなるブランクを得る工程と、
前記ブランクにプレス加工を施して塑性変形させた後に仕上げ加工を施すことにより、一端が開口するとともに他端が閉鎖された角筒状に成形する工程とを含む電池ケース本体の製造方法。
製造すべき電池ケース本体が、４つの側壁部からなる側壁および側壁の一端に一体に設けられた底壁よりなり、側壁の各側壁部と底壁とが丸みを有する部分円筒状の第１連接部を介して連なり、側壁の隣り合う側壁部同士が丸みを有する部分円筒状の第２連接部を介して連なり、さらに側壁の隣り合う２つの側壁部と底壁とが部分球面状の第３連接部を介して連なっており、前記ブランクにおける第２連接部および第３連接部を形成する部分がアルミニウムからなるとともに、側壁の全側壁部、底壁および全第１連接部のうちの少なくとも一部を形成する部分が前記複合材からなる請求項１記載の電池ケース本体の製造方法。
前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部に加えて、側壁の対向する１対の側壁部、および当該両側壁部と底壁との間の２つの第１連接部を形成する部分がアルミニウムからなり、側壁の残りの２つの側壁部、底壁および残りの２つの第１連接部を形成する部分が前記複合材からなる請求項２記載の電池ケース本体の製造方法。
前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部を形成する部分のみがアルミニウムからなり、側壁の全側壁部、底壁および全第１連接部を形成する部分が前記複合材からなる請求項２記載の電池ケース本体の製造方法。
前記ブランクにおいて、前記第２連接部および前記第３連接部に加えて、側壁の全側壁部および全第１連接部を形成する部分がアルミニウムからなり、底壁を形成する部分のみが前記複合材からなる請求項２記載の電池ケース本体の製造方法。
前記ブランクが方形であり、当該ブランクに絞り加工およびしごき加工を含むプレス加工、またはインパクト加工からなるプレス加工を施した後、形成された耳をトリミングする仕上げ加工を施す請求項１〜５のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。
前記ブランクが楕円形であり、当該ブランクに絞り加工およびしごき加工を含むプレス加工、またはインパクト加工からなるプレス加工を施した後、形成された耳をトリミングする仕上げ加工を施す請求項１〜５のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。
前記炭素粒子が、カーボンナノチューブ、グラフェン、黒鉛粒子および炭素繊維からなる群より選択される少なくとも１種類からなる請求項１〜７のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。
前記複合材が、アルミニウムマトリックスおよびアルミニウムマトリックス中に分散した炭素粒子からなる請求項１〜８のうちのいずれかに記載の電池ケース本体の製造方法。
前記複合材が、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料中に前記炭素粒子が面方向に分散した複数の炭素粒子分散層と、前記アルミニウムマトリックスを構成するアルミニウム材料で形成された複数のアルミニウム層とを有し、前記炭素粒子分散層と前記アルミニウム層とが、前記複合材の厚さ方向に交互に積層状に配列されている請求項９記載の電池ケース本体の製造方法。