JPH1167161A

JPH1167161A - アルミニウム製電池ケースの接合方法

Info

Publication number: JPH1167161A
Application number: JP9227116A
Authority: JP
Inventors: Katsumi Tanaka; 克美田中; Shigetoshi Jogan; 茂利成願; Terunori Morita; 輝紀盛田
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Showa Aluminum Can Corp
Priority date: 1997-08-08
Filing date: 1997-08-08
Publication date: 1999-03-09
Anticipated expiration: 2017-08-08
Also published as: JP3876058B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高性能電池のためのアルミニウム製電池ケー
スをろう材などを用い、かつ電池ケース全体を高温度に
することなく、高い密封性及び高い寸法精度で、内部に
ろう材などの混入のないアルミニウム製電池ケースの接
合方法の提供。【解決手段】アルミニウム製容器本体１及びアルミニ
ウム製蓋材２を、ろう材６を用い、高密度熱源により局
部的に加熱溶融して容器本体１と蓋材２を接合するに際
し、蓋材２の容器本体内に嵌合した部分３２にパッキン
グ４を設けるか、蓋材の容器本体内に嵌合する全体の部
分にインナーシールを設けるアルミニウム製電池ケース
の接合方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高性能電池、例え
ばリチウムイオン二次電池などの高密度電池のための電
池ケース、特にアルミニウム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。該接合に際し、内容
物に熱的な影響を与えず、かつろう材などの流入のまっ
たくない、アルミニウム同士の接合により高い密封性及
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】各種電池用の電池ケースは、それぞれの
構成材に適したステンレススチール（ニッケルメッ
キ）、アルミニウムなどの素材を用いた電池ケースが開
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、容器本体及び蓋材を接合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
一つにレーザー溶接が挙げられる。これは容器本体に載
置あるいは嵌め込みなどの方法により組まれた容器本体
と蓋材のアルミニウムが接した部分を直接レーザー光に
より加熱し溶着する方法である。該方法においては、ろ
う材などを用いた方法は、工程の増加などによる生産性
の低下、コストの上昇などを避けるためかほとんど使用
はされていない。このため材料の寸法精度と接合装置の
動作精度の双方に非常に高い精度を必要とするため歩留
の面で問題がある。

【０００３】一方、通常の蓋材及び容器本体を接合し密
封性の高い容器を得るための接合方法において、ろう材
など（本発明においては、ろう材及びフラックスなどを
一括して「ろう材など」という。）を用いてのろう付け
法が良く行われているが、電池ケースへの応用に当たっ
ては、次のトラブルが予想される。（１）ろう材などの溶融温度が高く、接合の際に電池ケ
ース内に充填されている内容物（電極、セパレーター、
電解液など）に熱的にダメージを与える可能性がある。（２）ろう材などが容器内部に混入した時は、電解液と
反応したり、絶縁を低下させたりして電池の性能を低下
させる可能性がある。したがって、高密度の電池を製造
するためには、電池内へろう材などの混入がまったくな
く、また接合に際しできるだけ内容物の温度を上げず、
内容物にまったく影響を与えないで容器本体と蓋材の接
合を完全にすることが必要である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、高性能電池
のためのアルミニウム製電池ケースを、より良い接合を
行うためろう材などを用い、かつ電池の内容物に悪影響
を与えると思われる電池ケース全体を高温度にすること
なく、容器本体と蓋材を高い密封性及び高い寸法精度
で、内部にろう材などの混入のないアルミニウム製電池
ケースの接合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
ミニウム製容器本体及びアルミニウム製蓋材を、ろう材
を用い、高密度熱源により局部的に加熱溶融して容器本
体と蓋材を接合するに際し、蓋材の容器本体内に嵌合し
た部分にパッキングを設けるアルミニウム製電池ケース
の接合方法、（２）蓋材の容器本体内に嵌合した部分
に溝を設け、該溝にシリコーンゴム製パッキングを嵌め
込んだ上記（１）記載のアルミニウム製電池ケースの接
合方法、（３）シリコーンゴム製パッキングが、断面
が０．１〜０．７ｍｍφの円形または角型のリング状に
成形されたテフロンコーティングしたシリコーンゴム製
パッキングである上記（１）または（２）記載のアルミ
ニウム製電池ケースの接合方法。

【０００６】（４）アルミニウム製容器本体及びアル
ミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局
部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、
蓋材の容器本体内に嵌合する全体の部分に熱可塑製樹脂
製のインナーシールを設けるアルミニウム製電池ケース
の接合方法、（５）蓋材の容器本体内に嵌合する全体
の部分に、厚さ２５〜１００ミクロンのポリプロピレン
製ヒートラミフィルムをインナーシールとして用いる上
記（４）記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法、

【０００７】（６）高密度熱源が、エレクトロンビー
ム、レーザー光、プラズマまたは高周波誘導加熱である
上記（１）または（４）のいずれかに記載のアルミニウ
ム製電池ケースの接合方法、及び（７）ろう材など
は、あらかじめ接合部の形状に合わせて成形したもので
ある上記（１）または（４）のいずれかに記載のアルミ
ニウム製電池ケースの接合方法を開発することにより上
記の課題を解決した。

【０００８】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、蓋材を接合する。このため、容器本体と蓋材の接合
に際して電池ケースはできるだけ温度をかけないでおく
ことが必要である。またろう材などを使用する接合にお
いてはろう材などが絶対に容器内部に混入することは避
けなければならない。本発明の接合方法は、接合に際し
て高温にしないこと及び容器内部にろう材などの混入を
絶対にしないことを目標に開発されたものである。

【０００９】

【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。ろ
う材などとしては、ろう材及びフラックスがあるが、通
常ろう材はアルミニウム−シリコン系合金であり、フラ
ックスとしてはアルカリ金属塩化物−アルカリ金属ふっ
化物、場合によっては更に少量の塩化亜鉛などを含むも
のが用いられる。本発明で使用できる高密度熱源として
は、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ほど有効である。例えばエレ
クトロンビーム、レーザー光、プラズマ光、高周波誘導
加熱などがあるが、装置的にコンパクトであって、取扱
も容易で、コスト的にもリーズナブルでありかつ供給エ
ネルギーも比較的大きいレーザー光が好ましく、最も有
効である。

【００１０】本発明の重要な要件として、容器本体と蓋
材を接合するためろう材などを高密度熱源を照射して溶
融した時に、接合部は完全に接合されることの他、溶融
したろう材などが電池ケース内部に侵入しない構造とす
ることが必要である。従来のレーザー接合法などにおい
ては、ろう材などを使用せず、直接レーザー光などによ
り加熱、溶着するのが一般的に行われていた。この理由
としては、ろう材などを接合箇所に正確にセットするこ
との困難性、セットすることによる生産性の低下、それ
に基づくコストの上昇を避けるためと考えられる。本発
明方法においては、ろう材などを確実にかつ容易にセッ
トするために、ろう材などをあらかじめ自動的にセット
できるように接合部の形状に合わせて成形しておくこと
により生産性の低下を防止している。この形状は、接合
部に自動セットが容易にできる形状であって、接合に必
要なろう材などの量があれば良い。また溶融したろう
材、フラックス成分などの電池内部への侵入を防止する
ために容器本体と蓋材の嵌合部にパッキングを設ける、
あるいはインナーシールを設けることにより解決した。

【００１１】すなわち、本発明の一つは、図１に示すよ
うに、容器本体１の内部に嵌合させるために、容器本体
１内側の形状に合わせて成形された容器本体内へ嵌合す
る部分３２を嵌合させることにより蓋材２の容器本体１
へ確実に固定化している。接合に際しては該容器本体と
該蓋材２接合部の間にろう材など６を置き、この部分に
高密度熱源を直接照射して溶融接合する。この場合に蓋
材２は、容器本体１の全面をカバーし容器本体１と接合
する部分３１と容器本体内へ嵌合する部分３２からな
り、この嵌合する部分３２にパッキング４をセットして
おき、接合時において溶融したろう材、フラックス成分
などの容器内部への浸透を完全に防止する。

【００１２】パッキングは、弾力が大きく、耐熱性のあ
る物質であれば一般に使用可能ではあるが、これらの性
質に加え耐薬品性に優れた合成ゴム、例えばシリコーン
ゴム製パッキングなどであれば十分に使用できる。より
好ましくは該シリコーンゴム製パッキングにテフロンコ
ーティングをしたものであれば一層耐薬品性、撥水性な
どに優れるので好ましい。蓋材２にパッキングを嵌める
ために、容器本体内へ嵌合する部分３２の一部にパッキ
ングを挿入するための溝を設けておき、接合部の形状に
合わせてリング状に成形しておいた上記のシリコーンゴ
ム製パッキング４を該溝に嵌め込んだ後に容器本体１に
嵌合することにより、接合時のろう材やフラックス成分
の容器内部への浸透を完全に防止できる。

【００１３】この場合の容器本体内へ嵌合する部分の深
さは、電池ケースのサイズにより変わるため特定するこ
とはできないが、通常は０．３〜０．８ｍｍ位であり、
溝の深さはパッキングが固定でき、移動が防止できれば
良いので０．１〜０．５ｍｍ程度あれば良い。またパッ
キングはろう材やフラックスの浸透を防止できれば良い
ので太さとしては、断面が０．１〜０．７ｍｍの円形ま
たは三角、四角あるいは多角状のリング状に成形したも
のが使用できる。また蓋材の容器本体内へ嵌合する部分
３２は、容器本体１の内径に対し外径はプラス仕上げと
し、容器本体への蓋材の挿入を容易にするため、蓋材の
下部はテーパーを設け、蓋材下部の寸法が容器本体の口
径を下回るようにしておくことにより密封性を高めるこ
とができる。

【００１４】また図２に示すように、蓋材２の容器本体
内へ嵌合する部分３２の全体の部分に熱可塑性樹脂性の
インナーシールを設けて、ろう材またはフラックス成分
の容器内部への浸透を防止することも有効である。ここ
で言う容器本体内へ嵌合する部分３２の全体の部分と
は、蓋材２の下面であって、図２で示すように蓋材２を
容器本体１に嵌合した時、容器内面に接する部分及び容
器内面に面する部分を意味し、容器本体との接合部は含
まない。熱可塑性樹脂としては、耐熱性があり、強度も
ある程度有すれば良いが、耐薬品性、コスト及び製造の
容易性からポリプロピレン製インナーシール（以下ＰＰ
製インナーシールという。）が最も好適に使用できる。
このインナーシール６は、上記のシリコーンゴム製パッ
キングの代わりに用いるものであり、嵌合する前に蓋材
２の容器本体内へ嵌合する部分の面にＰＰ製インナーシ
ール用フィルムをヒートラミしておき、これを容器本体
に嵌合し、ろう材をはさみ込み、高密度熱源を照射して
接合する。

【００１５】ＰＰ製インナーシールを接合するヒートラ
ミの条件としては、特定する必要はないが、例えば共押
し出しタイプのＰＰフィルムを用い、あらかじめ１３０
〜１８０℃に加熱しておいた蓋材に加圧して接着する。
この際の圧力としては１０ｋｇ／ｃｍ² 未満の低い圧力
で良い。加圧時間は５〜１５ｓｅｃでホットプレス装置
を用いて行うことにより製造することができる。

【００１６】

【実施例】

（実施例１）角型電池ケースとして、厚さ０．５ｍｍ、
内面のサイズが８．０ｍｍ×４０ｍｍ（コーナー部２
Ｒ）、ケース内部の高さ５０ｍｍ、底面１．０ｍｍの有
底角柱筒体からなるＪＩＳ３００３アルミニウム（マ
ンガン系アルミニウム合金）製容器本体及び、全体の厚
さが１．５ｍｍ、容器本体内面のサイズに同一サイズに
仕上げた容器本体内へ嵌合する部分の高さが１．０ｍｍ
を有し、その中央部に幅０．２ｍｍ、深さ０．３ｍｍの
溝を有し、嵌合の容易性を高めるために最下部にテーパ
ー部を設けた容器本体と同材質の蓋材を準備した。パッ
キングとして、断面が、長径：０．５ｍｍ、短径０．３
ｍｍの楕円形の、リング状のテフロンコーティングシリ
コーンゴム製パッキングを上記蓋材の容器本体内へ嵌合
する部分の溝に嵌め込んだ。

【００１７】ろう材などとして、アルミニウム−１０．
５％Ｓｉ＋５％フラックス（ＫＦ＋ＡｌＦ₃ ）を含むろ
う材を用い、容器本体と蓋材の接合部にセットできるよ
うに３００μｍ厚に圧延し、接合部の形状に成形したも
のを用いた。上記の容器本体とパッキングを嵌め込んだ
蓋材を、接合部にろう材を挟んで嵌合し、次いで高密度
熱源として２００Ｗ、パルス数２０Ｈｚ、ビーム径１ｍ
ｍのＹＡＧレーザーを用い、接合速度５００ｍｍ／ｍｉ
ｍで接合を行った。結果を表１に示す。

【００１８】（実施例２）実施例１のシリコーンゴム製
パッキングを嵌めた蓋材に代えて、図２に示すような蓋
材の容器本体内へ嵌合する全体の部分に厚さ５０ミクロ
ンのＰＰフィルムをインナーシールとしてヒートラミし
た蓋材を用いた他は実施例１とまったく同様に行った。
この場合のヒートラミの条件は、ホットプレスを用い、
蓋材の加熱：１５０℃、圧力５ｋｇ／ｃｍ² 、加圧時間
１０ｓｅｃであった。結果を表１に示す。

【００１９】（比較例）実施例１において、テフロンコ
ーティングシリコーンゴム製パッキングを用いない蓋材
（容器本体内へ嵌合する部分の中央部に溝は設けていな
い。）を使用したほかは、すべて実施例１と同様にレー
ザー接合を行った。結果を表１に示す。このようにして
レーザー接合した電池ケースの底面に穴明け加工を施
し、ヘリウムガス（１ｋｇ／ｃｍ² ）を用いて水中気密
試験を行った。また気密試験後に蓋体の接合部の断面観
察を行い、ろう材が電池内部に侵入しているかあるいは
パッキング、インナーシールでろう材が遮断されている
かについて確認を行った。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】本発明はアルミニウム製容器本体及びア
ルミニウム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により
局部的に加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際
し、蓋材の容器本体内に嵌合した部分にパッキングを設
けるかまたは蓋材の容器本体内に嵌合する全体の部分に
熱可塑製樹脂製のインナーシールを設けて接合を行うア
ルミニウム製電池ケースの接合方法である。本発明のア
ルミニウム製電池ケースの接合方法による時は、接合に
際し内容物に熱的な悪影響を与えることがない。特に通
常のろう付け法と比較しても、接合部の局限された場所
のみが急激に加熱され続いて急冷されるので、それとの
比較においても影響が極めて限定されたものになる。こ
の接合においては、ろう材などを使用するため歩留が良
く、密封性が優れている上パッキングあるいはインナー
シールを設けたため内部にろう材などがまったく流入せ
ず、接合の寸法精度が高い特徴がある。またろう材など
をあらかじめ成形して使用する時はろう材などの自動セ
ットが可能になるのでろう材などを使用しているにもか
かわらず生産性の高い接合方法である。本発明方法によ
り製造された電池ケースは、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箔または
アルミニウム板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】本発明方法のパッキングを使用する電池ケース
の接合方法の１例。

【図２】本発明のインナーシールを使用する電池ケース
の接合方法の１例。

【符号の説明】

１容器本体２蓋材３１容器本体と接合する部分３２容器本体内へ嵌合する部分４パッキング５インナーシール６ろう材など

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミニウム製容器本体及びアルミニウ
ム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に
加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の
容器本体内に嵌合した部分にパッキングを設けることを
特徴とするアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項２】蓋材の容器本体内に嵌合した部分に溝を
設け、該溝にシリコーンゴム製パッキングを嵌め込んだ
請求項１記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項３】シリコーンゴム製パッキングが、断面が
０．１〜０．７ｍｍの円形または角型のリング状に成形
されたテフロンコーティングしたシリコーンゴム製パッ
キングである請求項１または請求項２記載のアルミニウ
ム製電池ケースの接合方法。
【請求項４】アルミニウム製容器本体及びアルミニウ
ム製蓋材を、ろう材を用い、高密度熱源により局部的に
加熱溶融して容器本体と蓋材を接合するに際し、蓋材の
容器本体内に嵌合する全体の部分に熱可塑製樹脂製のイ
ンナーシールを設けることを特徴とするアルミニウム製
電池ケースの接合方法。
【請求項５】蓋材の容器本体内に嵌合する全体の部分
に、厚さ２５〜１００ミクロンのポリプロピレン製ヒー
トラミフィルムをインナーシールとして用いる請求項４
記載のアルミニウム製電池ケースの接合方法。
【請求項６】高密度熱源が、エレクトロンビーム、レ
ーザー光、プラズマまたは高周波誘導加熱である請求項
１または請求項４のいずれかに記載のアルミニウム製電
池ケースの接合方法。
【請求項７】ろう材などは、あらかじめ接合部の形状
に合わせて成形したものである請求項１または請求項４
のいずれかに記載のアルミニウム製電池ケースの接合方
法。