JP5147365B2

JP5147365B2 - 金属容器の封止方法

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Publication number: JP5147365B2
Application number: JP2007296205A
Authority: JP
Inventors: 欣也青田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2007-11-15
Filing date: 2007-11-15
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2027-11-15
Also published as: JP2009123516A

Description

本発明は、金属製容器の開口部に、金属製上蓋を挿入して、かしめ加工により封止する封止方法に関するものである。

金属製容器と金属製上蓋とのあいだに絶縁樹脂をはさみ、この樹脂を熱融着して容器と上蓋とを封止する方法が知られている。

例えば、特許文献１では、加熱加圧治具により容器および上蓋を加熱して、それらの間の絶縁樹脂を溶融させて容器と上蓋とを封止する方法が示されている。

また、特許文献２には、高周波加熱装置により絶縁樹脂を溶融させて容器と上蓋とを封止する方法が示されている。

特開平３−０１４４０号特開平７−７３８６１号

従来の技術では、封止部の強度は絶縁樹脂の強度に比例することになるが、絶縁樹脂の強度は金属より低くなる傾向がある。封止の信頼性を向上させるには耐圧性を向上させる必要がある。

また、従来の技術では、絶縁樹脂を溶融する際に、加熱加圧治具もしくは高周波加熱により絶縁樹脂を溶融しているため、容器の温度が上昇してしまう問題があった。

これは、たとえば、リチウム二次電池等の電池の容器に関する場合には、電解液の温度も上昇してしまい電池特性が劣化する場合もある。

そこで、本発明の目的は、金属製容器と金属製上蓋とのあいだに絶縁樹脂をはさみ、この絶縁樹脂を熱融着して封止する場合に、耐圧性を低下させない封止方法を提供することにある。

本発明の封止方法は、金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、金属製容器の開口部の周縁部に、レーザ光を透過する熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを介して、金属製容器を、かしめ加工したのち、かしめ加工したかしめ加工部、および、絶縁ガスケットにレーザ光を照射することを特徴とする。

そして、かしめ加工部に平坦部を設け、この平坦部にレーザ光を照射し、かつ、金属製上蓋の平坦部に接した前記絶縁ガスケットにレーザ光を照射することが好ましい。

そして、かしめ加工部へのレーザ光の照射により加熱して、熱伝導により、かしめ加工部と接触した前記絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させることが好ましい。

そして、絶縁ガスケットへのレーザ光の照射により、絶縁ガスケットを透過したレーザ光は、金属製上蓋に吸収されて、金属製上蓋を加熱して、熱伝導により、金属製上蓋と接触した絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させることが好ましい。

また、本発明の封止方法は、金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、金属製容器の開口部の周縁部に、熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを介して、金属製容器を、かしめ加工したのち、かしめ加工したかしめ加工部、および、金属製上蓋にレーザ光を照射することを特徴とする。

そして、かしめ加工部に平坦部を設け、この平坦部にレーザ光を照射し、かつ、金属製上蓋に平坦部を設け、この平坦部にもレーザ光を照射することが好ましい。

そして、かしめ加工部へのレーザ光の照射により加熱して、熱伝導により、かしめ加工部と接触した絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を気化分解させることが好ましい。

そして、金属製上蓋へのレーザ光の照射により、金属製上蓋を加熱して、熱伝導により、金属製上蓋と接触した絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させることが好ましい。

また、本発明の封止方法は、金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、金属製容器の開口部の周縁部に、絶縁ゴムを介して、金属製容器を、かしめ加工したのち、かしめ加工したかしめ加工部、および、金属製上蓋にレーザ光を照射することを特徴とする。

このように本発明は、金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、容器の開口部の周縁部においてレーザ光を透過する熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを介して容器をかしめ加工する。その後、かしめ加工部およびガスケットにレーザ光を照射して、ガスケットを透過したレーザ光は上蓋に照射され、上蓋を加熱することで、接触しているガスケットを加熱して溶融する。

これにより、容器とガスケット、および、上蓋とガスケットを、それぞれ溶着して封止することができる。

この方法では、かしめ加工により封止の耐圧性を確保して、かつ、レーザ光により局部加熱が可能であり、容器の内部の温度を上昇させることなく封止することができる。

また、かしめ加工部に平坦部を設けて、この平坦部にレーザ光を照射し、かつ上蓋にも平坦部を設けて、この平坦部にもレーザ光を照射することにより、レーザ光の吸収率の変動がなく安定した封止が可能である。

また、容器もしくは上蓋には表面粗さがあるため、ガスケットをかしめ加工で加圧して圧縮しても、容器とガスケット、もしくは、上蓋とガスケットとのあいだには表面粗さ以下ではあるが隙間が生じる。

これに対して、ガスケットを加熱して溶融させ、さらに加熱して一部を分解気化させる温度まで上昇させることで、体積膨張して溶融樹脂の圧力が高くなり、隙間のあいだにある空気を排出しながら溶着することができるため、すきまのない溶着が可能になる。

また、金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、金属製容器の開口部の周縁部に、熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを介して、容器をかしめ加工したのち、かしめ加工部および上蓋にレーザ光を照射することによっても溶着可能である。

容器とガスケットの溶接機構は、前述の通りである。

上蓋とガスケットの溶着は、レーザ光を上蓋に照射することで、上蓋を加熱して、その熱伝導により上蓋と接触しているガスケットを加熱溶融することで達成できる。この場合、ガスケットはレーザ光を透過しない樹脂でも融着可能である。

また、ガスケットの材質は、熱可塑性樹脂でなくてもシリコーンゴム等でも同様の効果が可能である。

本発明の効果は、金属製容器と金属製上蓋とのあいだに絶縁樹脂をはさみ、この絶縁樹脂を熱融着して封止する場合に、耐圧性を低下させない封止方法を提供することができる。

以下、図面を用いて、実施例を説明する。

図１〜図４を用いて、第一の実施例を説明する。

図２に、電池の断面図を示す。

上蓋接続板５は、上蓋キャップ７の外周を折り曲げて一体化しており、これらを、ガスケット４を介して、グルービング２と折り曲げ部３とによりかしめ加工をすることにより封止している。

また、容器１の内部には、セパレータ１０を介して、正極板１１と負極板１２が捲巻されている。負極板１２は、負極集電板１３を介して、容器１に接続されている。

一方、正極板１１は、正極集電板９およびリード８を介して上蓋接続板５に接続されている。容器１の内部には電解液が注液されている。

容器１は、厚さ０.５mmのステンレス製であり、上蓋接続板５は厚さ０.５mmのアルミニウム、上蓋キャップは厚さ０.５mmのステンレス鋼製である。

なお、これらの材質は、他にＮｉめっきした炭素鋼でも可能である。

また、ガスケット４は、熱可塑性樹脂であるポリプロピレンを用いており、厚さは１.０mmである。ガスケット４の材質には、融着するため熱可塑性樹脂であり、かつ、かしめ加工をすることから弾力性も必要である。

また、後述するがレーザ光１４が、透過する材質である必要があるためガスケット４には透明のポリエチレンを用いている。

図１に、ガスケットへのレーザ光の照射状況の断面図を示す。

ガスケット４にレーザ光１４を照射した。レーザ光１４はＹＡＧレーザを用い、出力１ｋＷ，レーザ加熱移動速度１m／minで照射することで、ガスケット４を透過したレーザ光１４は、上蓋接続板５に照射され、上蓋接続板５を加熱する。上蓋接続板５と密着したガスケット４は、その熱伝導により溶融して融着される。

なお、このレーザ光１４は、半導体レーザ，炭酸ガスレーザであっても同様の効果が得られる。

また、上蓋接続板５には、２mm幅の平坦部６を設けており、この平坦部６に向けてレーザ光を照射した。

上蓋接続板５は、外周を折り曲げるため曲面になりやすいが、平坦部をあえて設けて、そこに照射することで、レーザ光の吸収率の変動を抑えることが可能である。すなわち、照射狙いずれなどの変動要因に対しても溶着品質を安定化させることが可能である。

図３に、折り曲げ部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。

折り曲げ部３にレーザ光１４を照射する。これにより、折り曲げ部３を加熱して、その熱伝導により、密着しているガスケットを溶融して融着する。照射は、ＹＡＧレーザを用い、出力１.２ｋＷ，レーザ加熱移動速度１m／minである。

図４に、レーザ照射部の断面図を示す。

平坦部６と接触したガスケット４には、外側溶融凝固領域１５が形成され、その中に気泡１６が形成される。さらに、折り曲げ部３と接触したガスケット４にも、内側溶融凝固領域１７とその中に気泡１６が形成される。

平坦部６および折り曲げ部３には、数μｍ程度の表面粗さを有している。そのため、ガスケット４をかしめ加工で加圧して圧縮しても、平坦部６とガスケット４、もしくは、折り曲げ部３とガスケット４とのあいだには、表面粗さ以下ではあるが隙間が生じる。

これに対して、ガスケット４を加熱して溶融させ、さらに加熱して一部を分解気化させる温度まで上昇させることで、体積膨張して溶融樹脂の圧力が高くなり、隙間のあいだにある空気を排出しながら溶着することができるため、すきまのない溶着が可能になる。隙間があると長期的には少しずつ内部の電解液が漏れるため、この漏れの防止にも有効である。

以上述べたように、レーザ光１４により局部加熱であるため電解液の温度上昇をさせることなくガスケット４を融着することができる。

また、かしめ加工されているため耐圧性の高い封止が可能である。

また、ガスケット４の両面が融着しているためえき漏れのない良好な封止が可能である。

また、ガスケットの材質は熱可塑性樹脂でなくてもシリコーンゴム等でも同様の効果が可能である。

また、本実施例では円筒型の電池容器の封止に関して説明しているが、角型の電池に対しても同様の効果が得られる。

また、こうすることによって、本来の目的のほか、容器内部の物質の温度を上昇させることなく、絶縁樹脂を熱溶着して封止する方法を提供することもできる。

図５〜図７を用いて、第二の実施例を説明する。

本実施例が、第一の実施例と異なる点は、ガスケット４にレーザ光１４の透過しない黒色のポリプロピレンを用いた点である。

図５に、第２の実施例における平坦部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。

ガスケット４はレーザ光１４を透過しないため、平坦部６にレーザ光１４を照射することで、平坦部６を加熱して、その熱伝導により平坦部６と接触したガスケット４を溶融して融着する。

図６に、第２の実施例における折り曲げ部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。

図６は、第一の実施例の図３と同様である。

図７に、第２の実施例におけるレーザ照射部の断面図を示す。

第一の実施例と異なる点は、平坦部６にレーザ光１４を照射しているため、その熱伝導によりガスケット４を溶融する点である。レーザ光１４を透過しないガスケット４の材質の場合、第一の実施例ではなく、本実施例を用いる。本実施例によっても第一の実施例と同様の効果が得られる。

図８に、第３の実施例におけるレーザ光の照射状況の断面図を示す。

第一の実施例と異なる点はレーザ光１４の焦点位置をかえることで、照射ビーム径を大きくして折り曲げ部３とガスケット４に同時に照射することである。この実施例によっても、第一の実施例と同様の効果が得られる。

図９に、第４の実施例におけるレーザ光の照射状況の断面図を示す。

第三の実施例と異なる点は上蓋接続板５がなくなり、上蓋キャップ７とガスケットを溶着していることである。この実施例によっても、第一の実施例と同様の効果が得られる。

以上のいずれの実施例においても、耐圧性を低下させずに封止方法でき、かつ、容器内部の物質の温度を上昇させることなく絶縁樹脂を熱溶着して封止することができる。

本発明は、金属製容器の開口部に、金属製上蓋を挿入して、かしめ加工により封止する、例えば、リチウム二次電池等の電解液が封入される電池に利用可能である。

ガスケットへのレーザ光の照射状況の断面図を示す。電池の断面図を示す。折り曲げ部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。レーザ照射部の断面図を示す。第２の実施例における平坦部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。第２の実施例における折り曲げ部へのレーザ光の照射状況の断面図を示す。第２の実施例におけるレーザ照射部の断面図を示す。第３の実施例におけるレーザ光の照射状況の断面図を示す。第４の実施例におけるレーザ光の照射状況の断面図を示す。

符号の説明

１容器
２グルービング
３折り曲げ部
４ガスケット
５上蓋接続板
６平坦部
７上蓋キャップ
８リード
９正極集電板
１０セパレータ
１１正極板
１２負極板
１３負極集電板
１４レーザ光
１５外側溶融凝固領域
１６気泡
１７内側溶融凝固領域

Claims

金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、前記金属製容器と前記金属製上蓋との間であって前記金属製容器の開口部の周縁部に、レーザ光を透過する熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを備え、前記金属製容器と前記絶縁ガスケットと前記金属製上蓋とをあわせてかしめ加工してかしめ加工部を形成したのち、
前記かしめ加工部の前記金属製容器へのレーザ光の照射により前記かしめ加工部を加熱して、熱伝導により、前記かしめ加工部と接触した前記絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させ、
前記絶縁ガスケットへのレーザ光の照射により、前記絶縁ガスケットを透過したレーザ光は、前記金属製上蓋に吸収されて、前記金属製上蓋を加熱して、熱伝導により、前記金属製上蓋と接触した前記絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させ、
前記絶縁ガスケットの両面が前記金属製容器又は前記金属製上蓋と融着することを特徴とする封止方法。
前記かしめ加工部に平坦部を設け、この平坦部にレーザ光を照射し、かつ、前記金属製上蓋の平坦部に接した前記絶縁ガスケットにレーザ光を照射することを特徴とする請求項１記載の封止方法。
金属製容器の開口部に金属製上蓋を挿入した状態で、前記金属製容器と前記金属製上蓋との間であって前記金属製容器の開口部の周縁部に、熱可塑性樹脂製絶縁ガスケットを備え、前記金属製容器と前記絶縁ガスケットと前記金属製上蓋とをあわせてかしめ加工してかしめ加工部を形成したのち、
前記かしめ加工部の前記金属製容器へのレーザ光の照射により前記かしめ加工部を加熱して、熱伝導により、前記かしめ加工部と接触した前記絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させ、
前記金属製上蓋へのレーザ光の照射により、前記金属製上蓋を加熱して、熱伝導により、前記金属製上蓋と接触した前記絶縁ガスケットを加熱して溶融し、かつ、一部を分解気化させ、
前記絶縁ガスケットの両面が前記金属製容器又は前記金属製上蓋と融着することを特徴とする封止方法。
前記かしめ加工部に平坦部を設け、この平坦部にレーザ光を照射し、かつ、前記金属製上蓋に平坦部を設け、この平坦部にもレーザ光を照射することを特徴とする請求項３記載の封止方法。