專利名稱：復合材的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及層疊了設置有多個貫通孔的金屬基板和金屬箔的復合材。
以往，在使用鋰、鈉、鉀等的堿金屬作為負極的活性物質(zhì)的電池中，有時因電池內(nèi)的壓力異常上升而使電池破裂，因而，需要在內(nèi)壓超常上升時向外部釋放壓力的安全閥，并提出了各種各樣的結(jié)構(gòu)。在這些安全閥中，為了確保安全性使得在電池破裂時不至于發(fā)生碎片和內(nèi)部物質(zhì)飛散傷人，特別要求在30kgf/cm2以下的低壓下動作。
在將堿金屬作為負極活性物質(zhì)的非水電池中，還要求高密封性。在要求這樣的高密封性的電池中，作為向外部釋放內(nèi)壓升高時的內(nèi)壓的安全閥，有在日本特開昭63-285859號公報中刊載的安全閥。
該公報中刊載的安全閥，是通過使用沖壓裝置冷壓電池容器壁面的一部分使其厚度成為原板材厚度的一半左右，在內(nèi)壓上升時當達到一定的內(nèi)壓時薄壁部分破裂，向外部釋放內(nèi)壓的。
但是，要在30kgf/cm2以下的低壓釋放內(nèi)壓時，就需要使薄壁部分的厚度很薄，因此，如果通過沖壓加工將壁面加工得非常薄，則在加工時在薄壁部分產(chǎn)生微小的裂紋，破壞密封性。另外，由于該加工，被加工過的薄壁部分硬化，但由于該加工硬化不均勻，所以即使通過沖壓使薄壁部分的厚度一定，也存在在一定的壓力下不一定破裂的缺點。
此外，作為使電池容器的壁的一部分薄壁化的方法，也可以嘗試蝕刻法，但存在控制蝕刻后的剩余厚度為一定極其困難，并且在蝕刻部分上容易產(chǎn)生氣孔，需要全部檢查蝕刻后的薄壁部分等的缺點。
這樣，在使用上述方法時，設置一定厚度的薄壁部分是極其困難的，特別是要在30kgf/cm2以下的低壓使安全閥破裂時，不能得到重現(xiàn)性好穩(wěn)定的動作壓力。
作為解決上述缺點的方法，有這樣的方法(日本特開平5-314959號公報揭示的方法)，通過粘合具有貫通孔的金屬板和另一薄壁金屬板，使薄壁部分的厚度保持一定，就可以得到重現(xiàn)性好且穩(wěn)定的30kgf/cm2以下的動作壓力。
但是，這需要在真空爐中通過加熱加壓具有貫通孔的金屬板和另一薄壁的金屬板熱壓接形成，作為可以使用的金屬材料必須是可以熱壓接的材料，限于同一金屬，或者熔點等的物性相互差不多的金屬。
在日本特開平5-314959號公報中揭示的例子中，認為不銹鋼、鐵、鎳等理想。進而，為了熱壓接這些金屬得到均勻的粘接力，需要預先用拋光等方法除去在金屬表面上生成的氧化物薄膜后，加熱到1000℃左右的高溫，需要繁瑣的操作以及設備。再有，這些薄壁的金屬板通常是用冷軋法制成，大多產(chǎn)生加工硬化。即，由于加工硬化后的上述金屬材料因高溫加熱而被退火，在加熱粘接前后機械強度變化，因此，存在需要嚴密控制加熱粘接前的材料的物性、加熱溫度、加壓時間等，以使得加熱粘接后的機械強度(內(nèi)壓升高時破裂的強度)為一定等的問題。
本發(fā)明的目的在于，提供一種尤其在特別低的壓力下，可以以高精度在穩(wěn)定的壓力下破裂而釋放內(nèi)壓，并且制造容易的安全閥等中使用的復合材。
權(quán)利要求1的復合材，由穿有多個貫通孔的金屬板，和層疊在上述金屬基板上用于封閉上述貫通孔的金屬箔構(gòu)成。
權(quán)利要求2的復合材，是干腐蝕穿有多個貫通孔的金屬板或金屬箔的至少一面，并且其蝕刻面相互作為內(nèi)側(cè)面被層疊。權(quán)利要求3的復合材，是在金屬板上形成多個貫通孔，干腐蝕該金屬板的一面，該蝕刻面作為內(nèi)面與金屬箔層疊。這些復合材，其金屬基板或金屬板最好是鍍鎳的。


圖1是展示本發(fā)明的復合材的概略斜視圖。
圖2是展示本發(fā)明的復合材的制造方法的概略斜視圖。
圖3是展示本發(fā)明的復合材的制造方法的概略斜視圖。
圖4是展示將本發(fā)明的復合材用于安全閥片的情況下的實施形態(tài)的概略圖。
圖5是展示將安全閥片裝在蓋子上的情況下的實施形態(tài)的概略圖。
本發(fā)明的復合材，在作為安全閥使用時，特別是在低壓下，可以以高精度在一定的壓力下破裂而釋放內(nèi)壓，并且可以一次制造大量的安全閥用片。
以下，用實施例進一步詳細說明本發(fā)明。
圖1是展示本發(fā)明的復合材的概略斜視圖。圖2是展示本發(fā)明的復合材的制造方法的概略斜視圖。圖3是展示本發(fā)明的復合材的制造方法的概略斜視圖。圖4是展示將本發(fā)明的復合材用于安全閥片的情況下的實施形態(tài)的概略圖。圖5是展示將安全閥片裝在蓋子上的情況下的實施形態(tài)的概略圖。在圖1中，19是本發(fā)明的復合材，A是金屬基板，B是金屬箔，C是貫通孔，D是安全閥用片。
當將本發(fā)明的復合材作為安全閥用片D(參照圖4)使用時，在30kgf/cm2以下，最好在20kgf/cm2以下的低壓動作。為了實現(xiàn)上述目的，用于本發(fā)明的金屬箔B雖取決于金屬的種類，但最好是5～50μm的厚度。如果是5μm以下，在用于電池等的安全閥時，由于落地等的沖擊容易破裂。
另一方面，如果在50μm以上時，即使使用破裂強度低的金屬，在用于安全閥時，由于在30kgf/cm2以下的壓力下也不破裂，在高壓負荷下才破裂，結(jié)果有內(nèi)壓的容器自身破裂而碎片飛散，或內(nèi)裝物質(zhì)噴出飛散，破壞了安全性。還不利于降低成本。
作為金屬箔B的種類，由于在用于電池時需要對于電解液的堿性水溶液有耐腐蝕性，因此最好是鋼箔、不銹鋼箔、銅箔、鋁箔、鎳箔、鎳鐵合金箔等。
在用于電池以外的其他用途時，只要對于填充于容器內(nèi)的物質(zhì)穩(wěn)定，在腐蝕等情況下不大量產(chǎn)生反應氣體，就可以使用任何金屬箔，除了上述箔外，還可以使用由鋅、鉛、黃銅、青銅、磷銅、炮銅、蒙乃爾合金等銅合金、硬鋁等鋁合金等構(gòu)成的金屬箔。
金屬箔B可以使用由任何方法制成的箔，但一般直接使用由冷軋法制成的箔，或者冷軋后經(jīng)退火處理的箔。
用于上述金屬板A的金屬板厚度，并不特別限定，但從強度以及經(jīng)濟的觀點出發(fā)，為了容易使用焊接或鉚接等方法將安全閥安裝在容器上，通常板厚度是0.03～0.50mm，最好是0.05～0.10mm。
另外，作為用于金屬板A的金屬的種類，在用于電池，并且由金屬箔和金屬基板這2塊金屬構(gòu)成的安全閥用片D中，當金屬基板一側(cè)直接接觸電解液的堿性水溶液時，由于需要對堿性水溶液有耐腐蝕性，因此最好是將鋼、不銹鋼、銅、鎳、鎳鐵合金等作為金屬板。
當金屬板A一側(cè)不直接接觸堿性水溶液時，不需要耐腐蝕性，只要對于填充在容器內(nèi)的物質(zhì)穩(wěn)定，不使電池性能劣化，不大量產(chǎn)生反應氣體等，就可以使用任何金屬。
另外，即使上述的金屬箔B和金屬箔A是不同種類的金屬，不用說也可以實現(xiàn)本發(fā)明的目的。
進而，上述金屬基板A，可以用由任何方法制成的板，但是一般直接用由冷軋法制成的板，或者在冷軋后經(jīng)退火處理的薄板。
在金屬基板A上至少設置一個貫通孔C。該一個貫通孔C的大小和形狀，根據(jù)安裝安全閥用片D的容器的大小以及形狀而不同，并不特別限定，通常使用直徑1～10mm大小的圓型等最合適。
另外，例如也可以是長徑1～10mm大小的橢圓，或是相當于上述圓直徑大小的多角形。
另外，貫通孔C的形狀，還可以是具有一定寬度的線段(例如，由直線或曲線構(gòu)成的狹縫)。
進而也可以是組合上述多種圖形的幾何學形狀的貫通孔。
另外，這些貫通孔C，例如是用沖床等將用冷軋法制成的薄板沖壓形成規(guī)定形狀的。當形成2個以上的貫通孔時，這些貫通孔的排列，最好被配置成格狀、交錯排列等幾何學排列，貫通孔相互的間距可以根據(jù)所需要的安全閥用部件的大小選擇適當?shù)某叽纭?br> 形成這些貫通孔的方法，并沒有特別限定，可以使用沖床或蝕刻等通常的穿孔方法形成。
另外，也可以在金屬板的兩面上冷壓接金屬箔，即使在容器內(nèi)部的壓力上升以外的力作用下(例如落地等的沖擊)金屬基板的一面的金屬箔破裂，假如另一面的金屬箔沒有破裂，仍可以確保作為安全閥的功能。
安全閥片D，通常可以使用焊接等方法來安裝，以封閉設置在電池用容器的一部分上的孔，例如安裝得封閉設置在容器的蓋子E上的孔F(參照圖5)。
另外，也可以在金屬板上設置貫通孔，在壓接金屬箔后，直接形成于電池用容器的蓋上使用。
其次，金屬箔B和設置有貫通孔的金屬基板A，可以根據(jù)例如日本特開平1-224184號公報所揭示的方法，在真空中冷壓接。
在圖2以及圖3中，展示了冷軋壓接金屬箔20B和金屬基板20A制造復合材19的裝置的一部分截面圖。在圖2以及圖3中，從開卷滾筒3A、3B開卷的金屬基板20A以及金屬箔20B，其一部分被分別卷繞在向射刻箱22內(nèi)突出的電極滾輪6A、6B上，在蝕刻室22內(nèi)被濺射處理而活性化。其后，被設置在真空槽1內(nèi)的軋輥裝置2壓延，并被冷壓接，而后作為復合材19被卷繞在卷繞滾輪5上。在軋輥裝置2中設置有用于壓下滾輪的壓下裝置18。真空槽1由大型排氣泵9保持在10-3～10-6Torr。數(shù)量級的真空度。
在復合材19的制造中，作為使金屬箔20B、金屬基板20A活性化的方法，采用磁控管濺射法，作為濺射電源使用1～50MHz頻率的高頻電源。在頻率不足1MHz時，難以維持穩(wěn)定的輝光放電，不能連續(xù)地蝕刻。另一方面，如果頻率高于50MHz，則容易產(chǎn)生振蕩，電力供給系統(tǒng)的裝置變得復雜，不理想。
在開始蝕刻時，在預先由排氣泵25使蝕刻室內(nèi)保持在1×10-4Torr。以下后，導入氬氣，設置成10-1～10-4Torr。數(shù)量級的氬氣氛圍，如果在和真空槽1之間通高頻電，則在室內(nèi)發(fā)生等離子體，金屬箔20B以及金屬基板20A的表面被蝕刻。當氬氣的壓力在1×10-4Torr。以下時，在難以使輝光放電穩(wěn)定的同時，不能得到高離子流，很難進行高速蝕刻。
另一方面，如果氬氣的壓力超過1×10-1Torr，則被濺射的原子的平均自由程減小，再次被打入目標上的頻度增高，因為由蝕刻而從形成在金屬箔以及金屬基板的表面上的氧化物中脫離出的氧再次被打入目標，所以表面活性化處理的效率降低。因此蝕刻室22內(nèi)的氬氣的壓力設置在10-1～10-4Torr。范圍內(nèi)。
在用于復合材19的制造的磁控管濺射法中，由于可以得到1000埃/分以上的蝕刻速度，因此即使是在鋁、鈦等中穩(wěn)定且厚的氧化膜，也可以在數(shù)分鐘的蝕刻中完全除去。在銅、鋼、不銹鋼、非晶形金屬等中，通過數(shù)分鐘的蝕刻，基本上可以得到清潔的表面。
真空槽1內(nèi)的真空度的降低肯定導致連接強度的降低，但在考慮到工業(yè)經(jīng)濟性時，下限為1×10-6Torr。上限到1×10-3Torr。就可以得到充分高的連接強度。
另外，在復合材的制造中，在冷壓接時不需要加熱金屬箔20B和金屬基板20A，在冷壓接時的壓延嚙入時的板溫度T在常溫下即可。但是，在根據(jù)需要使因壓接時產(chǎn)生的熱引起的不同金屬的熱膨脹率的差，和伴隨其冷卻后的變形小等時，加熱金屬箔20B、金屬基板20A的情況下，上限只要不在使連接強度降低的再結(jié)晶退火，或產(chǎn)生合金層、碳化物等的范圍內(nèi)即可，理想的是300℃以下。
冷壓接金屬箔20B以及金屬基板20A時的壓延率，理想狀態(tài)是在0.1～30％的范圍內(nèi)。即，在設置了T1金屬箔壓接前的厚度，T2金屬基板壓接前的厚度，TA冷壓接后的復合材的厚度，R壓延率(％)的情況下，為R=(T1+T2+TA)×100/(T1+T2)，在R為0.1≤R≤30的范圍內(nèi)壓延。
在此，壓延率的下限由以下因素確定。即，雖然板的表面看起來平坦，但由于在微觀上存在凹凸，因此在非加壓狀態(tài)下金屬之間的接觸面積非常少，在以往的冷軋壓接法中，即使表面被充分活性化也不能得到強力的連接。因此，在以往的冷軋壓接法中，通過高壓延率的冷壓延，使表面的氧化膜塑性流動，形成部分活性化的表面，與此同時，由于通過擴大接觸面積來連接，因此不需要金屬表面必須平坦。即，通過在高壓延率下軋制預先把表面加工得稍微粗的金屬基板，使得在更平坦下連接。
另一方面，在復合材19的制造中清潔金屬箔20B以及金屬基板20A的表面時，一般認為由于在金屬表面未形成新的凹凸，可以在保持壓接前的精軋時的表面的平坦性下進行壓接，所以即使施加小的壓力也可以有大的接觸面積，并且由于接觸部分金屬確實結(jié)合，所以即使是低的壓延率也可以得到大的連接強度。
另外，壓延率的上限在一次壓延工序中實施冷壓接和精軋、或者調(diào)質(zhì)壓延時被設置為30％，但當超過30％時，加工硬化顯著，不理想。進而，在金屬箔和金屬基板的冷壓接中，也可以代替壓延滾筒，使用在一側(cè)或兩側(cè)采用了平坦的臺的壓力機等的加工機械。
以下，列舉最佳的實施例進一步說明本發(fā)明。
(實施例1)在厚度90μm的冷軋鋼板(金屬板)上，使用沖床以間距3mm的格狀排列設置直徑3mm的圓形孔。在該孔板的兩面，用通常的光電鍍鎳電鍍液鍍厚度2μm的鎳，作為金屬基板。
將該金屬基板和厚度30μm的鋁箔插入真空槽，在5×10-3Torr。的氬氣中，采用磁控管濺射法在金屬基板的一面上蝕刻約500埃，在鋁箔的一面上蝕刻約2000埃后，將兩者的被蝕刻面重合，在120℃的溫度下按照3％的壓延率壓延，進行冷壓接，制成復合材。從得到的復合材中使用沖床，沖出長邊10.5mm，短邊7.5mm，在中心穿設有1個直徑3mm的圓形孔的安全閥用片。
使用空氣壓縮機從其一端送入壓縮空氣，并用激光束將這些安全閥用片進行了密封焊接以封閉設置在能夠加壓的鋼板制壓力容器上的貫通孔。
而后，使上述鋼板制壓力容器的一端通過壓力計與空氣壓縮機連接，向鋼板制的壓力容器內(nèi)部加壓，在內(nèi)部壓力達到14kgf/cm2時，安全閥用片的鋁箔破裂。
其后，同樣地制造幾個安全閥用片，測定鋁箔破裂的壓力，其結(jié)果，安全閥用構(gòu)件鋁箔都是在如12～18kgf/cm2這一狹小而穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)破裂的。
(實施例2)在厚度60μm的不銹鋼板上，用沖床以孔距10.5mm的格狀排列設置直徑3mm的圓形孔。
將該不銹鋼的冷軋孔板，和厚度10μm的鎳箔插入真空槽，在1×10-2Torr。的氬氣中，在用磁控管濺射法將不銹鋼冷軋孔板的一面和鎳箔的一面蝕刻約500埃后，使兩者的被蝕刻面重合，在室溫下以0.5％的壓延率壓延，進行冷壓接，制成復合材。
用沖床從得到的復合材中取出7個長邊10.5mm、短邊7.5mm，在其中心穿設有1個圓形孔的安全閥用片。在將這些安全閥用片和實施例1同樣地密封焊接在鋼板制壓力容器上后，和實施例1同樣地向鋼板制壓力容器內(nèi)部加壓，其結(jié)果，7個安全閥用片，其鎳箔都在13～17kgf/cm2這一狹小而穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)破裂。
(實施例3)在設置有排列成孔距10.5mm的交錯形的直徑3mm的圓孔的厚度90μm的冷軋鋼板(金屬基板)的兩面上，和實施例1一樣鍍厚度2μm的鎳。
將該鍍鎳鋼制孔板和厚度10μm的銅箔插入真空槽，在2×10-3Torr。的氬氣中用磁控管濺射法，分別將鍍鎳鋼制孔板的一面和銅箔的一面蝕刻約500埃后，將兩者的被蝕刻面重疊，在一定溫度下，以0.3％壓延率壓延，進行冷壓接，制成復合材。從得到的復合材中用沖床取出7個直徑10.5mm，在其中心有1個貫通孔的安全閥用片。
在將這些安全閥用片與實施例1一樣密封焊接在鋼板制壓力容器上后，與實施例1一樣向鋼板制壓力容器內(nèi)部加壓，其結(jié)果，安全閥片的銅箔分別在10～15kgf/cm2這一穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)破裂。
(比較例3-高溫加熱壓接法)在鍍鎳鋼板上，用沖床設置和實施例3同樣的圓孔，并和實施例3一樣排列成交錯狀。使該鍍鎳鋼板，和與實施例3同樣的鎳箔重疊，在真空爐中邊加壓邊在1000℃下熱壓合。從得到的積層板中與實施例3一樣，取出7個在其中心上穿設有圓孔的安全閥用片。在將這些安全閥用片和實施例1同樣地密封焊接在鋼板制壓力容器上后，和實施例1一樣向鋼板制壓力容器內(nèi)部加壓，安全閥的鎳箔在4～12kgf/cm2這一寬的壓力范圍內(nèi)破裂。
產(chǎn)業(yè)上的利用可能性本發(fā)明的復合材，在作為安全閥使用時，特別在低壓下，可以以良好的精度在規(guī)定的壓力下破裂而釋放內(nèi)壓，并且可以一次制造大量的安全閥用片。
權(quán)利要求
1．一種復合材，由穿有多個貫通孔的金屬板，和層疊在上述金屬板上以封閉貫通孔的金屬箔構(gòu)成。
2．一種復合材，干腐蝕穿有多個貫通孔的金屬基板或者金屬箔的至少一面，而后其蝕刻面相互作為內(nèi)側(cè)面被層疊。
3．一種復合材，在金屬板上形成多個貫通孔，干腐蝕其金屬板的一面，其蝕刻面作為內(nèi)側(cè)面與金屬箔層疊。
4．權(quán)利要求1～3的任一所述的復合材，上述金屬基板或者金屬板是鍍鎳的板。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于,提供一種用于安全閥等的復合材,它尤其在低壓下,能夠以良好的精度在規(guī)定的壓力下破裂而釋放內(nèi)壓,并且制造容易。本發(fā)明的復合板材(19)是由穿有多個貫通孔(C)的金屬基板(20A),和被層疊在上述金屬基板(20A)上以封閉上述貫通孔(C)的金屬箔(20B)構(gòu)成的。
文檔編號B23K20/04GK1211344SQ9719227
公開日1999年3月17日 申請日期1997年2月14日 優(yōu)先權(quán)日1996年2月15日
發(fā)明者西條謹二, 吉田一雄, 好本信行, 礒部剛彥 申請人:東洋鋼鈑株式會社