CN104094443A - 蓄电元件 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器的蓄电元件。蓄电元件(10)具备用于收容电极体(120)与电解液的容器(100)，该电极体具有正极以及负极，容器(100)由含有0.09重量％以上的铝的不锈钢构成，并具有所述不锈钢彼此被焊接而成的焊接部(112、113)。

Description

蓄电元件
技术领域
本发明涉及一种具备用于收容电极体与电解液的容器的蓄电元件，其中该电极体具有正极以及负极。
背景技术
在蓄电元件中具备用于收容电极体与电解液的容器，其中该电极体具有正极以及负极。并且，以往，该容器是通过对不锈钢实施深冲压等强加工来制作的(例如，参见专利文献1)。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平11-67163号公报
发明内容
发明要解决的课题
然而，如现有的蓄电元件那样，在不锈钢制容器的制造方法中使用深冲压加工的情况下，虽然根据容器的形状不同而金属加工的难易度不同，但一般来讲金属加工变难，制造性变低。另一方面，若对不锈钢板实施焊接加工来制作容器，则无论是什么样的容器形状都能够容易地进行制造，因此能够提高制造性。因此，优选实施焊接加工来制作该容器。
但是，在蓄电元件中，在具有焊接部位的容器被置于高电位的情况下，存在该焊接部位有可能被腐蚀这样的问题。也就是说，若对不锈钢实施焊接处理，则容易受到腐蚀的影响。并且，若容器腐蚀，则金属离子会从容器溶出并析出到负极上，引起内部短路，或者电解液会向外部泄露。为了防止这种情况，要求该容器具有耐腐蚀性。本发明为了解决上述问题而作出，其目的在于，提供一种具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器的蓄电元件。
解决课题的手段
为了实现上述目的，本发明的一个方式所涉及的蓄电元件具备用于收容电极体与电解液的容器，该电极体具有正极以及负极，所述容器由含有0.09重量％以上的铝的不锈钢构成，并具有所述不锈钢彼此被焊接而成的焊接部。
本申请的发明人经过专心研究以及实验，发现在含有0.09重量％以上的铝的不锈钢的情况下，即使对该不锈钢实施焊接处理，也能够抑制焊接部位的腐蚀。由此，能够实现具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器的蓄电元件。
此外，优选所述容器具备：盖体；和与所述盖体连接的主体，所述主体具有所述焊接部。
容器的主体通常与在电解液中湿润了的电极体(发电因素)接触，但即使该主体的与电解液接触的部分被焊接，也能够抑制焊接部位的腐蚀。
此外，优选所述不锈钢含有16～30重量％的范围内的铬，并且铝的含有量为0.3重量％以下。
本申请的发明人经过专心研究以及实验，发现优选铬的含有量为16质量％以上。另一方面，优选铬的含有量为30重量％以下，铝的含有量为0.3重量％以下。因此，能够以具有最佳的含有量的不锈钢来形成蓄电元件的容器。
此外，优选所述容器与所述电极体电绝缘。
若容器与电极体绝缘，则由于与电极体之间没有施加电位，耐腐蚀性会进一步增加。
此外，优选所述主体是具有长侧面和短侧面的长方体状的形状，所述焊接部的至少一部分位于所述短侧面。
焊接部与焊接部以外的部位相比，耐腐蚀性相对较差，其结果，存在焊接部的强度降低的可能性。蓄电元件在过充电时或者被放置在高温环境下的情况下，存在内压上升的情况。此时，容器被施加因膨胀而引起的应力。若蓄电元件的容器是具有长侧面和短侧面的长方体状的形状，则容易受到膨胀的影响的面是面积大的长侧面，短侧面不容易受到膨胀的影响。因此若在短侧面具有焊接部，则不容易受到因膨胀而引起的应力，并不容易产生焊接部的强度降低。
发明效果
根据本发明，能够实现具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器的蓄电元件。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的蓄电元件的外观的立体图。
图2是表示使本发明的实施方式所涉及的蓄电元件的容器的主体分离的情况下的结构的立体图。
图3是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件的容器的主体的制造方法进行说明的图。
图4是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件所起到的效果进行说明的图。
图5是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件所起到的效果进行说明的图。
图6是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件所起到的效果进行说明的图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件进行说明。另外，下面所说明的实施方式均表示本发明优选的一个具体例子。下面的实施方式中所示的数值、形状、材料、结构要素、结构要素的配置位置以及连接方式等仅是一个例子，并不是限定本发明的主旨。
(实施方式)
首先，对蓄电元件10的结构进行说明。图1是示意性地表示本发明的实施方式所涉及的蓄电元件10的外观的立体图。图2是表示使本发明的实施方式所涉及的蓄电元件10的容器100的主体111分离的情况下的结构的立体图。
蓄电元件10是二次电池，更具体来讲是锂离子二次电池等非水电解质二次电池。另外，蓄电元件10也可以是非水电解质二次电池以外的二次电池，也可以是电容器。
如图1所示，蓄电元件10具备：容器100、正极端子200、负极端子300。此外，如图2所示，在容器100内侧，收容有正极集电体120、负极集电体130、电极体140。另外，在蓄电元件10的容器100的内部封入有电解液等液体，但该液体的图示省略。
容器100由主体111与盖体110构成，其中，主体111是由金属构成的矩形筒状且具备底，并且外形为长方体状的形状，盖体110是将主体111的开口堵塞的金属制板状部件。主体111是具有长方形的底面，并且从底面的长边部以及短边部分别竖立设置了长侧面以及短侧面的形状。此外，容器100可以在将电极体140等收容在内部之后，通过对盖体110与主体111进行焊接等来密封内部。具体来讲，容器100由包含0.09重量％以上的铝(A1)的不锈钢形成。此外，该不锈钢优选铬(Cr)相对于该不锈钢的含有量为16～30重量％，并且铝相对于该不锈钢的含有量为0.3重量％以下。
此外，主体111具有焊接该不锈钢而成的焊接部112、113、114以及115。也就是说，该焊接部112～115是在制造主体111时对主体111的由该不锈钢形成的部分彼此进行焊接而形成的焊接部。具体来讲，焊接部112以及114是在主体111的短侧面形成的焊接部，焊接部113以及115是在主体111的短侧面与底面之间形成的焊接部。
这里，对主体111的制造方法进行详细说明。图3是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件10的容器100的主体111的制造方法进行说明的图。如该图所示，板材111a是将容器100的主体111展开的情况下的不锈钢板。该板材111a是通过对一片不锈钢板进行冲压而作成的。然后，通过在该图的虚线部分折弯板材111a，并进行焊接加工，来制造主体111。具体来讲，板材111a的边112a与边112b被焊接，并且边113a以及113b与边113c被焊接。此外，边114a与边114b被焊接，并且边115a以及115b与边115c被焊接。其结果，焊接部112～115在短侧面上形成。特别地，焊接部112以及114不是被配置在短侧面的边部，而是被配置在面内。蓄电元件在过充电时或者被放置在高温环境下的情况下，存在内压上升的情况。此时，容易受到因膨胀而引起的应力的影响的是面积大的长侧面，短侧面不容易受到因膨胀而引起的应力的影响。因此，若在短侧面具有焊接部，则由于不容易受到因膨胀而引起的应力，因此优选。
这里，在上述说明中，容器100的盖体110与主体111由上述的不锈钢形成，但容器100只要至少一部分由该不锈钢形成即可，只要在由该不锈钢形成的部分具有焊接部即可。例如，容器100也可以仅主体111由该不锈钢形成，也可以仅主体111的一部分由该不锈钢形成。此外，在上述说明中，板材111a是通过对一片不锈钢板进行冲压而制作的，但该板材也可以由多个钢板构成。不过，优选不锈钢板如上述那样为一片钢板。其原因是减少焊接次数，进一步提高制造性。
另外，在焊接部分与电解液接触的情况下，若将上述不锈钢用于焊接部分，则效果变得显著，因而优选。因焊接部分与电解液接触而金属离子溶出到电解液的频度提高，会促进腐蚀。若在该焊接部分使用上述不锈钢，则腐蚀被抑制，与使用上述不锈钢以外的不锈钢的情况相比较，效果变得显著。此外，在焊接部分形成于主体111的开口部与底面之间的情况下或者具有多个焊接部分的情况下，若将上述不锈钢用于焊接部分，则效果变得显著，因而优选。这是由于在焊接部分形成于主体111的开口部与底面之间的情况下或者具有多个焊接部分的情况下，电解液与焊接部分接触的面积变大。因此，在蓄电元件10形成焊接部112～115，并且蓄电元件10被放置为如图1所示的朝向的情况下，由于主体111的下部与电解液接触，因此优选包含焊接部112以及114的下部和焊接部113以及115在内的部分由该不锈钢形成。
这里，作为被封入在容器100中的电解液(非水电解液)，只要不损害蓄电元件10的性能，就可以不特别限定其种类地选择各种液体。
电极体140是具备正极、负极以及隔离物，并能够蓄电的部件。正极是在由铝或者铝合金等构成的长条带状的正极基材箔上形成有正极活性物质层的部件。负极是在由铜或者铜合金等构成的长条带状的负极基材箔上形成有负极活性物质层的部件。隔离物是由树脂构成的微多孔性的片。这里，作为用于正极活性物质层的正极活性物质以及用于负极活性物质层的负极活性物质，可以使用适合的公知材料。并且，电极体140是将按照在负极与正极之间夹入隔离物的方式配置为层状的物质卷绕为扁平状，并在从容器的短侧面侧来看的方向上形成为长圆形状。扁平状的电极体140的平坦部与主体111的长侧面的内面对置。若长期使用蓄电元件，则存在由于劣化而导致电极体膨胀的情况，电极体140的平坦部的厚度增加。在这种情况下，也使主体111的长侧面受到基于电极体的膨胀的应力，在不容易受到因膨胀而引起的应力的短侧面具有焊接部是优选的方式。
此外，在蓄电元件10为充满电状态的情况下的电极体140的正极的开路电压相对于锂电位为4.0伏以上的情况下，效果更加显著。在容器100与正极接触，容器100被置于4.0伏以上的电压的情况下，通过使用上述不锈钢，效果变得更加显著，因此优选。另外，正极的开路电压是正极开路电位与锂电位之间的电位差，所谓正极开路电位，是指在将蓄电元件10从外部电路电切断(正极与负极之间没有施加负荷)的状态经过了足够的时间后的时刻下的蓄电元件10的正极的电位。
正极端子200是与电极体140的正极电连接的电极端子，负极端子300是与电极体140的负极电连接的电极端子。也就是说，正极端子200以及负极端子300是用于将储存在电极体140中的电导出到蓄电元件10的外部空间，另外为了在电极体140中蓄电而将电导入到蓄电元件10的内部空间的金属制的电极端子。此外，正极端子200以及负极端子300被安装在配置于电极体140的上方的盖体110。
正极集电体120是被配置在电极体140的正极与容器100的主体111的侧壁之间、且与正极端子200和电极体140的正极电连接的具备导电性以及刚性的部件。另外，正极集电体120与电极体140的正极基材箔同样由铝或者铝合金形成。
负极集电体130是被配置在电极体140的负极与容器100的主体111的侧壁之间、且与负极端子300和电极体140的负极电连接的具备导电性以及刚性的部件。另外，负极集电体130与电极体140的负极基材箔同样由铜或者铜合金形成。
接下来，对具有由上述不锈钢形成的容器100的蓄电元件10所起到的效果进行详细地说明。
实施例
下面，对针对具有容器100的蓄电元件10的实施例进行说明。另外，下面的实施例1是关于上述实施方式所涉及的蓄电元件10的例子。此外，下面所说明的实施例1～3以及比较例1～3中，是在除了容器的铬以及铝的含有量以外其他全部相同的条件下进行的例子。具体来讲，如下面那样，假定将不锈钢制的电池容器置于正极电位的情况，如表1所示，针对铬的含有量以及铝的含有量不同的6种不锈钢(不锈钢A～F)进行了实验。
[表1]
这里，不锈钢A～C是铝的含有量为0.09～0.12重量％的不锈钢，不锈钢D～F是铝的含有量为0.05～0.06重量％的不锈钢。此外，不锈钢A、C以及D的铬的含有量大于16.0重量％，不锈钢B、E以及F的铬的含有量小于16.0质量％。并且，对于这些不锈钢A～F的每一个，制作出通过对2片不锈钢板进行对接焊接而焊接后的金属板样本。
此外，对于试验单元使用玻璃制的电解单元，对于作用极使用连接了端子的上述金属板样本，对于对极以及参照极使用锂金属，对于电解液，作为电解质则使用1MLiPF6，作为溶剂则使用碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯以3∶2∶5的体积比进行混合而成的物质。并且，对于该试验单元，使用Potentio Galvano stat(Solartron株式会社制SI1287)，进行了循环伏安法(Cyclic Voltammetry)。这里，扫描电位的范围是2.5V～4.2V，反复进行了300次。此外，试验温度为25℃。并且，针对试验后的该试验单元的电解液，通过感应耦合等离子体(ICP，Inductively Coupled Plasma)发光分析装置(日本ジャ一レルァッシュ株式会社(现为Thermo FisherScientific株式会社)制IRIS AP)来进行ICP发光分析，并进行了Fe元素的定量。
将如上面那样进行了实验的结果显示在表2中。也就是说，在下面的表2中，针对不锈钢A～F的金属板样本，对循环伏安法的第10个循环以及第300个循环的电流值(4.2V时)、300个循环结束后Fe向电解液中的溶出量以及第300个循环的3.5V或者4.0V下的电流值进行比较。其中，所谓3.5V或者4.0V下的电流值，是表示相对于锂金属的电位，在将电压设为3.5V或者4.0V的情况下对每单位面积的电极进行通电的电流值。也就是说，在该电流值大的情况下，表示发生了由腐蚀引起的金属溶出。
[表2]
这里，实施例1～3针对不锈钢A～C的金属板样本，表示第10个循环以及第300个循环的电流值、3.5V以及4.0V下的电流值以及Fe溶出量。此外，比较例1～3针对不锈钢D～F的金属板样本，表示上述数据。此外，图4～图6是用于对本发明的实施方式所涉及的蓄电元件10所起到的效果进行说明的图。具体来讲，图4是对上述表2中的实施例1～3以及比较例1～3的第10个循环以及第300个循环的电流值进行比较的图表。此外，图5是对上述表2中的实施例1～3以及比较例1～3的3.5V以及4.0V下的电流值进行比较的图表。此外，图6是对上述表2中的实施例1～3以及比较例1～3的Fe溶出量的值进行比较的图表。
另外，比较例1的不锈钢D是被用于通过现有的深冲压而制造出的容器的钢种。若对没有焊接部位的不锈钢D的金属板进行上述实验，则第10个循环以及第300个循环的电流值(4.2V时)以及第300个循环的3.5V或者4.0V下的电流值分别为0.00mA/cm2、0.00mA/cm2、0.01mA/cm2、0.00mA/cm2的值。根据该例子可知，在使用比较例1的不锈钢的情况下，在没有焊接部位的容器中电流几乎不流动且不产生腐蚀，但是在存在焊接部位的容器中会产生腐蚀。
如上述表2以及图4～图6所示，在实施例1～3(不锈钢A～C)中，与比较例1～3(不锈钢D～F)相比，为第10个循环以及第300个循环的电流值、4.0V下的电流值以及Fe的溶出量非常少的结果。因此，在不锈钢中存在焊接部的情况下，通过使用铝的含有量为0.09重量％以上的不锈钢，能够抑制焊接部位的腐蚀。此外，在实施例1、3(不锈钢A、C)中，与实施例2(不锈钢B)相比，为第300个循环的电流值、4.0V下的电流值以及Fe的溶出量非常少的结果。也就是说，若铬的含有量为16.0重量％以上，则能够长期抑制腐蚀，因而优选。
通过在该不锈钢形成铬覆膜，能够抑制不锈钢的腐蚀，因此铬的含有量高的不锈钢能够更长期地抑制腐蚀。但是，由于若铬的含有量变高，则导致韧性、加工性的降低，因此优选铬的含有量为30重量％以下。此外，作为该腐蚀被抑制的重要因素，假定是因为含有的铝形成了耐腐蚀性的覆膜，发挥了对不锈钢的溶出进行抑制的效果，因此铝的含有量高的不锈钢能够抑制腐蚀。但是，由于若铝的含有量变高，则成为不锈钢的制钢时表面缺陷的原因，因此优选铝的含有量为0.3重量％以下。
此外，如上述表2以及图5所示，在比较例1～3中，3.5V下的电流值表现了低的值，而4.0V下的电流值表现了高的值。这表示在构成电池的容器的不锈钢被置于的电压为3.5V的情况下，腐蚀的发生少，而在电压为4.0V的情况下，则显著发生基于腐蚀的金属溶出。与此相对地，在实施例1～3中，3.5V下的电流值以及4.0V下的电流值都表现低的值。也就是说，表示构成电池的容器的不锈钢所被放置的电压不管是3.5V还是4.0V都能够对腐蚀的产生进行抑制。因此，若使用不锈钢A～C(实施例1～3)，则即使在正极的电位相对于锂电位超过了4.0V的情况下，也能够令人满意地对基于腐蚀的金属溶出进行抑制。
如上所述，根据本发明的实施方式所涉及的蓄电元件10，具备容器100，该容器由含有0.09重量％以上的铝的不锈钢构成、且具有该不锈钢被焊接而成的焊接部。这里，本申请的发明人经过专心研究以及实验，发现在含有0.09重量％以上的铝的不锈钢的情况下，即使对该不锈钢实施焊接处理，也能够抑制焊接部位的腐蚀。因此，即使通过焊接加工来制作容器100，也能够通过在被焊接的部位使用该不锈钢来抑制焊接部位的腐蚀。由此，能够实现具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器100的蓄电元件10。
本申请的发明人经过专心研究以及实验，发现即使在蓄电元件10的正极的开路电压相对于锂电位为4.0伏以上的情况下，在铝的含有量为0.09重量％以上的不锈钢的情况下，也能够抑制焊接部位的腐蚀。因此，即使在该开路电压为4.0伏以上的情况下，也能够实现具备对于焊接部位具有良好的耐腐蚀性的容器100的蓄电元件10。
此外，蓄电元件10在容器100的主体111具有焊接部112～115。也就是说，虽然容器100的主体111通常与在电解液中湿润了的电极体接触，但即使该主体的与电解液接触的部分被焊接，也能够抑制焊接部位的腐蚀。
此外，形成蓄电元件10的容器100的不锈钢的铬的含有量为16～30重量％并且铝的含有量为0.3重量％以下。这里，若该不锈钢的铬的含有量变低，则由于长期间或反复地被置于严格的氧化状态，因此耐氧化性容易降低。因此，本申请的发明人经过专心研究以及实验，发现优选铬的含有量为16质量％以上。另一方面，由于若铬的含有量变高，则导致韧性、加工性的降低，因此优选铬的含有量为30重量％以下。此外，由于若铝的含有量变高，则成为不锈钢的制钢时表面缺陷的原因，因此优选铝的含有量为0.3重量％以下。因此，能够以具有最佳的含有量的不锈钢，来形成蓄电元件10的容器100。
(其他的实施方式)
在上述实施方式中，容器与电极体之间的电连接状态并不特别限定。可以将容器与电极体的正极侧连接来成为正极电位，也可以设为容器与电极体电绝缘的方式。其中，若容器与电极体绝缘，则由于与电极体之间没有施加电位而耐腐蚀性进一步增加，因此优选。
在上述实施方式中，虽然作为电极体140的形状表示了长圆形状，但也可以是圆形状或者椭圆形状。此外，电极体140的形状不仅限于卷绕型，也可以是层叠了平板状极板的形状。
产业上的可利用性
本发明能够应用于具备制造性高且具有良好的耐腐蚀性的容器的蓄电元件等。
符号说明
10   蓄电元件
100  容器
110  盖体
111  主体
111a  板材
112、113、114、115  焊接部
112a、112b、113a～113c、114a、114b、115a～115c  边
120  正极集电体
130  负极集电体
140  电极体
200  正极端子
300  负极端子

Claims (5)

1.一种蓄电元件，其具备用于收容电极体与电解液的容器，该电极体具有正极以及负极，
所述容器由含有0.09重量％以上的铝的不锈钢构成，并具有所述不锈钢彼此被焊接而成的焊接部。
2.根据权利要求1所述的蓄电元件，其特征在于，
所述容器具备：盖体；和与所述盖体连接的主体，
所述主体具有所述焊接部。
3.根据权利要求1或2所述的蓄电元件，其特征在于，
所述不锈钢含有16～30重量％的范围内的铬，并且铝的含有量为0.3重量％以下。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的蓄电元件，其特征在于，
所述容器与所述电极体电绝缘。
5.根据权利要求2所述的蓄电元件，其特征在于，
所述主体是具有长侧面和短侧面的长方体状的形状，
所述焊接部的至少一部分位于所述短侧面。
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