DE112013002614T5

DE112013002614T5 - Energiespeichereinrichtung

Info

Publication number: DE112013002614T5
Application number: DE112013002614.7T
Authority: DE
Inventors: c/oGS YUASA INTERNATIONAL LTD Ioka Hirotsugu; c/o GS YUASA INTERNATIONAL LTD. Anami Keisuke; c/o GS YUASA INTERNATIONAL LTD. Kitano Shinya; c/o LITHIUM ENERGY JAPAN Munenaga Noriyoshi; c/o c/o LITHIUM ENERGY JAPAN Nakamura Taku
Original assignee: GS Yuasa International Ltd; Lithium Energy Japan KK
Current assignee: GS Yuasa International Ltd
Priority date: 2012-05-22
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2015-03-12
Also published as: JPWO2013175760A1; JP6090313B2; US9905369B2; CN104094443B; US20150017521A1; CN104094443A; WO2013175760A1; KR102142377B1; KR20150022740A

Abstract

Eine Energiespeichereinrichtung wird zur Verfügung gestellt, die einen Behälter mit einer hohen Produktivität und zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit beinhaltet. Die Energiespeichereinrichtung 10 umfasst den Behälter 100, der eine Elektrodenanordnung 120 mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode und einer Elektrolytlösung beherbergt, wobei der Behälter 100 aus rostfreiem Stahl mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium ausgebildet ist, und Schweißabschnitte 112 und 113 aufweist, wo der rostfreie Stahl geschweißt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Energiespeichereinrichtung, die einen Behälter beinhaltet, der eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode und einer Elektrolytlösung beherbergt.
STAND DER TECHNIK
Eine Energiespeichereinrichtung beinhaltet einen Behälter, der eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode und einer Elektrolytlösung beherbergt. Der Behälter wird ausgebildet durch eine Verformung von rostfreiem Stahl, wie z. B. Tiefziehen (siehe zum Beispiel Patentdokument 1).
STAND DER TECHNIK DOKUMENT
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: JP-A-11-67163

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN
Jedoch in einem Fall, wo das Tiefziehen verwendet wird als Verfahren zur Herstellung des Behälters aus rostfreiem Stahl, wie bei im Stand der Technik bekannten Energiespeichereinrichtungen, macht es die Metallbearbeitung schwierig, und verringert die Produktivität im allgemeinen, da eine gewisse Schwierigkeit der Metallbearbeitung von der Form des Behälters abhängig ist. Andererseits wird es in einem Fall, bei dem ein Behälter durch Schweißen von Edelstahlplatten ausgebildet wird, leicht, den Behälter in jeder Form herzustellen, was die Produktivität steigert. Daher ist es erwünscht, dass der Behälter durch Schweißen gebildet wird.
Jedoch können in einer Energiespeichereinrichtung, wenn der Behälter mit Schweißabschnitten einem hohen Potential ausgesetzt ist, die Schweißabschnitte rosten. Mit anderen Worten, in einem Fall, in dem der rostfreie Stahl dem Schweißen unterzogen wird, wird der rostfreie Stahl korrosionsanfällig. Wenn der Behälter rostet, werden Metallionen aus dem Behälter eluiert und auf der negativen Elektrode abgeschieden, um einen inneren Kurzschluss zu bewirken oder die Elektrolytlösung fließt nach außen. Um solche Probleme zu vermeiden, wird Korrosionsbeständigkeit für den Behälter erforderlich. Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und eine Aufgabe davon ist es, eine Energiespeichereinrichtung mit einem Behälter mit einer hohen Produktivität und zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit zur Verfügung zu stellen.
MITTEL ZUR LÖSUNG DER PROBLEME
Um das obige Ziel zu erreichen wird in Übereinstimmung mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Energiespeichereinrichtung zur Verfügung gestellt, die einen Behälter, der eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode und einer Elektrolytlösung beherbergt, wobei der Behälter aus rostfreien Stahl mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium ist, und einen geschweißten Abschnitt aufweist, wo der rostfreie Stahl geschweißt ist.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als Ergebnis der Studien und Experimente festgestellt, dass Korrosion des Schweißabschnitts in dem Fall des rostfreien Stahls mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium unterdrückt werden kann, selbst wenn der rostfreie Stahl einer Schweißbehandlung unterzogen wird. Auf diese Weise ist es möglich, die Energiespeichereinrichtung zu erhalten, die den Behälter mit einer hohen Produktivität und einer zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit beinhaltet.
Vorzugsweise umfasst der Behälter einen Deckelkörper und einen Hauptkörper, welcher mit dem Deckelkörper verbunden ist, wobei der Hauptkörper den Schweißabschnitt umfasst.
Der Hauptkörper des Behälters ist normalerweise in Kontakt mit einer Elektrodenanordnung (Energieerzeugungselement), welche feucht durch die Elektrolytlösung ist. Selbst wenn ein Abschnitt des Hauptkörpers, der in Kontakt mit der Elektrolytlösung ist, geschweißt ist, ist es möglich, die Korrosion des Schweißabschnitts zu unterdrücken.
Vorzugsweise beinhaltet der rostfreie Stahl 16 bis 30% Gewichtsprozent Chrom und 0,3% oder weniger Gewichtsprozent Aluminium.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als Ergebnis der Studien und Experimente festgestellt, dass der Chromgehalt vorzugsweise 16% Gewichtsprozent oder höher ist. Andererseits ist der Chromgehalt vorzugsweise 30% Gewichtsprozent oder weniger und der Aluminiumgehalt beträgt vorzugsweise 0,3% Gewichtsprozent oder weniger. Daher ist es möglich, den Behälter der Energiespeichereinrichtung unter Verwendung des rostfreien Stahls mit dem optimalen Inhalt zu bilden.
Vorzugsweise sind der Behälter und die Elektrodenanordnung elektrisch voneinander isoliert.
Wenn der Behälter und die Elektrodenanordnung voneinander isoliert sind, wird kein Potential zwischen der Elektrodenanordnung und dem Behälter aufgebracht, und die Korrosionsbeständigkeit wird weiter erhöht.
Vorzugsweise ist der Hauptkörper in Form eines rechtwinkligen Parallelepipeds mit Langseitenflächen und Kurzseitenflächen, wobei wenigstens ein Teil des Schweißabschnitts auf der Kurzseitenfläche positioniert ist.
Der Schweißabschnitt ist in der Korrosionsbeständigkeit schlechter als die anderen Abschnitte, und als Ergebnis kann die Festigkeit des Schweißabschnittes sich verringern. Wenn die Energiespeichereinrichtung überladen wird oder in einer Umgebung mit hoher Temperatur verbleibt, kann der Innendruck in einigen Fällen erhöht sein. In diesem Fall wird Spannung aufgrund der Schwellung auf den Behälter aufgebracht. Wenn der Behälter der Energiespeichereinrichtung in der rechteckigen Parallelepiped-Form mit den Langseitenflächen und den Kurzseitenflächen ist, sind es die Langseitenflächen mit großen Flächen, die empfindlich gegen die Schwellung sind, und die Kurzseitenflächen sind für die Schwellung weniger anfällig. Wenn daher der Schweißabschnitt auf der Kurzseitenfläche ist, ist der Schweißabschnitt weniger anfällig für die Beanspruchung durch die Schwellung, und die Verringerung der Festigkeit des Schweißabschnitts wird weniger wahrscheinlich auftreten.
VORTEILE DER ERFINDUNG
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Energiespeichereinrichtung zu erhalten, die den Behälter mit einer hohen Produktivität und einer zufriedenstellende Korrosionsbeständigkeit beinhaltet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt.
2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur darstellt, wenn ein Hauptkörper eines Behälters der Energiespeichereinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getrennt ist.
3 ist ein Diagramm zur Erläuterung eines Verfahrens zur Herstellung des Hauptkörpers des Behälters der Energiespeichereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, das die Wirkung, welche von der Energiespeichereinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeübt wird, erklärt.
5 ist ein Diagramm, das die Wirkung, welche von der Energiespeichereinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeübt wird, erklärt.
6 ist ein Diagramm, das die Wirkung, welche von der Energiespeichereinrichtung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeübt wird, erklärt.
ARTEN ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf die Zeichnungen werden die Energiespeichereinrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Jede der nachstehend beschriebenen Ausführungsformen ist ein bevorzugtes spezifisches Beispiel der vorliegenden Erfindung. Zahlenwerte, Formen, Materialien, Komponenten und Positionen und Arten der Verbindung der in den folgenden Ausführungsformen dargestellten Komponenten sind lediglich Beispiele, und sind nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung zu beschränken.
(Ausführungsform)
Zuerst wird eine Struktur der Energiespeichereinrichtung 10 beschrieben. 1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein äußeres Erscheinungsbild der Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch darstellt. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Struktur darstellt, wenn ein Hauptkörper 111 eines Behälters 100 der Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung getrennt ist.
Die Energiespeichereinrichtung 10 ist eine Sekundärbatterie, und insbesondere eine nichtwässrige Elektrolyt-Sekundärbatterie, wie z. B. eine Lithium-Ionen-Sekundärbatterie. Die Energiespeichereinrichtung 10 kann eine andere Sekundärbatterie sein als eine nicht-wässrigen Elektrolyt-Sekundärbatterie oder als ein Kondensator.
Wie in 1 gezeigt, weist die Energiespeichereinrichtung 10 einen Behälter 100, einen positiven Elektrodenanschluss 200 und einen negativen Elektrodenanschluss 300 auf. Wie in 2 gezeigt sind ein positiver Stromabnehmer 120, ein negativer Stromabnehmer 130 und eine Elektrodenanordnung 140 in dem Behälter 100 beherbergt. Flüssigkeit, wie z. B. die Elektrolytlösung, ist in den Behälter 100 der Energiespeichereinrichtung 10 eingekapselt, wobei die Flüssigkeit nicht in der Zeichnung dargestellt ist.
Der Behälter 100 wird durch den Hauptkörper 111, der ein rechteckiger Zylinder aus Metall ist, und einen Boden aufweist, gebildet, und weist eine rechteckige Parallelepiped-Außenform und einen Deckelkörper 110, der ein metallplattenförmiges Element zum Verschließen einer Öffnung des Hauptkörpers 111 ist, auf. Der Hauptkörper 111 weist eine rechteckige Bodenfläche mit Langseitenabschnitten und Kurzseitenabschnitten auf, von denen Langseitenflächen und Kurzseitenflächen aufsteigen. Das Innere des Behälters 100 kann abgedichtet werden durch Schweißen des Deckelkörpers 110 und des Hauptkörpers 111, nachdem die Elektrodenanordnung 140 und dergleichen in den Behälter 100 angeordnet sind. Speziell wird der Behälter 100 aus rostfreiem Stahl mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium (Al) hergestellt. Der rostfreie Stahl hat vorzugsweise einen Chromgehalt (Cr) von 16 bis 30% Gewichtsprozent mit Bezug auf den rostfreien Stahl, und einen Aluminiumgehalt von 0,3% Gewichtsprozent oder weniger mit Bezug auf den rostfreien Stahl.
Der Hauptkörper 111 hat Abschnitte 112, 113, 114 und 115, wo der rostfreie Stahl geschweißt ist. Mit anderen Worten sind die Schweißabschnitte 112 bis 115 geschweißte Abschnitte, welche durch Schweißen von Abschnitten des Hauptkörpers 111 aus rostfreiem Stahl gebildet werden bei der Herstellung des Hauptkörpers 111. Insbesondere sind die Schweißabschnitte 112 und 114 die Schweißabschnitte auf den Kurzseitenflächen des Hauptkörpers 111, und die Schweißabschnitte 113 und 115 sind die geschweißten Abschnitte, welche zwischen den Kurzseitenflächen und der Bodenfläche des Hauptkörpers 111 gebildet sind.
Hier wird ein Verfahren zur Herstellung des Hauptkörpers 111 im Detail beschrieben. 3 ist ein Diagramm, das das Verfahren zur Herstellung des Hauptkörpers 111 des Behälters 100 der Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist ein Plattenmaterial 111a eine Platte aus rostfreiem Stahl, welche durch Entwickeln des Hauptkörpers 111 des Behälters 100 erhalten wird. Das Plattenmaterial 111a wird durch Ausstanzen einer Platte aus rostfreiem Stahl gebildet. Durch Falten des Plattenmaterials 111a entlang der gestrichelten Linien in der Zeichnung, und Schweißen des Plattenmaterials 111a, wird der Hauptkörper 111 gebildet. Insbesondere sind eine Seite 112a und eine Seite 112b des Plattenmaterials 111a verschweißt, und eine Seite 113a, eine Seite 113b und eine Seite 113c miteinander verschweißt. Darüber hinaus sind eine Seite 114a und eine Seite 114b miteinander verschweißt, und eine Seite 115a, eine Seite 115b und eine Seite 115c miteinander verschweißt. Als Ergebnis werden die Schweißabschnitte 112 bis 115 auf den Kurzseitenflächen gebildet. Insbesondere sind die Schweißabschnitte 112 und 114 nicht an den Seitenabschnitten der kurzen Seitenflächen, sondern auf den Flächen angeordnet. Wenn die Energiespeichereinrichtung überladen wird oder in einer Umgebung mit hoher Temperatur verbleibt, kann der Innendruck in einigen Fällen erhöht werden. In diesem Fall sind es die Langseitenflächen mit großen Flächen, die anfällig für Spannungen durch Schwellung sind, und die Kurzseitenflächen sind weniger anfällig für die Spannung, die durch die Schwellung verursacht wird. Daher werden die Schweißabschnitte bevorzugt an den Kurzseitenflächen ausgebildet, da sie weniger anfällig gegenüber der Belastung, welche durch die Schwellung verursacht wird, sind.
Obwohl der Behälter 100 den Deckelkörper 110 und den Hauptkörper 111 aufweist, welche aus den oben beschriebenen rostfreiem Stahl hergestellt sind, ist es wesentlich, dass wenigstens ein Teil des Behälters 100 aus rostfreiem Stahl gemacht ist, mit Schweißabschnitten, welche an dem Teil des rostfreien Stahls vorgesehen sind. Zum Beispiel kann nur der Hauptkörper 111 des Behälters 100 aus rostfreiem Stahl oder nur einen Teil des Hauptkörpers 111 aus rostfreiem Stahl gebildet werden. Obwohl das Plattenmaterial 111a durch Ausstanzen der Platte aus rostfreiem Stahl gebildet wird, kann das Plattenmaterial durch eine Mehrzahl von Stahlplatten gebildet werden. Allerdings wird die Platte aus rostfreiem Stahl vorzugsweise durch eine wie oben beschriebene Stahlplatte gebildet. Dies ist zur Verringerung der Anzahl von Schweißvorgängen und zur Steigerung der Produktivität.
In einem Fall, in dem die Schweißabschnitte in Kontakt mit der Elektrolytlösung sind, ist es bevorzugt, den oben beschriebenen rostfreien Stahl für die Schweißabschnitte zu verwenden, da eine deutliche Wirkung erzielt werden kann. Die Schweißabschnitte kommen in Kontakt mit der Elektrolytlösung, und das Metallion wird in die Elektrolytlösung eluiert, was Korrosion erleichtert. Wenn der oben beschriebene rostfreie Stahl für die Schweißabschnitte verwendet wird, wird die Korrosion unterdrückt, und eine deutlichere Wirkung kann erhalten werden, als in einem Fall, bei dem ein anderer rostfreier Stahl als die oben beschriebenen rostfreien Stähle verwendet wird. Weiterhin ist es bevorzugt, den oben beschriebenen rostfreien Stahl für die Schweißabschnitte in einem Fall zu verwenden, in dem die Schweißabschnitte zwischen dem Öffnungsabschnitt und der Bodenfläche des Hauptkörpers 111 gebildet sind, und in einem Fall, wo eine Vielzahl von Schweißabschnitten gebildet werden, da eine deutliche Wirkung erzielt werden kann. Dies ist, weil die Kontaktbereiche zwischen der Elektrolytlösung und der Schweißabschnitte groß werden, in dem Fall, in dem die Schweißabschnitte zwischen dem Öffnungsabschnitt und der Bodenfläche des Hauptkörpers 111 gebildet werden, und in dem Fall, wo eine Vielzahl von Schweißabschnitten gebildet wird. Daher wird in einem Fall, wo die Schweißabschnitte 112 bis 115 auf der Energiespeichereinrichtung 10 ausgebildet sind, und die Energiespeichereinrichtung 10 in einer in 1 gezeigten Ausrichtung angeordnet ist, und die Elektrolytlösung in Kontakt mit einem unteren Abschnitt des Hauptkörpers 111 ist, und somit mit einem Abschnitt, welcher die unteren Abschnitte der Schweißabschnitte 112 und 114 beinhaltet, und die Schweißabschnitte 113 und 115 sind daher vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.
Hierbei ist die Elektrolytlösung (nicht-wässrigen Elektrolytlösung), welche in dem Behälter 100 eingekapselt ist, nicht auf eine bestimmte Art beschränkt und kann aus verschiedenen Arten von Elektrolytlösungen ausgewählt werden, solange die Elektrolytlösung nicht die Leistung der Energiespeichereinrichtung 10 beeinträchtigt.
Die Elektrodenanordnung 140 ist ein Bauteil mit einer positiven Elektrode, einer negativen Elektrode und einem Separator, und zum Speichern von Elektrizität fähig. Die positive Elektrode ist eine lange bandförmige positive Trägerfolie aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, auf der eine positive Aktivmaterialschicht gebildet ist. Die negative Elektrode ist eine lange bandförmige negative Trägerfolie aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, auf der eine negative Aktivmaterialschicht gebildet ist. Der Separator ist eine mikroporöse Folie aus einem Harz.
Hierbei können bekannte Materialien geeignet verwendet werden, da ein positives Aktivmaterial für die positive Aktivmaterialschicht, und ein negatives Aktivmaterial für die negative Aktivmaterialschicht verwendet werden. Die Elektrodenanordnung 140 ist in einer länglichen kreisförmigen Form gebildet, wenn von der Kurzseitenfläche des Behälters betrachtet, durch Wickeln der negativen Elektrode und der positiven Elektrode, welche in Schichten mit dem Separator angeordnet sind, in eine flache Form. Ein flacher Abschnitt der flachen Elektrodenanordnung 140 ist den Innenseiten der Langseitenflächen des Hauptkörpers 111 zugewandt. Wenn die Energiespeichereinrichtung über einen langen Zeitraum verwendet wird, kann die Elektrodenanordnung Schwellen aufgrund einer Verschlechterung, und eine Dicke des flachen Abschnitts der Elektrodenanordnung 140 kann steigen. In diesem Fall wird Spannung infolge der Schwellung der Elektrodenanordnung durch die langen Seitenflächen des Hauptkörpers 111 aufgenommen, und es ist bevorzugt, dass die Schweißabschnitte in den Kurzseitenflächen gebildet sind, die wahrscheinlich weniger Spannung empfangen aufgrund der Schwellung.
Es ist möglich eine auffälligere Wirkung zu erhalten, wenn eine Leerlaufspannung der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 140 4,0 V oder höher ist in Bezug auf ein Lithium-Potential in einem Fall, in dem die Energiespeichereinrichtung 10 in einem vollgeladenen Zustand ist. Wenn der Behälter 100 und die positiven Elektrode in Kontakt miteinander kommen, und der Behälter 100 einer Spannung von 4,0 V oder höher ausgesetzt wird, ist es bevorzugt, den vorstehend beschriebenen rostfreien Stahl zu verwenden, da die auffällige Wirkung erzielt werden kann. Die Leerlaufspannung der positiven Elektrode hat eine Potentialdifferenz zwischen dem Ruhepotential der positiven Elektrode und dem Lithiumpotential, und das Ruhepotential der positiven Elektrode ist das Potential der positiven Elektrode der Energiespeichereinrichtung 10, wenn ein Zustand, in dem die Energiespeichereinrichtung 10 elektrisch von einer externen Schaltung getrennt ist (zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode keine Last angewendet), für eine ausreichende Zeitdauer fortgesetzt wird.
Der positive Elektrodenanschluss 200 ist ein Elektrodenanschluss, der elektrisch mit der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 140 verbunden ist, und der negative Elektrodenanschluss 300 ist ein Elektrodenanschluss, der elektrisch mit der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 140 verbunden ist. Mit anderen Worten sind der positive Elektrodenanschluss 200 und der negative Elektrodenanschluss 300 Metallelektrodenanschlüsse zum Herausführen von Elektrizität, welche in der Elektrodenanordnung 140 gespeichert ist, zu einem Raum außerhalb der Energiespeichereinrichtung 10 und zur Einführung von Strom in einen Raum in der Energiespeichereinrichtung 10, um den Strom in der Elektrodenanordnung 140 zu speichern. Der positive Elektrodenanschluss 200 und der negative Elektrodenanschluss 300 sind an dem Deckelkörper 110 angeordnet, der über der Elektrodenanordnung 140 angeordnet ist.
Der positive Stromabnehmer 120 ist ein Element mit elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit, und ist zwischen der positiven Elektrode der Elektrodenanordnung 140 und einer Seitenwand des Hauptkörpers 111 des Behälters 100 angeordnet, und ist elektrisch mit dem positiven Elektrodenanschluss 200 und der positive Elektrode der Elektrodenanordnung 140 verbunden. Der positive Stromabnehmer 120 ist aus Aluminium oder Aluminiumlegierung ähnlich der positiven Trägerfolie der Elektrodenanordnung 140 gebildet.
Der negative Stromabnehmer 130 ist ein Element mit elektrischer Leitfähigkeit und Festigkeit, und ist zwischen der negativen Elektrode der Elektrodenanordnung 140 und einer Seitenwand des Hauptkörpers 111 des Behälters 100 angeordnet, und ist elektrisch mit dem negativen Elektrodenanschluss 300 und der negative Elektrode der Elektrodenanordnung 140 verbunden. Die negative Stromabnehmer 130 ist aus Kupfer oder einer Kupferlegierung ähnlich der negativen Trägerfolie der Elektrodenanordnung 140 gebildet.
Als nächstes wird die Wirkung der Energiespeichereinrichtung 10 mit dem Behälter 100, der aus dem oben beschriebenen rostfreien Stahl hergestellt wurde, im Detail beschrieben.
BEISPIELE

Beispiele der Energiespeichereinrichtung 10 mit dem Behälter 100 werden nachstehend beschrieben. Beispiel 1, wie unten beschrieben, bezieht sich auf die Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform. Experimente wurden unter den gleichen Bedingungen für die Beispiele 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 durchgeführt, bis auf einen Chromgehalt und einen Aluminiumgehalt in dem Behälter. Im Speziellen wurden die Experimente für sechs Arten von rostfreiem Stahl (rostfreie Stähle A bis F) mit unterschiedlichen Chromgehalten und Aluminiumgehalten, wie in Tabelle 1 unter der Annahme durchgeführt, dass der Batteriebehälter, der aus rostfreiem Stahl hergestellt wurde, einem positiven Elektrodenpotential in der folgenden Weise ausgesetzt wurde. [Tabelle 1]

Art des rostfreien Stahls	Cr Gehalt (% Gewichtsprozent)	Al Gehalt (% Gewichtsprozent)
Rostfreier Stahl A	17.0	0.09
Rostfreier Stahl B	14.3	0.10
Rostfreier Stahl C	16.0	0.12
Rostfreier Stahl D	16.0	0.06
Rostfreier Stahl E	11.0	0.05
S Rostfreier Stahl F	13.2	0.06

Hier sind rostfreie Stähle A bis C rostfreie Stähle mit einem Aluminiumanteil von 0,09 bis 0,12% Gewichtsprozent, und rostfreie Stähle D bis F sind rostfreie Stähle mit einem Aluminiumanteil von 0,05 bis 0,06% Gewichtsprozent. Rostfreie Stähle A, C, und D hatten Chromgehalte höher als 16,0% Gewichtsprozent, und rostfreie Stähle B, E, und F hatten Chromgehalte niedriger als 16,0% Gewichtsprozent. Eine Metallplattenprobe für jeden dieser rostfreien Stähle A bis F wurde durch Verschweißen von zwei rostfreien Stahlplatten durch Stumpfschweißen hergestellt.
Ein Glas-Elektrolysezelle wurde als Testzelle verwendet, wobei die Metallplattenprobe, mit der ein Anschluss verbunden wurde, als Arbeitselektrode verwendet wurde, und Lithiummetall wurde für eine Gegenelektrode und eine Referenzelektrode verwendet. Für die Elektrolytlösung wurde 1MLiPF₆ als Elektrolyt verwendet und eine Mischung aus Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Ethylmethylcarbonat in einem Volumenverhältnis von 3:2:5 wurde als Lösungsmittel verwendet. Dann wurde Cyclovoltammetrie durchgeführt für die Testzelle durch die Verwendung eines Potentio-Galvanostat (SI1287 von Solartron Group Ltd hergestellt). Test-Potentiale wurden in einem Bereich von 2,5 V bis 4,2 V und die Cyclovoltammetrie wurde 300 mal durchgeführt. Die Testtemperatur betrug 25°C. Dann wurde unter Verwendung eines induktiv gekoppelten Plasmas (ICP)-Emissionsspektrometer (IRIS AP, hergestellt von Nippon Jiyaareru H KK (aktuelle Unternehmensname: Thermo Fisher Scientific KK), ICP Emissionsspektrometrie für die Elektrolytlösung in der Probenzelle durchgeführt, nachdem der Test und die Menge der Fe-Elemente bestimmt wurde.
Ergebnisse der wie oben beschriebenen durchgeführten Versuche sind in Tabelle 2 dargestellt. Mit anderen Worten werden, wie unten in Tabelle 2 gezeigt, Stromwerte (zu der Zeit von 4,2 V) im 10. Zyklus und im 300. Zyklus der zyklischen Voltametrie, Elution-Beträge von Fe aus der Elektrolytlösung nach dem Ende des 300. Zyklus, und Stromwerte bei 3,5 V oder 4,0 V im 300. Zyklus zwischen den Metallplattenproben von rostfreien Stählen A bis F verglichen. Der Stromwert bei 3,5 V oder 4,0 V bezeichnet einen Stromwert, der durch eine Flächeneinheit der Elektrode geleitet wird, wenn die Spannung 3,5 V oder 4,0 V mit Bezug auf das Potential des Lithiummetalls ist. Mit anderen Worten, in einem Fall, wo der Stromwert groß ist, bedeutet dies, dass Metallelution aufgrund von Korrosion auftritt. [Tabelle 2]
Hier zeigen Beispiele 1 bis 3 die Stromwerte im 10. Zyklus und im 300. Zyklus, die Stromwerte bei 3,5 V und 4,0 V, und die Fe-Elution-Beträge für die Metallproben von rostfreien Stählen A bis C. Vergleichsbeispiele 1 bis 3 zeigen die oben genannten Daten für die Metallproben von rostfreien Stählen D bis F. 4 bis 6 sind Diagramme, die die durch die Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausgeübte Wirkung erklären. Insbesondere zeigt 4 ein Diagramm der Stromwerte in dem 10. Zyklus und 300. Zyklus in den Beispielen 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 in der Tabelle 2, die oben beschrieben wurde. 5 ist ein Diagramm, das die Stromwerte bei 3,5 V und 4,0 V bei den Beispielen 1 bis 3 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3 in der obigen Tabelle 2 beschreibt. 6 ist ein Graph zum Vergleichen von Werten des Fe-Elution-Betrags in den Beispielen 1 bis 3 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3, wie in der obigen Tabelle 2 beschrieben.
Rostfreier Stahl D des Vergleichsbeispiels 1 ist eine Art von Stahl, welcher im Stand der Technik für Behälter verwendet wird, welche mittels Tiefziehen hergestellt wurden. Wenn die obigen Versuche durchgeführt wurden für die Metallplatte aus rostfreiem Stahl D ohne Schweißabschnitt, waren die Stromwerte (zum Zeitpunkt von 4,2 V) im 10. Zyklus und dem 300. Zyklus und Stromwerte Werte von 3,5 V bzw. 4,0 V in dem 300. Zyklus jeweils 0,00 mA/cm², 0.00 mA/cm², 0,01 mA/cm² und 0,00 mA/cm². Dieses Beispiel zeigt, dass, wenn der rostfreie Stahl von Vergleichsbeispiel 1 verwendet wird, Korrosion im Fall eines Behälters mit einem Schweißabschnitt auftritt, während ein elektrischer Strom kaum fließt und Korrosion in einem Fall eines Behälters ohne geschweißten Bereich nicht auftritt.
Wie in Tabelle 2 und den oben beschrieben 4 bis 6 gezeigt, ist der Stromwert in dem 10. Zyklus und dem 300. Zyklus, bei 4,0 V, und der Fe-Elution Betrag sind in den Beispielen 1 bis 3 sehr viel kleiner (rostfreie Stähle A bis C) als in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 (rostfreier Stahl D bis F). Daher wird in einem Fall, in dem rostfreien Stahl einen Schweißabschnitt aufweist, es möglich, die Korrosion des Schweißabschnitts durch die Verwendung von rostfreien Stahl mit dem Aluminiumgehalt von 0,09% Gewichtsprozent oder mehr zu unterdrücken. Der Stromwert in dem 300. Zyklus, der Stromwert bei 4,0 V, und der Fe-Elution Betrag sind in den Beispielen 1 und 3 (rostfreie Stähle A und C) viel kleiner als in Beispiel 2 (rostfreier Stahl B). Mit anderen Worten ist es bevorzugt, dass der Chromgehalt 16,0% Gewichtsprozent oder mehr ist, weil die Korrosion über einen langen Zeitraum unterdrückt werden kann.
Eine Chrombeschichtung wird auf dem rostfreien Stahl gebildet, um die Korrosion von rostfreiem Stahl zu unterdrücken. Je höher also der Gehalt an Chrom, desto länger kann die Korrosion unterdrückt werden. Der hohe Chromgehalt führt jedoch zur Verringerung der Zähigkeit und der Bearbeitbarkeit, und somit beträgt der Chromgehalt vorzugsweise 30% Gewichtsprozent oder weniger. Es wird angenommen, dass der Faktor, der die Korrosion unterdrückt, die Bildung einer korrosionsbeständigen Beschichtung durch das enthaltende Aluminium ist, dass einen Effekt der Unterdrückung der Elution des rostfreien Stahls bewirkt. Je höher also der Aluminiumgehalt ist, desto mehr Korrosion kann unterdrückt werden. Der hohe Aluminiumgehalt bewirkt jedoch einen Oberflächenfehler bei der Herstellung des rostfreien Stahls, und somit beträgt der Aluminiumgehalt vorzugsweise 0,3% Gewichtsprozent oder weniger.
Wie dargestellt in Tabelle 2 und in oben beschriebener 5 dargestellt, sind in den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 die Stromwerte bei 3,5 V niedrig, während die Stromwerte bei 4,0 V hoch sind. Dies zeigt, dass die Korrosion weniger häufig auftritt, wenn die Spannung, zu welcher der rostfreie Stahl ausgesetzt ist, welcher den Behälter der Batterie ausbildet, 3,5 V ist, während die Metallelution aufgrund von Korrosion häufig auftritt, wenn die Spannung 4,0 V ist. Im Gegensatz dazu sind in den Beispielen 1 bis 3 sowohl die Stromwerte bei 3,5 V und die Stromwerte bei 4,0 V niedrig. Mit anderen Worten wird das Auftreten von Korrosion unterdrückt, egal ob die Spannung, die auf den rostfreien Stahl des Behälters der Batterie wirkt, 3,5 V oder 4,0 V ist. Daher ist es möglich durch Verwendung von rostfreiem Stahl A bis C (Beispiele 1 bis 3), die Metallelution aufgrund von Korrosion zufriedenstellend zu unterdrücken, auch wenn das Potential der positiven Elektrode 4,0 V bezüglich dem Lithiumpotential übersteigt.
Wie oben beschrieben, beinhaltet die Energiespeichereinrichtung 10 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Behälter 100, der aus rostfreien Stahl mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium ausgebildet, und der Schweißabschnitte hat, wo der rostfreie Stahl geschweißt ist. Hier haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung als Ergebnis der Studien und Experimente festgestellt, dass die Korrosion der geschweißten Abschnitte in dem Fall des rostfreien Stahls mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium unterdrückt werden kann, selbst wenn der rostfreie Stahl einer Schweißbehandlung unterzogen wird. Daher wird, wenn der Behälter 100 durch Schweißen gebildet ist, es möglich, die Korrosion der Schweißabschnitte mit Hilfe des rostfreien Stahls für die Schweißabschnitte zu unterdrücken. Auf diese Weise ist es möglich, die Energiespeichereinrichtung 10 zu erhalten, einschließlich des Behälters 100 mit einer hohen Produktivität und zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit.
Die Erfinder der vorliegenden Anmeldung haben als Ergebnis der Studien und Experimente festgestellt, dass die Korrosion der Schweißabschnitte im Falle von rostfreien Stahl mit einem Aluminiumgehalt von 0,09% Gewichtsprozent oder mehr unterdrückt wird, selbst wenn die Leerlaufspannung der positiven Elektrode der Energiespeichereinrichtung 10 4,0 V oder mehr bezogen auf das Lithiumpotential beträgt. Daher ist es möglich, die Energiespeichereinrichtung 10 zu erhalten, einschließlich des Behälters 100 mit befriedigender Korrosionsfestigkeit an den Schweißabschnitten, selbst wenn die Leerlaufspannung 4,0 V oder höher ist.
Die Energiespeichereinrichtung 10 hat die Schweißabschnitte 112 bis 115 an dem Hauptkörper 111 des Behälters 100. Mit anderen Worten ist der Hauptkörper 111 des Behälters 100 normalerweise in Kontakt mit der Elektrodenanordnung, welche feucht von der Elektrolytlösung ist. Auch wenn die Abschnitte des Hauptkörpers, welche in Kontakt mit der Elektrolytlösung sind, geschweißt sind, ist es möglich, die Korrosion der Schweißabschnitte zu unterdrücken.
Der rostfreie Stahl des Behälters 100 der Energiespeichereinrichtung 10 weist einen Chromgehalt von 16 bis 30% Gewichtsprozent und einen Aluminiumgehalt von 0,3% Gewichtsprozent oder weniger auf. Hier sinkt die Oxidationsbeständigkeit, wenn der rostfreie Stahl einen geringen Chromgehalt aufweist, wenn der rostfreie Stahl einem starken Oxidationszustand für eine lange Zeitperiode oder wiederholend ausgesetzt wird. Daher haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung als Ergebnis der Studien und Experimente festgestellt, dass der Chromgehalt vorzugsweise 16% Gewichtsprozent oder höher ist. Auf der anderen Seite bewirkt der hohe Chromgehalt eine Verringerung der Zähigkeit und der Bearbeitbarkeit und daher beträgt der Chromgehalt vorzugsweise 30% Gewichtsprozent oder weniger. Der hohe Aluminiumgehalt bewirkt Oberflächenfehler bei der Herstellung des rostfreien Stahls und somit beträgt der Aluminiumgehalt vorzugsweise 0,3% Gewichtsprozent oder weniger. Daher ist es möglich, den Behälter 100 der Energiespeichereinrichtung 10 durch Verwendung des rostfreien Stahls mit der optimalen Zusammensetzung zu bilden.
(Weitere Ausführungsformen)
In der obigen Ausführungsform wird ein Zustand der elektrischen Verbindung zwischen dem Behälter und der Elektrodenanordnung nicht besonders beschränkt. Der Behälter kann mit einer positiven Elektrodenseite der Elektrodenanordnung verbunden sein, um an einem positiven Elektrodenpotential zu sein. Der Behälter und die Elektrodenanordnung können elektrisch voneinander isoliert sein. Es ist bevorzugt, dass der Behälter und die Elektrodenanordnung voneinander isoliert sind, da ein Potential nicht zwischen der Elektrodenanordnung und der Behälter aufgebracht wird, und die Korrosionsbeständigkeit weiter gesteigert wird.
Obwohl die Form der Elektrodenanordnung 140 in der obigen Ausführungsform die eines länglichen Kreises ist, kann diese auch ein Kreis oder eine Ellipse sein. Die Form der Elektrodenanordnung 140 ist nicht auf eine gewundene Form beschränkt, und kann eine Form haben, die durch Laminieren flacher plattenförmiger Platten ausgebildet ist.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Erfindung kann mit der Energiespeichereinrichtung verwendet werden, die den Behälter mit einer hohen Produktivität und zufriedenstellender Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Bezugszeichenliste

10: Energiespeichereinrichtung
100: Behälter
110: Deckelkörper
111: Hauptkörpers
111a: Plattenmaterial
112, 113, 114, 115: Schweißabschnitte
112a, 112b, 113a bis 113c, 114a, 114b, 115a bis 115c: Seite
120: positiver Stromabnehmer
130: negativer Stromabnehmer
140: Elektrodenanordnung
200: positiver Elektrodenanschluss
300: negativer Elektrodenanschluss

Claims

Energiespeichereinrichtung, umfassend einen Behälter, der eine Elektrodenanordnung mit einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode und einer Elektrolytlösung beherbergt, wobei der Behälter aus rostfreiem Stahl mit 0,09% Gewichtsprozent oder mehr Aluminium ist und einen Schweißabschnitt aufweist, wo der rostfreie Stahl geschweißt ist.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Behälter einen Deckelkörper und einen Hauptkörper, der mit dem Deckelkörper verbunden ist, beinhaltet, wobei der Hauptkörper den Schweißabschnitt beinhaltet.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der rostfreie Stahl 16 bis 30% Gewichtsprozent Chrom und 0,3% Gewichtsprozent oder weniger Aluminium beinhaltet.
Energiespeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Behälter und die Elektrodenanordnung voneinander elektrisch isoliert sind.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Hauptkörper rechtwinklig parallelepipedförmig ist, mit Langseitenflächen und Kurzseitenflächen, und wobei wenigstens ein Teil des Schweißabschnitts auf der Kurzseitenfläche positioniert ist.