DE60022646T2

DE60022646T2 - Lithium-sekundärbatterie und verfahren zu ihrer hestellung

Info

Publication number: DE60022646T2
Application number: DE60022646T
Authority: DE
Inventors: Yoshio Moriwaki; Masakage Utsunomiya-shi KOMORI; Shingo Tsuda; Hidekazu Eguchi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-04-04
Filing date: 2000-12-01
Publication date: 2006-06-29
Anticipated expiration: 2020-12-02
Also published as: KR20020018998A; CN1181572C; EP1183742A1; JP2001283796A; DE60022646D1; CN1352810A; KR100390663B1; EP1183742B1; US6635382B2; WO2001075990A1; US20020197529A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Lithiumsekundärbatterie und auf ein Verfahren zu deren Herstellung. Im Einzelnen bezieht sich die Erfindung auf einen Metallmantel einer Lithiumsekundärbatterie, die aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium enthält (Mg-Li-Legierung) hergestellt ist.
Mit dem in letzter Zeit Vorherrschen von tragbaren Geräten, hat der Bedarf nach Sekundärbatterien zugenommen. Insbesondere hat eine Lithiumsekundärbatterie, die ein organisches Elektrolyt enthält, welche eine Verringerung der Größe und des Gewichts eines derartigen tragbaren Geräts ermöglicht, einen schnell zunehmenden Anteil am Markt erhalten. Obwohl die Mehrzahl von herkömmlichen Lithiumsekundärbatterien zylindrische oder münzähnliche Gestalten besitzen, hat die Anzahl von Sekundärbatterien mit rechteckigen Gestalten in letzter Zeit begonnen zuzunehmen. Zudem sind blattähnliche dünne Batterien in Erscheinung getreten.
Es ist sehr wichtig, die Energiedichte einer Batterie zu erhöhen. Die Energiedichte einer Batterie kann durch die Volumenenergiedichte (WH/Liter) ausgedrückt werden, welches die Größe einer Batterie anzeigt, und die Gewichtsenergiedichte (WH-KG), welches das Gewicht einer Batterie anzeigt. Vom Gesichtspunkt der Reduzierung von Größe und Gewicht muss eine Batterie eine höhere Volumenenergiedichte und Gewichtsenergiedichte besitzen, da ein starker Wettbewerb im Markt von derartigen Batterien existiert.
Die Energiedichte einer Batterie wird hauptsächlich durch aktive Materialien der positiven und negativen Elektroden als die energieerzeugenden Elemente bestimmt. Andere bestimmende Faktoren beinhalten das Elektrolyt und den Separator. Verbesserungen dieser bestimmenden Faktoren werden intensiv unternommen, um zu einer Batterie mit einer höheren Energiedichte zu gelangen.
Ein Metallmantel zum Unterbringen von derartigen energieerzeugenden Elementen wird auch als ein wichtiger Faktor bei der Verringerung der Größe und des Gewichts einer Batterie angesehen und wird aktiv verbessert. Wenn der Metallmantel eine dünnere Wand besitzt, können größere Mengen der aktiven Materialien innerhalb des Metallmantels in einer herkömmlichen Gestalt untergebracht werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Volumenenergiedichte der Batterie. Alternativ kann, wenn das Gewicht des Metallmantels verringert werden kann, das Gewicht der Batterie bei herkömmlicher Gestalt verringert werden. Dies führt zu einer Verbesserung der Gewichtsenergiedichte der Batterie.
Ein bekanntes Beispiel einer Batterie mit einem leichten Metallmantel ist eine Lithiumionenbatterie in einer richtigen Gestalt, die einen Metallmantel aus einem leichten auf Aluminium basierenden Legierungsblatt (spezifische Gravität: ungefähr 2,8 g/cc) an Stelle eines herkömmlichen Stahlblattes (spezifische Gravität: ungefähr 7,9 g/cc) verwendet. Auf dem technischen Gebiet der Batterien zur Verwendung in Mobiltelefonen ist ein Fall bekannt, wo die Gewichtsenergiedichte einer Batterie um ungefähr 10% zugenommen hat, indem der Metallmantel aus einer auf Aluminium basierenden Legierung verwendet wird (vergleiche veröffentlichtes japanisches Patent Gazette Nr. HEI 8-329908).
Viele Verfahren zur Herstellung von derartigen Metallmänteln aus Aluminium oder auf Aluminium basierenden Legierungen weisen ein Stoßverfahren oder ein Zugverfahren auf.
In letzter Zeit hat sich die Aufmerksamkeit auf Magnesium basierenden Legierungen gerichtet, welche leichter als Aluminium oder auf Aluminium basierende Legierungen sind. Die spezifische Gravität von Magnesium beträgt 1,74 g/cc, wohingegen diejenige von Aluminium 2,7 g/cc beträgt. Beispiele von wohlbekannten auf Magnesium basierenden Legierungen beinhalten Legierungen, die Magnesium umfassen, das mit Al, Zn oder dergleichen vermischt ist. Einige Fälle sind bekannt, wo eine auf Magnesium basierende Legierung für den Metallmantel einer Batterie verwendet wird (vergleiche veröffentlichtes japanisches Patent Gazette Nr. HEI11-25933 und HEI 11-86805).
Ferner hat sich die Aufmerksamkeit in letzter Zeit auf Magnesium basierenden Legierungen gerichtet, die Lithium enthalten, welche Superplastizität besitzen (vergleiche veröffentlichtes japanisches Patent Gazette Nr. HEI 6-65668). Auf Magnesium basierende Legierungen, die Lithium enthalten, sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine niedrigere spezifische Gravität (ungefähr 1,3 bis 1,9 g/cc) als reines Mg besitzen und besitzen eine überlegene mechanische Verarbeitbarkeit im Vergleich zu herkömmlichen auf Magnesium basierenden Legierungen, die Al enthalten.
Es ist jedoch kein Fall bekannt, wo eine auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, für einen Metallmantel für eine Batterie angewendet wird.
Mittlerweile hat das Thixoformverfahren als neue Technik zum Verarbeiten von auf Magnesium basierenden Legierungen in der Technik für Strukturmaterial zur Verwendung in verschiedenen elektrischen Anwendungsgeräten Beachtung gefunden. Das Thixoformverfahren ist eine Modifikation des Druckgussverfahrens, welches die Hauptlinie der herkömmlichen Technologie gewesen ist, und ist zu dem Spritzformverfahren für Grundstoffe ähnlich. Im Einzelnen spritzt dieses Verfahren eine Rohmateriallegierung in einem halbgeschmolzenen Zustand in eine Form ein, verfestigt die Rohmateriallegierung, und entfernt dann das geformte Produkt aus der Form. Das resultierende Kristall des geformten Produkts besitzt keine dentritische Struktur, welches von dem Druckgussverfahren stammt, sondern eine granulare Struktur, welches von dem Verfestigungsverfahren unter Spannung stammt. Die Legierung mit einer granularen Struktur zeigt derartige Merkmale wie verbesserte mechanische Eigenschaften und stabilisierte Qualität, sogar wenn dünn ausgebildet.
Es ist jedoch kein Fall bekannt, wo eine auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, die durch ein Thixoformverfahren erhalten wurde, auf einen Metallmantel für eine Batterie angewendet wird.
Obwohl es einige Fälle gibt, wo auf Magnesium basierende Legierungen für Metallmäntel verwendet werden (veröffentlichtes japanisches Patent Gazetten Nr. HEI 11-25933 und HEI 11-86805), wie vorstehend beschrieben, besitzen die herkömmlichen auf Magnesium basierenden Legierungen eine schlechte Verarbeitbarkeit und sind folglich schwierig auf Metallummantelungen für Batterien praktisch anwendbar gewesen. Da auf Magnesium basierende Legierungen ferner korrodiert werden, wenn in Kontakt mit einem Energie erzeugenden Element, wie einem Elektrolyt gebracht, ist die Verwendung einer auf Magnesium basierenden Legierungen angesichts der Umsetzung eines ausreichenden Ladungs-/Entladungszyklus nicht praktisch gewesen.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden, um eine Lithiumsekundärbatterie mit einer höheren Kapazität und einem leichteren Gewicht als die Batterie des Stands der Technik bereitzustellen. Hierzu verwendet die vorliegende Erfindung als das Rohmaterial für eine Metallummantelung eine spezifizierte auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält (Mg-Li-Legierung), die einem Biegeverfahren, Tiefziehen oder dergleichen bei der Kaltarbeit unterzogen werden kann, wobei das Verfahren für herkömmliche auf Magnesium basierende Legierungen als schwierig angesehen worden ist.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird eine leichte und hochfeste Lithiumsekundärbatterie mit hoher Qualität durch die Verwendung eines Blattes aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium enthält, die durch das Thixoformverfahren erhalten wurde, hergestellt.
In der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass die Metallummantelung auf Grund Kontakt mit dem Elektrolyt oder dergleichen korrodiert, indem eine Metallschicht oder eine Isolierungsschicht einstückig mit der Metallummantelung auf deren innere Wand ausgebildet wird, folglich wird es möglich, einen stabilisierten Ladungs-/Entladungszyklus zu verwirklichen, welcher für eine Batterie mit einer Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung für nicht realisierbar gehalten wurde.
Unter leichten Batterien kann im Fall einer Batterie, die eine Metallummantelung aus Aluminium oder einer auf Aluminium basierenden Legierung verwendet, die negative Elektrode der Batterie nicht mit der Metallummantelung verbunden werden. Dies ist, da die Verbindung zwischen der Metallummantelung und der negativen Elektrode die Herstellung einer intermetallischen Verbindung, wie etwa Al, Li, erleichtern würde, die die Metallummantelung brüchig macht. Die Mehrzahl von herkömmlichen Batterien besitzt jedoch einen Aufbau, in welchem die Metallummantelung mit der negativen Elektrode verbunden ist. Vom Gesichtspunkt des Erhaltens einer Vielzweckbatterie ist es erwünscht, dass die Metallummantelung elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden sein sollte.
Die Metallummantelung der Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Gegensatz dazu frei von dem Nachteil, wie etwa dem brüchig werden, sogar, wenn elektrisch mit der negativen Elektrode verbunden auf Grund der Metallschicht oder der Isolierungsschicht, die einstückig mit der Metallummantelung ausgebildet ist. So ist die Batterie der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die vielseitige Anwendbarkeit zudem überlegen.
Die vorliegende Erfindung ist auf eine Lithiumsekundärbatterie gerichtet, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthält, hergestellt ist; und eine Metallschicht einstückig mit der Metallummantelung auf der inneren Wand davon zum Verhindern von Korrosion der Metallummantelung ausgebildet ist. Die Elektrodeneinheit umfasst eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen Separator im Allgemeinen.
In dieser Batterie enthält die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, vorzugsweise Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si und Seltenerdmetallen in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtprozent, besteht.
Alternativ kann die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, eine binäre Legierung sein, die Lithium in einer Menge von 12 bis 16 Gewichtsprozent enthält.
Die Metallschicht zum Verhindern von Korrosion des Metallmantels umfasst vorzugsweise Ni oder Cu.
Ferner wird die Metallschicht vorzugsweise durch Plattierung, stromlose Abscheidung oder Dampfabscheidung ausgebildet.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Lithiumsekundärbatterie gerichtet, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einen Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn besteht, in einer Menge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, hergestellt ist; wobei Ni-Schicht mit einer Dicke von 2 bis 20 μm einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand durch Plattierung ausgebildet ist; und die Metallummantelung elektrisch mit einer negativen Elektrode in der Elektrodeneinheit verbunden ist.
Bei diesem Aufbau wird die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, vorzugsweise durch Thixoformen hergestellt.
Vorzugsweise ist die Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze, die ein Boden-/Seitenwanddickeverhältnis (Bodenwanddicke/Seitenwanddicke) von 1,1 bis 2,0 aufweist, und die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, wird durch Thixoformen hergestellt.
Die vorliegende Erfindung ist auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lithiumsekundärbatterie gerichtet, die folgende Schritte umfasst:

(1) Herstellen eines Blattes einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Menge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, durch Thixoformen;
(2) Ausbilden einer Ni-Schicht einstückig mit dem Blatt auf wenigstens einer Fläche davon durch Plattieren;
(3) Ausbilden einer Metallumhüllung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze, wobei die Ni-Schicht, die auf deren inneren Wand ausgebildet ist, aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, ausgewählt aus Ziehen, kombiniertes Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß ausgewählt ist, ausgebildet wird; und
(4) Platzieren einer Elektrodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyts in die Metallummantelung.

Die vorliegende Erfindung ist zudem auf eine Lithiumsekundärbatterie gerichtet, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallumwandlung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthält; und ein Isolierungsschicht einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet ist.
In diesem Aufbau enthält die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, vorzugsweise Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si, und selten Erdelementen in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent besteht.
Alternativ kann die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, eine binäre Legierung sein, die Lithium in einer Menge von 12 bis 16 Gewichtsprozent enthält.
Die Isolierungsschicht umfasst vorzugsweise ein Metalloxid oder ein Harz.
Die vorliegende Erfindung ist zudem auf eine Lithiumsekundärbatterie gerichtet, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält; und einer Harzschicht mit einer Dicke von 5 μm oder mehr einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet ist.
In diesem Aufbau wird die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, vorzugsweise durch Thixoformen hergestellt.
Vorzugsweise ist die Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze, die ein Boden/Seitenwanddickeverhältnis (Bodenwanddicke/Seitenwanddicke) von 1,1 bis 2,0 aufweist, und die auf Magnesium basierende Legierung wird durch Thixoformen hergestellt.
Die vorliegende Erfindung ist zudem auf ein Verfahren zur Herstellung einer Lithiumsekundärbatterie gerichtet, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Herstellen eines Blattes einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, durch Thixoformen;
(2) Ausbilden einer Harzschicht einstückig mit dem Blatt auf wenigstens einer von deren Fläche;
(3) Ausbilden einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze mit der Harzschicht, die auf deren inneren Wand ausgebildet ist, aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, ausgewählt aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß; und
(4) Platzieren einer Bodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyts in die Metallummantelung.

Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zum Herstellen einer Lithiumsekundärbatterie gerichtet, das die folgenden Schritte umfasst:

(1) Herstellen eines Blattes aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, durch Thixoformen;
(2) Ausbilden einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, das aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß ausgewählt ist;
(3) Ausbilden einer Harzschicht einstückig mit der Metallummantelung auf deren innerer Wand; und
(4) Platzieren einer Elektrodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyts in die Metallummantelung.

Während dem neuen Merkmal der Erfindung insbesondere in den angefügten Ansprüchen dargestellt werden, wird die Erfindung sowohl bezüglich der Organisation als auch des Gehalts zusammen mit anderen Aufgaben und Merkmalen davon aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammengenommen mit den Zeichnungen besser verstanden und gewürdigt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Ansicht, die einen Napf aus einer Legierung veranschaulicht, bevor dieser in eine Öffnung eingeführt wird, die durch Formen ausgebildet wird, um ein kombiniertes Zieh- und Abstreckziehverfahren zum Erhalten einer Metallummantelung auszuführen.
2 ist eine Ansicht, die einen Napf aus einer Legierung veranschaulicht, der durch eine Öffnung an der Endform in einen kombinierten Zieh- und Abstreckziehverfahren zum Erhalten einer Metallummantelung veranschaulicht.
3 ist eine vertikale Schnittansicht, die eine exemplarische Metallummantelung einer Lithiumsekundärbatterie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Empfindung zeigt.
4 ist eine vertikale Schnittansicht, die den Aufbau einer exemplarischen Lithiumsekundärbatterie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
Beste Ausführungsform zum Ausführen der Erfindung
Die Metallummantelung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung ist aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt, die Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthält. Die auf Magnesium basierende Legierung besitzt Superplastizität. Wenn der Gehalt von Lithium in der Legierung weniger als 7 Gewichtsprozent beträgt, wird die mechanische Verarbeitbarkeit der Legierung herabgesetzt. Wenn der Gehalt von Lithium in der Legierung mehr als 20 Gewichtsprozent beträgt, wird andererseits der Korrosionswiderstand der Legierung unzureichend.
In dem Fall, dass die auf Magnesium basierende Legierung eine binäre Legierung ist, die im Wesentlichen nur aus MG und Li zusammengesetzt ist, beträgt der Gehalt an Li in der Legierung vorzugsweise 12 bis 16 Gewichtsprozent. In dem Fall, dass die auf Magnesium basierende Legierung drei oder mehr Elemente umfasst, beträgt andererseits der Gehalt von Li in der Legierung vorzugsweise 7 bis 15 Gewichtsprozent. Derartige Multi-Elementlegierungen, die drei oder mehr Elemente umfassen, besitzen vorzugsweise einen niedrigeren Gehalt an Li als die binäre Legierung.
Hierbei kann eine beliebige der Legierungen zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung unvermeidbare Verunreinigungen enthalten.
Vorzugsweise enthält die Multi-Elementlegierung Element X, welches wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si, und Seltenerdelementen besteht, in einer Menge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent neben Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent. Die Seltenerdelemente hierin beinhalten Lanthanoidelemente ( ⁵⁷ La bis ⁷¹Lu), Sc, und Y.
Indem zweckmäßig ein oder mehrere Elemente aus den vorstehend erwähnten Elementen als das Element X und deren Gehalt innerhalb des vorstehend erwähnten Bereichs ausgewählt wird, ist es möglich, eine Legierung mit gewünschter mechanischer Verarbeitbarkeit und Korrosionswiderstand zu erhalten.
Zum Zweck der Verbesserung der Festigkeit der Legierung ist die Verwendung von Al das Element X insbesondere bevorzugt. Zum Zweck der Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Legierung ist die Verwendung von Zn als das Element X bevorzugt. Zum Zweck der Verbesserung des Korrosionswiderstands der Legierung ist die Verwendung von Mn als das Element X bevorzugt.
Wenn der Gehalt des Elementes X in der Legierung weniger als 0,3 Gewichtsprozent beträgt, wird der Effekt der Zugabe des Elementes X unzureichend. Wenn der Gehalt des Elementes X in der Legierung mehr als 5 Gewichtsprozent beträgt, besteht andererseits die Tendenz, dass die resultierende Legierung eine verringerte mechanische Verarbeitbarkeit zeigt.
Beispiele für spezifische Legierungen, die für die Metallummantelung zur Verwendung in der vorliegenden Erfindung geeignet sind, beinhalten:

Legierung (a): Eine binäre Legierung, die 84 bis 88 Gewichtsprozent Mg und 12 bis 16 Gewichtsprozent Li umfasst;
Legierung (b): Eine ternäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Al umfasst;
Legierung (c): Eine ternäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Zn umfasst;
Legierung (d): Eine ternäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Mn umfasst;
Legierung (e): Eine ternäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Zr umfasst;
Legierung (f): Eine Muli-Elementlegierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Mischmetall (Mm: Eine Mischung von Selten-Erdelementen) umfasst;
Legierung (g): Eine ternäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Y umfasst;
Legierung (h): Eine quartäre Legierung, 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und eine Gesamtmenge von 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Al und Zn umfasst;
Legierung (i): Eine quartäre Legierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und eine Gesamtmenge von 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent Al und Mn umfasst; und
Legierung (j): Eine Multielementlegierung, die 80 bis 92,7 Gewichtsprozent Mg, 7 bis 15 Gewichtsprozent Li, und eine Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent Al und Mm umfasst.

Obwohl das Verfahren zum Erhalten einer Metallummantelung nicht auf irgendein spezifiziertes Verfahren begrenzt ist, kann ein Verfahren, das ein mechanisches Verarbeiten eines Blattes der Legierung in einer Gestalt aus einer Dose mit Boden verwendet, im Allgemeinen durchgeführt werden. Ein bevorzugtes mechanisches Verarbeiten beinhaltet Ziehen, kombiniertes Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß.
Im Allgemeinen wird die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, in einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze ausgebildet, wie etwa eine zylindrische oder rechteckige Gestalt, oder eine analoge Gestalt hierzu mit einer offenen Spitze.
Im Hinblick auf 1 und 2 wird ein Beispiel für ein kombiniertes Zieh- und Abstreckziehverfahren beschrieben. Hierbei wird der Fall, wo eine zylindrisch Metallummantelung mit Boden mit einer offenen Spitze durch dieses Verfahren ausgebildet wird, beschrieben.
Zunächst wird eine zylindrische Tasse 11 mit Boden aus einem Legierungsblatt ausgebildet. 1 und 2 veranschaulichen ein Verfahren zum Ausbilden des zylindrischen Napfes 11 mit Boden in eine gewünschte Gestalt, mit relevanten Teilen im Abschnitt.
In 1 und 2 werden vier Abstreckziehformen 12a bis 12d koaxial in Lagen bzw. Reihen angeordnet. Wie in 1 gezeigt, wird der Napf 11 auf den oberen Teil der Abstreckziehform 12a gestellt und dann in die zentrale Öffnung, die durch de Formen ausgebildet wird, mittels eines Oberstempels gedrückt. Der Durchmesser der Öffnung ist größer bei der Form, durch welche der Napf 11 zuerst tritt, als bei der nachfolgenden Form. Der Durchmesser des Oberstempels 13 entspricht dem inneren Durchmesser einer gewünschten Metallummantelung, während der Durchmesser der Öffnung bei der letzten Form 12d den größeren Durchmesser der gewünschten Metallummantelung entspricht. Demgemäß werden die inneren und äußeren Durchmesser des Napfes 11 anschließend kleiner, wenn der Napf 11 durch die Öffnung tritt, wodurch eine gewünschte Metallummantelung erhalten wird. 2 zeigt Napf 11', der durch die Öffnung bei der letzten Form 12d tritt, welcher reduzierte innere und äußere Durchmesser besitzt und vertikal elongiert ist. Wenn der Oberstempel 13 aus den Napf 11' gezogen wird, wird eine gewünschte Metallummantelung erhalten. Die Seitenwand des Napfes 11' wird dünner als diejenige des Napfes 11 durch Abstreckziehen hergestellt. Jedoch variiert die Dicke der Bodenwand nicht signifikant.
Die Seitenwand einer Metallummantelung, die durch das kombinierte Ziehen und Abstreckziehen oder dergleichen erhalten wird, ist dünner als die Bodenwand. Eine Legierung mit höherer Verarbeitbarkeit tendiert dazu, eine höheres Boden-/Seitenwanddickeverhältnis (Bodenwanddicke-/Seitenwanddicke) bereitzustellen. Ein höheres Boden-/Seitenwanddickeverhältnis ist beim Kleinermachen und Gewichtsreduzieren einer Batterie effektiver. Ein bevorzugtes Boden-/Seitenwanddickeverhältnis reicht von 1,1 bis 2,0. Wenn das Boden-/Seitenwanddickeverhältnis weniger als 1,1 beträgt, ist ein unzureichender Gewichtsreduktionseffekt wahrscheinlich. Wenn das Verhältnis mehr als 2,0 beträgt, ist es wahrscheinlich, dass die mechanische Festigkeit und die Zuverlässigkeit der Batterie sich herabsetzen.
In Bezug auf weitere Verbesserungen der Verarbeitbarkeit und mechanischen Festigkeit und weiter stabilisierter Qualität der Batterie wird die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, vorzugsweise durch Thixoformen hergestellt. Im Einzelnen wird die Legierung vorzugsweise durch Einspritzformen einer halbgeschmolzenen Legierung mit einer großen Thixotropie erhalten.
Zwei Verfahren können hauptsächlich zum Ausbilden der Metallummantelung aus einer Legierung verwendet werden, die durch Thixoformen hergestellt wurde. Eine ist, die halbgeschmolzene Legierung direkt in eine Form mit einer inneren Gestalt einzuspritzen, die der Gestalt der Metallummantelung entspricht. Die andere ist, ein Legierungsblatt herzustellen, indem ein Einspritzformen der halbgeschmolzenen Legierung zuvor verwendet wird, und dann ein mechanisches Verarbeiten des resultierenden Legierungsblattes zum Ausbilden einer Metallummantelung, wie vorstehend beschrieben, durchgeführt wird. In Bezug auf die Produktivität wird das letztere Verfahren, das heißt ein Verfahren, das ein mechanisches Verarbeiten verwendet, im Allgemeinen verwendet.
Bei einem Verwenden der auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium für die Metallummantelung einer Lithiumsekundärbatterie enthält ist es notwendig, den Korrosionswiderstand der Legierung und den Aufbau der Batterie in Betracht zu ziehen. Aus diesem Grund wird die Metallummantelung, die in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, einstückig mit einer Metallschicht zum Verhindern von Korrosion der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet. Alternativ wird die Metallummantelung einstückig mit einer Isolierungsschicht auf deren inneren Wand ausgebildet.
Ein Beispiel für eine derartige Metallummantelung mit einer Metallschicht 11c wird in 3 schematisch gezeigt, wobei die Dicke der Metallschicht 11c nicht genau dargestellt wird. Bezugszeichen 11a und 11b bezeichnen jeweils die Bodenwand und die Seitenwand der Metallummantelung. Wie vorstehend beschrieben ist die Seitenwanddicke (Tb) kleiner als die Bodenwanddicke (Ta).
Die Metallummantelung, die einstückig mit einer derartigen Metallschicht auf deren inneren Rand ausgebildet wird, wird zunächst beschrieben.
Die auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, ist leicht zu korrodieren, wenn in Kontakt mit einem spannungserzeugenden Element, wie etwa einem Elektrolyt gebracht. Daher wird die Metallschicht, die auf der inneren Wand der Metallummantelung ausgebildet ist, benötigt, um ein Metall zu umfassen, das gegen die stromerzeugenden Elemente der Batterie stabil ist. In dieser Hinsicht ist die Metallschicht vorzugsweise eine Schicht, die z.B. Ni oder Cu umfasst. Beim Erhalten der Vielzweckbatterie ist es bevorzugt, dass die Metallummantelung, die eine Ni-Schicht auf deren inneren Wand besitzt, mit der negativen Elektrode verbunden werden sollte.
Vorzugsweise wird die Metallschicht durch ein Platzierungsverfahren ausgebildet, wobei zwei oder mehrere dünne Metallblätter gestapelt und einstückig miteinander verbunden werden. Im Einzelnen wird ein Metallblatt aus Ni, Cu oder dergleichen auf einem Blatt der auf Magnesium basierenden Legierung überlagert, um eine Plattierungsplatte auszubilden, welche wiederum in die Metallummantelung mit der Metallschicht auf deren inneren Wand ausgebildet wird. Alternativ kann eine derartige Metallschicht auf einem Blatt der auf Magnesium basierende Legierung durch ein chemisches Verfahren, wie etwa stromloses Abschalten oder ein physikalisches Verfahren, wie etwa Dampfabschneiden, ausgebildet werden. Stattdessen kann eine Metallpaste auf ein Blatt der auf Magnesium basierenden Legierung angewendet werden. Alternativ ist es möglich, dass die Metallummantelung auf die vorstehend beschriebene Weise ausgebildet wird und dann die Metallschicht auf der inneren Wand der Metallummantelung durch stromloses Abscheiden oder Dampfabscheidung ausgebildet wird.
Die Dicke der Metallschicht beträgt vorzugsweise 2 bis 20 μm. Wenn die Dicke der Metallschicht weniger als 2 μm beträgt, ist es wahrscheinlich, dass der Effekt der Verhinderung von Korrosion der Metallummantelung unzureichend wird. Wenn andererseits dessen Dicke mehr als 20 μm beträgt, ist der Korrosionsverhinderungseffekt gesättigt, wohingegen der Effekt der Verringerung des Gewichts der Batterie verschlechtert wird. Um einen adäquaten Korrosionsverhinderungseffekt sicherzustellen, wird die Metallschicht vorzugsweise mit einer Dicke von 5 bis 20 μm hergestellt.
Nachstehend wird wiederum die mit der Isolierungsschicht auf deren innerer Wand ausgebildete Metallummantelung beschrieben.
Die Isolierungsschicht muss ein Material umfassen, das gegen irgendein Stromerzeugungselement der Batterie stabil ist. In dieser Hinsicht ist die Isolierungsschicht vorzugsweise eine Schicht, die z. B. ein Metalloxid oder ein Harz umfasst. Vom Standpunkt der leichten Handhabung ist die Verwendung einer Harzschicht insbesondere bevorzugt.
Die Ausbildung der Metalloxidschicht wird zweckmäßig z.B. durch ein Verfahren des positiven Oxidierens der inneren Wand der Metallummantelung erreicht. Die Ausbildung der Harzschicht wird vorzugsweise durch ein Verfahren erreicht, das Sprühen einer Harzdispersion auf die innere Wand der Metallummantelung und Erhitzen der gesprühten Harzdispersion auf eine Temperatur einschließt, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt der Harzkomponente der Dispersion nach dem Trocknen ist. Mit diesem Verfahren wird die Harzkomponente durch Erhitzen geschmolzen und wiederum in einen Film umgewandelt, welcher stark mit der inneren Wand der Metallummantelung integriert ist.
Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen ist als das Harz, das die Harzschicht ausbildet in Bezug auf deren herausragenden Korrosionswiderstand gegenüber dem Elektrolyt geeignet.
Vorzugsweise beträgt die Dicke der Isolierungsschicht 5 μm oder mehr. Wenn deren Dicke weniger als 5 μm beträgt, ist es wahrscheinlich, dass der Korrosionsverhinderungseffekt unzureichend wird. Wenn deren Dicke mehr als z.B. 200 μm beträgt, ist es unwahrscheinlich, dass die Batterie eine höhere Energiedichte, als gewünscht besitzt.
Einige Beispiele der bevorzugten Verfahren zum Herstellen der Lithiumsekundärbatterie in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung, werden nachstehend aufgelistet.
Ausführungsform 1
Zunächst wird ein Blatt aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent enthält, hergestellt.
Als nächstes werden das hergestellt Blatt und ein Ni-Blatt aufeinander gestapelt und miteinander verbunden, um eine Plattierungsplatte mit einer Ni-Schicht auf wenigstens einer von deren Flächen auszubilden.
Anschließend wird ei Plattierungsplatte einer mechanischen Verarbeitung unterzogen, die aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß ausgewählt ist, um eine Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden auszubilden, die die Ni-Schicht aus deren inneren Wand besitzt.
Schließlich werden eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt in die Metallummantelung platziert.
Ausführungsform 2
Zunächst wird ein Blatt aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge on 0,3 bis 5,0 Gewichtsprozent enthält, hergestellt.
Als nächstes wird das hergestellt Blatt einem mechanischen Verarbeiten unterzogen, das aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß ausgebildet ist, um eine Metallummantelung in der Gestalt einer Dose mit Boden auszubilden.
Anschließend wird eine Harzdispersion, die eine Harzkomponente, wie etwa Polyethylen, Polypropylen oder dergleichen enthält, auf die innere Wand der Metallummantelung gesprüht, gefolgt von Trocknen, und dann wird die gesprühte Harzkomponente auf eine Temperatur erhitzt, die gleich oder höher als der Schmelzpunkt der Harzkomponente ist.
Schließlich werden eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt in die Metallummantelung platziert.
Ein Beispiel für den Aufbau einer zylindrischen Lithiumsekundärbatterie wird nachstehend im Hinblick auf 4 beschrieben, die den Aufbau teilweise im Schnitt zeigt.
In 4 ist eine Batterieumhüllung 1 eine Metallummantelung mit einer Ni-Schicht auf deren inneren Wand. Da die Ni-Schicht sehr dünn relativ zu der Dicke der Metallummantelung ist, wird die Angabe der Ni-Schicht von der 4 weggelassen.
Innerhalb der Batterieumhüllung 1 werden stromerzeugende Elemente untergebracht, die eine Elektrodeneinheit 4 und ein nicht-wässriges Elektrolyt einschließen, wohingegen der nicht-wässrige Elektrolyt nicht in 4 angegeben ist. Die Elektrodeneinheit 4 umfasst eine positive Elektronenplatte 5, eine negative Elektrodenplatte 6, und einen Separator 7, wobei die positive Elektrodenplatte 5 und die negative Elektrodenplatte 6 übereinander gelegt werden, wobei der Separator 7 dazwischen geschoben und gewunden wird.
Isolierende Ringe 8 werden oberhalb und unterhalb der Elektrodeneinheit 4 angeordnet, um einen Kurzschluss zu verhindern. Eine positive Elektrodenführung 5a, die mit der positiven Elektrodenplatte 5 verbunden ist, wird durch den oberen Isolierungsring 8 erstreckt und wird elektrisch mit einer Versiegelungsplatte 2 verbunden, die als ein positiver Anschluss dient. Andererseits wird eine negative Elektrodenführung 6a, die mit der negativen Elektrode 6 verbunden ist, durch den unteren Isolierungsring erstreckt und wird mit der Batterieumhüllung 1 verbunden, die als ein negativer Anschluss dient. Die Öffnungsteil zwischen dem Öffnungsteil der Batterieumhüllung 1 und der Versiegelungsplatte 2 wird mit einer Isolierungspackung 3 versiegelt.
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung konkret anhand von Beispielen beschrieben.
Beispiel 1
Eine Metallummantelung wurde unter Verwendung einer auf Magnesium basierenden ternären Legierung, die Lithium einschließt, ausgebildet, und eine zylindrische Lithiumsekundärbatterie A wurde unter Verwendung der Metallumhüllung hergestellt.
Bei der Bildung der Metallumhüllung wurde eine ternäre Legierung, die 84,8 Gewichtsprozent Mg, 14 Gewichtsprozent Li, und 1,2 Gewichtsprozent Al umfasste, verwendet. Diese Legierung wurde Thixoformen unterzogen, um ein dünnes Blatt mit einer Dicke von 0,5 mm zu ergeben. Als nächstes wurde eine 20 μm dicke Nickelfolie auf eine Fläche des dünnen Blattes überlagert, gefolgt von Rollen, um eine Plattierungsplatte bereitzustellen. Diese Plattierungsplatte wurde in eine Scheibe gestanzt, und die resultierende Scheibe wurde einem kombinierten Zieh- und Abstreckziehverfahren unterzogen, um eine zylindrische Metallumhüllung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze zu ergeben, die einen äußeren Durchmesser von 13,8 mm und eine Höhe von 54,0 mm besaß. Dieses Verfahren wurde derart durchgeführt, dass die Nickelfolienseite die innere Oberfläche der resultierenden Metallummantelung bilden sollte. Der offenen Endteil der Metallumhüllung wurde abgeschnitten.
Folglich wurde eine zylindrische Metallumhüllung mit einem äußeren Durchmesser von 13,8 mm, eine Höhe von 49,0 mm, einer Bodenwanddicke von 0,5 mm, einer Seitenwanddicke von 0,4 mm, und einer Boden-/Seitenwanddickeverhältnis von 1,25 erhalten. Die Seitenwanddicke wurde bei einem Mittelpunkt in der vertikalen Höhe gemessen und wurde als eine durchschnittliche Dicke der Seitenwand betrachtet. Die Metallumhüllung, die so erhalten wurde, besaß ein bemerkenswert reduziertes Gewicht, das so gering wie ungefähr die Hälfte von demjenigen der herkömmlichen Metallumhüllung aus einer auf Aluminium basierenden Legierung war.
Als nächstes wurden positive und negative Elektroden und ein Separator als Energieerzeugungselemente wie folgt hergestellt.
Die verwendete positive Elektrode wurde erhalten, indem eine Paste, die LiCoO₂, Acetylenschwarz und ein Fluorkohlenstoffpolymer umfasste, auf einer Aluminiumfolie aufgetragen wurde, getrocknet wurde, gerollt wurde und auf eine vorbestimmte Größe geschnitten wurde.
Die verwendete negative Elektrode wurde erhalten, indem eine Paste, die sphärisches Graphit, Styrol-Butadienkautschuk, Carboxymethylcellulose und Wasser umfasste, auf eine Kupferfolie aufgetragen wurde, getrocknet wurde, gerollt wurde und auf eine vorbestimmte Größe geschnitten wurde.
Der verwendete Separator war ein mikroporöser Polyethylenfilm mit einer Dicke von 0,027 mm.
Der verwendete Elektrolyt würde hergestellt, indem Ethylencarbonat und Diethylcarbonat in einem molaren Verhältnis von 1:3 vermischt wurden und Lithiumhexafluorphosphat (LiPF₆) in die Mischung auf eine Konzentration von 1 mol/Liter aufgelöst wurden.
Die zylindrische Lithiumsekundärbatterie wurde unter Verwendung der Metallumhüllung wie folgt aufgebaut.
Zunächst wurde ein Stapel der positiven Elektrode und der negativen Elektrode mit dem zwischen dem beiden eingeschobenen Separator gewickelt, um eine Elektrodeneinheit zu ergeben, sodass die negative Elektrode die äußerste Schicht der Einheit bildet. Die Elektrodeneinheit, die so gebildet wurde, wurde in der zuvor erwähnten Metallumhüllung platziert. Dies führte zu einer direkten elektrischen Verbindung, die zwischen der Metallumhüllung der negativen Elektrode hergestellt wurde. Anschließend wurde der Elektrolyt in die Metallumhüllung eingespritzt. Die positive Elektrode wurde andererseits mit einer positiven Elektrodenführung aus Aluminium verbunden, welche mit einer Versiegelungsplatte verbunden wurde, die als ein positiver Anschluss diente. Die offene Spitze der Metallumhüllung wurde dann mit der Versiegelungsplatte versiegelt. Zu dieser Zeit wurde eine Isolierungspackung zwischen der Versiegelungsplatte und dem peripheren Teil der Metallumhüllung platziert.
Die Batterie A, die so erhalten wurde, war eine zylindrische Batterie der Größe AA mit einem Durchmesser von 14 mm, einer Höhe von 50 mm, und einer Batteriekapazität von 600 mAh.
Vergleichsbeispiel 1
Eine herkömmliche auf Aluminium basierende Legierung wurde verwendet, um eine Metallumhüllung mit der gleichen Gestalt wie und gleicher Bodenwanddicke und Seitenwanddicke wie die Batterie A auszubilden. Unter Verwendung dieser Metallumhüllung wurde eine Lithiumsekundärbatterie B auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 zusammengebaut. Die auf Aluminium basierende Legierung, die in der Batterie B verwendet wurde, war Al 3003 Legierung, die Mangan enthielt.
Da die auf Aluminium basierende Legierung für die Metallumhüllung der Batterie B verwendet wurde, war die Relation zwischen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode in der Batterie B revers zu derjenigen in der Batterie A. Demgemäß wurde die Metallumhüllung elektrisch direkt mit der positiven Elektrodenplatte verbunden. Die Kapazität dieser Batterie B betrug 600 mAh.
Die Batterien A und B unterscheiden voneinander in dem Rohmaterial der Metallumhüllung. Die Metallumhüllung der Batterie A ist leichter als diejenige der Batterie B und besitzt somit einen Vorteil in Bezug auf die Gewichtsenergiedichte der Batterie.
Ferner ist die Batterie A der Batterie B in der mechanischen Festigkeit überlegen. Es ist daher möglich, die Metallumhüllung der Batterie A dünner herzustellen, obwohl die Metallumhüllungen vom Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 beide gleich hergestellt wurden, um eine Seitenwanddicke von 0,4 mm und eine Kapazität von 600 mAh zu besitzen.
Wegen der Differenz des Rohmaterials der Metallumhüllung war die Batterie A um ungefähr 0,5 g leichter als die Batterie B trotz der Tatsache, dass die Kapazität der Batterie A derjenigen der Batterie B entsprach.
Als nächstes wurde die Ladungs-/Entladungszykluslebensdauer von jeder Batterie bewertet.
Im Einzelnen wurden die Batterien A und B jeweils einen konstanten Spannungs- und konstanten Stromaufladen bei einem elektrischen Strom von 0,5 A oder weniger bei nur 20°C bis zu einer Spannung von 4,2 V unterzogen und dann einer Entladung mit konstanten Strom bei einem Strom von 120 mA bei 20°C bis hinunter auf eine Endspannung von 3V unterzogen. Dieser Ladungs-/Entladungszyklus wurde 500 Mal wiederholt. Dieser Zykluslebensdauertest zeigte, dass sowohl die Batterien A als auch B eine sehr stabile Leistung bis zu dem fünfhundertsten Zyklus zeigten. So wurde festgestellt, dass die Batterien A und B im Wesentlichen die gleiche Ladungs-/Entladungszykluslebensdauer besaßen. Bei der Bewertung von anderen Batterieeigenschaften wurde kein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Batterien beobachtet.
Daher wurde bestätigt, dass die Verwendung der Metallumhüllung aus einer auf Magnesium basierenden Leierung, die Lithium enthält, welches herkömmlicherweise in Betracht gezogen worden war, um einen schlechten Korrosionswiderstand zu besitzen, es ermöglichte, eine Batterie mit sowohl höherer Energiedichte als auch höherer Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
Beispiel 2 bis 29 und Vergleichsbeispiele 2 bis 7 Die Zusammensetzung der Legierung, die für die Metallumhüllung einer zylindrischen Lithiumsekundärbatterie verwendet wurde, wurde untersucht.
Bei dieser Untersuchung wurden Mg-Li(x) Binärlegierungen, die in Tabelle 1 gezeigt werden, Mg-Li(x)-X¹(y) ternäre Legierungen, die in Tabelle 2 gezeigt werden, und Mg-Li(x)-X¹(y)-X²(z) quartäre Legierungen, die in Tabelle 3 gezeigt werden, verwendet. In diesen Tabellen stellen X¹ und X² Al, Zn, Mn, Zr, Mn, Y unabhängig voneinander dar, und x, y und z stellen den Gehalt in Gewichtsprozent von Li, X¹ und X² in der Legierung jeweils dar, wobei der Rest der Legierung Mg ist. Es sei angemerkt, dass diese Untersuchung die gleichen Bedingungen wie in Beispiel 1 verwendete, bis auf die Zusammensetzung der verwendeten Legierung.
Zunächst wurden Metallummantelungen unter Verwendung der Legierungen der jeweiligen Zusammensetzungen, die in Tabellen 1 bis 3 gezeigt werden, auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet. Unter diesen wurden Metallummantelungen, die ohne irgendein Problem ausgebildet werden konnten, verwendet, um eine Batterie auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 herzustellen. So erhaltene Batterien wurden wie in Beispiel 1 bewertet.
Tabelle 1
Tabelle 2
Tabelle 3
Bei der Herstellung von Metallummantelungen besaß die Mg-Li(x=5)-Legierung (entsprechend der Batterie C1) einen Nachteil bei der mechanischen Verarbeitung. Die Mg-Li(x=10)-Legierung (entsprechend der Batterie C2) zeigte eine einigermaßen verbesserte Verarbeitbarkeit verglichen mit der Mg-Li(x=5)-Legierung, welche jedoch noch unzureichend war. Irgendeine der Mg-Li(x015 oder mehr)-Legierungen (entsprechend den Batterien C3 bis C6) zeigten eine gute Verarbeitbarkeit.
Unter allen ternären und quartären Legierungen besaß nur die Mg-Li(x=5)-Al(y=1) ternäre Legierung (entsprechend der Batterie D1) einen Nachteil bei der Verarbeitbarkeit.
Alle Batterien, die in Tabelle 1 bis 3 gezeigt werden, bis auf Batterien C1, C2, und D1 wurden zusammengebaut und dann auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bewertet.
Folglich wurde herausgefunden, dass beliebige der Batterien bis auf Batterien C5, C6, D5, D6, D7, D11, D12, D17 und D5 Ladungs-/Entladungszyklen ohne irgendein Problem verwirklichten und somit einen langen Ladungs-/Entladungszykluslebensdauer zeigten.
Andererseits zeigten beliebige der Batterien C5, C6, D5, D6, D7, D11, D12, D17 und D5 eine einigermaßen verringerte elektrische Kapazität bei dem 500sten Zyklus. Wenn jede dieser Batterien auseinandergebaut wurde, wurde herausgefunden, dass die Metallumhüllung korrodiert war.
Angesichts so erhaltener Ergebnisse wurde die Zusammensetzung von jeder Legierung in größerem Detail untersucht. Folglich können die folgenden Betrachtungen angestellt werden.
Wenn grob sortiert, gibt es zwei Hauptfaktoren, die eine Zusammensetzung der Legierung bestimmen, die für eine Metallumhüllung verwendet wird. Eine ist die mechanische Verarbeitbarkeit und die andere ist der Korrosionswiderstand. Optimale Zusammensetzungen, die diese zwei Anforderungen erfüllen, sind diejenigen, die Magnesium als eine Hauptkomponente, und Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthalten. Unter diesen enthält die auf Magnesium basierende binäre Legierung vorzugsweise Lithium in einer Menge von 12 bis 16 Gewichtsprozent. Die auf Magnesium basierende Multielementlegierung, die drei oder mehr Elemente umfasst, enthält vorzugsweise Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und das Element in einer Menge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent, wobei das Element x wenigstens ein Element ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si, und metallischen Seltenerdelementen besteht. Es sei angemerkt, dass, obwohl nur die Ergebnisse der binären bis quartären Legierungen in den vorstehenden Tabellen gezeigt werden, eine Batterie E8, die eine Mg-Li(x)-Al(y)-Zn(z)-Mn(v) binäre Legierung verwendet, wobei beispielsweise x=10, y=2, Z=0,5 und v=0,5 ist, bestätigt wurde, eine Leistung zu zeigen, die derjenigen der Batterie E6 oder E7 äquivalent war.
Das folgende Wissen wurde aus der Untersuchung erhalten.
Die Untersuchung von Li bis Mg kann die Dichte der resultierenden Legierung verringern. Es ist bekannt, dass die Zugabe von Li verursacht, dass die Kristallstruktur sich von der α-Phase der hexagonal dichtesten Packung zu der β-Phase der kubischen raumzentrierten Struktur mit einer sich vergrößernden Menge von zugegeben Li ändert. Diese β-Phase stellt eine große Überlappung bei der Verbesserung der Verarbeitbarkeit der Legierung bei der kalten Verarbeitung bereit. Eine praktisch optimale Menge von Li, die zugegeben wird, beträgt ungefähr 10 bis 15 Gewichtsprozent bei der resultierenden Legierung.
Der Effekt der Zugabe der dritten Komponente X, die zu der auf Magnesium basierenden Legierung zugegeben wird, die Lithium enthält, wird nachstehend kurz beschrieben.
Zum Beispiel besitzt Al Effekte der Verbesserung der Festigkeit und des Korrosionswiderstands aber Verringerung der Verformbarkeit bzw. Duktilität, Schmiedbarkeit und Stoßwiderstand der Legierung. Zn verbessert die mechanischen Eigenschaften, und Mn verbessert den Korrosionswiderstand der Legierung. Si bildet eine intermetallische Verbindung (Mg₂Si), wodurch die Kriecheigenschaften der Legierung verbessert werden. Ein metallisches Seltenerdelement trägt zu einer Verbesserung der Festigkeit genauso wie zum Korrosionswiderstand der Legierung bei.
Als nächstes wurden im Hinblick auf ein auf Magnesium basierende Legierung, die Lithium enthält, ein typisches Formverfahren und Thixoformverfahren im Vergleich mit einander untersucht.
Eine ternäre Legierung, die 84,8 Gewichtsprozent Mg, 14 Gewichtsprozent Li, und 1,2 Gewichtsprozent AL enthielt, wurde durch das typische Formverfahren unter Verwendung eines Hochfrequenzinduktionsofens erhalten, und die so erhaltene Legierung wurde mechanisch gerollt, um ein Blatt mit einer Dicke von 0,5 mm zu ergeben. Andererseits wurde das Thixoformverfahren verwendet, um ein Legierungsblatt der gleichen Zusammensetzung mit einer Dicke von 0,5 mm zu ergeben.
Zur Bestimmung der Grenze der Dicke der Metallumhüllung wurden diese Blätter einem kombinierten Zieh- und Abstreckziehverfahren wie im Beispiel 1 unterzogen, um jeweilige Metallumhüllungen auszubilden. In diesem Fall wurde die Grenze des Verhältnisses der Bodenwanddicke (Ta)/Seitenwanddicke (Tb) bestimmt. Folglich betrug die Grenze des Verhältnisses Ta/Tb im Wesentlichen 1,5 für das durch das Formverfahren erhaltene Blatt. Das durch das Thixoformverfahren erhaltene Blatt konnte andererseits ein Ta/Tb-Verhältnis von ungefähr 2,5 bis 3,0 ohne irgendein Problem erreichen und zeigte somit eine höhere Verarbeitbarkeit. Die Grenze wurde durch das Auftreten eines Bruches, Risses oder dergleichen untersucht. Es wurde aus dem vorhergehenden bestätigt, dass eine durch ein Thixoformverfahren hergestellt Legierung eine Metallumhüllung mit einer dünneren Wand als ein Legierung mit der gleichen Zusammensetzung aber, die durch das typische Formverfahren hergestellt wurde, gewährleisten konnte. Die Metallumhüllung mit einem Ta/Tb-Verhältnis von ungefähr 1,1 bis 2,0 kann einen ausreichenden Gewichtsreduktionseffekt erfüllen.
Beispiele 30 bis 32
Sorten von Metallschichten, die auf die innere Wand der Metallumhüllung zu Verhinderung von Korrosion der Metallumhüllung aufgetragen werden und die optimalen Dicken der Metallschicht wurden unter Verwendung von zylindrischen Lithiumsekundärbatterien untersucht.
Die für die Metallumhüllung untersuchte Legierung war die gleiche Legierung wie in Beispiel 1 verwendet wurde. Diese Sorten von Metallen, das heißt, Ni, Cu und Al wurden als das Metall ausgewählt, das auf die innere Wand der Metallumhüllung aufgetragen wurde. Beim Zusammenbauen der Metallschicht mit der Metallumhüllung durch Plattieren, wurde die Dicke der resultierenden Metallschicht nach der Herstellung der Metallumhüllung auf ungefähr 10 μm eingestellt.
Zunächst wurde die Geeignetheit von jedem Metall untersucht.
Folglich wurde festgestellt, dass Batterien F1 (entsprechend Beispiel 30) und F2 (entsprechend Beispiel 31), die jeweils eine Ni-Schicht und eine Cu-Schicht besaßen, ausreichende Eigenschaften zeigten, die eine stabilisierte Ladungs-/Entladungszykluseigenschaft einschließen. Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass eine Batterie F3 (entsprechend zu Beispiel 32) mit einer Al Schicht auf der inneren Wand davon eine unzureichende Ladungs-/Entladungszykluseigenschaft besaß. Die Batterie F3 zeigte keine ausreichende Leistung da Aluminium vermutlich eine Verbindung mit Lithium bildete und brüchig wurde, und Lithium, das mit Aluminium reagierte, stabilisiert und somit für die Entladungsreaktion der Batterie inaktiv wurde.
Es ist jedoch bekannt, dass der Fall, wo Al für die Metallschicht verwendet wird, eine Batterie bereitstellen kann, die eine ausreichende Zykluslebensdauer zeigt, wenn die Metallumhüllung mit der positiven Elektrode verbunden wird (das heißt, die Metallumhüllung als der positive Anschluss verwendet wird), an Stelle der Verbindung der negativ Elektrode wie in dem vorhergehenden Film.
Beispiele 33 bis 42
Unter Auswahl der Ni-Schicht als die Metallschicht, basierend auf den vorstehend erhaltenen Ergebnissen, wurde eine Untersuchung durchgeführt, um die Dicke der Metallschicht zu optimieren.
Metallummantellungen wurden ausgebildet, sodass die Ni-Schichten auf deren inneren Wänden durchschnittliche Dicken von 0,5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 und 50 μm jeweils aufweisen sollten. Auf die gleiche Weise wie in Beispiel wurden Batterien zusammengebaut und dann dem Ladungs-/Entladungszyklus Lebensdauertest unterzogen. Die Batterien mit den Ni-Schichten von 0,5, 1, 2, 5, 10, 15, 20, 25, 30 und 50 μm Dicken werden hierin als Batterien G1, G2, G3, G4, G5, G6, G7, G8, G9 und G10 jeweils bezeichnet, welches Beispielen 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 und 42 jeweils entspricht.
Folglich zeigten die Batterien mit jeweils der 0,5 μm dicken Ni-Schicht und der 1 μm dicken Ni-Schicht eine relativ niedrige Zykluslebensdauereigenschaft, wobei umso dünner die Dicke, desto niedriger die Zykluslebensdauereigenschaft. Andererseits waren die Batterien mit deren Ni-Schicht mit einer Dicke von 2 μm oder mehr in Bezug auf die Zykluslebensdauer stabil und ohne irgendein Problem. Demgemäß beträgt die untere Grenze der Ni-Schichtdicke wahrscheinlich 2 μm. Um das Auftreten eines Nadellochs oder dergleichen zuverlässig zu verhindern, beträgt die Ni-Schichtdicke vorzugsweise 5 μm oder mehr. Obwohl die Möglichkeit der Korrosion abnimmt, wenn die Dicke zunimmt, beträgt die obere Grenze der Ni-Schichtdicke vorzugsweise ungefähr 20 μm, da eine zu dicke Ni-Schicht das Gewicht der ganzen Metallummantelung signifikant erhöhen wird.
Obwohl die Ni-Schicht als die Metallschicht ausgewählt wurde und mit der Metallummantelung durch Plattieren in dem vorstehenden Test einstückig verbunden wurde, ist die Cu Schicht als die Metallschicht auch exzellent, und die Metallschicht kann effektiv durch stromloses abscheiden, Dampfabscheidung oder dergleichen an Stelle von Plattieren ausgebildet werden.
Beispiel 43
Es wurden Arten von Isolierungsschichten, die auf die innere Wand einer Metallummantelung aufgebracht werden, und die optimale Dicke der Schicht unter Verwendung von zylindrischen Lithiumsekundärbatterien untersucht.
Ein Harz wurde als das isolierende Material ausgewählt. In diesem Fall wurde eine Metallummantelung zuvor auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 ausgebildet.
Ein Feinpulver von Polyethylen wurde mit einer wässrigen Lösung aus Carboxymethylcellulose vermischt, um eine Viskoseaufschlemmung herzustellen, welche wiederum auf die innere Wand der Metallummantelung aufgetragen wurde. Die so aufgetragene Aufschlemmung wurde getrocknet, indem bei ungefähr bei 130°C erhitzt wurde, mit dem Ergebnis, dass die innere Wand der Metallummantelung mit einer Isolierungsschicht bedeckt wurde, die Polyethylen mit einer Dicke von ungefähr 10 μm umfasste.
Diese Isolierungsschicht war gleichförmig, besaß eine ausreichende mechanische Festigkeit, und wurde fest mit der Metallummantelung einstückig verbunden.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde eine Lithiumsekundärbatterie H unter Verwendung der so ausgebildeten Metallummantelung zusammengebaut. In diesem Fall wurde, da die innere Wand der Metallummantelung elektrisch von der negativen Elektrode durch eine darauf ausgebildete Isolierungsschicht isoliert war, ein Blei verwendet, um die negative Elektrode und die Metallummantelung zu verbinden.
Auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 wurde die Leistung der Batterie H bewertet, indem die Ladungs-/Entladungszyklusdauer davon getestet wurde. Folglich wurde kein Problem bis zu dem 500sten Zyklus beobachtet, und somit wurde bestätigt, dass die Batterie H eine lange Zykluslebensdauer besaß.
Eine Untersuchung von anderen Harzen zeigte, dass Polypropylen einen Effekt zeigte, der so herausragend wie Polyethylen war. Die Dicke der Isolierungsschicht beträgt vorzugsweise 5 μm oder mehr vom Standpunkt der Zykluslebensdauer. Obwohl die Energiedichte der Batterie sich in einigem Ausmaß mit einer zunehmenden Dicke der Isolierungsschicht herabsenkt, gewährleistet eine derartige Isolierungsschicht auf Grund ihrer Flexibilität einen zusätzlichen Effekt der vorteilhaften Entlastung von Spannung vom Anschwellen des aktiven Elektrodenmaterials, welches auftritt, wenn der Ladungs-/Entladungszyklus voranschreitet. So stellt sogar eine beträchtlich dicke Isolierungsharzschicht Vorteile im Bezug auf die Zykluslebensdauer bereit.
Wie die vorstehenden Harze sind Metalloxide auch als das Material für die Isolierungsschicht effektiv. Ein bevorzugtes Verfahren zum Ausbilden einer Metalloxidschicht umfasst direktes oxidieren einer Oberfläche des auf Magnesium basierenden Legierungsblattes. Ferner ist einer Kombination eines Metalloxids und eines Harzes zur Bildung der Isolierungsschicht effektiv, um die Anhaftung der Isolierungsschicht auf die Metallummantelung zu verbessern.
Während Beispiele der vorliegenden Erfindung mittels der zylindrischen Lithiumsekundärbatterien beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung auch effektiv auf rechteckige Lithiumsekundärbatterien anwendbar. Bei der Herstellung einer rechteckigen Batterie wird ein Blatt einer Legierung, die in einer Metallummantelung ausgebildet wird, vorzugsweise oval gestanzt.
Industrielle Anwendbarkeit
Wie beschreiben worden ist, ermöglicht die vorliegende Erfindung, eine hochzuverlässige und sichere Lithiumsekundärbatterie bereitzustellen, welche eine Verringerung des Gewichts und eine Zunahme der Energiedicht erlaubt, indem Verbesserungen der mechanischen Verarbeitbarkeit der Legierung, die in einer Metallummantelung ausgebildet wird, und des Korrosionswiderstands der Metallummantelung gleichzeitig, welche herkömmlicherweise unerreichbar waren, mittels einer auf Magnesium basierenden Legierung, welche die Metallummantelung leichter und dünner herstellen kann. Obwohl die vorliegende Erfindung in Bezug auf die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen beschrieben worden ist, sollte verstanden werden, dass eine derartige Offenbarung nicht als begrenzend interpretiert werden soll. Verschiedenen Änderungen und Modifikationen werden ohne Zweifel dem Fachmann bei Betrachtung der vorliegenden Erfindung offenbar werden, nachdem er die vorstehende Offenbarung gelesen hat.

Claims

Lithiumsekundärbatterie, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthält; und eine Metallschicht zum Verhindern von Korrosion der Metallummantelung einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 1, wobei die auf Magnesium basierende Legierung Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent enthält, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si und Seltenerdmetallen besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 1, wobei die auf Magnesium basierende Legierung eine binäre Legierung ist, die Lithium in einer Menge von 12 bis 16 Gewichtsprozent enthält.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 1, wobei die Metallschicht Ni oder Cu umfasst.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 1, wobei die Metallschicht durch Plattieren, stromloses Abscheiden oder Dampfabscheidung ausgebildet ist.
Lithiumsekundärbatterie, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält; eine Ni-Schicht mit einer Dicke von 2 bis 20 μm einstückig mit der Metallummantelung auf deren innere Wand durch Plattieren ausgebildet ist; und die Metallummantelung elektrisch mit einer negativen Elektrode in der Elektrodeneinheit verbunden ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 6, wobei die auf Magnesium basierende Legierung durch Thixoformen hergestellt ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 6, wobei die Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze ist, die ein Boden-/Seitenwanddickeverhältnis von 1,1 bis 2,0 aufweist; und die auf Magnesium basierende Legierung durch Thixoformen hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lithiumsekundärbatterie, das die folgenden Schritte umfasst: (1) Herstellen eines Blattes einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent durch Thixoformen; (2) Ausbilden einer Ni-Schicht einstückig mit dem Blatt auf wenigstens einer Fläche davon durch Plattieren; (3) Ausbilden einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze, wobei die Ni-Schicht auf einer inneren Wand davon ausgebildet ist, aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, ausgewählt aus Ziehen, kombiniertes Ziehen und Abstreckziehen, und Stoß; und (4) Platzieren einer Elektrodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyten in die Metallummantelung.
Lithiumsekundärbatterie, die eine Elektrodeneinheit und einen nicht-wässrigen Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 20 Gewichtsprozent enthält; und eine Isolierungsschicht einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 10, wobei die auf Magnesium basierende Legierung Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, Mn, Zr, Ca, Si und Seltenerdelementen besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 10, wobei die auf Magnesium basierende Legierung eine binäre Legierung ist, die Lithium in einer Menge von 12 bis 16 Gewichtsprozent enthält.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 10, wobei die Isolierungsschicht ein Metalloxid oder ein Harz umfasst.
Lithiumsekundärbatterie, die eine Elektrodeneinheit und ein nicht-wässriges Elektrolyt umfasst, die beide in einer Metallummantelung untergebracht sind, wobei die Metallummantelung aus einer auf Magnesium basierenden Legierung hergestellt ist, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält; und eine Harzschicht mit einer Dicke von 5 μm oder mehr einstückig mit der Metallummantelung auf deren inneren Wand ausgebildet ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 14, wobei die auf Magnesium basierende Legierung durch Thixoformen hergestellt ist.
Lithiumsekundärbatterie gemäß Anspruch 14, wobei die Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden ist mit einer offenen Spitze, die ein Boden-/Seitenwanddickeverhältnis von 1,1, bis 2,0 aufweist; und die auf Magnesium basierende Legierung durch Thixoformen hergestellt ist.
Verfahren zur Herstellung einer Lithiumsekundärbatterie, die folgende Schritte umfasst: (1) Herstellen eines Blattes einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, durch Thixoformen; (2) Ausbilden einer Harzschicht einstückig mit dem Blatt auf wenigstens einer Fläche davon; (3) Ausbilden einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze, wobei die Harzschicht auf einer inneren Wand davon ausgebildet ist, aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, ausgewählt aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen und Stoß; und (4) Platzieren einer Elektrodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyten in die Metallummantelung.
Verfahren zum Herstellen einer Lithiumsekundärbatterie, das die folgenden Schritte umfasst: (1) Herstellen eines Blattes aus einer auf Magnesium basierenden Legierung, die Lithium in einer Menge von 7 bis 15 Gewichtsprozent, und wenigstens ein Element, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Al, Zn, und Mn besteht, in einer Gesamtmenge von 0,3 bis 5 Gewichtsprozent enthält, durch Thixoformen; (2) Ausbilden einer Metallummantelung in einer Gestalt einer Dose mit Boden mit einer offenen Spitze aus dem Blatt durch ein mechanisches Verarbeiten, ausgewählt aus Ziehen, kombinierten Ziehen und Abstreckziehen und Stoß; (3) Ausbilden einer Harzschicht einstückig mit der Metallummantelung auf deren innerer Wand; und (4) Platzieren einer Elektrodeneinheit und eines nicht-wässrigen Elektrolyten in die Metallummantelung.