KR102142377B1 - 축전 소자 - Google Patents

축전 소자 Download PDF

Info

Publication number
KR102142377B1
KR102142377B1 KR1020147021559A KR20147021559A KR102142377B1 KR 102142377 B1 KR102142377 B1 KR 102142377B1 KR 1020147021559 A KR1020147021559 A KR 1020147021559A KR 20147021559 A KR20147021559 A KR 20147021559A KR 102142377 B1 KR102142377 B1 KR 102142377B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
container
storage element
stainless steel
power storage
welding
Prior art date
Application number
KR1020147021559A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20150022740A (ko
Inventor
히로쓰구 이오카
게이스케 아나미
신야 기타노
노리요시 무네나가
다쿠 나카무라
Original Assignee
가부시키가이샤 지에스 유아사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 지에스 유아사 filed Critical 가부시키가이샤 지에스 유아사
Publication of KR20150022740A publication Critical patent/KR20150022740A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102142377B1 publication Critical patent/KR102142377B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES OR LIGHT-SENSITIVE DEVICES, OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G9/00—Electrolytic capacitors, rectifiers, detectors, switching devices, light-sensitive or temperature-sensitive devices; Processes of their manufacture
    • H01G9/004—Details
    • H01G9/08—Housing; Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/06—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing aluminium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
    • C22C38/18—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing chromium
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/102—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/116—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery characterised by the material
    • H01M50/117—Inorganic material
    • H01M50/119—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/14—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery for protecting against damage caused by external factors
    • H01M50/145—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery for protecting against damage caused by external factors for protecting against corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H01M50/147—Lids or covers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기를 구비하는 축전 소자를 제공한다. 양극 및 음극을 가지는 전극체(120)와 전해액이 수용되는 용기(100)를 구비하는 축전 소자(10)로서, 용기(100)는, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강끼리가 용접된 용접부(112, 113)를 가진다.

Description

축전 소자 {ELECTRICITY STORAGE ELEMENT}
본 발명은 양극 및 음극을 가지는 전극체와 전해액이 수용되는 용기를 구비하는 축전 소자에 관한 것이다.
축전 소자에 있어서는, 양극 및 음극을 가지는 전극체와 전해액이 수용되는 용기를 구비하고 있다. 그리고, 상기 용기는, 종래, 스테인리스강에 딥 드로잉(deep drawing) 등의 강(强) 가공을 행함으로써 제작되고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 평11-67163호
그러나, 종래의 축전 소자와 같이, 스테인리스제 용기의 제조 방법에, 딥 드로잉 가공을 사용한 경우에, 용기의 형상에 따라 금속 가공의 난이도는 상이하지만, 일반적으로 금속 가공은 곤란해져, 제조성이 낮아진다. 한편, 스테인리스 강 판에 용접 가공을 행하여 용기를 제작하면, 어떠한 용기 형상이라도, 용이하게 제조가 행할 수 있으므로, 제조성을 높일 수 있다. 그러므로, 용접 가공을 행하여, 그 용기를 제작할 것이 요구된다.
그러나, 축전 소자에 있어서, 용접 부위가 있는 용기가, 높은 전위에 노출된 경우에, 그 용접 부위가 부식될 우려가 있다는 문제가 있다. 즉, 스테인리스강에 용접 처리를 행하면, 부식의 영향을 받기 쉬워진다. 그리고, 용기가 부식하면, 용기로부터 금속 이온이 용출하여 음극 상에 석출(析出)되어 내부 단락을 일으키거나 전해액이 외부로 누설되거나 한다. 이러한 것을 방지하기 위하여, 상기 용기에는, 내식성(耐蝕性)이 요구된다. 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것이며, 제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기를 구비하는 축전 소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 태양(態樣)에 따른 축전 소자는, 양극 및 음극을 가지는 전극체와 전해액이 수용되는 용기를 포함하는 축전 소자로서, 상기 용기는, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강끼리가 용접된 용접부를 포함한다.
본 발명자들은, 예의(銳意) 연구와 실험한 결과, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강의 경우에, 상기 스테인리스강에 용접 처리를 행해도, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있음을 발견하였다. 이로써, 제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기를 구비하는 축전 소자를 실현할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 용기는 커버체와, 상기 커버체에 접속된 본체를 포함하고, 상기 본체는 상기 용접부를 포함한다.
용기의 본체는, 통상 전해액에 습윤(濕潤)한 전극체(발전 요소)에 접촉되어 있지만, 상기 본체의 전해액에 접촉하는 부분이 용접되어 있어도, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 스테인리스강은, 크롬을 16∼30중량%의 범위에서 함유하고, 또한 알루미늄의 함유량이 0.3중량% 이하이다.
본 발명자들은, 예의 연구와 실험한 결과, 크롬의 함유량은 16 질량% 이상이 바람직한 것을 발견하였다. 한편, 크롬의 함유량은 30중량% 이하가 바람직하고, 알루미늄의 함유량은 0.3중량% 이하가 바람직하다. 그러므로, 최적인 함유량을 가지는 스테인리스강으로, 축전 소자의 용기를 형성할 수 있다.
또한, 바람직하게는, 상기 용기와 상기 전극체와는 전기적으로 절연되어 있다.
용기가 전극체와 절연되어 있으면, 전극체와의 사이에 전위가 걸리지 않기 때문에, 더욱 내식성이 증가한다.
또한, 바람직하게는, 상기 본체는 장(長) 측면과 단(短) 측면을 가지는 직육면체 형상이며, 상기 용접부의 적어도 일부는 상기 단 측면에 위치한다.
용접부는 용접부 이외의 부위에 비하면 상대적으로 내식성이 뒤떨어지고, 그 결과, 용접부의 강도가 저하될 우려가 있다. 축전 소자는, 과충전 시나 고온 환경 하에 방치되었을 경우, 내압(內壓)이 상승하는 경우가 있다. 그때, 용기에는 팽창에 의한 응력이 가해지게 된다. 축전 소자의 용기가 장 측면과 단 측면을 가지는 직육면체형의 형상이면, 팽창의 영향을 받기 쉬운 것은 면적이 큰 장 측면이 되고, 단 측면은 팽창의 영향을 쉽게 받지 않는다. 따라서 단 측면에 용접부가 있으면, 팽창에 의한 응력을 쉽게 받지 않으므로, 용접부의 강도 저하가 쉽게 일어나지 않는다.
본 발명에 의하면, 제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기를 구비하는 축전 소자를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자의 외관을 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자의 용기의 본체를 분리시킨 경우의 구성을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자의 용기의 본체의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자가 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자가 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자가 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
이하, 도면을 참조하면서, 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자에 대해 설명한다. 그리고, 이하에서 설명하는 실시형태는, 모두 본 발명의 바람직한 일 구체예를 나타낸 것이다. 이하의 실시형태에서 나타내는 수치, 형상, 재료, 구성요소, 구성요소의 배치 위치 및 접속 형태 등은, 일례이며, 본 발명을 한정하는 주요 요지는 아니다.
(실시형태)
먼저, 축전 소자(10)의 구성에 대해 설명한다. 도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)의 외관을 모식적으로 나타낸 사시도이다. 도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)의 용기(100)의 본체(111)를 분리시킨 경우의 구성을 나타낸 사시도이다.
축전 소자(10)는 2차 전지이며, 더욱 구체적으로는, 리튬 이온 2차 전지 등의 비수 전해질 2차 전지이다. 그리고, 축전 소자(10)는 비수 전해질 2차 전지 이외의 2차 전지라도 되고, 커패시터라도 된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 축전 소자(10)는 용기(100), 양극 단자(200), 및 음극 단자(300)를 구비하고 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 용기(100) 안쪽에는, 양극 집전체(120), 음극 집전체(130), 및 전극체(140)가 수용되어 있다. 그리고, 축전 소자(10)의 용기(100)의 내부에는 전해액 등의 액체가 봉입(封入)되어 있지만, 그 액체의 도시는 생략한다.
용기(100)는, 금속으로 이루어지는 직사각형 통형으로 바닥을 구비하는 외형이 직육면체 형상의 본체(111)와, 본체(111)의 개구를 폐색(閉塞)하는 금속제의 판형 부재인 커버체(110)로 구성되어 있다. 본체(111)는 직사각 형상의 바닥면을 가지고, 바닥면의 장(長) 변부 및 단(短) 변부로부터 각각 장 측면 및 단 측면이 세워 설치된 형상으로 되어 있다. 또한, 용기(100)는 전극체(140) 등을 내부에 수용한 후, 커버체(110)와 본체(111)가 용접 등이 됨으로써, 내부를 밀봉할 수 있는 것으로 되어 있다. 구체적으로는, 용기(100)는, 알루미늄(Al)을 0.09중량% 이상 포함하는 스테인리스강에 의해 형성되어 있다. 또한, 상기 스테인리스강은, 상기 스테인리스강에 대한 크롬(Cr)의 함유량이 16∼30중량%, 또한 상기 스테인리스강에 대한 알루미늄의 함유량이 0.3중량% 이하인 것이 바람직하다.
또한, 본체(111)는 상기 스테인리스강이 용접된 용접부(112, 113, 114, 115)를 가지고 있다. 즉, 이 용접부(112∼115)는, 본체(111)의 제조 시에, 본체(111)의 상기 스테인리스강으로 형성된 부분끼리가 용접됨으로써 형성되는 용접부이다. 구체적으로는, 용접부(112)와 용접부(114)는 본체(111)의 단 측면에 형성된 용접부이며, 용접부(113)와 용접부(115)는 본체(111)의 단 측면과 바닥면과의 사이에 형성된 용접부이다.
여기서, 본체(111)의 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)의 용기(100)의 본체(111)의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다. 동 도면에 나타낸 바와 같이, 판재(111a)는 용기(100)의 본체(111)를 전개한 경우의 스테인리스 강판이다. 이 판재(111a)는 1장의 스테인리스 강판을 펀칭함으로써 작성된다. 그리고, 판재(111a)가 동 도면의 점선 부분에서 절곡(折曲)되어, 용접 가공됨으로써, 본체(111)가 제조된다. 구체적으로는, 판재(111a)의 변(112a)과 변(112b)이 용접되고, 또한 변(113a, 113b)과 변(113c)이 용접된다. 또한, 변(114a)과 변(114b)이 용접되고, 또한 변(115a, 115b)과 변(115c)이 용접된다. 그 결과, 용접부(112∼115)는 단 측면 상에 형성된다. 특히 용접부(112, 114)는 단 측면의 변부(邊部)가 아니라 면내(面內)에 배치된다. 축전 소자는, 과충전 시나 고온 환경 하에 방치되었을 경우, 내압이 상승하는 경우가 있다. 그때, 팽창에 의한 응력의 영향을 받기 쉬운 것은 면적이 큰 장 측면이 되어, 단 측면은 팽창에 의한 응력의 영향을 쉽게 받지 않는다. 따라서, 단 측면에 용접부가 있으면, 팽창에 의한 응력을 쉽게 받지 않으므로, 바람직하다.
여기서, 상기에서는, 용기(100)는, 커버체(110)와 본체(111)가 상기한 스테인리스강으로 형성되어 있는 것으로 하였으나, 용기(100)는 상기 스테인리스강에 의해 적어도 일부가 형성되어 있으면 되고, 상기 스테인리스강으로 형성되어 있는 부분에 용접부를 가지면 된다. 예를 들면, 용기(100)는, 본체(111)만이 상기 스테인리스강으로 형성되어 있는 것으로 해도 되고, 본체(111)의 일부만이 상기 스테인리스강으로 형성되어 있는 것으로 해도 된다. 또한, 상기에서는 판재(111a)는 1장의 스테인리스 강판을 펀칭함으로써 제작되지만, 상기 판재는 복수의 강판으로 이루어져 있어도 된다. 단, 스테인리스 강판은 상기한 바와 같이, 1장의 강판인 것이 바람직하다. 용접 횟수를 줄여, 제조성을 더욱 높이기 위해서이다.
그리고, 용접 부분이 전해액과 접촉하는 경우에, 상기 스테인리스강을 용접 부분에 사용하면, 효과가 현저해져, 바람직하다. 용접 부분이 전해액과 접촉함으로써, 전해액에 금속 이온이 용출되는 빈도가 높아져, 부식이 촉진된다. 상기 용접 부분에 상기한 스테인리스강을 사용하면, 부식이 억제되어, 상기 스테인리스강 이외의 스테인리스강을 사용한 경우와 비교하여, 효과가 현저하게 된다. 또한, 용접 부분이 본체(111)의 개구부와 바닥면과의 사이에 형성되어 있는 경우나 용접 부분이 복수 있는 경우에, 상기한 스테인리스강을 용접 부분에 사용하면, 효과가 현저해져, 바람직하다. 이것은, 용접 부분가 본체(111)의 개구부와 바닥면과의 사이에 형성되어 있는 경우나 용접 부분가 복수 있는 경우에는, 전해액과 용접 부분이 접촉하는 면적이 커지기 때문이다. 그러므로, 축전 소자(10)에 용접부(112∼115)가 형성되고, 또한 축전 소자(10)가 도 1에 나타낸 방향으로 놓이는 경우에는, 본체(111)의 하부에 전해액이 접촉되므로, 용접부(112, 114)의 하부 및 용접부(113, 115)를 포함하는 부분이, 상기 스테인리스강으로 형성되는 것이 바람직하다.
여기서, 용기(100)에 봉입되어 있는 전해액(비수 전해액)으로서는, 축전 소자(10)의 성능을 손상시키는 것이 아니면 그 종류에 특별히 제한은 없고 다양하게 선택할 수 있다.
전극체(140)는 양극과 음극과 격리판(separator)을 구비하고, 전기를 축적할 수 있는 부재이다. 양극은 알루미늄이나 알루미늄 합금 등으로 이루어지는 장척(長尺) 스트립형의 양극 기재(基材) 박(箔) 위에 양극 활물질층이 형성된 것이다. 음극은 동이나 구리합금 등으로 이루어지는 장척 스트립형의 음극 기재 박 위에 음극 활물질층이 형성된 것이다. 격리판은 수지로 이루어지는 미세 다공성의 시트이다. 여기서, 양극 활물질층에 사용되는 양극 활물질 및 음극 활물질층에 사용되는 음극 활물질로서는, 적절히 공지의 재료를 사용할 수 있다. 그리고, 전극체(140)는, 음극과 양극과의 사이에 격리판이 끼워지도록 층상(層狀)으로 배치된 것이 편평한 형태로 돌려 감겨, 용기의 단 측면 쪽에서 보는 방향에 있어서 장원(長圓) 형상으로 형성되어 있다. 편평한 형태의 전극체(140)의 평탄부는 본체(111)의 장 측면의 내면과 대향하고 있다. 축전 소자는 장기간 사용하면, 열화에 의해 전극체가 팽창되는 경우가 있고, 전극체(140)의 평탄부에서의 두께가 증가한다. 이 경우도 전극체의 팽창에 의한 응력은, 본체(111)의 장 측면이 받게 되므로, 팽창에 의한 응력을 쉽게 받지 않는 단 측면에 용접부가 있는 것은 바람직한 태양이다.
또한, 축전 소자(10)가 완전 충전 상태인 경우에서의 전극체(140)의 양극의 개(開)회로 전압이, 리튬 전위에 대하여 4.0볼트 이상인 경우에 효과가 더욱 현저해진다. 용기(100)와 양극이 접촉하고, 용기(100)가 4.0볼트 이상의 전압에 노출된 경우, 상기한 스테인리스강을 사용함으로써, 효과가 더욱 현저해지므로, 바람직하다. 그리고, 양극의 개회로 전압은, 양극 개회로 전위와 리튬 전위와의 전위차이며, 양극 개회로 전위란, 축전 소자(10)가 외부 회로로부터 전기적으로 분리된(양극과 음극과의 사이에 부하를 걸려 있지 않음) 상태가 충분한 시간 경과한 시점에서의, 축전 소자(10)의 양극의 전위이다.
양극 단자(200)는 전극체(140)의 양극에 전기적으로 접속된 전극 단자이며, 음극 단자(300)는 전극체(140)의 음극에 전기적으로 접속된 전극 단자이다. 즉, 양극 단자(200) 및 음극 단자(300)는 전극체(140)에 축적할 수 있는 전기를 축전 소자(10)의 외부 공간으로 도출하고, 또한, 전극체(140)에 전기를 축적하기 위해서 축전 소자(10)의 내부 공간으로 전기를 도입하기 위한 금속제의 전극 단자이다. 또한, 양극 단자(200) 및 음극 단자(300)는 전극체(140)의 위쪽에 배치된 커버체(110)에 장착되어 있다.
양극 집전체(120)는 전극체(140)의 양극과 용기(100)의 본체(111)의 측벽과의 사이에 배치되고, 양극 단자(200)와 전극체(140)의 양극에 전기적으로 접속되는 도전성과 강성(剛性)을 구비한 부재이다. 그리고, 양극 집전체(120)는 전극체(140)의 양극 기재 박과 마찬가지로, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 형성되어 있다.
음극 집전체(130)는 전극체(140)의 음극과 용기(100)의 본체(111)의 측벽과의 사이에 배치되고, 음극 단자(300)와 전극체(140)의 음극에 전기적으로 접속되는 도전성과 강성을 구비한 부재이다. 그리고, 음극 집전체(130)는 전극체(140)의 음극 기재 박과 마찬가지로, 동 또는 구리 합금으로 형성되어 있다.
다음에, 상기한 스테인리스강으로 형성된 용기(100)를 가지는 축전 소자(10)가 얻을 수 있는 효과에 대하여, 상세하게 설명한다.
실시예
이하에, 용기(100)를 가지는 축전 소자(10)에 대한 실시예에 대하여 설명한다. 그리고, 이하의 실시예 1은, 전술한 실시형태에 따른 축전 소자(10)에 관한 것이다. 또한, 이하에서 설명하는 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3에서는, 용기의 크롬 및 알루미늄의 함유량 이외에는, 모두 동일 조건 하에서 행한 것이다. 구체적으로는, 다음과 같이 하여, 스테인리스제의 전지 용기가 양극 전위에 노출되었을 경우를 상정하여, 표 1에 나타낸 바와 같이, 크롬의 함유량 및 알루미늄의 함유량이 상이한 6종의 스테인리스강(스테인리스 A∼F)에 대하여, 실험을 행하였다.
[표 1]
Figure 112014072663104-pct00001
여기서, 스테인리스 A∼C는, 알루미늄의 함유량이 0.09∼0.12중량%의 스테인리스강이며, 스테인리스 D∼F는, 알루미늄의 함유량이 0.05∼0.06중량%의 스테인리스강이다. 또한, 스테인리스 A, C 및 D는, 크롬의 함유량이 16.0중량%보다 크고, 스테인리스 B, E 및 F는, 크롬의 함유량이 16.0 질량%보다 작다. 그리고, 이들 스테인리스 A∼F 각각에 대하여, 2장의 스테인리스 강판을 맞대기 용접으로 용접한 금속판 샘플을 제작하였다.
또한, 시험 셀에는, 유리제의 전해 셀을 사용하고, 작용 극(極)에 단자를 접속한 상기한 금속판 샘플, 대극(對極) 및 참조 극에는 리튬 금속을 사용하고, 전해액에는 전해질로서 1MLiPF6, 용매로서, 에틸렌 카보네이트와 디메틸 카보네이트와 에틸 메틸 카보네이트를 3:2:5의 체적비로 혼합한 것을 사용하였다. 그리고, 상기 시험 셀에 대하여, 정전위-정전류법(potentio-galvanostat)(소라토론(Solartron) 가부시키가이샤제 SI1287)을 사용하여, 순환 전압 전류법(cyclic voltammetry)을 행하였다. 여기서, 주사 전위의 범위는 2.5V∼4.2V로 하고, 300회 반복 행하였다. 또한, 시험 온도는 25℃로 하였다. 그리고, 시험 후의 해당 시험 셀의 전해액에 대하여, 유도 결합 플라즈마(ICP, Inductively Coupled Plasma) 발광 분석 장치(일본 쟈레르앗슈 가부시키가이샤(현 사모 핏샤 사이엔티픽(Themo Fisher Scientific) 가부시키가이샤)제 IRIS AP)로 ICP 발광 분석을 행하고, Fe 원소의 정량을 행하였다.
이상과 같이 하여 실험을 행한 결과를, 표 2에 나타낸다. 즉, 이하의 표 2에서는, 스테인리스 A∼F의 금속판 샘플에 대하여, 순환 전압 전류법의 10번째 사이클 및 300번째 사이클의 전류값(4.2V시(時)), 300 사이클 종료 후의 전해액에의 Fe 용출량, 및 300번째 사이클의 3.5V 또는 4.0V에서의 전류값을 비교하고 있다. 그리고, 3.5V 또는 4.0V에서의 전류값은, 리튬 금속의 전위에 대하여, 전압을 3.5V 또는 4.0V로 한 경우의 단위 면적당 전극에 통전한 전류값을 나타내고 있다. 즉, 그 전류값이 큰 경우에는, 부식에 의한 금속 용출이 발생하고 있음을 나타내고 있다.
[표 2]
Figure 112014072663104-pct00002
여기서, 실시예 1∼3은, 스테인리스 A∼C의 금속판 샘플에 대하여, 10번째 사이클 및 300번째 사이클의 전류값, 3.5V 및 4.0V에서의 전류값, 및 Fe 용출량을 나타내고 있다. 또한, 비교예 1∼3은, 스테인리스 D∼F의 금속판 샘플에 대하여, 상기 데이터를 나타내고 있다. 또한, 도 4∼도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)가 얻을 수 있는 효과를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로는, 도 4는 상기한 표 2에서의 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 10번째 사이클 및 300번째 사이클의 전류값을 비교한 그래프이다. 또한, 도 5는 상기한 표 2에서의 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 3.5V 및 4.0V에서의 전류값을 비교한 그래프이다. 또한, 도 6은 상기한 표 2에서의 실시예 1∼3 및 비교예 1∼3의 Fe 용출량의 값을 비교한 그래프이다.
그리고, 비교예 1의 스테인리스 D는, 종래의 딥 드로잉에 의해 제조되는 용기에 이용되고 있었던 강종(鋼種)이다. 용접 부위가 없는 스테인리스 D의 금속판에 대하여 상기 실험을 행하면, 10번째 사이클 및 300번째 사이클의 전류값(4.2V 시), 및 300번째 사이클의 3.5V 또는 4.0V에서의 전류값은, 각각, 0.00mA/cm2, 0.00mA/cm2, 0.01mA/cm2, 0.00mA/cm2의 값이었다. 이 예로부터, 비교예 1의 스테인리스를 사용하는 경우, 용접 부위가 없는 용기에서는, 전류가 거의 흐르지 않고 부식은 일어나지 않지만, 용접 부위가 있는 용기에서는 부식을 발생함을 알 수 있다.
상기한 표 2 및 도 4∼도 6에 나타낸 바와 같이, 실시예 1∼3(스테인리스 A∼C)에서는, 비교예 1∼3(스테인리스 D∼F)에 비해, 10번째 사이클 및 300번째 사이클의 전류값, 4.0V에서의 전류값, 및 Fe 용출량이 매우 적은 결과로 되어 있다. 그러므로, 스테인리스강에 용접부가 있는 경우에는, 알루미늄의 함유량이 0.09중량% 이상의 스테인리스강을 사용함으로써, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있다. 또한, 실시예 1, 3(스테인리스 A, C)에서는, 실시예 2(스테인리스 B)에 비해, 300번째 사이클의 전류값, 4.0V에서의 전류값, 및 Fe 용출량이 매우 적은 결과로 되어 있다. 즉, 크롬의 함유량이 16.0중량% 이상이면, 부식을 장기간에 걸쳐 억제할 수 있어, 바람직하다.
상기 스테인리스강에 크롬 피막이 형성됨으로써, 스테인리스강의 부식을 억제할 수 있으므로, 크롬의 함유량이 높은 쪽이 부식을 더욱 장기간에 걸쳐 억제할 수 있다. 단, 크롬의 함유량이 높아지면, 인성(靭性)이나 가공성의 저하를 초래하므로, 크롬의 함유량은 30중량% 이하가 바람직하다. 또한, 상기 부식이 억제된 요인으로서, 함유되어 있는 알루미늄이 내식성의 피막을 형성하여, 스테인리스강의 용출을 억제하는 효과를 발휘하였기 때문이라고 상정되므로, 알루미늄의 함유량이 높은 쪽이 부식을 억제할 수 있다. 단, 알루미늄의 함유량이 높아지면, 스테인리스강을 제강(製鋼)할 때 표면 결함의 원인이 되므로, 알루미늄의 함유량은 0.3중량% 이하가 바람직하다.
또한, 상기한 표 2 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 비교예 1∼3에 있어서, 3.5V에서의 전류값은 낮은 값을 나타내고 있지만, 4.0V에서의 전류값은 높은 값을 나타내고 있다. 이것은, 전지의 용기를 구성하는 스테인리스강이 노출되는 전압이 3.5V인 경우에는 부식의 발생이 적지만, 전압이 4.0V의 경우에는, 부식에 의한 금속 용출이 현저하게 발생하고 있다는 것을 나타내고 있다. 이에 대해, 실시예 1∼3에 있어서는, 3.5V에서의 전류값 및 4.0V에서의 전류값 모두, 낮은 값을 나타내고 있다. 즉, 전지의 용기를 구성하는 스테인리스강이 노출되는 전압이 3.5V에서도 4.0V에서도 부식의 발생을 억제하고 있다는 것을 나타내고 있다. 따라서, 스테인리스강 A∼C(실시예 1∼3)를 사용하면, 양극의 전위가 리튬 전위에 대해 4.0V를 초과하는 경우에도, 바람직하게 부식에 의한 금속 용출을 억제할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 축전 소자(10)에 의하면, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강이 용접된 용접부를 가지는 용기(100)를 구비하고 있다. 여기서, 본 발명자들은, 예의 연구와 실험한 결과, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강의 경우에, 상기 스테인리스강에 용접 처리를 행해도, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있는 것을 발견하였다. 그러므로, 용기(100)를 용접 가공에 의해 제작하여도, 용접되는 부위에 상기 스테인리스강을 사용함으로써, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있다. 이로써, 제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기(100)를 구비하는 축전 소자(10)를 실현할 수 있다.
본 발명자들은, 예의 연구와 실험한 결과, 축전 소자(10)의 양극의 개회로 전압은, 리튬 전위에 대해, 4.0볼트 이상인 경우에도, 알루미늄의 함유량이 0.09중량% 이상의 스테인리스강의 경우에는, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있음을 발견하였다. 그러므로, 상기 개회로 전압이 4.0볼트 이상인 경우에도, 용접 부위에 대해 양호한 내식성을 가지는 용기(100)를 구비하는 축전 소자(10)를 실현할 수 있다.
또한, 축전 소자(10)는, 용기(100)의 본체(111)에 용접부(112∼115)를 가진다. 즉, 용기(100)의 본체(111)는, 통상 전해액에 습윤한 전극체에 접촉되어 있지만, 상기 본체의 전해액에 접하는 부분이 용접되어 있어도, 용접 부위의 부식을 억제할 수 있다.
또한, 축전 소자(10)의 용기(100)를 형성하는 스테인리스강은, 크롬의 함유량이 16∼30중량%이고 알루미늄의 함유량이 0.3중량% 이하이다. 여기서, 상기 스테인리스강은, 크롬의 함유량이 낮아지면, 장기간 내지 반복하여 엄격한 산화 상태에 노출됨으로써, 내산화성이 쉽게 저하된다. 그러므로, 본 발명자들은, 예의 연구와 실험한 결과, 크롬의 함유량은 16 질량% 이상이 바람직한 것을 발견하였다. 한편, 크롬의 함유량이 높아지면, 인성이나 가공성의 저하를 초래하므로, 크롬의 함유량은 30중량% 이하가 바람직하다. 또한, 알루미늄의 함유량이 높아지면, 스테인리스강을 제강할 때 표면 결함의 원인으로 되므로, 알루미늄의 함유량은 0.3중량% 이하가 바람직하다. 그러므로, 최적인 함유량을 가지는 스테인리스강으로, 축전 소자(10)의 용기(100)를 형성할 수 있다.
(다른 실시형태)
상기 실시형태에서는, 용기와 전극체와의 전기적 접속 상태는 특별히 한정하고 있지 않다. 용기를 전극체의 양극 측에 접속하여 양극 전위가 되도록 해도 되고, 용기와 전극체가 전기적으로 절연되어 있는 형태라도 된다. 단, 용기가 전극체와 절연되어 있으면, 전극체와의 사이에 전위가 걸리지 않으므로, 더욱 내식성이 증대되므로 바람직하다.
상기 실시형태에서는, 전극체(140)의 형상으로서는 장원(長圓) 형상을 나타냈으나, 원 형상 또는 타원 형상이라도 된다. 또한, 전극체(140)의 형상은 권취형으로 한정되지 않고, 평판형 극판을 적층한 형상이라도 된다.
[산업상 이용가능성]
본 발명은 제조성이 높고, 양호한 내식성을 가지는 용기를 구비하는 축전 소자 등에 적용할 수 있다.
10: 축전 소자
100: 용기
110: 커버체
111: 본체
111a: 판재
112, 113, 114, 115: 용접부
112a, 112b, 113a∼113c, 114a, 114b, 115a∼115c: 변
120: 양극 집전체
130: 음극 집전체
140: 전극체
200: 양극 단자
300: 음극 단자

Claims (5)

  1. 양극 및 음극을 가지는 전극체와 전해액이 수용되는 용기를 포함하는 축전 소자로서,
    상기 용기는, 알루미늄을 0.09중량% 이상 함유하는 스테인리스강으로 이루어지고, 상기 스테인리스강끼리가 용접된 용접부를 가지며,
    상기 용기는 커버체와, 상기 커버체에 접속된 본체를 포함하고,
    상기 본체는 상기 용접부를 포함하며,
    상기 본체는 바닥면의 장(長) 변부로부터 세워진 2개의 장 측면과 바닥면의 단(短) 변부로부터 세워진 2개의 단 측면을 가지는 직육면체 형상이며,
    상기 용접부는 상기 2개의 단 측면의 표면 상에 위치하면서, 상기 바닥면의 장 변부의 표면에는 위치하지 않는,
    축전 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스테인리스강은, 크롬을 16∼30중량%의 범위에서 함유하고, 알루미늄의 함유량이 0.3중량% 이하인, 축전 소자.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 용기와 상기 전극체와는 전기적으로 절연되어 있는, 축전 소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
KR1020147021559A 2012-05-22 2013-05-20 축전 소자 KR102142377B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012116738 2012-05-22
JPJP-P-2012-116738 2012-05-22
PCT/JP2013/003201 WO2013175760A1 (ja) 2012-05-22 2013-05-20 蓄電素子

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150022740A KR20150022740A (ko) 2015-03-04
KR102142377B1 true KR102142377B1 (ko) 2020-08-07

Family

ID=49623470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020147021559A KR102142377B1 (ko) 2012-05-22 2013-05-20 축전 소자

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9905369B2 (ko)
JP (1) JP6090313B2 (ko)
KR (1) KR102142377B1 (ko)
CN (1) CN104094443B (ko)
DE (1) DE112013002614T5 (ko)
WO (1) WO2013175760A1 (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200122630A (ko) * 2019-04-18 2020-10-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20200122765A (ko) 2019-04-19 2020-10-28 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
KR20210004402A (ko) 2019-07-04 2021-01-13 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236929A (ja) * 2000-02-22 2001-08-31 Sumitomo Metal Ind Ltd チタン製電池ケース
JP2002198011A (ja) * 2000-12-27 2002-07-12 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 角型非水電解液二次電池
JP2005187904A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電セル用ケース材料

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6122563A (ja) 1984-07-11 1986-01-31 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉電池
JPS63193460A (ja) * 1987-02-05 1988-08-10 Toshiba Battery Co Ltd 密閉形アルカリ蓄電池の製造方法
JP3032925B2 (ja) * 1992-09-25 2000-04-17 富士写真フイルム株式会社 非水電池
JP3067577B2 (ja) * 1995-03-20 2000-07-17 住友金属工業株式会社 耐酸化性と高温強度に優れたフェライト系ステンレス鋼
JPH09324246A (ja) 1996-04-04 1997-12-16 Nkk Corp 耐高温腐食性に優れた熱交換器用オーステナイト系ステンレス鋼
JPH10237908A (ja) 1997-02-27 1998-09-08 Nisshin Steel Co Ltd 耐食性に優れた貯水槽
JPH1167163A (ja) 1997-08-25 1999-03-09 Toshiba Battery Co Ltd 電池および電池容器
JP2001020045A (ja) * 1999-07-07 2001-01-23 Nippon Steel Corp ステンレス鋼板素材およびその製造方法
JP2001035457A (ja) 1999-07-22 2001-02-09 Yuasa Corp ナトリウム−硫黄電池
JP2001143667A (ja) * 1999-11-11 2001-05-25 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 非水系電池
JP4877678B2 (ja) 2000-08-16 2012-02-15 日立マクセルエナジー株式会社 扁平形非水電解質二次電池
CN100559632C (zh) * 2002-01-24 2009-11-11 日立麦克赛尔株式会社 内部装有非水二次电池的电子器械
JP2003257384A (ja) 2002-02-28 2003-09-12 Nisshin Steel Co Ltd ボタン型リチウム二次電池ケース用フェライト系ステンレス鋼及び電池ケース
JP2004052100A (ja) * 2002-05-27 2004-02-19 Nippon Steel Corp 電池用外装材
JP2004293853A (ja) * 2003-03-26 2004-10-21 Jfe Steel Kk 高温用熱交換器
JP4256269B2 (ja) * 2004-01-19 2009-04-22 住友軽金属工業株式会社 高強度角型電池ケース用アルミニウム合金板およびその製造方法
JP4191069B2 (ja) * 2004-03-12 2008-12-03 日新製鋼株式会社 絞りしごき加工用フェライト系ステンレス鋼板および製造法
JP4698205B2 (ja) * 2004-11-11 2011-06-08 東洋鋼鈑株式会社 電池ケース用鋼板、電池ケース用表面処理鋼板、電池ケースおよび電池
JP4965802B2 (ja) * 2004-11-11 2012-07-04 東洋鋼鈑株式会社 リチウム電池のケース用鋼板、リチウム電池のケース用表面処理鋼板、電池ケースおよびリチウム電池
KR100709834B1 (ko) * 2005-04-26 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
JP4762104B2 (ja) 2006-10-11 2011-08-31 日新製鋼株式会社 オーステナイト鋼
JP2009167486A (ja) * 2008-01-18 2009-07-30 Nisshin Steel Co Ltd 電池構成部材用フェライト系ステンレス鋼
KR101002511B1 (ko) 2008-09-19 2010-12-17 삼성에스디아이 주식회사 폴리머 전지팩
JP2011070861A (ja) * 2009-03-31 2011-04-07 Equos Research Co Ltd 電池ケース及びそれを用いたリチウムイオン電池
US8697272B2 (en) * 2009-09-01 2014-04-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Secondary battery having an insulating member
JP2011102423A (ja) * 2009-11-11 2011-05-26 Nisshin Steel Co Ltd ラミネート型リチウムイオン二次電池ケース用フェライト系ステンレス鋼箔
JP2011190524A (ja) 2010-03-17 2011-09-29 Nisshin Steel Co Ltd 耐酸化性、二次加工脆性および溶接部の靭性に優れたフェライト系ステンレス鋼
JP5452303B2 (ja) * 2010-03-23 2014-03-26 日立ビークルエナジー株式会社 二次電池とその製造方法
JP2011200927A (ja) * 2010-03-26 2011-10-13 Nisshin Steel Co Ltd 溶接構造体
JP6142466B2 (ja) * 2011-05-25 2017-06-07 株式会社Ｇｓユアサ 電池の製造方法、および、電池

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001236929A (ja) * 2000-02-22 2001-08-31 Sumitomo Metal Ind Ltd チタン製電池ケース
JP2002198011A (ja) * 2000-12-27 2002-07-12 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 角型非水電解液二次電池
JP2005187904A (ja) * 2003-12-26 2005-07-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 蓄電セル用ケース材料

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150022740A (ko) 2015-03-04
US20150017521A1 (en) 2015-01-15
JPWO2013175760A1 (ja) 2016-01-12
JP6090313B2 (ja) 2017-03-08
DE112013002614T5 (de) 2015-03-12
CN104094443A (zh) 2014-10-08
US9905369B2 (en) 2018-02-27
CN104094443B (zh) 2017-10-13
WO2013175760A1 (ja) 2013-11-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101243475B1 (ko) 단락 부재를 구비한 이차 전지
KR101254886B1 (ko) 이차 전지
US20130266830A1 (en) Secondary battery
KR102098279B1 (ko) 축전 소자
US9853294B2 (en) Secondary battery and manufacturing method thereof
KR20130012627A (ko) 이차 전지
EP2757614A1 (en) Secondary battery and assembling method thereof
KR20120115439A (ko) 이차 전지
KR100599598B1 (ko) 이차 전지와 이에 사용되는 전극 조립체 및 집전판
US20120064380A1 (en) Rechargeable battery
KR102142377B1 (ko) 축전 소자
US20120202096A1 (en) Secondary battery
JP6271275B2 (ja) リチウム一次電池用非水系有機電解液、およびリチウム一次電池
EP2424007B1 (en) Rechargeable battery
CN108370000B (zh) 密封构件、蓄电元件以及蓄电元件的制造方法
KR101787636B1 (ko) 전지 셀 및 이를 포함하는 디바이스
KR20180093330A (ko) 전극단자 접속 플레이트를 포함하고 있는 전지팩
KR101964713B1 (ko) 고정 부재를 포함하는 전지셀 활성화 트레이
EP4109665A1 (en) Button-type secondary battery
US10658695B2 (en) Battery having a prismatic metal housing
US9287590B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP2007087704A (ja) 非水電解液二次電池
KR101792602B1 (ko) 전극 집전체의 중첩이 최소화된 전극조립체를 포함하는 전지셀
KR20150083633A (ko) 젤리롤 전극조립체 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
JP2016110947A (ja) リチウムイオン二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant