KR102638365B1 - 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판 - Google Patents

황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판 Download PDF

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Abstract

내황화성이 우수한 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판을 제공한다. 상기 페라이트계 스테인리스 강판은, 질량％ 로, C : 0.001 ∼ 0.050 ％, Si : 0.01 ∼ 2.00 ％, Mn : 0.01 ∼ 1.00 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 18.00 ∼ 32.00 ％, Ni : 0.01 ∼ 4.00 ％, Al : 0.001 ∼ 0.150 ％ 및 N : 0.050 ％ 이하를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는다.

Description

황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판
본 발명은 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판에 관한 것이다.
최근, 지구 환경 보전의 관점에서, 리튬 이온 이차 전지 (LIB) 를 탑재한 전기 자동차 (EV) 의 생산이 증가하고 있다. 이 전기 자동차를 더욱 보급시키기 위해서, LIB 에 대하여, 보다 한층 에너지 밀도의 증가, 충전 시간의 단축, 장수명화 등이 요구되고 있다. 그 때문에, 황화물계 고체 전해질의 연구 개발이 실시되고 있다.
예를 들어, Li2S-P2S5 계, LGPS (Li, Ge, P, S) 계 등의 황화물계 고체 전해질은, 전해액 수준의 높은 Li 이온 전도도를 갖기 때문에, 전고체 전지용의 전해질로서 기대되고 있다. 황화물계 고체 전해질을 사용한 전고체 전지를, 황화물계 고체 전지라고도 한다.
그러나, 상기와 같은 황화물계 고체 전해질을 사용하는 경우, 황화물에 의한 집전체의 부식이 염려된다. 내황화성이 낮은 재료를 집전체에 사용하면, 전지의 성능이나 안전성이 저하될 염려가 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 에는, 황화물계 고체 전지의 정극 집전체의 재료로서 스테인리스강이 개시되어 있으며, 특히 SUS304, SUS304L, SUS316 및 SUS316L 이 개시되어 있다.
특허문헌 2 에는, 황화물계 고체 전지의 부극 집전체의 재료로서, SUS316L 이 개시되어 있다.
일본 공개특허공보 2011-142037호 일본 공개특허공보 2016-35913호
특허문헌 1 및 2 에 개시되어 있는 SUS304, SUS304L, SUS316 및 SUS316L 은, 오스테나이트계 스테인리스강이다.
그런데, 집전체로서 스테인리스강을 사용하는 경우, 그 판두께는 5 ∼ 30 ㎛ 로 할 필요가 있다. 그러나, 오스테나이트계 스테인리스강은, 압연 시에 현저하게 가공 경화하기 때문에, 압연 패스수를 늘리고, 또한, 중간 어닐링을 추가하여, 한 번 연질화하고 나서 재차 압연할 필요가 생긴다. 그 때문에, 생산성의 저하나, 제조 비용의 증가 등이 발생한다.
그래서 본 발명자들은, 가공 경화가 적은 페라이트계 스테인리스강의 적용을 검토하였다.
처음에, 페라이트계 스테인리스강의 대표적 강종인 SUS430 (16 질량％ Cr) 을 검토했지만, 황화물계 고체 전지에 있어서의 집전체의 사용을 모의한 환경에 있어서, 내황화성이 충분하지 않은 경우가 있었다. 즉, 강과 황화물이 반응하여 황화물계 고체 전지의 전지 특성이 저하될 염려가 있었다.
전지 특성이 저하되는 원인은 명확하지 않지만, 본 발명자들은 다음과 같이 생각하고 있다. 강과 황화물이 반응함으로써, 강 표면과 황화물계 고체 전해질의 계면에 있어서, 강과 황화물의 반응층이 두껍게 형성되거나, 황화물계 고체 전해질 자체가 열화하거나 함으로써, 전지 특성의 저하로 이어지는 것으로 생각하고 있다.
본 발명은, 이상의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 내황화성이 우수한 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 목적을 달성하기 위해서, 예의 검토를 실시하였다.
먼저, 본 발명자들은, Cr 함유량이 16 질량％ 정도인 페라이트계 스테인리스 강판을, 황화물계 고체 전지의 집전체로서 사용했을 경우에, 기대하고 있었던 정도의 내황화성이 얻어지지 않는 이유를 검토하였다.
황화물계 고체 전지의 집전체가 노출되는 환경은, 아직 해명되지 않은 점이 많지만, 수분이나 산소가 존재하지 않거나, 또는 매우 적고, 또한 0.0 ∼ 5.0 V (vs. Li/Li＋) 의 범위에서 전위가 인가될 수 있는 특수한 환경 (이하, 「전지 환경」 이라고도 한다) 이다.
상기 전지 환경에 있어서, Cr 함유량이 16 질량％ 정도인 페라이트계 스테인리스 강판은, 강판 표면에 형성되는 산화 피막이 안정적이지는 않기 때문에, 상기 전지 환경에 있어서의 내황화성이 저하되는 경우가 있다고, 본 발명자들은 생각하기에 이르렀다.
그래서 본 발명자들은, 페라이트계 스테인리스 강판의 성분 조성을, 상기 전지 환경에 있어서 강판 표면에 안정적인 산화 피막이 형성되는 성분 조성으로 할 수 있으면, 상기 전지 환경에 있어서의 내황화성을 확보할 수 있는 것으로 생각하였다.
구체적으로는, 본 발명자들은, 페라이트계 스테인리스 강판의 황화를 억제하기 위해서, 페라이트계 스테인리스 강판의 구성 원소인 Fe 나 Cr 의 황화물보다 열역학적으로 안정적인 Cr 산화 피막을, 페라이트계 스테인리스 강판의 표면에 안정적으로 또한 치밀하게 형성시켜 두면 되는 것으로 생각하였다. 그러기 위해서는, 첫번째로 페라이트계 스테인리스 강판의 Cr 함유량을 향상시키고, 또한 그 밖의 원소를 적합한 범위로 제어하면 된다는 결론에 이르렀다.
본 발명은 상기의 지견에 기초하여, 본 발명자들이 더욱 검토를 거듭한 끝에 완성된 것이다. 즉, 본 발명의 구성은 다음과 같다.
[1] 질량％ 로,
C : 0.001 ∼ 0.050 ％,
Si : 0.01 ∼ 2.00 ％,
Mn : 0.01 ∼ 1.00 ％,
P : 0.050 ％ 이하,
S : 0.010 ％ 이하,
Cr : 18.00 ∼ 32.00 ％,
Ni : 0.01 ∼ 4.00 ％,
Al : 0.001 ∼ 0.150 ％ 및
N : 0.050 ％ 이하
를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
[2] 상기 성분 조성이, 또한, 질량％ 로,
Mo : 0.01 ∼ 2.50 ％,
Cu : 0.01 ∼ 0.80 ％,
Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및
W : 0.01 ∼ 3.00 ％
로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 상기 [1] 에 기재된 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
[3] 상기 성분 조성이, 또한, 질량％ 로,
Ti : 0.01 ∼ 0.45 ％,
Nb : 0.01 ∼ 0.60 ％,
Zr : 0.01 ∼ 0.40 ％,
V : 0.01 ∼ 0.30 ％,
Ca : 0.0003 ∼ 0.0030 ％,
Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
B : 0.0003 ∼ 0.0050 ％,
REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％,
Sn : 0.001 ∼ 0.500 ％ 및
Sb : 0.001 ∼ 0.500 ％
로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 상기 [1] 또는 [2] 에 기재된 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
본 발명에 의하면, 내황화성이 우수한 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판을 얻을 수 있다.
본 명세서에 있어서, 「∼」 를 사용하여 나타내는 수치 범위는, 「∼」 의 전후에 기재되는 수치를 하한값 및 상한값으로서 포함하는 범위를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 「황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판」 을, 간단히, 「페라이트계 스테인리스 강판」 이라고도 한다.
(1) 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판
본 발명의 일 실시형태 (이하, 편의적으로, 간단히 「본 발명」 이라고도 한다) 의 페라이트계 스테인리스 강판에서는, Cr 함유량을 향상시키고, 또한 그 밖의 원소를 적정한 범위로 제어한다.
[페라이트계 스테인리스 강판의 성분 조성]
본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판이 갖는 성분 조성 (이하, 편의적으로, 「본 발명의 성분 조성」 이라고도 한다) 의 한정 이유를 설명한다. 성분 조성에 있어서의 원소의 함유량의 단위는 모두 「질량％」 이지만, 이하, 특별히 언급하지 않는 한 간단히 「％」 로 나타낸다.
〈기본 성분〉
본 발명의 성분 조성은, 질량％ 로, C : 0.001 ∼ 0.050 ％, Si : 0.01 ∼ 2.00 ％, Mn : 0.01 ∼ 1.00 ％, P : 0.050 ％ 이하, S : 0.010 ％ 이하, Cr : 18.00 ∼ 32.00 ％, Ni : 0.01 ∼ 4.00 ％, Al : 0.001 ∼ 0.150 ％ 및 N : 0.050 ％ 이하를 함유한다.
C : 0.001 ∼ 0.050 ％
C 는, 스테인리스강 중의 Cr 과 반응하여, 입계에 Cr 탄화물로서 석출하여, Cr 결핍층을 형성하기 때문에, 내식성의 저하를 가져온다. 따라서, 내식성의 관점에서는, C 함유량은 적을수록 바람직하고, C 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. C 함유량은 바람직하게는 0.030 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.020 ％ 이하이다.
한편, 과도하게 C 함유량을 저감하는 것은 제조 비용의 증가를 초래하므로, C 함유량의 하한은 0.001 ％ 로 한다.
Si : 0.01 ∼ 2.00 ％
Si 는, 탈산에 유효하고, 스테인리스강의 용제 단계에서 첨가된다. 이 효과는, 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다.
그러나, Si 를 과잉으로 함유시키면, 스테인리스강이 경질화하고, 연성이 저하된다. 따라서, Si 함유량은 2.00 ％ 이하로 한다. Si 함유량은, 바람직하게는 1.00 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.
Mn : 0.01 ∼ 1.00 ％
Mn 은, 탈산에 유효하고, 스테인리스강의 용제 단계에서 첨가된다. 이 효과는, 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다.
그러나, Mn 함유량이 1.00 ％ 를 초과하면, 내식성이 저하되기 쉬워진다. 따라서, Mn 함유량은 1.00 ％ 이하로 한다. Mn 함유량은, 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다.
P : 0.050 ％ 이하
P 는, 연성의 저하를 초래하기 때문에, 그 함유량은 적은 편이 바람직하다. 단, P 함유량이 0.050 ％ 이하이면, 연성의 현저한 저하는 발생하지 않는다. 따라서, P 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. P 함유량은, 바람직하게는 0.040 ％ 이하이다.
하한은 특별히 한정되지 않지만, 과도의 탈(脫) P 는 제조 비용의 증가를 초래하므로, P 함유량의 하한은 0.010 ％ 정도가 바람직하다.
S : 0.010 ％ 이하
S 는, Mn 과 결합하여 MnS 를 형성하고, 이것이 부식의 기점으로 됨으로써, 내식성을 저하시킨다. 단, S 함유량이 0.010 ％ 이하이면, 내식성의 현저한 저하는 발생하지 않는다. 따라서, S 함유량은 0.010 ％ 이하로 한다.
하한은 특별히 한정되지 않지만, 과도의 탈S 는 제조 비용의 증가를 초래하므로, S 함유량의 하한은 0.001 ％ 정도가 바람직하다.
Cr : 18.00 ∼ 32.00 ％
18.00 ％ 이상의 Cr 을 함유함으로써, 페라이트계 스테인리스 강판의 표면에 내황화성을 갖는 Cr 산화 피막이 형성되고, 황화물계 고체 전지의 집전체로서 사용한 경우이더라고, 내황화성의 저하를 억제할 수 있다. 따라서, Cr 함유량은 18.00 ％ 이상으로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 19.00 ％ 이상이다. 한편, Cr 함유량이 32.00 ％ 를 초과하면, σ 상의 석출에 의해 인성 (靭性) 이 저하되는 경우가 있다. 따라서, Cr 함유량은 32.00 ％ 이하로 한다. Cr 함유량은, 바람직하게는 25.00 ％ 이하이다.
Ni : 0.01 ∼ 4.00 ％
Ni 는, 내식성의 향상에 유효하게 기여한다. 이 효과는, Ni 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Ni 함유량이 4.00 ％ 를 초과하면, 응력 부식 균열 감수성이 높아진다. 또한, Ni 는 고가이므로, 비용의 증대를 초래한다. 그 때문에, Ni 함유량은 0.01 ∼ 4.00 ％ 의 범위로 한다. Ni 함유량은, 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. Ni 함유량은, 바람직하게는 2.00 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.50 ％ 이하이다.
Al : 0.001 ∼ 0.150 ％
Al 은, 탈산에 사용된다. 이 효과는, 0.001 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Al 함유량이 0.150 ％ 를 초과하면, 연성이 저하된다. 따라서, Al 함유량은 0.150 ％ 이하로 한다. Al 함유량은, 바람직하게는 0.100 ％ 이하이다.
N : 0.050 ％ 이하
N 함유량이 0.050 ％ 를 초과하면, 연성이 저하된다. 따라서, N 함유량은 0.050 ％ 이하로 한다. N 함유량은, 바람직하게는 0.030 ％ 이하이다. 하한은 특별히 한정되지 않지만, 과도의 탈N 은 비용의 증가를 초래하므로, N 함유량의 하한은 0.002 ％ 정도가 적합하다.
이상, 기본 성분에 대해서 설명했지만, 본 발명의 성분 조성은, 필요에 따라, 이하에 서술하는 원소를 적절히 함유할 수 있다.
〈임의 성분 (그 1)〉
본 발명의 성분 조성은, 또한, 질량％ 로, Mo : 0.01 ∼ 2.50 ％, Cu : 0.01 ∼ 0.80 ％, Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및 W : 0.01 ∼ 3.00 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유할 수 있다.
Mo : 0.01 ∼ 2.50 ％
Mo 는, 페라이트계 스테인리스 강판의 표면에 형성된 산화 피막을 안정화 하는 데에 유효하다. 이 효과는, 적합하게는 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Mo 함유량이 2.50 ％ 를 초과하면, 페라이트계 스테인리스 강판의 취화 (脆化) 를 초래한다. 따라서, Mo 를 함유시키는 경우, Mo 함유량은 0.01 ∼ 2.50 ％ 로 한다.
Cu : 0.01 ∼ 0.80 ％
Cu 는, 페라이트계 스테인리스 강판의 내식성을 개선하는 데에 유효하다. 이 효과는, 적합하게는 0.01 ％ 이상의 함유로 얻어진다. 그러나, Cu 함유량이 0.80 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하되고, 생산성의 저하를 초래한다. 따라서, Cu 를 함유시키는 경우, Cu 함유량은 0.01 ∼ 0.80 ％ 로 한다.
Co : 0.01 ∼ 0.50 ％
Co 는, 내식성을 높인다. 이 효과는, Co 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Co 함유량이 0.50 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Co 를 함유하는 경우에는, Co 함유량은 0.01 ∼ 0.50 ％ 의 범위로 한다. Co 함유량은 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다. Co 함유량은 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.
W : 0.01 ∼ 3.00 ％
W 는, 내식성을 높인다. 이 효과는, W 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, W 함유량이 3.00 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, W 를 함유하는 경우에는, W 함유량은 0.01 ∼ 3.00 ％ 의 범위로 한다. W 함유량은, 바람직하게는 0.80 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.60 ％ 이하이다. W 함유량은 바람직하게는 0.05 ％ 이상이다.
〈임의 성분 (그 2)〉
본 발명의 성분 조성은, 또한, 질량％ 로, Ti : 0.01 ∼ 0.45 ％, Nb : 0.01 ∼ 0.60 ％, Zr : 0.01 ∼ 0.40 ％, V : 0.01 ∼ 0.30 ％, Ca : 0.0003 ∼ 0.0030 ％, Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％, B : 0.0003 ∼ 0.0050 ％, REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％, Sn : 0.001 ∼ 0.500 ％ 및 Sb : 0.001 ∼ 0.500 ％ 로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유할 수 있다.
Ti : 0.01 ∼ 0.45 ％
Ti 는, C 및 N 와 결합함으로써, Cr 탄질화물의 강 중에서의 과도한 석출을 방지하여, 내식성의 저하 (예민화) 를 억제한다. 이 효과는, Ti 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 한편, Ti 함유량이 0.45 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Ti 를 함유하는 경우에는, Ti 함유량은 0.01 ∼ 0.45 ％ 의 범위로 한다. Ti 함유량은 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. Ti 함유량은 바람직하게는 0.40 ％ 이하이다.
Nb : 0.01 ∼ 0.60 ％
Nb 는, Ti 와 마찬가지로 C 및 N 과 결합함으로써, 예민화를 억제한다. 이 효과는, Nb 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 한편, Nb 함유량이 0.60 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Nb 를 함유하는 경우에는, Nb 함유량은 0.01 ∼ 0.60 ％ 의 범위로 한다. Nb 함유량은 바람직하게는 0.10 ％ 이상이다. Nb 함유량은 바람직하게는 0.40 ％ 이하이다.
Zr : 0.01 ∼ 0.40 ％
Zr 은, Ti 나 Nb 와 마찬가지로, 강 중에 포함되는 C 및 N 과 결합하여, 예민화를 억제한다. 이 효과는, Zr 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 한편, Zr 함유량이 0.40 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Zr 을 함유하는 경우에는, Zr 함유량은 0.01 ∼ 0.40 ％ 의 범위로 한다. Zr 함유량은 바람직하게는 0.03 ％ 이상이다. Zr 함유량은 바람직하게는 0.30 ％ 이하이다.
V : 0.01 ∼ 0.30 ％
V 는, Nb 나 Zr 과 마찬가지로, 강 중에 포함되는 C 및 N 과 결합하여, 내식성의 저하 (예민화) 를 억제한다. 이 효과는, V 함유량이 0.01 ％ 이상으로 얻어진다. 한편, V 함유량이 0.30 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, V 를 함유하는 경우에는, V 함유량은 0.01 ∼ 0.30 ％ 의 범위로 한다. V 함유량은, 바람직하게는 0.20 ％ 이하이고, 보다 바람직하게는 0.15 ％ 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.10 ％ 이하이다.
Ca : 0.0003 ∼ 0.0030 ％
Ca 는, 주조성을 개선하여 제조성을 향상시킨다. 이 효과는, Ca 함유량이 0.0003 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Ca 함유량이 0.0030 ％ 를 초과하면, S 와 결합하여 CaS 를 생성하고, 내식성을 저하시킨다. 그 때문에, Ca 를 함유하는 경우에는, Ca 함유량은 0.0003 ∼ 0.0030 ％ 의 범위로 한다. Ca 함유량은 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.
Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％
Mg 는, 탈산제로서 작용한다. 이 효과는 Mg 함유량이 0.0005 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Mg 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, 강의 인성이 저하되어 제조성이 저하될 우려가 있다. 그 때문에, Mg 를 함유하는 경우에는, Mg 함유량은 0.0005 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한다. Mg 함유량은 바람직하게는 0.0020 ％ 이하이다.
B : 0.0003 ∼ 0.0050 ％
B 는, 2 차 가공 취성을 개선한다. 이 효과는, B 함유량이 0.0003 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, B 함유량이 0.0050 ％ 를 초과하면, B 를 함유하는 석출물이 생성되어 가공성이 저하된다. 그 때문에, B 를 함유하는 경우에는, B 함유량은 0.0003 ∼ 0.0050 ％ 의 범위로 한다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0005 ％ 이상이다. B 함유량은, 바람직하게는 0.0030 ％ 이하이다.
REM (희토류 금속) : 0.001 ∼ 0.100 ％
REM (희토류 금속 : La, Ce, Nd 등의 원자 번호 57 ∼ 71 의 원소) 은, 탈산에 유효하다. 이 효과는, REM 함유량이 0.001 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, REM 함유량이 0.100 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, REM 을 함유하는 경우에는, REM 함유량은 0.001 ∼ 0.100 ％ 의 범위로 한다. REM 함유량은, 바람직하게는 0.010 ％ 이하이다.
Sn : 0.001 ∼ 0.500 ％
Sn 은, 가공 표면 거칠어짐 억제에 유효하다. 이 효과는, Sn 함유량이 0.001 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Sn 함유량이 0.500 ％ 를 초과하면, 열간 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sn 을 함유하는 경우에는, Sn 함유량은 0.001 ∼ 0.500 ％ 의 범위로 한다. Sn 함유량은, 바람직하게는 0.010 ％ 이상이다. Sn 함유량은, 바람직하게는 0.200 ％ 이하이다.
Sb : 0.001 ∼ 0.500 ％
Sb 는, Sn 과 마찬가지로, 가공 표면 거칠어짐 억제에 유효하다. 이 효과는, Sb 함유량이 0.001 ％ 이상으로 얻어진다. 그러나, Sb 함유량이 0.500 ％ 를 초과하면, 가공성이 저하된다. 그 때문에, Sb 를 함유하는 경우에는, Sb 함유량은 0.001 ∼ 0.500 ％ 의 범위로 한다. Sb 함유량은, 바람직하게는 0.010 ％ 이상이다. Sb 함유량은, 바람직하게는 0.200 ％ 이하이다.
〈잔부〉
본 발명의 성분 조성에 있어서의 상기 이외의 성분은 Fe 및 불가피적 불순물이다.
[페라이트계 스테인리스 강판의 판두께]
본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판의 판두께는, 5 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하가 바람직하다. 판두께가 5 ㎛ 미만이면, 생산 효율이 대폭 저하되고, 제조 비용도 현저하게 증가한다. 판두께가 30 ㎛ 를 초과하면, 전지의 중량 증가를 초래한다.
[페라이트계 스테인리스 강판의 용도]
본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판을 황화물계 고체 전지의 집전체에 사용함으로써, 황화물계 고체 전지에 포함되는 황화물계 고체 전해질과 집전체의 반응을 억제할 수 있다. 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판은, 황화물계 고체 전지의 집전체에 적합하다.
(2) 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판의 제조 방법
다음으로, 본 발명의 페라이트계 스테인리스 강판을 제조하는 방법을 설명한다.
[페라이트계 스테인리스 강판의 제조]
상기의 성분 조성을 갖는 강 슬래브를, 열간 압연하여 열연판을 얻는다. 얻어진 열연판에 필요에 따라 열연판 어닐링, 산 세정을 실시한다. 그 후, 열연판에 냉간 압연을 실시하여 소망 판두께의 냉연판 (페라이트계 스테인리스 강판) 을 얻는다. 예를 들어, 최종 판두께를 10 ㎛ 로 하는 경우에는, 필요에 따라 냉연판 어닐링을 실시하고, 추가로 최종 판두께까지 냉간 압연을 실시한다.
열간 압연, 냉간 압연, 열연판 어닐링, 냉연판 어닐링 등의 조건은 특별히 한정되지 않으며, 통상적인 방법에 따르면 된다. 냉연판 어닐링의 후에 산 세정해도 된다. 냉연판 어닐링을, 광휘 어닐링으로 할 수도 있다.
실시예
하기 표 1 에 기재된 성분 조성 (잔부는 Fe 및 불가피적 불순물) 을 갖는 판두께가 10 ㎛ 인 페라이트계 스테인리스 강판을 준비하였다. 준비한 페라이트계 스테인리스 강판을 사용하여, 이하의 요령으로, 황화물계 고체 전지의 전지 환경을 모의한 내황화성의 평가를 실시하였다.
[내황화성의 평가]
먼저, 노점 -70 ℃ 이하의 아르곤 분위기 중에서, Li2S 와 P2S5 를, Li2S : P2S5 = 70 : 30 의 몰비로 유발로 혼합하고, 혼합물을 얻었다. 얻어진 혼합물에 대하여, 볼 밀을 사용하여 25 ℃, 500 rpm 의 조건으로, 20 시간 메커니컬 밀링 처리를 실시하고, 그 후, 200 ℃ 에서 1.5 시간 열처리를 실시하였다. 열처리 후의 혼합물을, 100 ㎫ 로 가압 성형함으로써, 두께 500 ㎛, 직경 11.3 ㎜ 의 원형상의 황화물계 고체 전해질의 펠릿을 제조하였다.
다음으로, 준비한 페라이트계 스테인리스 강판을 직경 11.3 ㎜ 의 원형상으로 잘라내고, 그 위에, 제조한 황화물계 고체 전해질을 배치하였다. 또한 그 위에, 두께 100 ㎛, 직경 11.3 ㎜ 의 원형상의, Li 금속박을 Cu 박에 첩합 (貼合) 한 대극 (對極) 을, Li 금속박이 황화물계 고체 전해질에 접하도록 배치하였다. 이것을 가압함으로써, 측정용 셀을, 각 페라이트계 스테인리스 강판으로부터 2 개씩 제조하였다.
상기 Li 금속박은, 대극과 참조극을 겸한다. 이하의 전기 화학 측정에 있어서의 전위는 모두, 상기 참조극에 대한 전위 V (vs. Li/Li＋) 로 하였다.
상기에서 제조한 측정용 셀을 사용하여, 하기의 조건으로 전위 주사하는 전기 화학 측정을 실시하였다. 보다 상세하게는, 정극측을 상정한 전위 범위에 있어서의 시험 (정극 상정 시험이라고도 칭한다) 및 부극측을 상정한 전위 범위에 있어서의 시험 (부극 상정 시험이라고도 칭한다) 을 실시하였다. 각각의 시험에 있어서, 전위 주사 시에 있어서의 페라이트계 스테인리스 강판의 전류 밀도를 살펴봄으로써, 황화물계 고체 전지의 전지 환경에 있어서의 내황화성을 평가하였다. 초기 침지 전위 (시험 개시 시의 침지 전위) 는, 모두 2.0 ∼ 2.5 V 정도였다.
이 평가에서 전류 밀도가 낮으면, 페라이트계 스테인리스 강판과 황화물계 고체 전해질의 황화 반응이 발생하지 않아, 내황화성을 확보할 수 있는 것으로 판단할 수 있다.
측정은 노점 -70 ℃ 이하의 아르곤 분위기 중, 25 ℃ 에서 실시하였다.
정극 상정 시험 및 부극 상정 시험에는, 다른 측정용 셀을 사용하였다.
전위 주사 방법
(1) 정극 상정 시험 : 시험 개시 시의 침지 전위 → 5.0 V → 시험 개시 시의 침지 전위
(2) 부극 상정 시험 : 시험 개시 시의 침지 전위 → 0.0 V → 시험 개시 시의 침지 전위
전위 : 대극의 Li 금속박에 대한 전위 V (vs. Li/Li＋)
주사 속도 : 5 mV/s
내황화성의 평가 기준은, 이하와 같이 하였다. 평가 결과를 하기 표 1 에 나타낸다.
○ (합격) : 정극 상정 시험 및 부극 상정 시험의 양방 모두 최대 전류 밀도의 절대값이 30 μA/㎠ 이하
× (불합격) : 정극 상정 시험 및 부극 상정 시험 중 어느 일방 또는 양방의 최대 전류 밀도의 절대값이 30 μA/㎠ 초과
Figure 112021145468375-pct00001
상기 표 1 로부터, 다음 사항이 분명하다.
(a) 강 No. B ∼ I 를 사용한 발명예에서는 모두, 원하는 내황화성이 얻어졌다.
(b) 한편, 강 No. A 를 사용한 비교예에서는, 원하는 내황화성이 얻어지지 않았다.

Claims (5)

  1. 질량％ 로,
    C : 0.001 ∼ 0.050 ％,
    Si : 0.01 ∼ 2.00 ％,
    Mn : 0.01 ∼ 1.00 ％,
    P : 0.050 ％ 이하,
    S : 0.010 ％ 이하,
    Cr : 18.00 ∼ 32.00 ％,
    Ni : 0.01 ∼ 4.00 ％,
    Al : 0.001 ∼ 0.150 ％ 및
    N : 0.050 ％ 이하
    를 함유하고, 잔부가 Fe 및 불가피적 불순물로 이루어지는 성분 조성을 갖는, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판으로서,
    상기 강판은, 열간 압연 후 최종 공정으로서 냉간 압연이 실시된 냉연판인, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 성분 조성이, 또한, 질량％ 로,
    Mo : 0.01 ∼ 2.50 ％,
    Cu : 0.01 ∼ 0.80 ％,
    Co : 0.01 ∼ 0.50 ％ 및
    W : 0.01 ∼ 3.00 ％
    로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 성분 조성이, 또한, 질량％ 로,
    Ti : 0.01 ∼ 0.45 ％,
    Nb : 0.01 ∼ 0.60 ％,
    Zr : 0.01 ∼ 0.40 ％,
    V : 0.01 ∼ 0.30 ％,
    Ca : 0.0003 ∼ 0.0030 ％,
    Mg : 0.0005 ∼ 0.0050 ％,
    B : 0.0003 ∼ 0.0050 ％,
    REM : 0.001 ∼ 0.100 ％,
    Sn : 0.001 ∼ 0.500 ％ 및
    Sb : 0.001 ∼ 0.500 ％
    로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1 종을 함유하는, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 열간 압연과 상기 냉간 압연의 사이에, 열연판 어닐링 및 산 세정이 실시된, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 냉간 압연 후에, 냉연판 어닐링 및 냉간 압연이 실시되거나, 냉연판 어닐링, 산 세정 및 냉간 압연이 실시된, 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판.
KR1020217041182A 2019-07-09 2020-06-29 황화물계 고체 전지의 집전체용의 페라이트계 스테인리스 강판 KR102638365B1 (ko)

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