JP2003257384A - 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 - Google Patents

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

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JP2003257384A
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battery case
less
stainless steel
lithium secondary
secondary battery
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Wakahiro Harada
和加大 原田
Takeshi Utsunomiya
武志 宇都宮
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Nippon Steel Nisshin Co Ltd
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Nisshin Steel Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】良好な耐食性を有する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の提供。 【解決手段】質量%において、Cr:10.0〜32.
0%、C:0.08%以下、Si:1.0%以下、M
n:0.3%以下、P:0.04%以下、S:0.03
%以下を有し、あるいはさらにCu:0.1〜3.0
%、Mo:0.2〜3.0%、Nb:0.1〜0.8
%、Ti:0.05〜0.4%、Al:0.01〜0.
5%,B:0.3%以下を単独あるいは複合で含有する
残部が鉄および不可避的不純物よりなるフェライト系ス
テンレス鋼をケースに用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、ボタン型リチウム
二次電池を構成するケース用フェライト系ステンレス鋼
およびそれを用いた電池ケースに関する。
【0002】
【従来の技術】近年のIT産業の進展や家庭電気機器あ
るいは通信機器の小型高性能化にともないそれらのバッ
クアップ用電源として、軽量、高エネルギー密度、長寿
命化を有する再充電可能な二次電池の要求が高まり、開
発が進められている。ボタン型リチウム二次電池の種類
にはカーボン・リチウム二次電池、バナジウム・リチウ
ム二次電池、バナジウム・ニオブ・リチウム二次電池お
よびコバルト酸リチウム・炭素二次電池が挙げられる。
最近では高出力を有するコバルト酸リチウム・炭素二次
電池の開発が急速に進められている。
【0003】ボタン型リチウム二次電池の一般的な構造
例を示す。正極1と負極2の間にセパレータ3が配置す
る。その外周に正極側該金属製ケース4、陰極側該金属
製ケース5が存在し、非金属製の環状ガスケット6を介
してかしめられている。該金属製ケース内には非水電解
液7が存在する。
【0004】リチウム二次電池の原理は充電により正極
1から抜け出したリチウムイオンが負極2内に取り込ま
れ、放電時に負極2に取り込まれたリチウムがイオン化
し、正極1に入り込むすなわちインサーション反応によ
り電池反応が進行する。
【0005】正極1にはリチウムの層間化合物として、
コバルト酸リチウム、ニッケル酸リチウムおよびマンガ
ン酸リチウムなどが用いられる。負極2にはカーボンな
どの炭素材料あるいはモリブデン酸などの無機酸化物が
用いられる。非水電解液7には有機溶媒としてエチレン
カーボネートやプロピレンカーボネートやジメチルカー
ボネートにリン酸六フッ化リチウムなどの無機のリチウ
ム塩を添加したものが用いられている。セパレータ3に
は正極と負極を隔離し、両極の接触による短絡を防ぎか
つリチウムイオンを通過できる絶縁性物質としてポリエ
チレンやポリプロピレンなどが用いられる。
【0006】二次電池の場合には一次電池とは異なり、
電池ケースが直接電気機器との電池端子と接する事はな
く、タブが電池ケース表面に溶接されるために、電池ケ
ース材の表面の低接触抵抗は要求されない。したがっ
て、一次電池の場合であれば、表面の接触抵抗の低いN
iめっき鋼板などが用いられる。ボタン型二次電池の場
合には表面の接触抵抗とは関係なく、耐食性を要求され
るためにアルミやアルミ合金およびアルミをクラッドし
たステンレス鋼などが用いられている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】現在、ボタン型リチウ
ム二次電池に要求される特性としては、高出力かつ安全
性の高いものである。電解液にフッ化物を含むことから
ケース材には耐食性が要求される。腐食により孔あきに
よる電解液のもれは使用者に対して安全上の重大な問題
が生じる。また、ケース材から溶解した金属イオンはセ
パレーターあるいは陰極表面に析出して、電池を短絡さ
せる問題が生じる。さらに、近年の高出力化において
は、電池内の正極と負極の電位差が大きくなるためケー
ス材も電位が高くなる環境にあり、ケース材にはより高
い耐食性が求められる。したがって、アルミでは電池の
高出力化に対して、耐食性が充分であるか懸念される。
また、アルミをクラッドしたケースの場合には、製造コ
ストが高い問題がある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明はこれらの問題を
解消すべく案出されたものであり、ステンレス鋼の化学
成分を限定することにより、電解液に対して耐食性を有
するフェライト系ステンレス鋼製ケースの提供が可能と
なった。
【0009】質量%において、Cr:10.0〜32.
0%、C:0.08%以下、Si:1.0%以下、M
n:1.0%以下、P:0.04%以下、S:0.03
%以下を有し、あるいはさらにMo:0.2〜3.0
%、Cu:0.1〜3.0%、Nb:0.1〜0.8
%、Ti:0.05〜0.4%、Al:0.01〜0.
5%,B:0.3%以下を単独あるいは複合で含有する
残部が鉄および不可避的不純物よりなるステンレス鋼を
用いることにより、ボタン型リチウム二次電池ケース環
境において耐食性および機能性を有する。
【0010】
【作用】以下に成分限定理由を述べる。
【0011】Cr:Crはステンレス鋼の耐孔食性向上
に関して有効な元素であり、電解液に対する耐食性を有
するために必要である。添加量が高いほど耐食性は向上
するが、靭性が低下するため加工性が低下する上に、コ
スト的に不利となるために、その上限を32.0%とし
た。Cr濃度が低いと電解液に対する耐食性が低下する
ためにその下限を10.0%とした。
【0012】C:ステンレス鋼に不可避的に含まれる元
素である。C含有量を低減すると軟質になり、加工性が
向上すると共に炭化物の生成が少なくなる。また、C含
有量の低減にともなって、耐食性が向上する。そこで、
C含有量の上限を0.08%にした。
【0013】Mn:MnはSとともに腐食の起点となり
やすい硫化物を形成し、過剰の添加は素材の耐孔食性を
損ねるので、その上限を1.0%とした。
【0014】Si:Siはステンレス鋼を硬質にするた
め、電池ケースへの加工性を低下させるので、含有量は
低い方が望ましい。そこで上限を1.0%とした。
【0015】P:過剰の添加は靭性を低下させるので添
加量は低い方が望ましい。しかし、ステンレス鋼等を脱
Pすることは困難であり、且つP含有量を極度に低下さ
せることは製造コストの上昇を招く。したがって、上限
を0.04%にした。
【0016】S:Sは熱間加工性を低下させ、腐食の起
点となる硫化物を形成するために極力低減する必要があ
る。したがってその上限を0.03%にした。
【0017】Mo:Moの添加はCrとともに耐食性の
向上に有効な元素であるが、過剰の添加はコストの上昇
を招くために必要に応じて添加できる。耐食性の向上効
果を得るためには0.2%以上必要であり、その上限は
3.0%とした。
【0018】Cu:Cuは接触抵抗を低下させる効果が
あり、低接触抵抗を要求されるような電池ケースに対し
ては必要に応じて添加できる。しかし、過剰の添加は靭
性などを低下させるため、下限を0.1%以上、上限を
3.0%とした。
【0019】Nb:NbはCrの炭化物や窒化物の形成
を抑制する安定化元素であり、粒界腐食の抑制に有効な
元素である。したがって、必要に応じて添加できる。そ
の効果を得るために添加下限を0.1%とした。しか
し、過剰の添加は靭性を損なうことから上限を0.8%
とした。
【0020】Ti:TiもNbと同様に、Crの炭化物
や窒化物の形成を抑制する安定化元素であり、耐食性の
向上に対しては有効な添加元素である。したがって、必
要に応じて添加できる。その効果を得るために添加下限
を0.05%とした。しかし、過剰の添加は靭性を損な
うことから上限を0.4%とした。
【0021】Al:腐食抑制に有効な不動態皮膜を形成
する上で重要な合金元素である。特にNbとTiと共存
する場合に、鋼中のMoを不動態皮膜中に富化させるこ
とで、より耐食性を向上させることが可能であり、必要
に応じて添加できる。しかし、過剰の添加は表面品質の
低下を招くことから、下限を0.01%、上限を0.5
%とした。
【0022】B:Bの添加は二次加工性を改善すること
から必要に応じて添加することができる。しかし、過剰
な添加は耐食性を低下させることから、上限を0.3%
とした。
【0023】以下に、本発明を実施例に基づいて具体的
に説明する。 [実施例1]表1に示す成分のステンレス鋼を真空溶解炉
で溶製し、熱間鍛造、熱間圧延および冷間圧延により板
厚1.0mmの試験片を作製した。リチウム電池用の電解液
に対する耐食性を検討した。比較材にはAl鋼板を用い
た。試験液にはプロピレンカーボネート:ジメチルカー
ボネート=1:1の溶媒に溶質として六フッ化リン酸リ
チウムを1mol/l添加した電解液を用いた。試験液を密
閉した容器に各試験片を浸漬し、60℃に加温して30
日間の浸漬試験により試験片の外観および試験後の試験
片の重量変化から耐食性を評価した。表2に試験結果を
示す。本発明の請求項範囲内の成分を有する発明鋼1〜
9は、外観上の腐食や腐食減量も認められず、電解液に
対して耐食性を有した。しかし、本発明の成分を外れる
比較鋼1〜6は外観上の腐食があり、腐食による減量も
認められた。また、Al鋼板においても腐食およびそれ
にともなう減量が認められた。
【0024】
【表1】
【0025】[実施例2]実施例1で用いた試験片とLi
板を実施例1で用いた電解液に浸漬し、各試験片にLi
に対する電圧を付加させた場合の腐食電流により、電圧
付加時の耐食性を調査した。付加電圧はLi板に対して
4Vかけた。表3に電圧付加時の各試験片の腐食電流の
測定を示す。本発明の請求項範囲内の成分を有する発明
鋼1〜9は、電解液中で電圧を付加させても10μA/
cm2以下の微弱な電流しか流れなかった。しかし、本
発明の成分を外れる比較鋼1〜6およびAlは材料の腐
食に関与するレベルの電流が検出された。
【0026】
【表2】
【0027】
【表3】
【0028】以上の結果から、本発明における成分の材
料であれば、リチウム二次電池環境においても耐食性を
有することがわかった。
【0029】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明のボタン
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
は、ステンレス鋼中の化学成分を限定することにより、
リチウム二次電池に用いる電解液に対する耐食性および
電圧付加時の耐食性を有し、長期的にボタン型リチウム
二次電池ケース材として機能性を有することが可能とな
った。
【図面の簡単な説明】
【図1】ボタン型リチウム二次電池の内部構造を説明す
る断面図

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 質量%においてCr:10.0〜32.
    0%、C:0.08%以下、Si:1.0%以下、M
    n:1.0%以下、P:0.04%以下、S:0.03
    %以下を含有し、残部が鉄および不可避的不純物よりな
    る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。
  2. 【請求項2】 さらにMo:0.2〜3.0%、Cu:
    0.1〜3.0%の1種又は2種以上を含有する請求項
    1に記載の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。
  3. 【請求項3】 さらにNb:0.1〜0.8%、Ti:
    0.05〜0.4%、Al:0.01〜0.5%,B:
    0.3%以下の1種又は2種以上を含有する請求項1又
    は2に記載の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。
  4. 【請求項4】 請求項1から3に記載のステンレス鋼よ
    りなるボタン型リチウム二次電池ケース。
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