DE112019002600T5 - Blei-Säure-Batterie - Google Patents

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Yasuyuki Hamano
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GS Yuasa International Ltd
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Abstract

Es wird eine Blei-Säure-Batterie (1) mit verbesserter Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine Blei-Säure-Batterie (1) vorgesehen, die eine positive Elektrodenplatte (20), eine negative Elektrodenplatte (30), eine Lochplatte (50), die zwischen der positiven Elektrodenplatte (20) und der negativen Elektrodenplatte (30) angeordnet ist und Durchgangslöcher aufweist, die darin in der Dickenrichtung ausgebildet sind, und eine Elektrolytlösung umfasst. Ein Öffnungsverhältnis in der Lochplatte (50) ist zwischen einem oberen Teil und einem unteren Teil unterschiedlich.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Blei-Säure-Batterie.
  • STAND DER TECHNIK
  • Es ist eine Blei-Säure-Batterie bekannt, die eine positive Elektrodenplatte, eine negative Elektrodenplatte, einen Separator, der zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist, eine Elektrolytlösung und einen Behälter, der die positive Elektrodenplatte, die negative Elektrodenplatte, den Separator und die Elektrolytlösung aufnimmt (z. B. Patentdokument 1) umfasst.
  • Bei der in der Patentdokument 1 beschriebenen Blei-Säure-Batterie ist ein Membrankörper an der Oberfläche einer negativen Elektrodenplatte befestigt. Der Membrankörper weist ein Substrat und einen hydrophilen Film, der die Oberfläche des Substrats bedeckt, auf. Der hydrophile Film umfasst ein hydrophiles Material und ein Haltematerial, das hydrophile Material umfasst Aluminiumoxid oder Siliciumdioxid, das Haltematerial ist Acrylamid, Kieselsol oder ein Silankupplungsmittel. Die Porosität (ein Anteil an Lücken) des Substrats ist in dem oberen Teil der negativen Elektrodenplatte höher als in dem unteren Teil der negativen Elektrodenplatte.
  • DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
  • PATENTDOKUMENT
  • Patentdokument 1: JP-A-2017-068920
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
  • Bei der Blei-Säure-Batterie, die in der Patentschrift 1 offenbart ist, ist die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen nicht gut.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Ausführungsform ist es, eine Blei-Säure-Batterie mit verbesserter Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen vorzusehen.
  • MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
  • Die Blei-Säure-Batterie der vorliegenden Ausführungsform umfasst: eine positive Elektrodenplatte; eine negative Elektrodenplatte; eine Lochplatte, die zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist und Durchgangslöcher aufweist, die in Dickenrichtung ausgebildet sind; und eine Elektrolytlösung, und ein Öffnungsverhältnis in der Lochplatte ist zwischen einem oberen Teil und einem unteren Teil unterschiedlich.
  • Mit der obigen Konfiguration kann die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine Ansicht, die ein Erscheinungsbild und einen Teil des Innenraums einer Blei-Säure-Batterie gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt.
    • 2 ist eine teilweise Querschnittsansicht eines Elements in der Blei-Säure-Batterie gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
    • 3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels der Lochplatte von einer Seite in Dickenrichtung betrachtet.
    • 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Entladezeit und der Potentialdifferenz der Platte in der Blei-Säure-Batterie zeigt.
  • MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
  • Eine Ausführungsform einer Blei-Säure-Batterie gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 3 beschrieben. Die Bezeichnung jedes Bestandteils (jedes Grundelements) in der vorliegenden Ausführungsform wird für die vorliegende Ausführungsform verwendet und kann sich von der Bezeichnung jedes Bestandteils (jedes Grundelements) im Stand der Technik unterscheiden.
  • Eine Blei-Säure-Batterie 1 der vorliegenden Ausführungsform ist eine Blei-Säure-Batterie, die eine wässrige Schwefelsäurelösung als Elektrolytlösung enthält, die Bleidioxid oder Bleisulfat als aktives Material einer positiven Elektrode enthält und die metallisches Blei oder Bleisulfat als aktives Material einer negativen Elektrode enthält. Die Blei-Säure-Batterie 1 liefert beim Entladen elektrische Energie nach außen und speichert beim Laden die elektrische Energie im Inneren.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst die Blei-Säure-Batterie 1 einen Behälter 60 (Gehäuse), eine Elektrolytlösung, die in dem Inneren des Behälters 60 (Gehäuses) aufgenommen ist, und eine Mehrzahl von Elementen 10, die in die Elektrolytlösung eingetaucht sind. Die Blei-Säure-Batterie 1 umfasst ferner einen positiven Elektrodenanschluss 70, einen negativen Elektrodenanschluss 80 und ein Verbindungselement 90, das die Mehrzahl von Elementen 10 elektrisch in Reihe verbindet. Die Blei-Säure-Batterie 1 ist so konfiguriert, dass sie elektrische Energie, die in der Mehrzahl von Elementen 10 gespeichert ist, nach außen liefert und über den positiven Elektrodenanschluss 70 und den negativen Elektrodenanschluss 80 elektrische Energie von außen in die Mehrzahl von Elementen 10 speichert.
  • Der Behälter 60 (Gehäuse) ist ein rechteckiger Quader mit einer rechteckigen Bodenfläche. Der Behälter 60 (Gehäuse) ist mit einem nach oben geöffneten Gehäusekörper 61 und einem die Öffnung des Gehäusekörpers 61 verschließenden Deckel 62 versehen. Der Gehäusekörper 61 weist eine Mehrzahl von Zellenkammern auf, die durch Unterteilung eines Innenraums mit Trennwänden gebildet sind. Die Mehrzahl von Zellenkammern ist in der gleichen Richtung (horizontal) wie die längsseitige Richtung der Bodenfläche angeordnet. Die Elektrolytlösung und ein Element 10 sind in jeder Zellenkammer untergebracht. Der Deckel 62 weist einen Entlüftungsstopfen 91 auf, der Gas, das innerhalb der Batterie erzeugt wird, zu der Außenseite der Batterie abgeben kann.
  • Jedes Element 10 umfasst eine Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten 20 (positive Elektroden), eine Mehrzahl von negativen Elektrodenplatten 30 (negative Elektroden), eine Mehrzahl von Separatoren 40 zum physischen Trennen der positiven Elektrodenplatten 20 und der negativen Elektrodenplatten 30, ein Band 71 für eine positive Elektrode, das die positiven Elektrodenplatten 20 parallel elektrisch verbindet, und ein Band 81 für eine negative Elektrode, das die negativen Elektrodenplatten 30 elektrisch parallel verbindet. Wie in 2 gezeigt, umfasst jedes Element 10 ferner eine Lochplatte 50, die zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 angeordnet ist und Durchgangslöcher A aufweist, die darin in der Dickenrichtung ausgebildet sind. In jedem Element 10 sind die Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten 20, die Mehrzahl von Separatoren 40 und die Mehrzahl von negativen Elektrodenplatten 30 in der Dickenrichtung laminiert. Die Dickenrichtung (Laminierrichtung) der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 in jedem Element 10 ist die gleiche wie die Richtung, in der die Mehrzahl von Elementen 10 in dem Behälter 60 (Gehäuse) angeordnet ist. Der Separator 40 ist zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 angeordnet.
  • In der Blei-Säure-Batterie 1 sind das Band 71 für die positive Elektrode eines Elements 10 und das Band 81 für die negative Elektrode des anderen Elements 10 der benachbarten Elemente 10 durch die Verbindungselemente 90 verbunden, wobei die Mehrzahl von Elementen 10 elektrisch in Reihe verbunden ist.
  • Die Lochplatte 50 ist zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und dem Separator 40 oder zwischen der negativen Elektrodenplatte 30 und dem Separator 40 angeordnet. Die Lochplatte 50 besteht aus einem porösen Substrat, das mit einer Elektrolytlösung imprägniert ist. Wie in 3 gezeigt, ist eine Mehrzahl von Durchgangslöchern A, die in der Dickenrichtung hindurchdringen, in der Lochplatte 50 ausgebildet. Die Dicke des Separators 40 in einem Abschnitt, in dem das Durchgangsloch A nicht ausgebildet ist, kann 0,01 mm oder mehr und 2,0 mm oder weniger in einem Zustand betragen, in dem er nicht in der Dickenrichtung komprimiert ist.
  • In der vorliegenden Ausführungsform bedeutet „Durchgangsloch“ ein Loch, das von einer Oberfläche zu der anderen Oberfläche in der Dickenrichtung der Lochplatte 50 durchdringt. Die Löcher sind im Wesentlichen parallel zu der Dickenrichtung der Lochplatte 50 ausgebildet.
  • In der vorliegenden Ausführungsform kann das Durchgangsloch 2 ein Loch sein, in dem der Außenumfang des Lochs von dem Substrat der Lochplatte 50 umgeben ist, wenn die Lochplatte 50 in einer Draufsicht aus der Dickenrichtung betrachtet wird. Ferner kann in der vorliegenden Ausführungsform das „Durchgangsloch“ ein Loch sein, in dem ein Teil des Außenumfangs des Lochs nicht von dem Substrat der Lochplatte 50 umgeben ist, wenn die Lochplatte 50 in einer Draufsicht aus der Dickenrichtung betrachtet wird. Der Begriff „ein Loch, in dem ein Teil des Außenumfangs des Lochs nicht von dem Substrat der Lochplatte 50 umgeben ist“ umfasst ein Loch, das sich in Schlitzform von dem Ende der Lochplatte 50 nach innen erstreckt, wenn die Lochplatte 50 in einer Draufsicht aus der Dickenrichtung betrachtet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Form des Durchgangslochs 1 nicht besonders beschränkt.
  • Beispielsweise ist die Mehrzahl von Durchgangslöchern A, die jeweils eine Lochfläche von 0,5 mm2 oder mehr aufweisen, in der Lochplatte 50 ausgebildet. Jede Lochfläche des Durchgangslochs A beträgt bevorzugt 1 mm2 oder mehr und kann 10 mm2 oder mehr betragen. Jede Lochfläche des Durchgangslochs A kann 600 mm2 oder weniger betragen oder kann 200 mm2 oder weniger betragen. Die Mehrzahl von Durchgangslöchern A kann die gleiche Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen.
  • Wenn die Lochfläche des Durchgangslochs A 1 mm2 oder mehr beträgt, kann der Unterschied in dem spezifischen Gewicht der Elektrolytlösung nach wiederholtem Laden/Entladen verkleinert werden. Wenn die Lochfläche des Durchgangslochs A 200 mm2 oder weniger beträgt, kann der Unterschied in dem spezifischen Gewicht der Elektrolytlösung nach wiederholtem Laden/Entladen verkleinert werden.
  • Die Form (die Form bei Betrachtung von einer Seite in Dickenrichtung) des Durchgangslochs A ist nicht besonders beschränkt, sondern kann zum Beispiel kreisförmig, rechteckig oder dreieckig sein. In der Lochplatte 50 ist ein kreisförmiges Durchgangsloch A mit einer Lochgröße (Durchmesser) von 1 mm bis 20 mm ausgebildet. Somit ist die Zugfestigkeit der Lochplatte 50 zuverlässiger gewährleistet. In der Lochplatte 50 sind zum Beispiel 15 bis 15000 Durchgangslöcher A pro 100 cm2 ausgebildet.
  • Das Öffnungsverhältnis in der Lochplatte 50 ist zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil unterschiedlich. Mit anderen Worten, in der Lochplatte 50 kann das Öffnungsverhältnis in dem oberen Teil höher sein als das Öffnungsverhältnis in dem unteren Teil. Ferner kann in der Lochplatte 50 das Öffnungsverhältnis in dem unteren Teil höher sein als das Öffnungsverhältnis dem oberen Teil.
  • Der „obere Teil“ ist ein Abschnitt bis zu 30% der vertikalen Länge (die vertikale Länge in einem Bereich zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30) der Lochplatte 50 von dem oberen Ende nach unten. Andererseits ist der „untere Teil“ ein Abschnitt bis zu 30% der Länge von dem unteren Ende nach oben. Ein Abschnitt zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil wird im Folgenden einfach als ein „mittlerer Teil“ bezeichnet. Zudem basieren in der vorliegenden Ausführungsform „oberer“ und „unterer“ des „oberen Teils“ und des „unteren Teils“ auf „oben“ und „unten“, wenn angenommen wird, dass die Richtung von der Bodenfläche zu der Öffnung (Deckel 62) des Behälters 60 der Blei-Säure-Batterie 1 eine Aufwärtsrichtung ist, und angenommen wird, dass die entgegengesetzte Richtung eine Abwärtsrichtung ist. Die vertikale Richtung entspricht der Schwerkraftrichtung, wenn die Blei-Säure-Batterie 1 an einem Kraftfahrzeug oder dergleichen angebracht ist.
  • Das Öffnungsverhältnis in der Lochplatte 50 wird wie folgt bestimmt. Genauer gesagt ist die Lochplatte in einem Zustand, in dem die Lochplatte 50 in Draufsicht aus der Dickenrichtung betrachtet wird, in Abständen von 5 mm in vertikaler Richtung (Längsrichtung) und in einer Richtung (Querrichtung) senkrecht zu der vertikalen Richtung in quadratische Bereiche unterteilt (in quadratische Gitter von 5 mm unterteilt). In jedem unterteilten Bereich wird der prozentuale Flächenanteil (%) der Löcher in jedem Bereich gemessen. Das Öffnungsverhältnis wird bestimmt, indem der Mittelwert des prozentualen Flächenanteils der Löcher in jedem Bereich, gemessen in einer Mehrzahl von Bereichen, berechnet wird. Für sowohl den oberen Teil als auch den unteren Teil wird das Öffnungsverhältnis bestimmt.
  • Mit anderen Worten, das Öffnungsverhältnis wird wie folgt erhalten: In einem Zustand, in dem die Lochplatte 50 in Draufsicht aus der Dickenrichtung betrachtet wird, ist die Lochplatte in quadratische gitterartige Bereiche unterteilt, die jeweils eine Seite von 5 mm aufweisen, ein Bereichsöffnungsverhältnis, das heißt ein Öffnungsverhältnis in jedem aufgeteilten Bereich, wird gemessen und ein arithmetisches Mittel sämtlicher gemessener Bereichsöffnungen wird berechnet.
  • Die Messung des Öffnungsverhältnisses kann auch mittels Bildverarbeitung erfolgen. Bei einem Verfahren zur Messung des Öffnungsverhältnisses in einem bestimmten Abschnitt kann der prozentuale Flächenanteil der Löcher für jeden der Mehrzahl der in dem Abschnitt enthaltenen Bereiche gemessen werden, und das Öffnungsverhältnis kann aus dem Mittelwert der gemessenen prozentualen Flächenanteile bestimmt werden, das Verfahren ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielweise kann in einem bestimmten Abschnitt der prozentuale Flächenanteil der Löcher für jeden der Mehrzahl der Bereiche an der gleichen Höhenposition (vertikale Position) gemessen werden, und der Mittelwert der gemessenen prozentualen Flächenanteile kann als Öffnungsverhältnis in den Bereichen verwendet werden.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lochplatte 50 mit der darin ausgebildeten Mehrzahl von Durchgangslöchern A zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 angeordnet. Somit bewegt sich, während die positive Elektrodenplatte 20 und die negative Elektrodenplatte 30 durch die Lochplatte 50 isoliert sind, die Elektrolytlösung über das Durchgangsloch A von einer Oberfläche der Lochplatte 50 zu der anderen Oberfläche, und die Elektrolytlösung kann sich vertikal entlang der anderen Oberfläche bewegen.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist das Öffnungsverhältnis in der Lochplatte 50 zwischen dem oberen Teil und dem unteren Teil unterschiedlich. Daher kann, wie nachstehend ausführlich beschrieben, die Beständigkeit nach wiederholtem Laden/Entladen verbessert werden.
  • Wenn die Lochplatte 50, die in dem oberen Teil ein größeres Öffnungsverhältnis als in dem unteren Teil aufweist, kann die Stromverteilung der Platte während des Entladens nahezu gleichmäßig gestaltet werden. Dies liegt daran, dass während des Entladens das Entladen bevorzugt in dem jeweiligen unteren Teil der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 abläuft. Durch Vorsehen der Lochplatte 50 mit einem geringeren Öffnungsverhältnis in dem unteren Teil kann der in vertikaler Richtung fließende Strom in dem unteren Teil unterdrückt werden. Infolgedessen wird angenommen, dass die Stromverteilung in vertikaler Richtung sowohl in der positiven Elektrodenplatte 20 als auch in der negativen Elektrodenplatte 30 gleichmäßiger gestaltet werden kann.
  • Wenn die Lochplatte 50, die in dem unteren Teil ein größeres Öffnungsverhältnis als in dem oberen Teil aufweist, verwendet wird, kann andererseits die Stromverteilung der Platte während des Ladens nahezu gleichmäßig gestaltet werden. Dies liegt daran, dass während des Ladens das Laden bevorzugt in den jeweiligen oberen Teilen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 abläuft. Durch Vorsehen der Lochplatte 50, die in dem oberen Teil ein geringeres Öffnungsverhältnis aufweist, kann der in der vertikalen Richtung fließende Strom in dem oberen Teil unterdrückt werden. Infolgedessen wird angenommen, dass die Stromverteilung in vertikaler Richtung sowohl in der positiven Elektrodenplatte 20 als auch in der negativen Elektrodenplatte 30 gleichmäßiger gestaltet werden kann.
  • Somit kann sich, indem die Stromverteilung der Platte sowohl während des Ladens als auch während des Entladens nahezu gleichmäßig erfolgt, die Beständigkeit nach wiederholtem Laden/Entladen verbessern.
  • In der Lochplatte 50 beträgt die Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil bevorzugt fünfzehn Punkte oder mehr und mehr bevorzugt zwanzig Punkte oder mehr. Die Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil kann fünfzig Punkte oder weniger oder vierzig Punkte oder weniger betragen. Das Öffnungsverhältnis (%) in dem mittleren Teil kann entweder gleich dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil oder dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil sein oder kann ein Wert zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil sein.
  • Durch die Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil, die fünfzehn Punkte oder mehr beträgt, kann die Stromverteilung der Platte beim Laden/Entladen noch mehr nahezu gleichmäßig gestaltet werden, und die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen kann weiter verbessert werden.
  • In der Lochplatte 50 kann das Öffnungsverhältnis (%) entweder in dem oberen oder dem unteren Teil, wo das Öffnungsverhältnis (%) höher ist, 30 % oder mehr betragen. Da das Öffnungsverhältnis in entweder dem oberen oder dem unteren Teil, der ein höheres Öffnungsverhältnis aufweist, 30% oder mehr beträgt, kann die Stromverteilung der Platte beim Laden/Entladen noch mehr nahezu gleichmäßig gestaltet werden, und die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen kann weiter verbessert werden. Andererseits kann das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen oder dem unteren Teil, wo das Öffnungsverhältnis (%) niedriger ist, 40% oder weniger betragen.
  • Insbesondere wenn in der Lochplatte 50 das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil größer als das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil ist, beträgt das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil zum Beispiel 30 % bis 80 %, und das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil beträgt zum Beispiel 0 % bis 40 %.
  • Andererseits beträgt in der Lochplatte 50, wie in 3 gezeigt, wenn das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil größer als das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil ist, das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil zum Beispiel 0 % bis 40 %, und das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil beträgt beispielsweise 30% bis 80%.
  • In der Lochplatte ist es bevorzugt, dass eine Mehrzahl von Durchgangslöchern mit einer Lochfläche von 1 mm2 oder mehr gebildet wird, die Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil unterschiedlich ist, wie oben beschrieben, und das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen und dem unteren Teil innerhalb des oben beschriebenen numerischen Bereichs liegt.
  • Ein Abschnitt der Lochplatte 50 mit Ausnahme der Durchgangslöcher A ist porös und kann die Elektrolytlösung aufnehmen. Die Lochplatte 50 ist zum Beispiel ein Vliesstoff mit darin ausgebildeten Durchgangslöchern. Das Material der Lochplatte 50 kann ein Polyolefin, wie etwa Polyethylen oder Polypropylen, oder ein Polyester sein. Insbesondere kann die Lochplatte 50 ein Vliesstoff aus Polyolefin sein, in dem die Durchgangslöcher A ausgebildet sind. Die Lochplatte 50 kann eine Platte aus Glasfasern oder Cellulosefasern sein.
  • In der vorliegenden Ausführungsform ist die Lochplatte 50 zwischen der negativen Elektrodenplatte 30 und dem Separator 40 angeordnet. Durch die Anordnung der Lochplatte 50 zwischen der negativen Elektrodenplatte 30 und dem Separator 40 kann die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen mehr verbessert werden als in dem Fall, in dem die Lochplatte 50 zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und dem Separator 40 angeordnet ist. Dies liegt daran, dass die Stromvorspannung mit größerer Wahrscheinlichkeit durch die negative Elektrodenplatte 30 als durch die positive Elektrodenplatte 20 verursacht wird, und es wird angenommen, dass die Wirkung der Stromgleichmäßigkeit dadurch erreicht wird, dass die Lochplatte 50 näher an die negative Elektrodenplatte 30 verbracht wird.
  • Die positive Elektrodenplatte 20 umfasst einen positiven Stromkollektor 21 aus Metall und ein an dem positiven Stromkollektor 21 anhaftendes positives Elektrodenmaterial 22. Der positive Stromkollektor 21 umfasst ein gitterartiges Gitterteil, eine obere Rahmenrippe, die entlang des oberen Endes des Gitterteils angeordnet ist, und ein Ansatzteil, das von einem Teil der Oberseite der oberen Rahmenrippe nach oben vorsteht. Die positive Elektrodenplatte 20 wird dadurch gebildet, dass das Gitterteil mit dem positiven Elektrodenmaterial 22 gefüllt wird. In der positiven Elektrodenplatte 20 haftet das positive Elektrodenmaterial 22 an nahezu dem gesamten Gitterteil, und das positive Elektrodenmaterial 22 haftet nicht an dem Ansatzteil. Die Ansatzteile der positiven Elektrodenplatten 20 sind über das Band 71 für eine positive Elektrode miteinander verbunden, wodurch die Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten 20 elektrisch parallel verbunden ist.
  • Der positive Stromkollektor 21 wird zum Beispiel durch Streckverarbeitung gebildet.
  • Der Ansatzteil des positiven Stromkollektors 21 ist flach und steht von der Oberseite der oberen Rahmenrippe nach oben vor. Der obere Teil des Ansatzteils ist unterhalb des Flüssigkeitsspiegels der Elektrolytlösung angeordnet.
  • Der positive Stromkollektor 21 besteht zum Beispiel aus Blei (Pb) oder einer Bleilegierung (aus Pb-Legierung), die Blei (Pb) und ein Metall außer Blei enthält. Insbesondere kann der positive Stromkollektor 21 aus einer Pb-Ca-Sn-Legierung hergestellt sein. Der positive Stromkollektor 21 kann durch Verarbeiten einer einzigen Metallplatte hergestellt werden. In dem positiven Stromkollektor 21 können das Material des Gitterteils und das Material des Ansatzteils gleich sein.
  • Das positive Elektrodenmaterial 22 enthält ein aktives Material aus teilchenförmigem Bleidioxid. Das positive Elektrodenmaterial 22 kann Verstärkungsfasern und ein Element mit Ausnahme von Pb enthalten.
  • Das positive Elektrodenmaterial 22 enthält Partikel, die Bleidioxid (PbO2) als aktives Material enthalten. Die Partikel können während des Ladens/Entladens Bleisulfat enthalten, da sich ein Teil des Bleidioxids während des Entladens in Bleisulfat umwandelt.
  • Beispiele für Verstärkungsfasern, die in dem positiven Elektrodenmaterial 22 enthalten sein können, umfassen Fasern aus Kunstharz.
  • Die negative Elektrodenplatte 30 umfasst einen negativen Stromkollektor 31 aus Metall und ein an dem negativen Stromkollektor 31 anhaftendes negatives Elektrodenmaterial 32. Die Struktur des negativen Stromkollektors 31 ist die gleiche wie die des positiven Stromkollektors 21. Das negative Elektrodenmaterial 32 kann zum Beispiel zusätzlich zu dem aktiven Material einen Zusatzstoff enthalten und kann als Zusatzstoff ein organisches Schrumpfschutzmittel, ein Kohlenstoffmaterial, wie etwa Ruß, und/oder Bariumsulfat enthalten.
  • Das negative Elektrodenmaterial 32 enthält Partikel, die als aktives Material metallisches Blei (Pb) enthalten. Die Partikel können während des Ladens/Entladens Bleisulfat enthalten, da sich ein Teil des Bleis während des Entladens in Bleisulfat umwandelt.
  • Das organische Schrumpfschutzmittel als Zusatzstoff ist zum Beispiel Lignin (Sulfonsäure), ein Bisphenol-Formaldehyd-Kondensat oder dergleichen. Das negative Elektrodenmaterial 32 kann 0 Masse-% oder mehr und 1 Masse-% oder weniger eines organischen Schrumpfschutzmittels enthalten.
  • Beispiele für das Kohlenstoffmaterial umfassen Graphit, wie natürlichen Graphit und künstlichen Graphit, Ruß, wie etwa Ketjenruß (eingetragenes Warenzeichen) und Acetylenruß, und Kohlenstoffnanoröhrchen.
  • Der Separator 40 ist porös und enthält im Inneren eine Elektrolytlösung. Der Separator 40 ist ein isolierendes Element. Der Separator 40 verhindert einen Kurzschluss zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30, während er die Elektrolytlösung enthält. Der Separator 40 kann zum Beispiel in Beutelform ausgebildet sein und kann in dem Element 10 in einem Zustand angeordnet sein, in dem er entweder die positive Elektrodenplatte 20 oder die negative Elektrodenplatte 30 umhüllt.
  • Bei dem Separator 40 handelt es sich zum Beispiel um eine mikroporöse Folie, ein Gewebe oder einen Vliesstoff. Das Material des Separators 40 kann eine Polymerverbindung, Glas, Keramik oder dergleichen sein. Beispiele für die Polymerverbindung umfassen Polyolefine (PO), wie etwa Polypropylen (PP) und Polyethylen (PE). Der Separator 40 kann anorganische Füllstoffe, Kohlenstoffpartikel oder dergleichen enthalten.
  • Die Elektrolytlösung ist eine wässrige Lösung von Schwefelsäure. Die Dichte der Elektrolytlösung in dem vollständig geladenen Zustand (20 °C) kann 1,20 g/cm3 bis 1,35 g/cm3 betragen. Die Elektrolytlösung enthält zumindest Schwefelsäure. Die Elektrolytlösung kann ferner Aluminiumionen, Natriumionen oder dergleichen enthalten.
  • Als Nächstes wird ein Beispiel für das Herstellungsverfahren für die Blei-Säure-Batterie 1 der obigen Ausführungsform beschrieben.
  • Bei dem Herstellungsverfahren für die Blei-Säure-Batterie 1 wird der positive Stromkollektor 21 mit einer positiven Elektrodenpaste, die Bleipulver enthält, gefüllt, um die positive Elektrodenplatte 20 herzustellen. Der negative Stromkollektor 31 wird mit einer negativen Elektrodenpaste, die Bleipulver enthält, gefüllt, um die negative Elektrodenplatte 30 herzustellen. Ferner wird eine Mehrzahl von Durchgangslöchern A zum Beispiel in einem Vliesstoff ausgebildet, um die Lochplatte 50 herzustellen. Als Nächstes werden die positive Elektrodenplatte 20, der Separator 40, die Lochplatte 50 und die negative Elektrodenplatte 30 laminiert, um das Element 10 zu bilden. Anschließend wird eine Mehrzahl von Elementen 10 in den Gehäusekörper 61 des Behälters 60 eingebracht, die Öffnung des Gehäusekörpers 61 wird mit dem Deckel 62 verschlossen und die Elektrolytlösung wird in den Behälter 60 gegeben, um die Blei-Säure-Batterie 1 zusammenzubauen. Schließlich wird die chemische Umwandlung an der zusammengebauten Bleibatterie 1 durchgeführt.
  • Bei der Herstellung der positiven Elektrodenplatte 20 wird ein Gitterteil des positiven Stromkollektors 21 mit der positiven Elektrodenpaste gefüllt, die Bleipulver enthält. Die positive Elektrodenpaste zum Zeitpunkt der Befüllung wird durch Vermischen von Bleipulver und einem Additiv mit verdünnter Schwefelsäure hergestellt. Die Masse des positiven Elektrodenmaterials 22 kann durch Verändern der Menge der positiven Elektrodenpaste, die das Gitterteil des positiven Stromkollektors 21 füllt, eingestellt werden. Als Füllverfahren der positiven Elektrodenpaste wird ein allgemeines Verfahren angewandt. Nach der Befüllung wird eine Härtungsbehandlung durchgeführt und anschließend wird eine Trocknungsbehandlung durchgeführt.
  • Bei der Herstellung der negativen Elektrodenplatte 30 wird die negative Elektrodenplatte 30 auf ähnliche Weise wie die positive Elektrodenplatte 20 hergestellt. Als Separator 40 kann ein handelsüblicher Separator verwendet werden.
  • Bei der Herstellung der Lochplatte 50 werden zum Beispiel Durchgangslöcher A in Dickenrichtung in einem Polyolefin-Vliesstoff durch Stanzen ausgebildet. Die Größe und die Anzahl der Durchgangslöcher A werden entsprechend eingestellt, um die Lochplatte 50 herzustellen, so dass der obere und der untere Teil vorgegebene Öffnungsverhältnisse aufweisen.
  • Bei der Bildung des Elements 10 werden eine Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten 20, eine Mehrzahl von Separatoren 40 und eine Mehrzahl von negativen Elektrodenplatten 30 so laminiert, dass die positiven Elektrodenplatten 20 und die negativen Elektrodenplatten 30 abwechselnd in einer Richtung angeordnet sind und dass der Separator 40 sandwichartig zwischen der positiven Elektrodenplatte 20 und der negativen Elektrodenplatte 30 angeordnet ist, um ein geschichtetes Produkt zu bilden. Dabei ist zum Beispiel die Lochplatte 50 zwischen dem Separator 40 und der negativen Elektrodenplatte 30 angeordnet. Das Band 71 für die positive Elektrode verbindet die Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten 20 elektrisch parallel. Das Band 81 für die negative Elektrode verbindet die Mehrzahl von negativen Elektrodenplatten 30 elektrisch parallel.
  • Die Herstellung der Elektrolytlösung erfolgt zum Beispiel durch Zugabe von Schwefelsäure zu Wasser zum Vermischen. Die Dichte der Elektrolytlösung kann durch Verändern der zugegebenen Schwefelsäuremenge eingestellt werden.
  • Beim Zusammenbau der Blei-Säure-Batterie 1 wird die Mehrzahl von Elementen 10 in den Gehäusekörper 61 des Behälters 60 eingebracht. Die Elemente 10 sind jeweils in jeweiligen Zellenkammern des Gehäusekörpers 61, der durch Trennwände unterteilt ist, untergebracht. Ein Verbindungselement 90 verbindet eine Mehrzahl von Elementen 10 elektrisch in Reihe. Die Elektrolytlösung wird in den Gehäusekörper 61 gegeben.
  • Bei der chemischen Umwandlungsbehandlung wird der zusammengebauten Blei-Säure-Batterie 1 eine vorgegebene Strommenge zugeführt.
  • Die wie oben beschrieben hergestellte Blei-Säure-Batterie 1 wird zum Beispiel als Batterie für ein Automobil oder einen Gabelstapler verwendet. Die Verwendung und Größe der Blei-Säure-Batterie 1 sind nicht besonders beschränkt.
  • Es ist selbstverständlich, dass die Blei-Säure-Batterie der vorliegenden Erfindung nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt ist und dass verschiedene Modifikationen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise kann zur Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform die Konfiguration einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden, und ein Teil der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform kann durch die Konfiguration einer anderen Ausführungsform ersetzt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration einer bestimmten Ausführungsform eliminiert werden.
  • Beispielsweise wurde bei der obigen Ausführungsform die sogenannte pastenförmige positive Elektrodenplatte 20 ausführlich beschrieben. In der vorliegenden Erfindung kann die positive Elektrode plattiert sein.
  • BEISPIELE
  • Eine Blei-Säure-Batterie wurde wie unten beschrieben hergestellt.
  • (Testbeispiel 1)
  • Herstellung einer positiven Elektrode (positive Elektrodenplatte)
  • Bleipulver und verdünnte Schwefelsäure wurden vermischt, um eine positive Elektrodenpaste herzustellen. Das Gitterteil des Stromkollektors wurde mit der hergestellten positiven Elektrodenpaste gefüllt, und die Aushärtung wurde durchgeführt. Anschließend wurde die Trocknung durchgeführt, um eine Mehrzahl von positiven Elektrodenplatten herzustellen.
  • Herstellung einer negativen Elektrode (negative Elektrodenplatte)
  • Bleipulver, Natriumligninsulfonat (organisches Schrumpfschutzmittel), Ruß, Bariumsulfat und verdünnte Schwefelsäure wurden vermischt, um eine negative Elektrodenpaste herzustellen. 0,3 Masseteile Natriumligninsulfonat, 0,4 Masseteile Ruß (leitfähiges Mittel) und 0,5 Masseteile Bariumsulfat wurden für 100 Masseteile Bleipulver verwendet. Das Gitterteil des Stromkollektors wurde mit der hergestellten negativen Elektrodenpaste gefüllt, und die Aushärtung wird durchgeführt. Die Trocknung wurde weiter durchgeführt, um eine Mehrzahl von negativen Elektrodenplatten herzustellen.
  • Separator
  • Als Separator wurde eine mikroporöse Folie aus Polyethylen (PE) mit einer Dicke von 1 mm verwendet.
  • Herstellung einer Lochplatte
  • Als Ausgangsmaterial der Lochplatte wurde ein Vliesstoff aus Polypropylen (PP) mit einer Dicke von 0,1 mm verwendet. Eine Mehrzahl von Durchgangslöchern (kreisförmige Form, Durchmesser von ungefähr 3,6 mm, Lochfläche von 10 mm2) wurde durch Stanzen gebildet, um das in Tabelle 1 gezeigte Öffnungsverhältnis zu erhalten.
  • Herstellung der Elektrolytlösung
  • Eine wässrige Schwefelsäurelösung mit einer Dichte (20 °C) von 1,280 g/cm3 wurde als Elektrolytlösung hergestellt.
  • Platzierung der Elementgruppe in dem Gehäuse
  • Unter Verwendung (von sechs) der positiven Elektrodenplatten, (von sieben) der negativen Elektrodenplatten, der Elektrolytlösung, des Separators, der Lochplatte und des Behälters (Gehäuses) wurde eine geflutete Bleisäurebatterie gemäß einem herkömmlichen Verfahren zusammengebaut.
  • Zunächst wurde ein Element hergestellt, in dem eine Mehrzahl von Separatoren jeweils zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet und laminiert wurde. Dabei wurde die Lochplatte zwischen der negativen Elektrodenplatte und dem Separator angeordnet. Als Nächstes wurden die Elemente nacheinander in den jeweiligen Zellenkammern des durch die Trennwände unterteilten Gehäusekörpers untergebracht. Die Mehrzahl von Elementen wurde in Reihe geschaltet, und nachdem die Öffnung des Gehäusekörpers mit einem Deckel verschlossen worden war, wurde die Elektrolytlösung in den Behälter gegeben, um die Batterie zusammenzubauen.
  • Chemische Umwandlungsbehandlung
  • Die zusammengebaute Batterie wurde einer chemischen Umwandlungsbehandlung unterzogen, um eine Blei-Säure-Batterie mit 35 Amperestunden (Ah) herzustellen.
  • (Testbeispiele 2 bis 7)
  • Wie in Tabelle 1 gezeigt, wurden Batterien auf ähnliche Weise wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Öffnungsverhältnis in der Lochplatte geändert wurde, keine Lochplatte verwendet wurde oder dergleichen. [Tabelle 1]
    Lochplatte Fläche jedes Lochs Öffnungsverhältnis der Lochplatte (%) Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen (%) Gleichmäßigkeit der Stromverteilung
    (mm2) Oberer Teil Mittlerer Teil Unterer Teil
    Beispiel 1 Ja 10 80 60 40 140 A
    Beispiel 2 Ja 10 60 45 30 121 A
    Beispiel 3 Ja 10 50 40 30 130 B
    Beispiel 4 Ja 10 50 42,5 35 110 B
    Beispiel 5 Ja 10 30 15 0 120 B
    Beispiel 6 Ja 10 30 30 30 100 C
    Beispiel 7 Nein - - - - 100 C
  • (Testbeispiele 8 bis 14)
  • Wie in Tabelle 2 gezeigt, wurden Batterien auf ähnliche Weise wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass das Öffnungsverhältnis in der Lochplatte geändert wurde, keine Lochplatte verwendet wurde oder dergleichen. [Tabelle 2]
    Vorhandensein einer Lochplatte Fläche jedes Lochs Öffnungsverhältnis der Lochplatte (%) Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen (%) Gleichmäßigkeit der Stromverteilung
    (mm2) Oberer Teil Mittlerer Teil Unterer Teil
    Beispiel 8 Ja 10 40 60 80 132 A
    Beispiel 9 Ja 10 30 45 60 125 A
    Beispiel 10 Ja 10 30 40 50 127 B
    Beispiel 11 Ja 10 35 42,5 50 115 B
    Beispiel 12 Ja 10 0 15 30 130 B
    Beispiel 13 Ja 10 30 30 30 100 C
    Beispiel 14 Nein - - - - 100 C
  • <Bewertungstest der Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen (Zyklusbeständigkeitstest)>
  • Die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen wurde unter Verwendung der Blei-Säure-Batterie jedes Testbeispiels bewertet. Der Test in Tabelle 1 wurde im Zyklusmuster I (Entladen bei 1,25 I5 für 2 h, Laden bei 1,25 I5 für 5 h, maximale Spannung von 2,7 V/Zelle) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass das Ende der Lebensdauer an dem Punkt erreicht wurde, an dem die Batteriespannung während des Entladens 10,2 V betrug, und die Anzahl der Lade-/Entladezyklen bis zum Erreichen des Endes der Lebensdauer wurde als Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen angesehen. Währenddessen wurde der Test in Tabelle 2 im Zyklusmuster II (Entladen bei 0,5 15 für 2 h, Laden bei 0,5 15 für 5 h, maximale Spannung von 2,4 V/Zelle) durchgeführt. Es wurde festgestellt, dass das Ende der Lebensdauer an dem Punkt erreicht wurde, an dem die Batteriespannung während des Entladens 10,2 V betrug, und die Anzahl der Lade und Entladezyklen bis zum Erreichen des Endes der Lebensdauer wurde als Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen angesehen.
  • Tabelle 1 und Tabelle 2 zeigen die Ergebnisse von Bewertungstests für die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen.
  • <Bewertungstests der Gleichmäßigkeit der Stromverteilung>
  • Der Grad der Gleichmäßigkeit der Stromverteilung wurde unter Verwendung der Blei-Säure-Batterie jedes Testbeispiels bewertet. Insbesondere wurde die Gleichmäßigkeit der Stromverteilung durch Verbinden eines Leitungsdrahtes mit jedem der unteren Enden der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte mit dem in die Elektrolytlösung eingetauchten Element und Messen einer Spannung zwischen den Anschlüssen mit der gleichen Polarität wie die des Leitungsdrahtes bewertet. Wenn die gemessene Potentialdifferenz während des Ladens/Entladens immer konstant ist, wird die Stromverteilung als im Wesentlichen gleichmäßig angesehen. Andererseits wird, wenn die Spannungsdifferenz variiert, die Stromverteilung ungleichmäßig. Eine Blei-Säure-Batterie ohne Lochplatte wurde als Vergleichsobjekt herangezogen, und in Bezug auf die Änderungsbreite der Plattenpotentialdifferenz einer solchen Batterie wurde die Batterie des Testbeispiels, bei der sich die Änderungsbreite der Plattenpotentialdifferenz um 20 % oder mehr verringert hatte, als A bestimmt, die Batterie des Testbeispiels, bei der sich die Änderungsbreite der Plattenpotentialdifferenz um weniger als 20 % und 10 % oder mehr verringert hatte, wurde als B bestimmt, und die Batterie des Testbeispiels, bei der sich die Änderungsbreite der Plattenpotentialdifferenz um weniger als 10 % verringert hatte, wurde als C bestimmt. Eine solche Bestimmung basierte auf dem Mittelwert der Änderungsbreiten der Plattenpotentialdifferenzen während sämtlicher Lade-/Entladezyklen.
  • Tabellen 1 und 2 zeigen die Ergebnisse der Bewertungstests der Stromverteilungsgleichmäßigkeit. 4 zeigt ein Diagramm, das zeitlich ein Beispiel des Messergebnisses der Potentialdifferenz bei einem solchen Bewertungstest zeigt.
  • Basierend auf den Ergebnissen der obigen Tabellen 1 und 2 wurden die folgenden Überlegungen durchgeführt.
  • Im Allgemeinen tritt bei einer gefluteten Bleisäurebatterie bei einem Laden oder Entladen mit großer Entladetiefe jede Reaktion des Entladens oder Ladens entweder in dem oberen oder dem unteren Teil der Platte auf und schreitet ungleichmäßig in vertikaler Richtung der Platte fort. Das heißt, die Stromverteilung in der Platte wird ungleichmäßig. Dann kann sich die Platte verschlechtern. Die Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung bei der Lade-/Entladereaktion wird als durch die Stratifikation bzw. Schichtung der Elektrolytlösung, die Stromsammelleistung des Gitterkörpers oder dergleichen verursacht angesehen.
  • Im Gegensatz dazu wurde festgestellt, dass die Stromverteilung beim Laden/Entladen durch Verwendung einer Lochplatte (z. B. Vliesstoffe) mit einer Mehrzahl von darin ausgebildeten Durchgangslöchern und mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen in dem oberen und dem unteren Teil nahezu gleichmäßig gestaltet werden kann.
  • Der Vliesstoff ist porös und kann mit einer Elektrolytlösung imprägniert werden, so dass auch bei Anordnung des Vliesstoffes zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte die Lade-/Entladereaktion zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte abläuft, ohne dass sie stark unterdrückt wird. Mit anderen Worten, die Lade-/Entladereaktion zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte läuft auch durch den Abschnitt ab, in dem kein Loch ausgebildet ist (Nicht-Durchgangsabschnitt). Ferner wird davon ausgegangen, dass durch das Bilden der Durchgangslöcher die Lade-/Entladereaktion über die Durchgangslöcher in ausreichendem Maße abläuft.
  • Beim Laden/Entladen fließt im Allgemeinen der Strom, der zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte fließt, nicht notwendigerweise zwischen Teilen der Platten auf der gleichen Höhe, sondern fließt zwischen Teilen in unterschiedlichen Höhen. Insbesondere neigt Strom in der Anfangsphase des Entladens dazu, konzentriert in Richtung des oberen Teils der negativen Elektrode zu fließen, und in der Anfangsphase des Ladens neigt Strom dazu, konzentriert in Richtung des unteren Teils der negativen Elektrode zu fließen. Daher fließt der Lade-/Entladestrom vorgespannt entweder in Aufwärtsrichtung oder in Abwärtsrichtung. Durch die Verwendung einer Lochplatte mit Durchgangslöchern mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen in dem oberen und dem unteren Teil ist es daher möglich, den vertikalen Stromfluss zwischen den Platten, d. h. die vertikale Bewegung von Ionen in der Elektrolytlösung, in dem Teil mit einem niedrigeren Öffnungsverhältnis als dem Teil mit einem höheren Öffnungsverhältnis zu begrenzen. Durch Anordnen des Teils der Lochplatte mit dem niedrigeren Öffnungsverhältnis (d. h. in entweder dem oberen oder dem unteren Teil der Lochplatte) auf der Seite, auf der die Lade-/Entladereaktion wahrscheinlich auftreten wird (z. B. in entweder dem oberen oder dem unteren Teil der Elektrolytlösung), kann die Vorspannung des Lade-/Entladestroms nahezu gleichmäßig gestaltet werden. Dies wird in Betracht gezogen, damit eine Lade-/Entladereaktion in einem Pfad zwischen den Abschnitten der positiven und der negativen Elektrodenplatte auf der gleichen Höhe leicht stattfinden kann.
  • Wenn andererseits eine Lochplatte mit Durchgangslöchern mit dem gleichen Öffnungsverhältnis in dem oberen und dem unteren Teil verwendet wird, wird davon ausgegangen, dass die Ungleichmäßigkeit der Stromverteilung nicht beseitigt werden kann, da die vertikale Bewegung von Ionen in der Elektrolytlösung in dem oberen und dem unteren Teil nicht notwendigerweise begrenzt ist.
  • Wenn zum Beispiel das Öffnungsverhältnis der Lochplatte in dem oberen Teil höher und in dem unteren Teil niedriger ist, ist die vertikale Bewegung von Ionen in der Elektrolytlösung in dem unteren Teil mehr beschränkt als in dem oberen Teil. Infolgedessen kann, wenn sich der Strom in Richtung des oberen Teils der negativen Elektrodenplatte (z. B. während des Entladens) konzentriert, der Strom, der von dem unteren Teil der positiven Elektrodenplatte zu dem oberen Teil der negativen Elektrodenplatte fließt, unterdrückt werden. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Stromverteilung nahezu gleichmäßig gestaltet werden kann.
  • Wenn zum Beispiel das Öffnungsverhältnis der Lochplatte in dem unteren Teil höher und in dem oberen Teil niedriger ist, ist die vertikale Bewegung von Ionen in der Elektrolytlösung in dem oberen Teil mehr beschränkt als in dem unteren Teil. Infolgedessen kann, wenn sich der Strom in Richtung des unteren Teils der negativen Elektrodenplatte (z. B. während des Ladens) konzentriert, der Strom, der von dem oberen Teil der positiven Elektrodenplatte zu dem unteren Teil der negativen Elektrodenplatte fließt, unterdrückt werden. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Stromverteilung nahezu gleichmäßig gestaltet werden kann.
  • Zudem wird davon ausgegangen, dass die Lade-/Entladereaktion zwischen dem positiven aktiven Material und dem negativen aktiven Material, die einander zugewandt sind, durch den Nicht-Durchgangsabschnitt des Vliesstoffs über das Durchgangsloch leicht abläuft. Genauer gesagt, selbst wenn sich das aktive Material einer Platte und das aktive Material der anderen Platte in derselben Höhenposition befinden und ein Nicht-Durchgangsabschnitt zwischen den aktiven Materialien vorhanden ist, läuft die Reaktion zwischen dem aktiven Material der einen Platte und dem aktiven Material der anderen Platte über das Durchgangsloch ab, zum Beispiel auf einem solchen Weg, um einen Umweg zu machen. Wenn ein Durchgangsloch zwischen einem aktiven Material und dem anderen aktiven Material in unterschiedlichen Höhen vorhanden ist, läuft die Reaktion über das Durchgangsloch ab, zum Beispiel auf einem solchen Weg, der nach oben und nach unten geneigt ist. Wie oben beschrieben, wird davon ausgegangen, dass die Lade-/Entladereaktion zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte nicht nur auf dem Pfad zwischen den gleichen Höhen, sondern auch auf dem Pfad zwischen verschiedenen Höhen aufgrund der Anwesenheit des Durchgangslochs abläuft. Es wird daher davon ausgegangen, dass die Stromverteilung in der vertikalen Richtung, die dazu neigt, nicht gleichmäßig zu sein, nahezu gleichmäßig gestaltet werden kann und die Zyklenbeständigkeit verbessert werden kann.
  • Wie aus den Tabellen 1 und 2 ersichtlich ist, kann durch die Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil der Lochplatte und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil fünfzehn Punkte oder mehr betragen, wenn das Öffnungsverhältnis in dem oberen Teil hoch ist, kann die Lade-/Entladeverteilung nahezu gleichmäßig gestaltet werden, insbesondere während des Entladens (Tabelle 1). Andererseits kann, wenn das Öffnungsverhältnis in dem unteren Teil hoch ist, die Lade-/Entladeverteilung nahezu gleichmäßig gestaltet werden, insbesondere während des Ladens (Tabelle 2).
  • (Testbeispiele 15 bis 17)
  • Wie in Tabelle 3 gezeigt, wurden Batterien auf ähnliche Weise wie in Testbeispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Lochfläche (pro Loch) des Durchgangslochs der Lochplatte verändert wurde, keine Lochplatte verwendet wurde oder dergleichen. [Tabelle 3]
    Vorhandensein einer Lochplatte Lochform Fläche jedes Lochs (mm2) Öffnungsverhältnis der Lochplatte (%) Unterschied im spezifischen Gewicht zwischen oberem und unterem Teil nach 20 Zyklen
    Oberer Teil Mittlerer Teil Unterer Teil
    Beispiel 15 Ja Kreisförmige Form 0.5 80 60 40 0,060
    Beispiel 1 Ja Kreisförmige Form 10 80 60 40 0,040
    Beispiel 16 Ja Kreisförmige Form 200 80 60 40 0,035
    Beispiel 17 Ja Kreisförmige Form 600 80 60 40 0,060
    Beispiel 14 Nein - - - - - 0,075
  • <Bewertungstest der spezifischen Schwerkraftdifferenz der Elektrolytlösung nach wiederholtem Laden/Entladen>
  • Nach 20 Lade-/Entladezyklen unter den Bedingungen des Zyklusmusters I wurden Proben aus dem oberen und dem unteren Teil der Elektrolytlösung entnommen, und das spezifische Gewicht der Elektrolytlösung wurde gemessen. Als Verfahren zur Messung des spezifischen Gewichts der Elektrolytlösung kann ein bekanntes Verfahren, wie etwa ein optisches Hydrometer, verwendet werden.
  • Wie aus Tabelle 3 hervorgeht, kann die Schichtung der Elektrolytlösung unterdrückt werden, indem eine Lochplatte zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet wird, wobei die Lochplatte darin ausgebildete Durchgangslöcher aufweist und unterschiedliche Öffnungsverhältnisse in dem oberen und dem unteren Teil aufweist (insbesondere Testbeispiel 16).
  • Insbesondere wird davon ausgegangen, dass die Stromverteilung nahezu gleichmäßig gestaltet werden kann, wie oben beschrieben, indem eine Lochplatte mit unterschiedlichen Öffnungsverhältnissen in dem oberen und dem unteren Teil verwendet wird. Es wird davon ausgegangen, dass dadurch der Unterschied in der Konzentration der Elektrolytlösung in vertikaler Richtung verringert werden und die Schichtung unterdrückt werden kann. Es wird davon ausgegangen, dass die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen durch Unterdrückung der Schichtung verbessert werden kann.
  • Wenn die Größe des Durchgangslochs der Lochplatte 10 mm2 oder mehr beträgt, ist es möglich, die Verstopfung des Lochs mit dem Gas, das durch die Lade-/Entladereaktion erzeugt wird, weiter zu unterdrücken. Somit ist es möglich, einen elektrischen Pfad in der Lade-/Entladereaktion sicherzustellen. Selbst wenn die Schichtung bereits stattgefunden hat, kann das Ladegas in dem unteren Teil der Platte leicht erzeugt werden, und die Beseitigung der Schichtung wird erleichtert. Wenn die Größe des Durchgangslochs weniger als 200 mm2 beträgt, kann sich andererseits die Differenz der Lade-/Entladeeigenschaften bei gleicher Höhe verkleinern, und eine Verschlechterung der Lebensdauer kann unterdrückt werden.
  • Tabelle 4 unten zeigt die Ergebnisse der Bewertung der Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen ähnlich wie oben bei Verwendung einer Blei-Säure-Batterie, in der die Platzierung der Lochplatte in Testbeispiel 1 geändert wurde (Testbeispiel 1'). Insbesondere zeigt Tabelle 4 die Ergebnisse, wenn die Lochplatte, die auf der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist, näher an der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist als der Separator (negative Elektrodenseite) und wenn die Lochplatte näher an der positiven Elektrodenplatte angeordnet ist als der Separator (positive Elektrodenseite).
  • Wie aus Tabelle 4 ersichtlich ist, kann durch Anordnen der Lochplatte auf der negativen Elektrodenseite die Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen weiter verbessert werden. [Tabelle 4]
    Vorhandensein einer Lochplatte Lochform Lochfläche (mm2) Öffnungsverhältnis der Lochplatte (%) Beständigkeit gegen wiederholtes Laden/Entladen (%)
    Oberer Teil Mittlerer Teil Unterer Teil
    Beispiel 1 Negative Elektrode Kreisförmige Form 10 80 60 40 140
    Beispiel 1' Positive Elektrode Kreisförmige Form 10 80 60 40 131
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Blei-Säure-Batterie
    10
    Element
    20
    positive Elektrodenplatte (positive Elektrode)
    21
    positiver Stromkollektor
    22
    positives Elektrodenmaterial
    30
    negative Elektrodenplatte (negative Elektrode)
    31
    negativer Stromkollektor
    32
    negatives Elektrodenmaterial
    40
    Separator
    50
    Lochplatte
    A
    Durchgangsloch
    60
    Behälter (Gehäuse)
    61
    Gehäusekörper
    62
    Deckel
    70
    positiver Elektrodenanschluss
    71
    Band für positive Elektrode
    80
    negativer Elektrodenanschluss
    81
    Band für negative Elektrode
    90
    Verbindungselement
    91
    Entlüftungsstopfen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2017068920 A [0004]

Claims (6)

  1. Blei-Säure-Batterie, umfassend: eine positive Elektrodenplatte; eine negative Elektrodenplatte; eine Lochplatte, die zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist und in der Durchgangslöcher in einer Dickenrichtung ausgebildet sind; und eine Elektrolytlösung, wobei ein Öffnungsverhältnis in der Lochplatte zwischen einem oberen Teil und einem unteren Teil unterschiedlich ist.
  2. Blei-Säure-Batterie nach Anspruch 1, wobei in der Lochplatte die Durchgangslöcher jeweils eine Lochfläche von 1 mm2 oder mehr aufweisen.
  3. Blei-Säure-Batterie nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Differenz zwischen dem Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil und dem Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil fünfzehn Punkte oder mehr beträgt.
  4. Blei-Säure-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner umfassend einen Separator, der zwischen der positiven Elektrodenplatte und der negativen Elektrodenplatte angeordnet ist.
  5. Blei-Säure-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Lochplatte das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil höher ist als das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil.
  6. Blei-Säure-Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der Lochplatte das Öffnungsverhältnis (%) in dem unteren Teil höher ist als das Öffnungsverhältnis (%) in dem oberen Teil.
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