JP2000021413A - 鉛蓄電池用正極格子体 - Google Patents
鉛蓄電池用正極格子体Info
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- JP2000021413A JP2000021413A JP10190532A JP19053298A JP2000021413A JP 2000021413 A JP2000021413 A JP 2000021413A JP 10190532 A JP10190532 A JP 10190532A JP 19053298 A JP19053298 A JP 19053298A JP 2000021413 A JP2000021413 A JP 2000021413A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】トリクル充電にて使用されるペースト式鉛蓄電
池の正極用格子体の耐食性を向上させることにより長寿
命化をはかる。 【解決手段】使用する正極用格子体が、カルシウムを
０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５ｗｔ.％以上を含有
し、１ｍｍ2当たりの結晶粒子数が１．０〜３．２個と
し、合金中の錫を均一に分散させることを特徴とする。
池の正極用格子体の耐食性を向上させることにより長寿
命化をはかる。 【解決手段】使用する正極用格子体が、カルシウムを
０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５ｗｔ.％以上を含有
し、１ｍｍ2当たりの結晶粒子数が１．０〜３．２個と
し、合金中の錫を均一に分散させることを特徴とする。
Description
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は鉛（Ｐｂ）、カルシ
ウム（Ｃａ）、錫（Ｓｎ）合金を、正極用格子体に用い
た鉛蓄電池に関するものであり、詳細には正極用格子体
の改良により鉛蓄電池の長寿命化を目的とするものであ
る。
ウム（Ｃａ）、錫（Ｓｎ）合金を、正極用格子体に用い
た鉛蓄電池に関するものであり、詳細には正極用格子体
の改良により鉛蓄電池の長寿命化を目的とするものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】密閉型鉛蓄電池は補水の必要がないこと
や、安価で信頼性が高いという特徴を有するため、無停
電電源装置用の電源として広く使用されている。なお、
密閉型鉛蓄電池の過充電時における水の電気分解を起こ
りにくくする手法として、格子体に用いる鉛合金組成の
選択が重要である。最近では格子体に用いる鉛合金の材
料として、Ｐｂ−Ｓｂ（アンチモン）合金に比べて水分
解の過電圧の高いＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が一般的に使用
され、補水不要という点に関しては、ほぼ満足する結果
が得られている。
や、安価で信頼性が高いという特徴を有するため、無停
電電源装置用の電源として広く使用されている。なお、
密閉型鉛蓄電池の過充電時における水の電気分解を起こ
りにくくする手法として、格子体に用いる鉛合金組成の
選択が重要である。最近では格子体に用いる鉛合金の材
料として、Ｐｂ−Ｓｂ（アンチモン）合金に比べて水分
解の過電圧の高いＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が一般的に使用
され、補水不要という点に関しては、ほぼ満足する結果
が得られている。
【０００３】なお、無停電電源装置に用いられる密閉形
鉛蓄電池は、通常はトリクル充電により充電状態で待機
し、停電時に放電をするものである。近年、これらの装
置に用いられる密閉形鉛蓄電池の長寿命化が、きわめて
強く要求されている。前記した密閉形鉛蓄電池の正極板
及び負極板には、一般的に前記した鉛合金からなる格子
体にペースト状の活物質を充填して作製する、ペースト
式極板が使用されている。そして電池の寿命に及ぼす主
な要因は、正極用格子体の酸化による腐食に伴う、電池
の内部抵抗の増加によることが明らかになっている。
鉛蓄電池は、通常はトリクル充電により充電状態で待機
し、停電時に放電をするものである。近年、これらの装
置に用いられる密閉形鉛蓄電池の長寿命化が、きわめて
強く要求されている。前記した密閉形鉛蓄電池の正極板
及び負極板には、一般的に前記した鉛合金からなる格子
体にペースト状の活物質を充填して作製する、ペースト
式極板が使用されている。そして電池の寿命に及ぼす主
な要因は、正極用格子体の酸化による腐食に伴う、電池
の内部抵抗の増加によることが明らかになっている。
【０００４】特許第２６３９７５１号公報に開示されて
いるように、格子体を形成する合金の組成であるＣａ、
Ｓｎなどの添加量を最適化し、耐食性の向上をはかる試
みが図られている。そして、格子体の耐食性を向上させ
るには、鉛を主成分とする合金組成のなかで、Ｃａの濃
度を低くし（低Ｃａ）、Ｓｎの量を高くする（高Ｓｎ）
方法が一般的に行われている。しかしながら、この方法
を用いると、格子体を構成する合金組織が粗大となり、
耐食性には優れるものの、応力がかかった場合の変形に
は弱くなり、破断しやすくなるといった欠点がある。ま
た、低Ｃａ、高Ｓｎの格子体を鋳造した場合には、Ｓｎ
は結晶の粒界部分に析出しやすい。そして、この格子体
を用いた電池をトリクル充電した場合には結晶の粒界部
分のＳｎが酸化されて、体積膨張するために結晶粒界が
開きやすい。その結果、結晶の粒界に沿って格子体の内
部にまで腐食が進む粒界腐食と呼ばれている現象が生
じ、それが電池の寿命低下の一原因となっている。
いるように、格子体を形成する合金の組成であるＣａ、
Ｓｎなどの添加量を最適化し、耐食性の向上をはかる試
みが図られている。そして、格子体の耐食性を向上させ
るには、鉛を主成分とする合金組成のなかで、Ｃａの濃
度を低くし（低Ｃａ）、Ｓｎの量を高くする（高Ｓｎ）
方法が一般的に行われている。しかしながら、この方法
を用いると、格子体を構成する合金組織が粗大となり、
耐食性には優れるものの、応力がかかった場合の変形に
は弱くなり、破断しやすくなるといった欠点がある。ま
た、低Ｃａ、高Ｓｎの格子体を鋳造した場合には、Ｓｎ
は結晶の粒界部分に析出しやすい。そして、この格子体
を用いた電池をトリクル充電した場合には結晶の粒界部
分のＳｎが酸化されて、体積膨張するために結晶粒界が
開きやすい。その結果、結晶の粒界に沿って格子体の内
部にまで腐食が進む粒界腐食と呼ばれている現象が生
じ、それが電池の寿命低下の一原因となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、トリ
クル充電にて使用されるペースト式鉛蓄電池の正極用格
子体の耐食性を向上させることにより、長寿命な鉛蓄電
池を提供することにある。
クル充電にて使用されるペースト式鉛蓄電池の正極用格
子体の耐食性を向上させることにより、長寿命な鉛蓄電
池を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、第一の発明では鉛を主成分とし、カルシウム及
び錫を含有する合金を正極格子体に用いる鉛蓄電池にお
いて、カルシウムを０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５
ｗｔ.％以上を含有し、前記合金には１ｍｍ2当たり1．
０〜３．２個の結晶粒子が存在することを特徴とし、第
二の発明では前記合金を形成する結晶粒子の粒界と粒内
に存在する錫の濃度が、均一であることを特徴としてい
る。
ために、第一の発明では鉛を主成分とし、カルシウム及
び錫を含有する合金を正極格子体に用いる鉛蓄電池にお
いて、カルシウムを０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５
ｗｔ.％以上を含有し、前記合金には１ｍｍ2当たり1．
０〜３．２個の結晶粒子が存在することを特徴とし、第
二の発明では前記合金を形成する結晶粒子の粒界と粒内
に存在する錫の濃度が、均一であることを特徴としてい
る。
【０００７】
【実施例】以下に、本発明による格子体についての一実
施例を示す。 １．Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金組成の最適化 Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金を溶解させた５００℃の溶湯を、
２００℃に加熱した金型に注湯して凝固させる重力鋳造
法により、Ｃａ量とＳｎ量の異なる直径１０ｍｍ、高さ
１００ｍｍの円柱を鋳造した。この円柱を濃度４０ｗ
ｔ．％、液温４０℃の希硫酸水溶液に浸積し、Ｐｂ板を
対極として１７ｍＡ／ｃｍ2の電流で１週間、酸化方向
に電流を流した後、Ｃａの濃度が０．１ｗｔ．％の腐食
量を１００として比較した結果を図２、３に示す。図
２、３より耐食性の良い合金組成として、Ｃａ量を０．
０８ｗｔ.％以下、Ｓｎ量を１．５ｗｔ.％以上が選択さ
れる。
施例を示す。 １．Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金組成の最適化 Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金を溶解させた５００℃の溶湯を、
２００℃に加熱した金型に注湯して凝固させる重力鋳造
法により、Ｃａ量とＳｎ量の異なる直径１０ｍｍ、高さ
１００ｍｍの円柱を鋳造した。この円柱を濃度４０ｗ
ｔ．％、液温４０℃の希硫酸水溶液に浸積し、Ｐｂ板を
対極として１７ｍＡ／ｃｍ2の電流で１週間、酸化方向
に電流を流した後、Ｃａの濃度が０．１ｗｔ．％の腐食
量を１００として比較した結果を図２、３に示す。図
２、３より耐食性の良い合金組成として、Ｃａ量を０．
０８ｗｔ.％以下、Ｓｎ量を１．５ｗｔ.％以上が選択さ
れる。
【０００８】２．Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金の腐食量に及ぼ
す圧力の影響 一般に鉛蓄電池の電極は、電槽内で加圧がかかった状態
で使用されているため、加圧による腐食に及ぼす影響を
測定した。重力鋳造法により従来から使用していたＰｂ
−０．０９ｗｔ.％Ｃａ−１．０ｗｔ.％Ｓｎ合金（以
下、合金１と呼ぶ）と、前記した耐食性の良いＰｂ−
０．０６ｗｔ.％Ｃａ−１．５ｗｔ.％Ｓｎ合金（以下、
合金２と呼ぶ）から前記した寸法の円柱を鋳造する。こ
の円柱を、４０ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかけた状態で、前
記した条件で酸化方向に電流を流した後、前記合金１の
腐食量を１００として合金２の腐食量を比較した結果を
図４に示す。図４より荷重がかかった状態においても、
合金２は合金１よりも腐食量が少なく、良好な特性を示
す。
す圧力の影響 一般に鉛蓄電池の電極は、電槽内で加圧がかかった状態
で使用されているため、加圧による腐食に及ぼす影響を
測定した。重力鋳造法により従来から使用していたＰｂ
−０．０９ｗｔ.％Ｃａ−１．０ｗｔ.％Ｓｎ合金（以
下、合金１と呼ぶ）と、前記した耐食性の良いＰｂ−
０．０６ｗｔ.％Ｃａ−１．５ｗｔ.％Ｓｎ合金（以下、
合金２と呼ぶ）から前記した寸法の円柱を鋳造する。こ
の円柱を、４０ｋｇ／ｃｍ2の荷重をかけた状態で、前
記した条件で酸化方向に電流を流した後、前記合金１の
腐食量を１００として合金２の腐食量を比較した結果を
図４に示す。図４より荷重がかかった状態においても、
合金２は合金１よりも腐食量が少なく、良好な特性を示
す。
【０００９】３．Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金を用いた合金組
織及び腐食量の測定（実施例１〜６、比較例１〜４） Ｐｂ−０．０６ｗｔ.％Ｃａ−１．６ｗｔ.％Ｓｎ合金の
溶湯を用い、重力鋳造法または加圧鋳造法（加圧力７ｋ
ｇｆ／ｃｍ2）を用いて、表１に示す仕様で鋳造後の冷
却条件及びその後の熱処理条件の異なる１０種類の円柱
を鋳造した。
織及び腐食量の測定（実施例１〜６、比較例１〜４） Ｐｂ−０．０６ｗｔ.％Ｃａ−１．６ｗｔ.％Ｓｎ合金の
溶湯を用い、重力鋳造法または加圧鋳造法（加圧力７ｋ
ｇｆ／ｃｍ2）を用いて、表１に示す仕様で鋳造後の冷
却条件及びその後の熱処理条件の異なる１０種類の円柱
を鋳造した。
【００１０】比較例１：重力鋳造法を用いて鋳造した
後、２５℃の大気中で空冷した。
後、２５℃の大気中で空冷した。
【００１１】実施例１：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、２５℃の大気中で空冷した。
後、２５℃の大気中で空冷した。
【００１２】実施例２：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、５℃の大気中で空冷した。
後、５℃の大気中で空冷した。
【００１３】実施例３：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、２５℃の水中に浸して水冷した。
後、２５℃の水中に浸して水冷した。
【００１４】比較例２：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、０℃の水中に浸して水冷した。
後、０℃の水中に浸して水冷した。
【００１５】（比較例１、２）、（実施例１〜３）の格
子はそれぞれの条件で冷却した後、８０℃で１０時間保
持して熱処理した。
子はそれぞれの条件で冷却した後、８０℃で１０時間保
持して熱処理した。
【００１６】比較例３：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、２５℃の大気中で空冷した。
後、２５℃の大気中で空冷した。
【００１７】実施例４：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、１５℃の大気中で空冷した。
後、１５℃の大気中で空冷した。
【００１８】実施例５：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、５℃の大気中で空冷した。
後、５℃の大気中で空冷した。
【００１９】実施例６：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、２５℃の水中に浸して水冷した。
後、２５℃の水中に浸して水冷した。
【００２０】比較例４：加圧鋳造法を用いて鋳造した
後、０℃の水中に浸して水冷した。
後、０℃の水中に浸して水冷した。
【００２１】（比較例３、４）、（実施例４〜６）の格
子はそれぞれの条件で冷却した後、１２０℃で１時間保
持し、２５℃の水中に浸して５分保持した後、８０℃で
１０時間保持して空冷した。
子はそれぞれの条件で冷却した後、１２０℃で１時間保
持し、２５℃の水中に浸して５分保持した後、８０℃で
１０時間保持して空冷した。
【００２２】作製した１０種類の円柱の合金組織につい
て、１）金属顕微鏡により１ｍｍ２当たりの結晶粒子数
の観察、２）Ｘ線マイクロアナライザー（明石製作所製
ＡＬＰＨＡ−３０Ｗ形）による、結晶粒子の粒界と粒内
に存在するＳｎの含有量の分析をした。そして、前記し
た条件で酸化方向に電流を流した後、比較例１の腐食量
を１００としてそれぞれを比較した結果を表１に示す。
て、１）金属顕微鏡により１ｍｍ２当たりの結晶粒子数
の観察、２）Ｘ線マイクロアナライザー（明石製作所製
ＡＬＰＨＡ−３０Ｗ形）による、結晶粒子の粒界と粒内
に存在するＳｎの含有量の分析をした。そして、前記し
た条件で酸化方向に電流を流した後、比較例１の腐食量
を１００としてそれぞれを比較した結果を表１に示す。
【００２３】表１より、１ｍｍ2当たりの結晶粒子数が
１．０〜３．２個で腐食量が少ない。また、（実施例４
〜６）及び（比較例３、４）の鉛合金はＳｎが全体に均
一に分散していたが、（実施例１〜３）及び（比較例
１、２）の鉛合金は結晶粒界の部分にＳｎが多く存在し
ていた。すなわち、鋳造後の熱処理条件によって、合金
中のＳｎ分布に影響することが明らかになった。そし
て、表１より１ｍｍ2当たりの結晶粒子数が同程度であ
っても、結晶の粒界と粒内に存在するＳｎの分布が均一
である場合には腐食が少ないことが明らかになった。
１．０〜３．２個で腐食量が少ない。また、（実施例４
〜６）及び（比較例３、４）の鉛合金はＳｎが全体に均
一に分散していたが、（実施例１〜３）及び（比較例
１、２）の鉛合金は結晶粒界の部分にＳｎが多く存在し
ていた。すなわち、鋳造後の熱処理条件によって、合金
中のＳｎ分布に影響することが明らかになった。そし
て、表１より１ｍｍ2当たりの結晶粒子数が同程度であ
っても、結晶の粒界と粒内に存在するＳｎの分布が均一
である場合には腐食が少ないことが明らかになった。
【００２４】
【表１】
【００２５】４．密閉形鉛蓄電池のトリクル寿命試験 Ｐｂ−０．０６ｗｔ.％Ｃａ−１．６ｗｔ.％Ｓｎ合金を
用い、前記した（比較例１）と（実施例４）の条件で、
h２４０×w１４０×t４ｍｍ寸法の正極用格子体を鋳造
した。これら２種類の格子体に、従来から使用している
一酸化鉛の粉に水と硫酸を添加してペースト状としたも
のを充填し、その後４０℃、湿度９５％以上の環境で４
０ｈ熟成し、次いで６０℃で乾燥してペースト中の水分
量を１ｗｔ.％以下とした未化成の正極板を得た。この
未化成の正極板８枚と、従来から使用している未化成の
負極板９枚とをガラス繊維性のセパレータを介して電池
を組み立て、２Ｖ−２００Ａｈタイプの密閉形鉛蓄電池
を組み立て、電解液を注液後電槽化成をした後、トリク
ル寿命試験を行った。トリクル寿命試験条件として、６
０℃の環境下で２．２３Ｖ定電圧による過充電をし、容
量確認のために２５℃の環境下で１ヶ月に１度の割合で
５ＨＲ放電をして放電容量を測定した結果を図１に示
す。図１より、正極用格子体を（実施例４）の条件で作
製した用いた本発明品は、（比較例１）の条件で作製し
た従来品に比べて、寿命性能が優れているという結果が
得られた。その他、表１に示される各実施例を用いた電
池においても、寿命特性に優れることが明らかになっ
た。
用い、前記した（比較例１）と（実施例４）の条件で、
h２４０×w１４０×t４ｍｍ寸法の正極用格子体を鋳造
した。これら２種類の格子体に、従来から使用している
一酸化鉛の粉に水と硫酸を添加してペースト状としたも
のを充填し、その後４０℃、湿度９５％以上の環境で４
０ｈ熟成し、次いで６０℃で乾燥してペースト中の水分
量を１ｗｔ.％以下とした未化成の正極板を得た。この
未化成の正極板８枚と、従来から使用している未化成の
負極板９枚とをガラス繊維性のセパレータを介して電池
を組み立て、２Ｖ−２００Ａｈタイプの密閉形鉛蓄電池
を組み立て、電解液を注液後電槽化成をした後、トリク
ル寿命試験を行った。トリクル寿命試験条件として、６
０℃の環境下で２．２３Ｖ定電圧による過充電をし、容
量確認のために２５℃の環境下で１ヶ月に１度の割合で
５ＨＲ放電をして放電容量を測定した結果を図１に示
す。図１より、正極用格子体を（実施例４）の条件で作
製した用いた本発明品は、（比較例１）の条件で作製し
た従来品に比べて、寿命性能が優れているという結果が
得られた。その他、表１に示される各実施例を用いた電
池においても、寿命特性に優れることが明らかになっ
た。
【００２６】
【発明の効果】上記したように、本発明はカルシウムを
０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５ｗｔ.％以上を含有し
た鉛合金を使用し、前記鉛合金の１ｍｍ2当たりのが
１．０〜３．２個の結晶の粒子が存在し、合金中のＳｎ
を均一に分散することを特徴としている。本発明によっ
て、正極用格子体の耐食性が向上するとともに、密閉形
鉛蓄電池の長寿命化が可能となる点で優れている。
０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５ｗｔ.％以上を含有し
た鉛合金を使用し、前記鉛合金の１ｍｍ2当たりのが
１．０〜３．２個の結晶の粒子が存在し、合金中のＳｎ
を均一に分散することを特徴としている。本発明によっ
て、正極用格子体の耐食性が向上するとともに、密閉形
鉛蓄電池の長寿命化が可能となる点で優れている。
【図１】６０℃でのトリクル寿命試験結果
【図２】鉛合金中のＣａ量と腐食量比の関係
【図３】鉛合金中のＳｎ量と腐食量比の関係
【図４】合金１及び合金２の荷重をかけた試験片の腐食
量比の関係
量比の関係
Claims (2)
- 【請求項１】鉛を主成分とし、カルシウム及び錫を含有
する合金を正極格子体に用いる鉛蓄電池において、カル
シウムを０．０８ｗｔ.％以下、錫を１．５ｗｔ.％以上
を含有し、前記合金には１ｍｍ2当たり1．０〜３．２個
の結晶粒子が存在することを特徴とする鉛蓄電池用正極
格子体。 - 【請求項２】前記合金を形成する結晶粒子の粒界と粒内
に存在する錫の濃度が、均一であることを特徴とする請
求項１記載の鉛蓄電池用正極格子体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10190532A JP2000021413A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 鉛蓄電池用正極格子体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10190532A JP2000021413A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 鉛蓄電池用正極格子体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000021413A true JP2000021413A (ja) | 2000-01-21 |
Family
ID=16259662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10190532A Abandoned JP2000021413A (ja) | 1998-07-06 | 1998-07-06 | 鉛蓄電池用正極格子体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000021413A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013122838A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 鉛蓄電池用の正極格子体 |
| US11894560B2 (en) | 2019-09-27 | 2024-02-06 | Gs Yuasa International Ltd. | Lead-acid battery |
-
1998
- 1998-07-06 JP JP10190532A patent/JP2000021413A/ja not_active Abandoned
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013122838A (ja) * | 2011-12-09 | 2013-06-20 | Furukawa Battery Co Ltd:The | 鉛蓄電池用の正極格子体 |
| US11894560B2 (en) | 2019-09-27 | 2024-02-06 | Gs Yuasa International Ltd. | Lead-acid battery |
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