JP2002324573A - 密閉型鉛蓄電池 - Google Patents

密閉型鉛蓄電池

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JP2002324573A
JP2002324573A JP2001127596A JP2001127596A JP2002324573A JP 2002324573 A JP2002324573 A JP 2002324573A JP 2001127596 A JP2001127596 A JP 2001127596A JP 2001127596 A JP2001127596 A JP 2001127596A JP 2002324573 A JP2002324573 A JP 2002324573A
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JP
Japan
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lead
sealed lead
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acid battery
calcium
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Masaaki Shiomi
塩見  正昭
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Japan Storage Battery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】寿命性能に優れた鉛−カルシウム系合金格子を
用いた密閉型鉛蓄電池を提供する。 【解決手段】鉛−カルシウム系合金製のエキスパンド格
子を備えた密閉型鉛蓄電池において、前記格子の少なく
とも一部に、前記格子とは異なる組成の合金層を備える
とともに、完全充電状態(正極活物質中の硫酸鉛量が1
0wt%以下かつ、負極活物質中の硫酸鉛量が5wt%
以下の状態)における電解液比重(20℃換算)が1.
35以下となるよう構成したことを特徴とする密閉型鉛
蓄電池。これにより、従来よりも3倍近い充放電サイク
ル寿命性能を有する密閉型鉛蓄電池を提供することがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉型鉛蓄電池に
関する。
【0002】
【従来の技術】密閉型鉛蓄電池を製造する際には、アン
チモンなどの水素過電圧を下げる物質を添加しないこと
が一般的である。密閉型鉛蓄電池の正極格子に鉛−アン
チモン系合金を用いると、充放電サイクルの進行に伴っ
て正極格子中のアンチモンが電解液中に溶解し、負極活
物質上で析出することがある。このように、負極上にア
ンチモンが析出すると、アンチモンは鉛に比べて水素過
電圧が低いため、密閉型鉛蓄電池の充電時に、負極によ
る酸素吸収よりも先に、負極からの水素発生が生じてし
まう。このような状況下では、密閉型鉛蓄電池のいわゆ
る密閉反応が起こらなくなり、電解液の減少に伴なった
電解液の比重の上昇によって、充放電サイクル寿命が短
くなる。
【0003】このために、密閉型鉛蓄電池においては、
アンチモンを含まない、鉛−カルシウム系合金格子が用
いられることが一般的である。しかし、鉛−カルシウム
系合金格子を用いると、充放電サイクルの進行に伴っ
て、格子と活物質との界面が選択的に放電され、その界
面に、放電生成物であり絶縁体である硫酸鉛が密に生成
する場合がある。この場合、絶縁層の生成によって、活
物質と格子との電気化学的接触が絶たれ、活物質自体に
劣化がなくともそれ以上放電することができなくなる。
【0004】このような絶縁層の生成を抑制するため
に、鉛−カルシウム系合金格子表面の一部に、鉛−アン
チモン系合金、鉛−スズ系合金、格子よりもカルシウム
濃度の高い鉛−カルシウム系合金などを取り付ける方法
が知られる(10824PTC)。この方法によると、
水素過電圧を下げるアンチモンが格子に含まれていて
も、その絶対量が少ないため、負極に析出しても少量し
か析出しないため、負極の水素過電圧を著しく減少させ
ることがなくなる。一方、これらの合金を取り付けるこ
とによって、格子と活物質との界面に生成する絶縁層
が、その取り付けた部分において生成しにくくなるた
め、格子と活物質との電気化学的接触が絶たれることが
なくなる。
【0005】ここで、鉛−カルシウム系合金格子表面の
一部に、鉛−アンチモン系合金、鉛−スズ系合金、格子
よりもカルシウム濃度の高い鉛−カルシウム系合金など
を取り付ける方法としては以下の方法が最適である。そ
の方法とは、厚さ数cmから10数cmの連続鋳造板
に、目的とする鉛合金の箔(望ましくはその厚みは1m
m以下)を連続的に供給しながらのせ、圧延機に供給す
るものである。圧延機は、複数の圧延ロールを有する。
そして、圧延ロールの間隔を順次狭くすることによっ
て、連続鋳造板を段階的に薄くし、所定の厚みの圧延シ
ートとする。ここで、連続鋳造板にのせられた鉛合金箔
も同時に薄く延ばされるとともに、圧接によって、連続
鋳造板と一体化させることができる。さらにこうして製
造した圧延シートは、エキスパンド加工によって、格子
状とすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述のような
鉛−アンチモン系合金、鉛−スズ系合金、格子よりもカ
ルシウム濃度の高い鉛−カルシウム系合金などを鉛−カ
ルシウム系合金格子の表面に取り付けても、絶縁層の生
成によって、活物質自体の劣化がなくともそれ以上放電
できなくなる現象が発生する場合があった。
【0007】この原因を調査した結果、密閉型鉛蓄電池
の電解液比重が比較的低い場合に多発することがわかっ
た。これは、密閉型鉛蓄電池の電解液比重が低いと、格
子と活物質界面との電解液比重も低くなる。ここで、格
子と活物質との界面の電解液は、活物質を通過して供給
されるために拡散速度がいわゆるバルクに比べて遅い。
従って、鉛と電解液である硫酸との化学反応、すなわち
自己放電によって電解液が消費されると、電解液量が少
なくて、供給が間に合わないことから、さらに電解液比
重が低くなる。電解液比重が低いと、鉛の溶解度が高く
なる。このように溶解度が高くなることによって、溶解
析出反応である鉛と硫酸との反応が促進され、鉛−カル
シウム系合金格子表面に取り付けた別の組成の箔が完全
に溶解してしまうためと考えられる。
【0008】また、電解液比重が高すぎると、活物質そ
のものが劣化して寿命が低下する。
【0009】
【課題を解決するための手段】前期課題を解決するため
になした第1の発明は、鉛−カルシウム系合金製のエキ
スパンド格子を備えた密閉型鉛蓄電池において、前記格
子の少なくとも一部に、前記格子とは異なる組成の合金
層を備えるとともに、完全充電状態における電解液比重
(20℃換算)が1.35以下となるよう構成したこと
を特徴とする密閉型鉛蓄電池である。
【0010】また第2の発明は、前記合金層に含まれる
カルシウム濃度が、エキスパンド格子に含まれるカルシ
ウム濃度より高いとともに、完全充電状態における電解
液比重(20℃換算)が1.31〜1.35となるよう
構成したことを特徴とする、請求項1に記載の密閉型鉛
蓄電池である。
【0011】また第3の発明は、前記合金層がアルカリ
土類金属を含むことを特徴とする、請求項2に記載の密
閉型鉛蓄電池である。
【0012】さらに第4の発明は、前記合金層がSbお
よびSnの少なくとも一種を含むとともに、完全充電状
態における電解液比重(20℃換算)が1.30〜1.
35となるよう構成したことを特徴とする、請求項1に
記載の密閉型鉛蓄電池である。
【0013】なおここで、完全充電状態とは、正極活物
質中の硫酸鉛量が10wt%以下で、かつ負極活物質中
の硫酸鉛量が5wt%以下の状態であることをいう。
【0014】
【発明の実施の形態】図1に示すように、連続鋳造板1
1の上に、連続鋳造板11よりもカルシウム濃度の高い
鉛−カルシウム合金箔12を連続的に供給してのせる。
これら2種類の鉛合金接合体を圧延機に導く。圧延機は
複数の圧延ローラー21を有し、順次、圧延ローラー2
1の間隔が狭くなる。これによって、段階的に鉛合金接
合体の厚みが薄くなり、最終的に所定の厚みの圧延シー
ト31となる。この圧延シートをエキスパンド機22に
導く。エキスパンド機22を通すことによって、圧延シ
ート31が格子状体32になる。
【0015】この格子状体32に、鉛粉、鉛丹、希硫酸
を混錬した正極活物質ペーストを充填した後、所定の形
状に切り出すことによって正極板とする。
【0016】一方、鉛−カルシウム系合金からなるエキ
スパンド格子に、鉛粉、カーボン、リグニンスルホン
酸、硫酸バリウム、希硫酸を混錬した負極活物質ペース
トを充填後、所定の形状に切り出して負極板とする。
【0017】これらの正極板と負極板を、ガラス繊維製
セパレータを介して交互に積層し極板群とする。この極
板群を電槽に挿入し、所定量、所定比重の希硫酸からな
る電解液を注液し、正極活物質の理論電気量に対して2
50〜350%を充電して密閉型鉛蓄電池とする。これ
によって先に定義した完全充電状態とすることができ
る。なおこのときの電解液比重が請求項に記載の範囲に
なるよう、注液時の電解液量と電解液比重を調整する。
【0018】この他、図1に示す圧延シート31を製造
する際、連続鋳造板11の上にのせる、連続鋳造板11
よりもカルシウム濃度の高い鉛−カルシウム合金箔12
に代えて、アルカリ土類金属を含む箔やアンチモンある
いはスズの少なくとも一方を含む箔とすることによっ
て、請求項に記載のエキスパンド格子を製造することが
可能である。これらのエキスパンド格子を用いた電池
は、前述と同様の方法で製造することができる。
【0019】
【実施例】本発明の実施例を以下に示す。
【0020】(実施例1)厚さ10mmのPb−0.0
7wt%Ca−1.3wt%Sn合金の連続鋳造板の一
方の表面に、連続供給される厚み0.3mmのPb−3
wt%Ca−1wt%Sn合金箔を重ね合わせ、8段の
圧延ローラーを有する圧延機に導く。この圧延ローラー
で段階的に圧延することによって、2種類の鉛合金を一
体化し、厚さ1.0mmの圧延シートを作製した。この
とき圧延によって、Pb−3wt%Ca−1wt%Sn
合金箔の厚みは理論上30μmとなる。
【0021】このようにして製作した圧延シートを、ロ
ータリー式エキスパンド機を用いて網目状に展開して格
子とした。これらの格子に、鉛粉と鉛丹と希硫酸とを練
合したペーストを充填し、正極板を作製した。
【0022】一方、Pb−0.07wt%Ca−1.3
wt%Sn合金圧延シートをレシプロ式エキスパンド機
を用いて網目状に展開した格子に、鉛粉、リグニンスル
ホン酸、硫酸バリウム、カーボン、および希硫酸を練合
したペーストを充填して負極板を作製した。
【0023】これらの正極板5枚と、負極板6枚を、ガ
ラス繊維製セパレータを介して交互に積層して極板群を
作製し、この極板群を電槽に挿入した後、所定量の希硫
酸を注液してから、正極活物質の理論容量の300%
を、3Aで充電し、2V30Ahの密閉型鉛蓄電池を作
製した。この密閉型鉛蓄電池の正極活物質中の硫酸鉛は
10wt%以下、負極活物質中の硫酸鉛は5wt%以下
であった。
【0024】このようにして作製した電池を、以下の条
件で充放電サイクル寿命試験に供した。
【0025】放電、10A(1/3CA)2.4時間。
【0026】充電、10Aで放電量の90%、その後
1.5Aで放電量の20%。
【0027】容量確認、50サイクル毎、10A放電、
終止電圧1.75V。
【0028】試験温度、40℃水槽中。
【0029】ここで、検討すべき項目は電解液比重と
し、比較のため、正極格子表面にカルシウム量の多い層
を有しない正極板を用いて密閉型鉛蓄電池を作製し、同
様の充放電サイクル寿命試験に供した。
【0030】試験結果を表1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】これらの試験結果から、本発明品は、従来
標準品の3倍近い充放電サイクル寿命性能を有すること
がわかる。
【0033】(実施例2)実施例1とほぼ同様に、密閉
型鉛蓄電池を作製した。このとき、正極格子の表面に
は、カルシウムに変えて、カルシウム以外の周期律表I
IA族の元素を使用し、カルシウム以外の周期律表II
A族の元素の量は3w%とした。
【0034】このように作製した電池を、実施例1と同
じ充放電サイクル寿命試験に供した。いずれのIIA族
元素を用いても、表1とほぼ同様の結果を得、従来品の
3倍近い充放電サイクル寿命性能を有した。
【0035】(実施例3)厚さ10mmのPb−0.0
7wt%Ca−1.3wt%Sn合金の連続鋳造板の一
方の表面に、厚み0.3mmのPb−5.0wt%Sb
−1wt%Sn合金箔を重ね合わせ、圧延ローラーで圧
延することによって、二種類の鉛合金を一体化して、厚
さ1.0mmの圧延シートを作製した。このとき圧延に
よって、Pb−5.0wt%Sb−1wt%Sn合金箔
の厚みは理論上30μmとなる。
【0036】このようにして製作した圧延シートを、ロ
ータリー式エキスパンド機を用いて網目状に展開して格
子とした。これらの格子に、鉛粉と鉛丹と希硫酸とを練
合したペーストを充填して正極板を作製した。
【0037】一方、Pb−0.07wt%Ca−1.3
wt%Sn合金圧延シートをレシプロ式エキスパンド機
を用いて網目状に展開した格子に、鉛粉、リグニンスル
ホン酸、硫酸バリウム、カーボン、および希硫酸を練合
したペーストを充填して負極板を作製した。
【0038】これらの正極板5枚と、負極板6枚を、ガ
ラス繊維製セパレータを介して交互に積層して極板群を
作製し、この極板群を電槽に挿入した後、所定量の希硫
酸を注液してから、正極活物質の理論容量の300%
を、3Aで充電し、2V30Ahの密閉型鉛蓄電池を作
製した。この密閉型鉛蓄電池の正極活物質中の硫酸鉛は
10wt%以下、負極活物質中の硫酸鉛は5wt%以下
であった。
【0039】このようにして作製した電池を、以下の条
件で充放電サイクル寿命試験に供した。
【0040】放電、10A(1/3CA)2.4時間。
【0041】充電、10Aで放電量の90%、その後
1.5Aで放電量の20%。
【0042】容量確認、50サイクル毎、10A放電、
終止電圧1.75V。
【0043】試験温度、40℃水槽中。
【0044】ここで、検討すべき項目は電解液比重と
し、比較のため、正極格子表面にアンチモン、スズの少
なくとも一方を含む層を有しない正極板を用いて密閉型
鉛蓄電池を作製し、同様の充放電サイクル寿命試験に供
した。
【0045】試験結果を表2に示す。
【0046】
【表2】
【0047】これらの試験結果から、本発明品は、従来
標準品の3倍近い充放電サイクル寿命性能を有すること
がわかる。
【0048】
【発明の効果】本発明によって、従来の3倍近い充放電
サイクル寿命性能を有する密閉型鉛蓄電池を提供するこ
とができる。
【0049】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による密閉型鉛蓄電池に用いる正極格子
の製造工程を模式的に示した図。
【符号の説明】
11 連続鋳造板 12 連続鋳造板とは組成の異なる鉛合金箔 21 圧延ローラー 22 エキスパンド機 31 圧延シート 32 エキスパンド加工された圧延シート

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】鉛−カルシウム系合金製のエキスパンド正
    極格子を備えた密閉型鉛蓄電池において、 前記格子の少なくとも一部に、前記格子とは異なる組成
    の合金層を備えるとともに、完全充電状態における電解
    液比重(20℃換算)が1.35以下となるよう構成し
    たことを特徴とする密閉型鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】前記合金層に含まれるカルシウム濃度が、
    エキスパンド正極格子に含まれるカルシウム濃度より高
    いとともに、完全充電状態における電解液比重(20℃
    換算)が1.31〜1.35となるよう構成したことを
    特徴とする、請求項1に記載の密閉型鉛蓄電池。
  3. 【請求項3】前記合金層がアルカリ土類金属を含むこと
    を特徴とする、請求項2に記載の密閉型鉛蓄電池。
  4. 【請求項4】前記合金層がSbおよびSnの少なくとも
    一種を含むとともに、完全充電状態における電解液比重
    (20℃換算)が1.30〜1.35となるよう構成し
    たことを特徴とする、請求項1に記載の密閉型鉛蓄電
    池。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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