JP2003308836A - 負極用ペースト状活物質の製造方法およびそれを用いた鉛蓄電池 - Google Patents

負極用ペースト状活物質の製造方法およびそれを用いた鉛蓄電池

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JP2003308836A
JP2003308836A JP2002111493A JP2002111493A JP2003308836A JP 2003308836 A JP2003308836 A JP 2003308836A JP 2002111493 A JP2002111493 A JP 2002111493A JP 2002111493 A JP2002111493 A JP 2002111493A JP 2003308836 A JP2003308836 A JP 2003308836A
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Takayuki Kimura
隆之 木村
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Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 充電入力特性に優れた鉛蓄電池を提供する。 【解決手段】 リグニンを溶解させた水溶液に炭素粉末
を添加し、攪拌器として遊星ボールミルを用いて攪拌し
て炭素スラリを作製する。作製した炭素スラリを、鉛
粉、カットファイバ、硫酸バリウムの混合物に加えた
後、水と希硫酸を加えて混練して負極用ペースト状活物
質の製造する。そして、製造した負極用ペースト活物質
を用いて鉛蓄電池を製造する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】鉛蓄電池は安価で信頼性が高
いという特徴を有するため、無停電電源装置や自動車用
バッテリーなどに広く使用されている。最近、大気汚染
や二酸化炭素による地球環境破壊を抑止するために、液
式の鉛蓄電池や制御弁式鉛蓄電池をハイブリッド型電気
自動車に応用する試みがされている。
【0002】なお、ハイブリッド型電気自動車は、エン
ジンとモータとを組みあわせて動力源としている。すな
わち、ハイブリッド型電気自動車は、減速時や降坂時な
どにおける余分な運動エネルギーによってモータを回転
させて発電して電気エネルギーとし、該電気エネルギー
を鉛蓄電池に蓄える回生充電方式が用いられる。そし
て、エンジンに負荷のかかる発進時や加速時において
は、鉛蓄電池によってモータを駆動して、エンジンをア
シストすることによって、エンジンの負荷を軽減し、燃
費の改善をするとともに排気ガスの低減をはかる方式で
ある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、鉛蓄電
池をハイブリッド型電気自動車に用いる場合には、負極
板の充電特性の向上が重要な課題となってくる。すなわ
ち、前記回生充電時に鉛蓄電池に流れる充電電流値はき
わめて大きい。したがって、大きな電流値でも確実に充
電できるような負極板の開発が重要な課題となってい
る。
【0004】なお、一般的に鉛蓄電池は、正極活物質に
比べて負極活物質の利用率が低いことや、正極活物質の
理論容量に対して余分の負極活物質量を充填しないと、
十分な充放電性能が得られないという問題点がある。そ
して、この傾向は大きな電流による充電時に著しいこと
も知られている。
【0005】そこで、従来は負極の活物質層に炭素粉末
やグラファイトなどの電気化学的に安定であり、導電性
を有する炭素粉末を添加する手法を用いることによっ
て、負極活物質の充電特性を向上させる検討がされてき
た。しかしながら、1CA以上の大電流での充電特性を
向上させるには、従来から用いられていた炭素粉末の添
加手法では不十分であることが明らかになった。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、負極用ペース
ト状活物質を混練する際に添加する炭素粉末の添加方法
を改良することによって、鉛蓄電池の負極板の充電特性
を向上させるものである。
【0007】すなわち、請求項1記載の発明は、リグニ
ンを溶解させた水溶液に炭素粉末を添加し、攪拌器を用
いて攪拌して炭素スラリを作製し、該炭素スラリを、鉛
粉、カットファイバ、硫酸バリウムを含む混合物に加え
た後、水と希硫酸を加えて混練して負極用ペースト状活
物質を製造することを特徴としている。
【0008】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明に用いる攪拌器として、遊星ボールミルを使用するこ
とを特徴としている。
【0009】請求項3記載の発明は、請求項1又は2記
載の負極用ペースト活物質を用いて鉛蓄電池を製造する
ことを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、本発明に係わる実施の形
態について詳細に説明する。
【0011】1.正極板及び負極板の作製 正極板及び負極板に使用する格子体として、従来から使
用されている鉛−カルシウム−錫合金を用い、それぞれ
正極用が70mm×45mm×3.5mm、負極
用が70mm×45mm×2.5mmの寸法とし
た。そして、正極板及び負極板のペースト状活物質の充
填方法としては、従来から使用している方法をそのまま
用いた。
【0012】正極板は、一酸化鉛(PbO)を主成分と
する鉛粉100質量部に対して、比重が1.26の希硫
酸を12質量部と、水を15質量部とを加えて練合し、
正極用のペースト状活物質を作製した。この正極用ペー
スト状活物質を、格子体に充填して、温度45°C、湿
度98RH%の雰囲気下で24時間熟成させ、60°C
の雰囲気温度で16時間乾燥させて未化板とした。この
未化板を、比重が1.050の希硫酸中で24時間、課
電量が150%で化成して正極板とした。
【0013】負極板は、以下のように作製した。すなわ
ち、一酸化鉛(PbO)を主成分とする鉛粉100質量
部に、後述するようにカットファイバ、硫酸バリウム、
炭素粉末、水及び希硫酸を添加し、混練して負極用のペ
ースト状活物質を作製する。この負極用ペースト状活物
質を、上述した集電体格子に充填して集電体格子に充填
して、温度が45°C、湿度が98RH%の雰囲気下で
24時間熟成させ、60°Cの雰囲気温度で16時間乾
燥させて未化板とした。この未化板を、比重が1.05
0の希硫酸中で24時間、課電量が150%で化成して
負極板とした。
【0014】2.制御弁式鉛蓄電池の製造・試験 制御弁式鉛蓄電池は、従来の手法で作製した。すなわ
ち、上記した負極板が4枚と正極板が3枚とを、従来か
ら使用しているリテーナを介して積層・溶接して極板群
を組み立て、該極板群をABS製の電槽に組込んで蓋を
つけ、電槽内に比重が1.31(20°C)の希硫酸電
解液を56ml注液した後、密閉して公称容量が7Ah
−2Vの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
【0015】その後、満充電状態の制御弁式鉛蓄電池を
5時間率放電電流で2.1Ahを放電し、放電深度(S
OC)を70%に調整する。そして、前記制御弁式鉛蓄
電池の負極板に対して、0.077A/cmの電流密
度で充電したときの5秒目電圧と、2.4Vまでの到達
時間とを測定した。なお、一般的には、充電時の制御弁
式鉛蓄電池の電圧は、低い方が負極板の転極が遅くで
き、ガス発生しにくくできるために充電性能に優れてい
るといえる。
【0016】
【実施例】本発明の一実施例について説明する。なお、
以下において示されるように、本発明は、負極用のペー
スト状活物質の製造方法に特徴を有するものである。
【0017】(実施例1)本発明に係わる第1の実施例
を図1を用いて詳細に説明する。すなわち、それぞれ粉
末状をした一酸化鉛(PbO)を主成分とする鉛粉10
0質量部に、カットファイバを0.15質量部、硫酸バ
リウムを1質量部を混合して混合物を作成する。
【0018】次に、水100質量部に対して、リグニン
を5質量部加えて攪拌して水溶液とし、該水溶液に炭素
粉末として本実施例ではアセチレンブラック(電気化学
工業製)を5質量部を添加し、従来から使用している攪
拌機(JANKE&KUNKEL製:RW20DZM
型)によって攪拌して炭素スラリとする。
【0019】そして、前記鉛粉を含む混合物に前記炭素
スラリを4.4質量部となるように添加して混練し、前
記鉛粉100質量部に対して水が4質量部と、比重が
1.26の希硫酸が10質量部とを加えて、混練して負
極用のペースト状活物質を作製した。その他の制御弁式
鉛蓄電池の製造方法や試験方法は上記したものである。
【0020】(実施例2)本発明に係わる第2の実施例
を図1を用いて詳細に説明する。すなわち、それぞれ粉
末状をした一酸化鉛(PbO)を主成分とする鉛粉10
0質量部に、カットファイバを0.15質量部、硫酸バ
リウムを1質量部を混合して混合物を作成する。
【0021】次に、水100質量部に対して、リグニン
を5質量部加えて攪拌して水溶液とし、該水溶液に、炭
素粉末として本実施例ではアセチレンブラック(電気化
学工業製)を5質量部を添加し、遊星ボールミル(FR
ITSCH製:P-5型)で200rpm、24時間微
細分散させて炭素スラリとする。
【0022】そして、前記鉛粉を含む混合物に前記炭素
スラリを4.4質量部となるように添加して混練し、前
記鉛粉100質量部に対して水が4質量部と、比重が
1.26の希硫酸が10質量部とを加えて、混練して負
極用のペースト状活物質を作製した。その他の制御弁式
鉛蓄電池の製造方法や試験方法は上記したものである。
【0023】(比較例)図2に示すように、従来の手法
で負極用のペースト状活物質を作製した。すなわち、そ
れぞれ粉末状をした一酸化鉛(PbO)を主成分とする
鉛粉100質量部に、カットファイバが0.15質量
部、硫酸バリウムを1質量部、リグニンを0.2質量
部、炭素粉末としてアセチレンブラック(電気化学工業
製)を0.2質量部を添加して混合して混合物を作成す
る。
【0024】そして、前記鉛粉を含む混合物の前記鉛粉
100質量部に対して適量の水と、比重が1.26の希
硫酸が10質量部とを加えて混練して負極用のペースト
状活物質を作製した。その他の制御弁式鉛蓄電池の製造
方法や試験方法は上記したものである。
【0025】上記した試験方法による5秒目電圧と、
2.4Vまでの到達時間を測定した試験結果を表1に示
す。5秒目の電圧を比較すると、比較例が2.760V
であるのに対し、実施例1は2.656V、実施例2は
2.547Vとそれぞれ低い値を示し、充電性能が向上
していることがわかる。
【0026】また、2.4Vまでの到達時間を比較する
と、比較例に比べて本発明に係わる実施例1では75
%、実施例2では125%それぞれ長くなっており、充
電性能が向上していることがわかる。なお、制御弁式鉛
蓄電池の充電時の電圧が約2.42Vに達すると、一般
にはガスが発生して、活物質の充電反応が起こりにくく
なることが知られているために好ましくない。
【0027】本発明のように導電性物質である炭素粉末
を、リグニンを分散剤とする水溶液中で攪拌して炭素ス
ラリを作製し、該炭素スラリを鉛粉、カットファイバ及
び硫酸バリウムの混合物に添加することによって、炭素
粉末がペースト状活物質中により均一に分散させること
ができ、負極板の導電性が向上し、その結果、充電性能
が向上したものと考えられる。
【0028】加えて、実施例2の結果から、炭素スラリ
の攪拌器として遊星ボールミルを用いることによって、
ペースト状活物質中の炭素粉末の分散性がさらに向上し
ているものと考えられる。
【0029】なお、本実施例では制御弁式鉛蓄電池での
比較を行なったが、液式の鉛蓄電池でも、ほぼ同様の結
果が得られた。
【0030】
【表1】
【0031】
【発明の効果】上述したように、本発明に係わる負極用
ペースト状活物質を用いると、鉛蓄電池の充電特性を大
幅に向上させることができるために、工業上きわめて優
れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる負極用ペースト状活物質の製造
方法の概略図である。
【図2】従来の負極用ペースト状活物質の製造方法の概
略図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リグニンを溶解させた水溶液に炭素粉末
    を添加し、攪拌器を用いて攪拌して炭素スラリを作製
    し、該炭素スラリを、鉛粉、カットファイバ、硫酸バリ
    ウムを含む混合物に加えた後、水と希硫酸を加えて混練
    することを特徴とする負極用ペースト状活物質の製造方
    法。
  2. 【請求項2】 前記攪拌器として、遊星ボールミルを使
    用することを特徴とする請求項1記載の負極用ペースト
    活物質の製造方法。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の負極用ペースト活
    物質を用いた鉛蓄電池。
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