JP2008159510A - Lead alloy grid and lead storage battery using the same - Google Patents

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Yuichi Tsuboi
裕一 坪井
Ken Sawai
研 沢井
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead storage battery that uses a lead alloy grid, made of lead or a lead alloy which can maintain a maintenance-free property, and to improve the cycle characteristics. <P>SOLUTION: In the lead alloy grid with a surface layer provided on a base layer made of lead or a lead alloy, the surface layer is a lead alloy layer containing at least germanium by 0.0001 to 1.0 mass%. The surface layer is preferably be a lead alloy layer furthermore, containing antimony and tin. The lead storage battery is provided with the lead alloy grid as a cathode grid. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、鉛又は鉛合金からなる基材層に表面層を設けた鉛合金格子及びそれを用いた鉛蓄電池に関するものである。   The present invention relates to a lead alloy grid in which a surface layer is provided on a base material layer made of lead or a lead alloy, and a lead storage battery using the lead alloy grid.

鉛蓄電池に用いられている格子合金は、鉛−アンチモン系合金と実質的にアンチモンを含まない鉛合金に大別でき、アンチモンを含まない鉛合金としては、鉛−カルシウム系合金があるが、特に、近年はメンテナンスフリー特性が重要視されてきており、アンチモンを含まない鉛−カルシウム系合金がメンテナンスフリー化に適した特性を有していることからよく使用されるようになってきた。さらに、セパレータに液を含浸・保持させ流動液のない無漏液タイプの密閉式鉛蓄電池が大形据置用や小型コンシューマー用を中心に増加しているが、これらの格子にも通常、鉛−カルシウム系合金が使用されている。   Lattice alloys used in lead-acid batteries can be broadly classified into lead-antimony alloys and lead alloys that do not substantially contain antimony. Lead alloys that do not contain antimony include lead-calcium alloys. In recent years, maintenance-free characteristics have been regarded as important, and lead-calcium alloys containing no antimony have been frequently used because they have characteristics suitable for maintenance-free. In addition, non-leakable liquid-type sealed lead-acid batteries with a liquid impregnated and retained in separators are increasing, mainly for large-sized installations and small consumers. Calcium-based alloys are used.

しかしながら、アンチモンを含まない鉛―カルシウム系合金を正極格子に使用した場合、放電の深度が深く、頻度の多い充・放電サイクルを繰り返すと寿命が短くなることがあった。これは、正極格子と正極活物質との間に放電生成物であり、かつ絶縁体でもある硫酸鉛の層が優先的に形成され、そのため、未反応の活物質が残っているにもかかわらず、放電反応が停止してしまうためと考えられている。   However, when a lead-calcium alloy containing no antimony is used for the positive electrode grid, the depth of discharge is deep, and the repetition of frequent charge / discharge cycles may shorten the life. This is because a lead sulfate layer, which is a discharge product and also an insulator, is preferentially formed between the positive electrode grid and the positive electrode active material, so that there remains an unreacted active material. It is considered that the discharge reaction stops.

一方、正極に鉛−アンチモン系合金を使用すると、上記のような硫酸鉛の層が形成されにくくなり、その結果、安定した寿命が得られる。しかし、この合金格子をメンテナンスフリーあるいは無漏液タイプの蓄電池に適用すると使用中に正極格子の腐食に伴って、アンチモンが溶出し、その後、負極に析出し、一部はスチビンとなって放出されるものの、残りは負極板に残存し、水素過電圧を低下させ、減液量や自己放電の増加の原因となりメンテナンスフリーあるいは無漏液タイプの機能を失ってしまう欠点がある。   On the other hand, when a lead-antimony alloy is used for the positive electrode, it becomes difficult to form the lead sulfate layer as described above, and as a result, a stable life can be obtained. However, when this alloy lattice is applied to a maintenance-free or leak-free type storage battery, antimony elutes along with the corrosion of the positive electrode lattice during use, and then deposits on the negative electrode, and a part is released as stibine. However, the remainder remains on the negative electrode plate, resulting in a decrease in hydrogen overvoltage, leading to an increase in the amount of liquid reduction and self-discharge, resulting in a loss of maintenance-free or no-leakage type functions.

そこで、メンテナンスフリー機能を有しながら、充・放電サイクル性能の安定した鉛蓄電池を得るために、アンチモンを含まない鉛―カルシウム系合金からなる基材層の表面にアンチモンを含む鉛合金層を形成することが提案されている(特許文献1及び2参照)が、サイクル寿命の向上は十分ではなかった。
特開昭63−148556号公報 特開2003−163007号公報
Therefore, in order to obtain a lead-acid battery with stable charge / discharge cycle performance while having a maintenance-free function, a lead alloy layer containing antimony is formed on the surface of the base layer made of a lead-calcium alloy containing no antimony. Although it has been proposed (see Patent Documents 1 and 2), the cycle life has not been sufficiently improved.
JP-A 63-148556 JP 2003-163007 A

また、鉛―カルシウム系合金を正極格子に用いた鉛蓄電池の寿命性能を向上させるために、正極活物質にゲルマニウム、ゲルマニウム化合物を添加することも公知である(特許文献3及び4参照)。
特許文献3には、「寿命性能については、酸化ゲルマニウムを0.01%以上2%以下添加した場合、従来の酸化ゲルマニウムを添加していない電池よりもかなり向上していた。この理由はよくはわからないが、ゲルマニウムが正極活物質の劣化の一つである軟化(活物質の結合の破壊)を抑える役目をしているものと思われる。なお、本実施例ではゲルマニウム化合物として酸化ゲルマニウムを用いたが、金属ゲルマニウムを用いても効果には大差はなかった。」(段落[0010]〜[0011])と記載され、特許文献4には、「寿命性能が大幅に向上した理由は明らかではないが、格子中及び活物質中の両者に錫を含有させることによる不働態層生成の抑制、ゲルマニウムによる不働態層生成の抑制、活物質中のゲルマニウムによる活物質同士の結合力増大による軟化、脱落の抑制など、それぞれの作用効果が、本発明の構成によって複合的な相乗効果をもたらし、比表面積の増大、利用率の向上へとつながったものと考えられる。」(段落[0021])と記載されているが、活物質中のゲルマニウムの作用を問題にしているだけであり、寿命性能を向上させるために、正極格子にゲルマニウムを添加することを示唆するものではない。
特開平10−106575号公報 特開平10−144318号公報
It is also known to add germanium or a germanium compound to the positive electrode active material in order to improve the life performance of a lead storage battery using a lead-calcium alloy for the positive electrode grid (see Patent Documents 3 and 4).
Patent Document 3 states that “in terms of lifetime performance, when germanium oxide is added in an amount of 0.01% or more and 2% or less, it is considerably improved as compared with a conventional battery not added with germanium oxide. I don't know, but it seems that germanium plays a role in suppressing softening (breaking of the bond of the active material), which is one of the deterioration of the positive electrode active material.In this example, germanium oxide was used as the germanium compound. However, there was no significant difference in the effect even when metal germanium was used. ”(Paragraphs [0010] to [0011]), Patent Document 4 states that“ the reason why the life performance is greatly improved is not clear. However, the inclusion of tin in both the lattice and the active material suppresses the formation of the passive layer, suppresses the formation of the passive layer by germanium, and causes the germanium in the active material to It is thought that each action effect, such as softening due to increased binding force between substances and suppression of dropout, brought about a combined synergistic effect by the configuration of the present invention, leading to an increase in specific surface area and an improvement in utilization rate. (Paragraph [0021]), but only concerns the action of germanium in the active material, and suggests adding germanium to the positive electrode lattice to improve lifetime performance. It is not a thing.
JP-A-10-106575 JP-A-10-144318

さらに、特許文献5には、「アンチモンを含まない鉛合金であって、スズを0.05から3.0重量%、ゲルマニウムを0.001から0.2重量%含有させた鉛−カルシウム系合金を正極格子に用いたことを特徴とする鉛蓄電池。」(特許請求の範囲)の発明が記載されている。しかしながら、特許文献5には、「鉛合金組成を調整することにより、早期容量低下を防ぐことを特徴とし、その方法としてアンチモンを含まない鉛合金においてスズ含有量が0.05から3.0
重量%、ゲルマニウム含有量が0.001から 0.2重量%である鉛合金を正極格子に用いるものである。」(第3欄第5行〜第10行)と記載され、第1表、第2表によれば、スズを含有させないでゲルマニウムのみを含有させた鉛合金格子を用いた鉛蓄電池では、サイクル寿命は向上しないことが示されている(電池No.6)から、特許文献5に記載された発明は、鉛蓄電池の寿命性能を向上させるために、「鉛合金組成を調整すること」以外の方法の採用を示唆するものではなく、また、正極格子にゲルマニウムを含有させることによる寿命性能向上の効果を示唆するものでもない。
特公平6−27295号公報
Furthermore, Patent Document 5 states that “a lead alloy containing no antimony and containing 0.05 to 3.0 wt% tin and 0.001 to 0.2 wt% germanium. Is used for the positive electrode grid. "(Claims) is described. However, Patent Document 5 states that “a lead content is prevented by adjusting the lead alloy composition, and that the tin content in the lead alloy containing no antimony is 0.05 to 3.0.
A lead alloy having a weight% and germanium content of 0.001 to 0.2% by weight is used for the positive electrode grid. According to Tables 1 and 2, in the lead-acid battery using the lead alloy lattice containing only germanium without containing tin, the cycle is described. Since it is shown that the life is not improved (battery No. 6), the invention described in Patent Document 5 is other than “adjusting the lead alloy composition” in order to improve the life performance of the lead storage battery. It does not suggest the adoption of the method, nor does it suggest the effect of improving the life performance by including germanium in the positive electrode lattice.
Japanese Patent Publication No. 6-27295

さらに、特許文献6には、実質的にアンチモンを含まない鉛又は鉛合金からなる基材に、基材の組成とは異なる組成の鉛合金の表面層を設けた正極格子が記載され、表面層の鉛合金に、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、ゲルマニウム、インジウム、タリウム、ガリウム、スズ、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、クロム、モリブデン、ニッケル及びコバルトよりなる群から選ばれた一種以上の金属を3〜95質量%含有させることも示されているが、電圧を向上させるために、表面層の鉛合金に上記の金属を含有させることが記載されているだけで、サイクル寿命を向上させることについては記載がなく、また、上記の金属を3質量%より少ない量で含有させることについても記載がない。したがって、特許文献6に記載された発明は、サイクル寿命を向上させるために、実質的にアンチモンを含まない鉛又は鉛合金からなる基材に、少量のゲルマニウムを含む鉛合金の表面層を設けることを示唆するものではない。
米国特許第4,107,407号明細書
Further, Patent Document 6 describes a positive electrode lattice in which a surface layer of a lead alloy having a composition different from the composition of the base material is provided on a base material made of lead or a lead alloy substantially free of antimony, and the surface layer One kind selected from the group consisting of copper, silver, gold, zinc, cadmium, germanium, indium, thallium, gallium, tin, arsenic, antimony, bismuth, selenium, tellurium, chromium, molybdenum, nickel and cobalt Although it is also shown that the above metal is contained in an amount of 3 to 95% by mass, in order to improve the voltage, it is only described that the above-mentioned metal is contained in the lead alloy of the surface layer, and the cycle life is reduced. There is no description about improving, and there is no description about containing the above metals in an amount of less than 3% by mass. Therefore, in the invention described in Patent Document 6, in order to improve cycle life, a surface layer of a lead alloy containing a small amount of germanium is provided on a base material made of lead or a lead alloy substantially free of antimony. It does not suggest.
US Pat. No. 4,107,407

本発明は、鉛又は鉛合金を基材とする鉛合金格子を用いた鉛蓄電池について、メンテナンスフリー特性を維持しつつ、サイクル寿命を向上させることを課題とする。   This invention makes it a subject to improve cycle life, maintaining a maintenance-free characteristic about the lead storage battery using the lead alloy grid | lattice which makes lead or lead alloy a base material.

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用する。
(1)鉛又は鉛合金からなる基材層に表面層を設けた鉛合金格子において、前記表面層が、少なくともゲルマニウムを0.0001〜1.0質量%含む鉛合金層であることを特徴とする鉛合金格子。
(2)前記表面層が、さらにアンチモンを含む鉛合金層であることを特徴とする前記(1)の鉛合金格子。前記表面層が、アンチモンを1.0〜10質量%含む鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金層であることが好ましい。
(3)前記表面層が、さらにスズを含む鉛合金層であることを特徴とする前記(2)の鉛合金格子。前記表面層が、スズを1.0〜10質量%含む鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金層であることが好ましい。
(4)前記基材層が、実質的にアンチモンを含まない鉛−カルシウム系合金からなることを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれか一項の鉛合金格子。
(5)前記(1)〜(4)のいずれか一項の鉛合金格子を正極格子に用いたことを特徴とする鉛蓄電池。
The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
(1) In a lead alloy lattice in which a surface layer is provided on a base layer made of lead or a lead alloy, the surface layer is a lead alloy layer containing at least 0.0001 to 1.0% by mass of germanium. Lead alloy grid.
(2) The lead alloy lattice according to (1), wherein the surface layer is a lead alloy layer further containing antimony. It is preferable that the surface layer is a lead-antimony-germanium alloy layer containing 1.0 to 10% by mass of antimony.
(3) The lead alloy lattice according to (2), wherein the surface layer is a lead alloy layer further containing tin. It is preferable that the surface layer is a lead-antimony-tin-germanium alloy layer containing 1.0 to 10% by mass of tin.
(4) The lead alloy lattice according to any one of (1) to (3), wherein the base material layer is made of a lead-calcium alloy substantially free of antimony.
(5) A lead storage battery using the lead alloy grid according to any one of (1) to (4) as a positive grid.

本発明の鉛合金格子を正極格子又は負極格子として用いることにより、放電の深度が深く、頻度の多い場合でも、メンテナンスフリー特性が維持され、サイクル寿命が優れた鉛蓄電池が得られるという効果を奏する。   By using the lead alloy lattice of the present invention as a positive electrode lattice or a negative electrode lattice, even when the depth of discharge is deep and frequent, the maintenance-free characteristics are maintained, and a lead storage battery having an excellent cycle life can be obtained. .

以下、本発明の実施形態について説明する。
本発明者らは、実質的にアンチモンを含まない鉛又は鉛合金を基材層とし、これに表面層を設けた鉛合金格子において、この表面層をゲルマニウムを含む鉛合金層にすると、ゲルマニウム以外の他の成分を含まなくても、この鉛合金格子を用いた鉛蓄電池のサイクル寿命が顕著に向上することを見出した。「アンチモンを含まない鉛合金」を正極格子に用いた鉛蓄電池では、特許文献5に示されているように、鉛合金にゲルマニウムのみを含む場合にはサイクル寿命が向上しないから、本発明の鉛合金格子は、上記従来の正極格子(鉛合金格子)のサイクル寿命向上とは作用効果が異なり、予測し得ない作用効果を有するものである。
なお、寿命性能が向上した理由としては、基材層にゲルマニウムを含む鉛合金の表面層を設けたことで、伸びに対する格子の耐久性が向上し、格子の伸びによる集電機能の低下が抑制できたことが考えられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.
In the lead alloy lattice in which lead or a lead alloy substantially free of antimony is used as a base layer and a surface layer is provided on the base layer, the inventors of the present invention use a lead alloy layer containing germanium. It has been found that the cycle life of a lead storage battery using this lead alloy lattice is remarkably improved even if it does not contain other components. In the lead storage battery using the “lead alloy not containing antimony” for the positive electrode lattice, as shown in Patent Document 5, when the lead alloy contains only germanium, the cycle life is not improved. The alloy lattice is different from the conventional positive electrode lattice (lead alloy lattice) in improving the cycle life, and has an unpredictable operation effect.
The reason for the improvement in the life performance is that the surface layer of a lead alloy containing germanium is provided on the base material layer, thereby improving the durability of the lattice against elongation and suppressing the decrease in the current collecting function due to the elongation of the lattice. I think it was possible.

本発明の鉛合金格子における表面層のゲルマニウムの含有量は、0.0001〜1.0質量%が好ましい。ゲルマニウムの含有量が0.0001質量%より少ないと、寿命性能向上の効果は十分ではなく、1.0質量%より多くても効果は飽和するので、上記の範囲が好ましい。   The content of germanium in the surface layer in the lead alloy lattice of the present invention is preferably 0.0001 to 1.0% by mass. If the germanium content is less than 0.0001% by mass, the effect of improving the life performance is not sufficient, and if it is more than 1.0% by mass, the effect is saturated, so the above range is preferable.

上記の表面層には、ゲルマニウムと共にアンチモンを含ませることにより、さらに寿命性能を向上させることができる。表面層のアンチモンの含有量は、特に、限定はされないが、この鉛合金格子を正極格子に用いる場合、硫酸鉛の層の形成を抑制し、安定した寿命を得るために、1.0〜10質量%とすることが好ましい。アンチモンの含有量が1.0質量%より少ないと、硫酸鉛の層の形成が抑制されない場合があり、10質量%より多いと、正極格子の腐食に伴って溶出したアンチモンが負極に析出し、悪影響を及ぼす虞があるので、上記の範囲が好ましい。   The life performance can be further improved by including antimony in the surface layer together with germanium. The content of antimony in the surface layer is not particularly limited, but when this lead alloy lattice is used for the positive electrode lattice, in order to suppress the formation of the lead sulfate layer and obtain a stable lifetime, 1.0 to 10 It is preferable to set it as the mass%. When the content of antimony is less than 1.0% by mass, formation of the lead sulfate layer may not be suppressed. When the content is more than 10% by mass, antimony eluted with corrosion of the positive electrode lattice is deposited on the negative electrode, The above range is preferred because of the possibility of adverse effects.

上記の表面層には、ゲルマニウム、アンチモンと共に、スズを含ませることにより、サイクル使用で深放電あるいは放電放置された場合でも、充電受け入れ特性を改善し、充電により十分な容量の回復を図ることができる。表面層のスズの含有量は、特に、限定はされないが、1.0〜10質量%とすることが好ましい。   By including tin together with germanium and antimony in the above surface layer, it is possible to improve charge acceptance characteristics even when deep discharge or discharge is left in cycle use, and to restore sufficient capacity by charging. it can. The content of tin in the surface layer is not particularly limited, but is preferably 1.0 to 10% by mass.

本発明の鉛合金格子における基材層は、鉛又は鉛合金であれば良く、特に、限定はされないが、実質的にアンチモンを含まない鉛又は鉛合金が好ましく、鉛−カルシウム系合金を採用することができる。鉛−カルシウム系合金には、スズ、アルミニウム、ビスマス、銀等を含んでいてもよい。   The base material layer in the lead alloy lattice of the present invention may be lead or a lead alloy, and is not particularly limited, but is preferably lead or a lead alloy substantially free of antimony, and employs a lead-calcium alloy. be able to. The lead-calcium alloy may contain tin, aluminum, bismuth, silver or the like.

本発明の鉛合金格子は、以下の方法で作製する。
まず、基材層となる任意の厚さのスラブ(鉛帯)を、実質的にアンチモンを含まない鉛又は鉛合金を鋳造することにより作製する。
次に、表面層となる箔を鉛−ゲルマニウム合金、鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金、又は鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金からなる平板を鋳造した後、圧延することにより作製する。
上記のようにして作製した基材層の両面もしくは片面に、表面層となる上述の鉛−ゲルマニウム合金、鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金、又は鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金からなる箔を積層し、多段圧延機を用いて圧延することによって一体化させて圧延シートとし、さらに、この圧延シートをエキスパンド機又は打抜き機にて格子状に加工することにより鉛合金格子を作製する。
なお、表面層(箔)を圧着、溶射、溶融鉛合金への浸漬、電気メッキといった方法で設ける場合には、鋳造格子に適用して、本発明の鉛合金格子とすることもできる。
また、表面層(箔)は、必ずしも基材層の両面又は片面の全面に設ける必要はない。すなわち、図1(a)にエキスパンド機によって加工した格子の模式図を示すが、該図1(a)の耳部1と枠骨部2になる部分には表面層(箔)は設けないようにしてもよい。また、図1(a)の網状部3になる部分については、図1(b)(図1(a)のA部の拡大図)、及び図1(c)、図1(d)(図1(b)の破線部の断面図)に示したように、その結節部32間を繋ぐ骨部31は、基材層の片面に表面層を設けた場合は図1(c)のようになり、基材層の両面に表面層を設けた場合は図1(d)のようになって、表面層は骨部31の一面又は二面のみにしか現れないので、格子状に加工した後で、さらに表面層(箔)となる鉛合金の溶射、電気メッキあるいは鉛合金槽への浸漬等によって、骨部31の全表面に表面層が形成されるようにしてもよい。

上記のようにして作製した鉛合金格子を用いて、以降、常法によって、鉛蓄電池を作製する。
以下、詳細を実施例によって説明するが、本発明は、実施例に限定されるものではない。
The lead alloy lattice of the present invention is produced by the following method.
First, a slab (lead strip) having an arbitrary thickness to be a base material layer is produced by casting lead or a lead alloy substantially free of antimony.
Next, a foil serving as a surface layer is produced by casting and rolling a flat plate made of a lead-germanium alloy, a lead-antimony-germanium alloy, or a lead-antimony-tin-germanium alloy.
Laminating a foil made of the above-described lead-germanium alloy, lead-antimony-germanium alloy, or lead-antimony-tin-germanium alloy as a surface layer on both sides or one side of the base material layer produced as described above, By rolling using a multi-stage rolling mill, they are integrated into a rolled sheet, and this rolled sheet is further processed into a grid by an expanding machine or a punching machine to produce a lead alloy grid.
In addition, when providing a surface layer (foil) by methods, such as crimping | bonding, thermal spraying, immersion to a molten lead alloy, and electroplating, it can also apply to a casting grating | lattice and can also be set as the lead alloy grating | lattice of this invention.
Further, the surface layer (foil) is not necessarily provided on both surfaces of the base material layer or the entire surface of one surface. That is, FIG. 1 (a) shows a schematic diagram of a lattice processed by an expanding machine, but a surface layer (foil) is not provided in the part that becomes the ear 1 and the frame 2 in FIG. 1 (a). It may be. 1 (a), FIG. 1 (b) (enlarged view of portion A in FIG. 1 (a)), FIG. 1 (c), FIG. 1 (d) (FIG. As shown in FIG. 1C, when the surface layer is provided on one side of the base material layer, the bone portion 31 connecting the nodule portions 32 is as shown in FIG. When the surface layer is provided on both surfaces of the base material layer, as shown in FIG. 1 (d), the surface layer appears only on one surface or two surfaces of the bone portion 31, so that it is processed into a lattice shape. Further, the surface layer may be formed on the entire surface of the bone portion 31 by thermal spraying of a lead alloy to be a surface layer (foil), electroplating, immersion in a lead alloy bath, or the like.

Using the lead alloy lattice produced as described above, a lead storage battery is produced in the usual manner.
Hereinafter, although an example explains the details, the present invention is not limited to an example.

(正極板の作製)
電解精錬によって製造された原料鉛に、カルシウムを0.06質量%、スズを1.5質量%添加した鉛−カルシウム系の鉛合金を厚さが9.5mmのスラブに鋳造し、基材層とした。
ゲルマニウムの添加量を0.0001から1.5質量%の間で量を変化させた7種類の鉛−ゲルマニウム合金(Pb−Ge)、ゲルマニウムの添加量を0.5質量%とし、アンチモンの添加量を0.5から15質量%の間で量を変化させた5種類の鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Ge)、さらに、ゲルマニウムの添加量を0.5質量%、アンチモン添加量を5質量%とし、スズの添加量を0.5から15質量%の間で量を変化させた5種類の鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Sn−Ge)からなる17種類の鉛合金を調製した。それぞれの鉛合金を厚さが2mmの平板に鋳造した後、圧延して、厚さが0.25mmの箔(表面層)を作製した。このようにして作製した箔を上記の基材層の両面に積層し、多段圧延機を用いて圧延することにより一体化させて、厚さが1.0mmの圧延シートとした。この圧延シートをロータリーエキスパンド機で展開することにより、実施例の鉛合金格子(正極格子)を作製した。
また、比較例の鉛合金格子として、アンチモンを5質量%含有する鉛−アンチモン合金(Pb−Sb)からなる箔、アンチモンを5質量%、スズを5質量%含有する鉛−アンチモン−スズ合金(Pb−Sb−Sn)からなる箔を上記した方法で作製し、上記の基材層に積層し、同様に鉛合金格子(正極格子)を作製した。さらに、箔を積層しない正極格子も作製した。
作製された正極格子に、正極板用ペーストを充填した。正極板用ペーストには、酸化鉛を主成分とする鉛粉と所定量の希硫酸を混合して得られたものを用いた。正極板用ペーストが充填された正極格子を、50℃で3日間熟成することによって、未化成正極板を得た。
(Preparation of positive electrode plate)
A lead-calcium-based lead alloy in which 0.06% by mass of calcium and 1.5% by mass of tin are added to raw lead produced by electrolytic refining is cast into a 9.5 mm thick slab, and a base material layer It was.
Seven types of lead-germanium alloys (Pb-Ge) with the amount of germanium added varied between 0.0001 and 1.5 mass%, the amount of germanium added is 0.5 mass%, and antimony added Five types of lead-antimony-germanium alloys (Pb-Sb-Ge) whose amount was varied between 0.5 and 15% by mass, and further the addition amount of germanium was 0.5% by mass and the amount of antimony added 17 kinds of five lead-antimony-tin-germanium alloys (Pb-Sb-Sn-Ge) in which the amount of tin is 5 mass% and the amount of tin is varied between 0.5 and 15 mass% A lead alloy was prepared. Each lead alloy was cast into a flat plate having a thickness of 2 mm and then rolled to prepare a foil (surface layer) having a thickness of 0.25 mm. The foil thus produced was laminated on both surfaces of the base material layer and integrated by rolling using a multi-stage rolling mill to obtain a rolled sheet having a thickness of 1.0 mm. The rolled sheet was developed with a rotary expander to produce the lead alloy lattice (positive electrode lattice) of the example.
Further, as a lead alloy lattice of a comparative example, a foil made of a lead-antimony alloy (Pb-Sb) containing 5% by mass of antimony, a lead-antimony-tin alloy containing 5% by mass of antimony and 5% by mass of tin ( A foil made of (Pb—Sb—Sn) was produced by the above-described method and laminated on the base material layer, and a lead alloy lattice (positive electrode lattice) was similarly produced. Furthermore, a positive electrode lattice without a foil was also produced.
The produced positive electrode grid was filled with a positive electrode plate paste. As the positive electrode plate paste, a paste obtained by mixing lead powder containing lead oxide as a main component and a predetermined amount of dilute sulfuric acid was used. The positive electrode grid filled with the positive electrode plate paste was aged at 50 ° C. for 3 days to obtain an unformed positive electrode plate.

(負極板の作製)
電解精錬によって製造された原料鉛に、カルシウムを0.05質量%、スズを0.5質量%添加した鉛−カルシウム系の鉛合金を鋳造し、負極格子を作製した。作製された負極格子に、負極板用ペーストを充填した。負極板用ペーストには、酸化鉛を主成分とする鉛粉にリグニン、カーボン及び所定量の希硫酸を添加し混合したものを用いた。負極板用ペーストが充填された負極格子を、50℃で3日間熟成することによって未化成負極板を得た。
(Preparation of negative electrode plate)
A lead-calcium-based lead alloy in which 0.05% by mass of calcium and 0.5% by mass of tin were added to raw lead produced by electrolytic refining was cast to prepare a negative electrode grid. The prepared negative electrode lattice was filled with a negative electrode plate paste. The paste for the negative electrode plate was prepared by adding lignin, carbon, and a predetermined amount of dilute sulfuric acid to lead powder mainly composed of lead oxide. An unformed negative electrode plate was obtained by aging the negative electrode lattice filled with the negative electrode plate paste at 50 ° C. for 3 days.

(鉛蓄電池の作製)
上記のようにして作製した未化成正極板5枚と未化成負極板6枚とを押出成型法により作製されたポリエチレン樹脂製セパレータを介して積層することによって、未化成極板群を構成した。未化成極板群を電槽に挿入し、蓋を溶着し、電槽に比重1.23(20℃)の希硫酸を注入した。その後、35℃の水槽中で電槽化成(電気量:正極活物質の理論容量の300%、化成時間:18時間)を行い、JIS D 5301に規定される46B24サイズの鉛蓄電池(公称電圧:12V、定格容量:36Ah)を作製した。
(Production of lead-acid battery)
An unformed electrode plate group was configured by laminating 5 unformed positive electrode plates and 6 unformed anode plates produced as described above via a polyethylene resin separator produced by an extrusion molding method. The unformed electrode plate group was inserted into the battery case, the lid was welded, and diluted sulfuric acid having a specific gravity of 1.23 (20 ° C.) was injected into the battery case. Thereafter, a battery formation is performed in a water bath at 35 ° C. (amount of electricity: 300% of the theoretical capacity of the positive electrode active material, formation time: 18 hours), and a 46B24 size lead storage battery (nominal voltage: specified in JIS D 5301). 12V, rated capacity: 36 Ah).

(鉛蓄電池の寿命試験)
上記のようにして作製した鉛蓄電池について、以下の条件で寿命試験を行った。
・放電 : 3.6A × 1h
・充電 : 1.8A × 3h
・温度 : 40℃
なお、放電中の電圧が9.0Vを下回った時点を寿命と判断した。
試験結果を表1に示す。表中の寿命サイクル数は、蓄電池No.1の寿命サイクル数を1.0としたときの相対値で示している。
(Lead storage battery life test)
About the lead storage battery produced as mentioned above, the life test was done on condition of the following.
・ Discharge: 3.6A x 1h
・ Charging: 1.8A x 3h
・ Temperature: 40 ℃
In addition, the time when the voltage during discharge fell below 9.0 V was determined as the life.
The test results are shown in Table 1. The number of life cycles in the table is the storage battery No. The relative value when the life cycle number of 1 is 1.0 is shown.

Figure 2008159510
Figure 2008159510

表1より、表面層(箔)としてGeを0.0001〜1.0質量%含む鉛−ゲルマニウム合金(Pb−Ge)を設けた鉛合金格子(正極格子)を用いた鉛蓄電池(No.2〜No.7)は、表面層(箔)を設けない比較例の正極格子を用いた鉛蓄電池(No.1)と比較して、サイクル寿命が顕著に向上していることが分かる。また、Geを1.5質量%含むPb−Ge箔を設けた鉛合金格子を用いた鉛蓄電池(No.8)は、Geを1.0質量%含むPb−Ge箔を設けたもの(No.7)と比較すると、サイクル寿命が短くなるから、Pb−Ge箔へのGeの含有量は1.0質量%までが好ましい。
表面層(箔)として、さらにアンチモンを加え、鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Ge)とした鉛合金格子(正極格子)を用いた鉛蓄電池(No.10〜No.14)にすると、鉛−ゲルマニウム合金(Pb−Ge)の場合の鉛蓄電池(No.2〜No.8)よりもサイクル寿命がさらに向上する。
さらに、スズを加えた鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Sn−Ge)とした鉛合金格子(正極格子)を用いた鉛蓄電池(No.16〜No.20)の場合は、鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Ge)の場合の鉛蓄電池(No.10〜No.14)と比較して、サイクル寿命は若干向上する程度であるが、深放電あるいは放電放置された場合に、充電受け入れ特性が改善されるという効果がある。この理由としては、従来の鉛蓄電池の格子表面にSnを付着させた場合と同様に、格子表面に、Geと共にSnを含有させる層を設けることにより、Geを含有させる効果に加えて、格子と活物質との界面に形成される高抵抗層の性質が変化することによる効果が推定される。
From Table 1, a lead storage battery (No. 2) using a lead alloy lattice (positive electrode lattice) provided with a lead-germanium alloy (Pb—Ge) containing 0.0001 to 1.0 mass% of Ge as a surface layer (foil). -No.7) shows that the cycle life is remarkably improved as compared with the lead storage battery (No.1) using the positive electrode grid of the comparative example in which the surface layer (foil) is not provided. A lead storage battery (No. 8) using a lead alloy lattice provided with a Pb-Ge foil containing 1.5% by mass of Ge is provided with a Pb-Ge foil containing 1.0% by mass of Ge (No. 7), the cycle life is shortened, so the Ge content in the Pb-Ge foil is preferably up to 1.0% by mass.
When a lead storage battery (No. 10 to No. 14) using a lead alloy lattice (positive electrode lattice) made of lead-antimony-germanium alloy (Pb-Sb-Ge) is further added as a surface layer (foil). Further, the cycle life is further improved as compared with lead storage batteries (No. 2 to No. 8) in the case of lead-germanium alloy (Pb-Ge).
Furthermore, in the case of a lead storage battery (No. 16 to No. 20) using a lead alloy lattice (positive electrode lattice) made of lead-antimony-tin-germanium alloy (Pb—Sb—Sn—Ge) with tin added, Compared to lead-acid batteries (No. 10 to No. 14) in the case of lead-antimony-germanium alloy (Pb—Sb—Ge), the cycle life is slightly improved, but deep discharge or discharge was left untreated. In this case, there is an effect that the charge acceptance characteristic is improved. The reason for this is that, in addition to the effect of containing Ge by providing a layer containing Sn together with Ge on the lattice surface, as in the case where Sn is attached to the lattice surface of a conventional lead-acid battery, the lattice and The effect by changing the property of the high resistance layer formed at the interface with the active material is estimated.

また、表面層(箔)として鉛−アンチモン−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Ge)を設けた正極格子と、表面層(箔)として鉛−アンチモン合金(Pb−Sb)を設けた正極格子とを比較した場合、表面層(箔)として鉛−アンチモン−スズ−ゲルマニウム合金(Pb−Sb−Sn−Ge)を設けた正極格子と、表面層(箔)として鉛−アンチモン−スズ合金(Pb−Sb−Sn)を設けた正極格子とを比較した場合に、前者の方が、サイクル寿命が顕著に向上しているといえるから、表面層にアンチモンとゲルマニウムを併用することによる効果は明らかである。   Further, a positive electrode lattice provided with a lead-antimony-germanium alloy (Pb-Sb-Ge) as a surface layer (foil) and a positive electrode lattice provided with a lead-antimony alloy (Pb-Sb) as a surface layer (foil). When compared, a positive electrode grid provided with a lead-antimony-tin-germanium alloy (Pb-Sb-Sn-Ge) as a surface layer (foil) and a lead-antimony-tin alloy (Pb-Sb) as a surface layer (foil) When comparing with the positive electrode lattice provided with -Sn), it can be said that the former has a significantly improved cycle life, so the effect of using antimony and germanium in combination with the surface layer is clear.

エキスパンド格子の模式図Schematic diagram of the expanded lattice 図1(a)のA部の拡大図Enlarged view of part A in FIG. 圧延シートの片面に表面層を設けてエキスパンド機で展開した骨の断面模式図A cross-sectional schematic view of a bone developed with an expanding machine with a surface layer on one side of a rolled sheet 圧延シートの両面に表面層を設けてエキスパンド機で展開した骨の断面模式図Schematic diagram of the cross-section of the bone developed with an expanding machine with surface layers on both sides of the rolled sheet

符号の説明Explanation of symbols

1 :耳部
2 :枠骨部
3 :網状部
31:骨部
32:結節部
1: Ear part 2: Frame bone part
3: Net-like part 31: Bone part 32: Nodule part

Claims (5)

鉛又は鉛合金からなる基材層に表面層を設けた鉛合金格子において、前記表面層が、少なくともゲルマニウムを0.0001〜1.0質量%含む鉛合金層であることを特徴とする鉛合金格子。   A lead alloy lattice in which a surface layer is provided on a base material layer made of lead or a lead alloy, wherein the surface layer is a lead alloy layer containing at least 0.0001 to 1.0% by mass of germanium. lattice. 前記表面層が、さらにアンチモンを含む鉛合金層であることを特徴とする請求項1に記載の鉛合金格子。   The lead alloy lattice according to claim 1, wherein the surface layer is a lead alloy layer further containing antimony. 前記表面層が、さらにスズを含む鉛合金層であることを特徴とする請求項2に記載の鉛合金格子。   The lead alloy lattice according to claim 2, wherein the surface layer is a lead alloy layer further containing tin. 前記基材層が、実質的にアンチモンを含まない鉛−カルシウム系合金からなることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の鉛合金格子。   The lead alloy lattice according to any one of claims 1 to 3, wherein the base material layer is made of a lead-calcium alloy substantially free of antimony. 請求項1〜4のいずれか一項に記載の鉛合金格子を正極格子に用いたことを特徴とする鉛蓄電池。   A lead storage battery using the lead alloy grid according to any one of claims 1 to 4 as a positive grid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPWO2012172754A1 (en) * 2011-06-17 2015-02-23 パナソニック株式会社 Lead plate for lead storage battery, lead storage battery, and method for manufacturing lead plate for lead storage battery

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JPWO2012172754A1 (en) * 2011-06-17 2015-02-23 パナソニック株式会社 Lead plate for lead storage battery, lead storage battery, and method for manufacturing lead plate for lead storage battery

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