JP2008210751A - Lead storage battery and current collector for lead storage battery and its manufacturing method - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a current collector for a lead storage battery which can control an early capacity deterioration. <P>SOLUTION: Lead powder or lead alloy powder is used as lead containing powder which is a raw material of a cathode current collector of a lead battery, and calcium oxide is used as alkaline-earth group metal oxide powder. The lead alloy powder is for example a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy. In place of calcium oxide, alkaline metal oxide powder and other alkaline-earth group metal powder can be used. The lead containing powder and the calcium oxide powder are mixed and a sheet is manufactured by a powder rolling. The sheet is cut out to make a current collector. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は鉛蓄電池に関し、特に鉛蓄電池の集電体に関する。   The present invention relates to a lead storage battery, and more particularly to a current collector of a lead storage battery.

鉛蓄電池は二次電池(蓄電池)のなかでも特に低温特性に優れ、電池特性とコスト面でバランスのとれた二次電池である。鉛蓄電池は単位体積あたりの重量がリチウム二次電池等に比べて大きく、エネルギー密度の点で基本的な課題があった。しかし、鉛蓄電池は、水溶液系電池としては取り扱いが容易であるばかりでなく、鉛極板の水素発生の反応過電圧(水素過電圧)、酸素発生の反応過電圧(酸素過電圧)が高いことにより水の分解電圧を大きく超える2ボルトの単電池電圧が得られる。そのため、車社会等で不可欠な二次電池として広く普及している。   A lead storage battery is a secondary battery that is particularly excellent in low-temperature characteristics among secondary batteries (storage batteries) and has a good balance between battery characteristics and cost. Lead-acid batteries have a higher weight per unit volume than lithium secondary batteries, and have fundamental problems in terms of energy density. However, lead-acid batteries are not only easy to handle as aqueous batteries, but they also decompose water due to the high reaction overvoltage (hydrogen overvoltage) of hydrogen generation and oxygen generation of lead electrode plates. A cell voltage of 2 volts that greatly exceeds the voltage is obtained. Therefore, it is widely spread as a secondary battery indispensable in the automobile society.

鉛蓄電池の有する課題の一つに早期容量低下(PCL:Premature Capacity Loss)がある。早期容量低下は、正極の集電体の表面に、硫酸鉛(PbSO)等の電気伝導性のない不働体膜が生成されることによって起きる。早期容量低下は、正極集電体と反応活物質の接触界面に、一酸化鉛(PbO)が生成されても起きる。これについて説明する。 One of the problems that lead-acid batteries have is an early capacity drop (PCL: Preliminary Capacity Loss). The early capacity reduction occurs when a passive film having no electrical conductivity such as lead sulfate (PbSO 4 ) is formed on the surface of the current collector of the positive electrode. The early capacity reduction occurs even if lead monoxide (PbO) is generated at the contact interface between the positive electrode current collector and the reaction active material. This will be described.

一般に、鉛蓄電池の正極集電体と反応活物質の接触界面では、集電体の表面酸化物と反応活物質が接触している。そのため正極集電体と反応活物質の密着性を高めるには、集電体表面に、反応活物質である二酸化鉛(PbO)と同一の二酸化鉛(PbO)が緻密に生成されていることが望ましい。 In general, the surface oxide of the current collector and the reactive active material are in contact with each other at the contact interface between the positive electrode current collector and the reactive active material of the lead storage battery. Therefore, in order to improve the adhesion between the positive electrode current collector and the reaction active material, the same lead dioxide (PbO 2 ) as the reaction active material lead dioxide (PbO 2 ) is densely formed on the current collector surface. It is desirable.

集電体の表面に一酸化鉛(PbO)が生成されると、正極集電体と反応活物質の間の密着性(電子伝導性)が低下する。更に、一酸化鉛(PbO)は、二酸化鉛(PbO)とは異なり、高い電気抵抗を有する。こうして、正極集電体と反応活物質の接触界面に、一酸化鉛(PbO)が生成されると、充電電流が流れなくなり、早期容量低下が起きる。 When lead monoxide (PbO) is generated on the surface of the current collector, the adhesion (electron conductivity) between the positive electrode current collector and the reaction active material decreases. Furthermore, lead monoxide (PbO) has a high electrical resistance, unlike lead dioxide (PbO 2 ). Thus, when lead monoxide (PbO) is generated at the contact interface between the positive electrode current collector and the reaction active material, the charging current stops flowing, resulting in an early capacity reduction.

そこで、集電体の表面は、二価(II)の酸化物である酸化鉛(PbO)から、四価(IV)の酸化物である二酸化鉛(PbO)まで迅速に酸化されるのが望ましい。即ち、集電体表面は、早急に、二酸化鉛(PbO)によって緻密に覆われることが、必要である。 Therefore, the surface of the current collector is rapidly oxidized from lead oxide (PbO), which is a divalent (II) oxide, to lead dioxide (PbO 2 ), which is a tetravalent (IV) oxide. desirable. That is, the current collector surface must be promptly covered with lead dioxide (PbO 2 ).

早期容量低下対策として、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を使用することが有効であることが知られており、幾つかの研究報告がある。例えば、非特許文献1を参照されたい。   It is known that it is effective to use an antimony-containing lead-based alloy for the positive electrode current collector as an early capacity reduction measure, and there are several research reports. For example, see Non-Patent Document 1.

これまでの知見によればアンチモン含有鉛系合金の効果は主に以下の2つがある。
(1)α−PbOの生成
正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を用いると、正極の高電位によって、集電体のアンチモン含有鉛系合金からアンチモンイオンが溶出し、反応活物質である二酸化鉛(PbO)に浸入する。それによって、集電体と反応活物質の接触界面において、反応活物質であるβ−PbOが、放電電位が低いα−PbOに変化する。こうして、集電体と反応活物質の接触界面に、α−PbOが生成されると、反応活物質は放電が起こりにくい状態となり、不働体膜の生成が抑制される。
According to the knowledge so far, there are mainly the following two effects of the antimony-containing lead-based alloy.
(1) Formation of α-PbO 2 When an antimony-containing lead-based alloy is used for the positive electrode current collector, antimony ions are eluted from the antimony-containing lead-based alloy of the current collector due to the high potential of the positive electrode, which is a reaction active material. It penetrates into lead dioxide (PbO 2 ). Thereby, at the contact interface between the current collector and the reaction active material, β-PbO 2 that is the reaction active material changes to α-PbO 2 having a low discharge potential. Thus, when α-PbO 2 is generated at the contact interface between the current collector and the reaction active material, the reaction active material is in a state in which discharge is unlikely to occur, and generation of a passive film is suppressed.

(2)電子伝導性酸化物、界面の密着性
集電体のアンチモン含有鉛系合金からアンチモンイオンが溶出すると、集電体と反応活物質の接触界面にて、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)が生成される。この複合酸化物は、集電体と反応活物質の接触界面において、電子的に密着性を高めるため、電子伝導性が高くなる。
(2) Electroconductive oxide, adhesion at the interface When antimony ions are eluted from the antimony-containing lead-based alloy of the current collector, lead antimony complex oxide (PbxSbyOz) at the contact interface between the current collector and the reactive active material Is generated. Since this composite oxide electronically improves the adhesion at the contact interface between the current collector and the reaction active material, the electron conductivity is increased.

このように、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金(Pb−Sb,Pb−Sb−Sn)を用いると、早期容量低下対策に有効である。しかしながら、アンチモンの水素過電圧は鉛の水素過電圧よりも低いため、電解液の水分解反応が促進される弱点がある。すなわち自己放電反応によって水が減少するため、給水の頻度を高くしなければならない、というメンテナンス上の課題がある。   As described above, when an antimony-containing lead-based alloy (Pb-Sb, Pb-Sb-Sn) is used for the positive electrode current collector, it is effective for early capacity reduction measures. However, since the hydrogen overvoltage of antimony is lower than the hydrogen overvoltage of lead, there is a weakness that promotes the water decomposition reaction of the electrolyte. That is, since water is reduced by the self-discharge reaction, there is a maintenance problem that the frequency of water supply must be increased.

鉛蓄電池の正極集電体には、強度及び耐食性が必要である。強度及び耐食性に優れた鉛系合金に、鉛−錫−カルシウム(Pb−Sn−Ca)合金がある。鉛−錫−カルシウム(Pb−Sn−Ca)合金は、アンチモン含有鉛系合金(Pb−Sb,Pb−Sb−Sn)と比較して、自己放電反応が少なく、メンテナンス上も有利である。しかしながら、正極格子としてアンチモン含有鉛(Pb−Sb,Pb−Sb−Sn)系合金の代わりに鉛−錫−カルシウム(Pb−Sn−Ca)合金を使用すると、早期容量低下の問題が生じる。   A positive electrode current collector of a lead storage battery needs strength and corrosion resistance. Lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy is a lead-based alloy having excellent strength and corrosion resistance. The lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy has less self-discharge reaction than the antimony-containing lead-based alloy (Pb-Sb, Pb-Sb-Sn), and is advantageous in terms of maintenance. However, when a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy is used as the positive electrode lattice instead of the antimony-containing lead (Pb-Sb, Pb-Sb-Sn) based alloy, there is a problem of early capacity reduction.

早期容量低下の問題を解決するために、正極集電体の材料として、鋳造による鉛アンチモン合金を使用することが知られている。アンチモンを鋳造合金化し、それを圧延して集電体とする。そこで、アンチモンと鉛−錫−カルシウム合金の組み合わせが考えられる。しかしながら、鉛−錫−カルシウム合金の溶湯にアンチモンが含まれるとカルシウムとアンチモンの組み合わせによって毒性ガスであるスチビン(SbH)が発生する。 In order to solve the problem of early capacity reduction, it is known to use a lead antimony alloy by casting as the material of the positive electrode current collector. Antimony is casted into an alloy and rolled into a current collector. Therefore, a combination of antimony and a lead-tin-calcium alloy is conceivable. However, when antimony is contained in the molten lead-tin-calcium alloy, stibine (SbH 3 ), which is a toxic gas, is generated by the combination of calcium and antimony.

特許文献1(特開昭63−164166号公報)には、カルシウム0.01〜0.2%に対してアンチモンが0.01〜2.00%である鉛−錫(0.5〜2.0%)−カルシウム−アンチモン合金が記載されている。   In Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-164166), lead-tin (0.5-2.0.1) containing 0.01-2.00% of antimony with respect to 0.01-0.2% of calcium is disclosed. 0%)-calcium-antimony alloy is described.

特許文献2には、母材である鉛−カルシウム合金の表面に、カルシウムを含まない鉛−アンチモン合金(アンチモン0.005wt%〜0.250wt%)を張り合わせることにより正極集電体を形成することが記載されている。この例は、早期容量低下対策と同時に、母材の鉛−アンチモン合金によって、集電体の強度を保持する狙いもある。   In Patent Document 2, a positive electrode current collector is formed by bonding a lead-antimony alloy (antimony 0.005 wt% to 0.250 wt%) containing no calcium to the surface of a lead-calcium alloy that is a base material. It is described. In this example, the strength of the current collector is maintained by the lead-antimony alloy as a base material at the same time as the early capacity reduction measures.

特許文献3には、早期容量低下対策として、母材である鉛−錫−カルシウム合金の表面に、鉛−錫−アンチモン合金の薄膜を重ね合わせ、冷間圧延によって一体化した鉛系合金シートを集電体として使用することが記載されている。   Patent Document 3 discloses a lead-based alloy sheet obtained by superimposing a lead-tin-antimony alloy thin film on the surface of a lead-tin-calcium alloy as a base material and integrating by cold rolling as an early capacity reduction measure. The use as a current collector is described.

特許文献2及び3に記載された技術は、いずれも母材である鉛−錫−カルシウム合金の上に、鉛−アンチモン合金の薄膜を重ねて、冷間圧延することにより、2層構造の合金の集電体シートを得るものである。このような2層構造では、表面のアンチモン含有鉛系合金薄膜からのアンチモンイオンの溶出によって、集電体と反応活物質の間の界面において、上述の(1)α−PbOの生成と(2)鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)の生成が起きる。尚、集電体の形状は、2層構造合金シートに切開部を入れて左右から引っ張って網目状にした、いわゆるエキスパンド格子である。 The technologies described in Patent Documents 2 and 3 both have an alloy having a two-layer structure by cold-rolling a lead-antimony alloy thin film on a lead-tin-calcium alloy which is a base material. A current collector sheet is obtained. In such a two-layer structure, the elution of antimony ions from the antimony-containing lead-based alloy thin film on the surface causes the generation of (1) α-PbO 2 described above at the interface between the current collector and the reactive active material ( 2) Formation of lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) occurs. The shape of the current collector is a so-called expanded lattice in which an incision is made in a two-layer structure alloy sheet and pulled from the left and right to form a mesh.

特許文献4には、カーボン粒子と酸化物(SiO、Al、ZrO,SnO,BaPbO)を鉛粉末中に混合させ、粉末冶金技術により正極集電体を作製する方法が示されている。 Patent Document 4 discloses a method in which carbon particles and oxides (SiO 2 , Al 2 O 3 , ZrO 2 , SnO 2 , BaPbO 3 ) are mixed in lead powder, and a positive electrode current collector is produced by powder metallurgy technology. It is shown.

特許文献5(特開2006−66173号)には、粉末圧延技術を用いてアンチモン合金である鉛−錫−アンチモン合金集電体を作製することにより、腐食伸びを抑制することが記載されている。   Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-66173) describes that corrosion elongation is suppressed by producing a lead-tin-antimony alloy current collector, which is an antimony alloy, using a powder rolling technique. .

非特許文献2には、正極集電体中のビスマス(Bi)の鉛電池への影響が詳しく示されている。   Non-Patent Document 2 details the influence of bismuth (Bi) in a positive electrode current collector on a lead battery.

特開昭63−164166号公報JP 63-164166 A 特許第3102000号Patent 3102000 特許第3156333号Japanese Patent No. 3156333 特開2005−32532号公報JP 2005-32532 A 特開2006−66173号公報JP 2006-66173 A T.Laitinen 他4名.「The Effet of Antimony on The Anodic Behaviour of Lead in Sulphuric Acid Solutions−I.Voltammetric Measurements」 Electrochimica Acta,Vol.36,No3/4,pp.605−614,(1991)T.A. Laitinen and 4 others. “The Effect of Antimony on The Anodical Behavior of Lead in Sulfuric Acid Solutions—I. Voltammetric Measurements, ElectrochiamericArc. 36, No 3/4, pp. 605-614, (1991) S.R.ELLIS 他3名.「A Short Review of the Effect of Bismuth on Lead−Cell Electrochemistry」Surface Technology,Vol.26,pp11−16,(1985)S. R. ELLIS and 3 others. “A Short Review of the Effect of Bismuth on Lead-Cell Electrochemistry”, Surface Technology, Vol. 26, pp11-16, (1985)

上述のように、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を用いると、早期容量低下対策に有効である。しかしながらアンチモン含有鉛系合金は、水素過電圧を低下させ、自己分解を促進させる。   As described above, when an antimony-containing lead-based alloy is used for the positive electrode current collector, it is effective for an early capacity reduction measure. However, antimony-containing lead-based alloys reduce hydrogen overvoltage and promote self-decomposition.

鉛−錫−アンチモン合金のように、耐食性のある合金では、アンチモンのイオン化が遅れ、早期容量低下に対する抑制効果が発生するのに、時間的な遅れが生じる。このような不安定要素もアンチモン含有鉛合金の利用を妨げる要因となる。   In a corrosion-resistant alloy such as a lead-tin-antimony alloy, antimony ionization is delayed, and a suppression effect against early capacity reduction occurs, but a time delay occurs. Such unstable factors also hinder the use of antimony-containing lead alloys.

鋳造による鉛アンチモン合金における課題として、アンチモンと鉛−錫−カルシウム合金の組み合わせがある。この場合、鉛−錫−カルシウム合金とアンチモンとの溶湯からの有毒のスチビンガスが発生する。   There is a combination of antimony and a lead-tin-calcium alloy as a problem in a lead antimony alloy by casting. In this case, toxic stibine gas is generated from the molten lead-tin-calcium alloy and antimony.

そこで、従来では、鉛−アンチモン合金、鉛−錫−アンチモン合金等のアンチモン含有鉛系合金の薄膜を、母材のアンチモンを含まない合金の上に張り合わせる、いわゆるクラッド化して、集電体を形成している。   Therefore, conventionally, a thin film of a lead-based alloy such as a lead-antimony alloy or a lead-tin-antimony alloy is laminated on a base metal-free alloy, so-called cladding, and a current collector is formed. Forming.

本発明の目的は、従来のようなアンチモン含有鉛系合金を使用することなく早期容量低下を抑制することができる鉛蓄電池の集電体を提供することにある。   The objective of this invention is providing the electrical power collector of the lead storage battery which can suppress an early capacity | capacitance fall, without using the antimony containing lead type alloy like the past.

上述のように、早期容量低下に対する抑制機能を得るには、集電体と活物質界面に放電電位がβ−PbOと異なるα−PbOが生成することが重要な因子となる。α−PbOはアルカリ領域で安定であるため、集電体と活物質界面がよりアルカリ領域になれば生成する。したがって、α−PbOは上記のように結晶構造上、アンチモンイオンがβ−PbO格子内に侵入することによっても起こるが、β型とα型でPbOの安定性がpHに対して異なるため、pHを変化させることによってもα−PbOがβ−PbOから相変化して生成する。 As described above, in order to obtain a suppression function for early capacity loss, that the current collector and the discharge potential on the active material surface is different from the β-PbO 2 α-PbO 2 is generated is an important factor. Since α-PbO 2 is stable in the alkali region, it is generated when the interface between the current collector and the active material becomes more alkaline. Therefore, α-PbO 2 occurs due to the intrusion of antimony ions into the β-PbO 2 lattice due to the crystal structure as described above, but the stability of PbO 2 differs between the β-type and α-type with respect to pH. Therefore, α-PbO 2 is also phase-changed from β-PbO 2 by changing the pH.

本発明では集電体と活物質界面をアルカリ性にする方法として、粉末圧延技術を適用し、鉛粉末合金原料中にアルカリ金属酸化物またはアルカリ土類金属酸化物粉末を混合することによって、この目的を達成することができた。すなわち、鉛合金金属粉末中にCaO等の粉末を混合し、圧延する。これを集電体シートとして、このシート上に反応活物質を塗布する。このように構成された集電体と反応活物質界面には集電体の中に混合されたCaOが鉛電池電解液中の水と反応し、界面に強アルカリであるCa(OH)を生成する(CaO+HO →Ca(OH))。Ca(OH)が生成する界面pH領域ではβ−PbOは熱力学的にも不安定で、α−PbOに相変化する。これによって、集電体界面の不働態化が抑制され、充放電に対して集電体と活物質界面の電子導電性が維持できるため、早期容量低下が抑制される。鋳造では鉛に比べて低比重のCaO等を溶湯鉛に均等分散混合することができない。したがって粉末圧延よってCaOを集電体中に均等分散させ集電体製造を実施した。 In the present invention, a powder rolling technique is applied as a method for making the current collector / active material interface alkaline, and this object is achieved by mixing alkali metal oxide or alkaline earth metal oxide powder in the lead powder alloy raw material. Could be achieved. That is, powder such as CaO is mixed in the lead alloy metal powder and rolled. Using this as the current collector sheet, the reaction active material is applied onto this sheet. CaO mixed in the current collector reacts with the water in the lead battery electrolyte at the interface between the current collector and the active material thus configured, and Ca (OH) 2 that is a strong alkali is present at the interface. (CaO + H 2 O → Ca (OH) 2 ). In the interfacial pH region where Ca (OH) 2 is generated, β-PbO 2 is thermodynamically unstable and changes to α-PbO 2 . Thereby, passivation of the current collector interface is suppressed, and the electronic conductivity between the current collector and the active material interface can be maintained with respect to charging and discharging, so that early capacity reduction is suppressed. In casting, CaO having a lower specific gravity than lead cannot be uniformly dispersed and mixed with molten lead. Therefore, the current collector was manufactured by uniformly dispersing CaO in the current collector by powder rolling.

本発明によれば、鉛蓄電池の集電体として従来のようなアンチモン含有鉛系合金を使用することなく鉛蓄電池の早期容量低下を抑制することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the early capacity | capacitance fall of a lead storage battery can be suppressed, without using the conventional antimony containing lead type alloy as a collector of a lead storage battery.

以下具体例をあげ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.

図1は、本発明による鉛蓄電池の基本構成を示す。鉛蓄電池は、負極ターミナル11、正極ターミナル12、正極板13、負極板14、セパレータ15、電槽16、及び、電槽蓋17、を有し、電槽16中には電解液として硫酸が蓄えられている。正極板13の集電体には、正極活物質ペーストが塗布されている。正極活物質は、公知のものが使用されてよく、鉛粉、鉛丹、硫酸鉛、塩基性硫酸鉛、添加剤等を含む正極用活物質ペ−ストを充填した後に、これを熟成、乾燥させて得ることができる。続いて、化成によって正極活物質は二酸化鉛(PbO)となる。以下に、正極板13の集電体の製造方法を説明する。 FIG. 1 shows a basic configuration of a lead storage battery according to the present invention. The lead acid battery has a negative electrode terminal 11, a positive electrode terminal 12, a positive electrode plate 13, a negative electrode plate 14, a separator 15, a battery case 16, and a battery case cover 17, and sulfuric acid is stored in the battery case 16 as an electrolytic solution. It has been. A positive electrode active material paste is applied to the current collector of the positive electrode plate 13. As the positive electrode active material, known materials may be used. After filling the positive electrode active material paste containing lead powder, red lead, lead sulfate, basic lead sulfate, additives, etc., this is aged and dried. Can be obtained. Subsequently, the positive electrode active material becomes lead dioxide (PbO 2 ) by chemical conversion. Below, the manufacturing method of the electrical power collector of the positive electrode plate 13 is demonstrated.

先ず、本発明による正極集電体の材料を説明する。本発明によると、鉛含有粉末として、鉛粉末又は鉛系合金粉末を用い、アルカリ土類金属酸化物粉末として、取り扱いが容易な酸化カルシウム(CaO)粉末を用いる。   First, the material of the positive electrode current collector according to the present invention will be described. According to the present invention, lead powder or lead-based alloy powder is used as the lead-containing powder, and calcium oxide (CaO) powder that is easy to handle is used as the alkaline earth metal oxide powder.

鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含む。鉛系合金粉末は鉛−錫−カルシウム(Pb−Sn−Ca)合金であってよく、鉛−錫(Pb−Sn)合金粉末であってよい。CaO粉末の代わりにBaO粉末、又は、MgO粉末および、アルカリ金属酸化物粉末としてNa、K粉末等を用いてもよい。鉛系合金粉末は、乾燥空気中に溶融金属を噴霧することによって急冷凝固粉末を生成するガスアトマイズ法によって作製することができる。鉛含有粉末とCaO粉末を混合し、混合粉末を粉末圧延によって成形し、シートにする。こうして形成された圧延シートは、アスペクト比3〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有する。この圧延シートを切り出して、集電体を形成する。圧延シートをエキスパンド加工することにより格子構造を有する集電体を形成してよい。 The lead-based alloy powder contains at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead. The lead-based alloy powder may be a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy or a lead-tin (Pb-Sn) alloy powder. Instead of CaO powder, BaO powder, MgO powder, and alkali metal oxide powder such as Na 2 O 2 and K 2 O 2 powder may be used. The lead-based alloy powder can be produced by a gas atomization method in which a rapidly solidified powder is produced by spraying molten metal into dry air. Lead-containing powder and CaO powder are mixed, and the mixed powder is formed by powder rolling to form a sheet. The rolled sheet thus formed has a structure composed of crystal grains oriented in a specific direction with an aspect ratio of 3 to 13. The rolled sheet is cut out to form a current collector. A current collector having a lattice structure may be formed by expanding a rolled sheet.

図2は、本発明による集電体の製造に用いる粉末圧延装置の基本構成を示す。本例の粉末圧延装置は、第一ホッパー21、第一ベルトコンベア22、第二ホッパー23、水平対向第一圧延ロール24a、24b、垂直対向第二圧延ロール25a、25b、及び、圧延シート巻き取り機26を有する。   FIG. 2 shows a basic configuration of a powder rolling apparatus used for manufacturing a current collector according to the present invention. The powder rolling apparatus of this example includes a first hopper 21, a first belt conveyor 22, a second hopper 23, horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b, vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b, and rolled sheet winding. Machine 26.

図2Aは、正極板13の集電体の材料である圧延シートを製造する方法を示す。第一ホッパー21には、正極板の集電体の原料である混合粉末が投入される。第一ホッパー21から落下した混合粉末27は、第一ホッパー21と第一ベルトコンベア22の間の隙間(スリット)を通り、第二ホッパー23に搬送される。原料は、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通過することによって、厚さ1mmの圧延シートとなる。この圧延シート28は、更に、垂直対向第二圧延ロール25a、25bを通過することによって、再圧延され、厚さ0.5mmの集電体用の圧延シート29となる。こうして作製された圧延シート29は、圧延シート巻き取り機26によってロール状に巻き取られる。   FIG. 2A shows a method of manufacturing a rolled sheet that is a material for the current collector of the positive electrode plate 13. The first hopper 21 is charged with mixed powder that is a raw material for the current collector of the positive electrode plate. The mixed powder 27 dropped from the first hopper 21 passes through a gap (slit) between the first hopper 21 and the first belt conveyor 22 and is conveyed to the second hopper 23. The raw material passes through the horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b to become a rolled sheet having a thickness of 1 mm. The rolled sheet 28 is further re-rolled by passing through the vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b to become a rolled sheet 29 for a current collector having a thickness of 0.5 mm. The rolled sheet 29 thus produced is wound up in a roll shape by a rolled sheet winder 26.

図2Bは、正極板13の集電体の材料である2層構造の圧延シートを製造する方法を示す。本例では、原料は、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通過することによって、厚さ100μmの圧延シートとなる。この圧延シート28と厚さ2.5mmの鋳造圧延シート30を重ねて、垂直対向第二圧延ロール25a、25bを通過させる。それによって、厚さ0.5mmの集電体用の圧延シート31となる。この圧延シート31は、母材の上に薄膜状の圧延シートが張り合わされた、即ち、クラッド化して形成される。こうして作製された圧延シート31は、圧延シート巻き取り機26によってロール状に巻き取られる。   FIG. 2B shows a method for manufacturing a rolled sheet having a two-layer structure, which is a material for the current collector of the positive electrode plate 13. In this example, the raw material passes through the horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b to become a rolled sheet having a thickness of 100 μm. The rolled sheet 28 and the cast rolled sheet 30 having a thickness of 2.5 mm are overlapped and passed through the vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b. Thereby, a rolled sheet 31 for a current collector having a thickness of 0.5 mm is obtained. The rolled sheet 31 is formed by laminating a thin rolled sheet on a base material, that is, by forming a clad. The rolled sheet 31 thus produced is wound up in a roll shape by a rolled sheet winder 26.

図3を参照して、本発明による鉛蓄電池用の正極集電体の製造方法を説明する。ステップS101にて、第1の粉末である鉛含有粉末を用意する。鉛含有粉末は、鉛粉末又は鉛系合金粉末からなる。ステップS102にて、第2の粉末であるアルカリ土類金属酸化物粉末およびアルカリ金属酸化物粉末を用意する。鉛系合金粉末は、ガスアトマイズ法によって作製することができる。ガスアトマイズ法は、乾燥空気中に溶融金属を噴霧することによって急冷凝固粉を生成する方法である。   With reference to FIG. 3, the manufacturing method of the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention is demonstrated. In step S101, a lead-containing powder that is a first powder is prepared. The lead-containing powder is composed of lead powder or lead-based alloy powder. In step S102, an alkaline earth metal oxide powder and an alkali metal oxide powder, which are the second powder, are prepared. The lead-based alloy powder can be produced by a gas atomization method. The gas atomization method is a method of generating rapidly solidified powder by spraying molten metal into dry air.

ステップS103にて、第1の粉末と第2の粉末を混合して混合粉末を生成する。ステップS104にて、混合粉末を粉末圧延することによって、圧延シートを作製する。圧延シートは、図2に示した粉末圧延装置を使用して作製する。   In step S103, the first powder and the second powder are mixed to generate a mixed powder. In step S104, the mixed powder is powder-rolled to produce a rolled sheet. A rolled sheet is produced using the powder rolling apparatus shown in FIG.

ステップS105にて、圧延シートから集電体を形成する。平板状の正極板を作製する場合には、圧延シートを矩形に切り出す。格子状の正極板を作成する場合には、矩形に切り出した圧延シートにカッターにより切り込みを入れ、両端を均等に引っ張る。こうして、製造された集電板に正極活物質のペーストを塗布し、乾燥させることによって、正極板が形成される。   In step S105, a current collector is formed from the rolled sheet. When producing a flat positive plate, the rolled sheet is cut into a rectangle. When creating a grid-like positive electrode plate, a rolled sheet cut into a rectangle is cut with a cutter, and both ends are pulled evenly. In this way, the positive electrode active material paste is applied to the manufactured current collector plate and dried to form the positive electrode plate.

図4は、圧延シートの組織例を示す写真である。このような組織像は、圧延シート板を幅方向に切断して、エッチング液に浸した後に撮像することによって得られる。図示のように、圧延シートの組織は、粉末圧延の原料であるガスアトマイズ粉末の微粒子からなり、粒子径の縦横比であるアスペクト比は、2〜13である。この組織内にアルカリ土類金属酸化物粒子であるCaO粒子がランダムに分散している例である。   FIG. 4 is a photograph showing an example of the structure of a rolled sheet. Such a structure image is obtained by cutting the rolled sheet plate in the width direction and immersing it in an etching solution, and then imaging it. As shown in the figure, the structure of the rolled sheet is composed of fine particles of gas atomized powder which is a raw material for powder rolling, and the aspect ratio which is the aspect ratio of the particle diameter is 2 to 13. This is an example in which CaO particles, which are alkaline earth metal oxide particles, are randomly dispersed in this structure.

図5を参照して、本発明による鉛蓄電池用の集電体を評価するために行った実験の手順を説明する。ステップS201にて、正極集電体を作製した。ステップS202にて、化成化済みの負極を用意した。ステップS203にて、正極、負極、及び、セパレータ等を組み立てて、単板セルを作製した。ステップS204にて、正極の化成化を行った。ステップS205にて、深放電サイクルを行った。深放電サイクルの条件を表1に示す(温度25℃、電流36mA)。   With reference to FIG. 5, the procedure of the experiment performed in order to evaluate the electrical power collector for lead acid batteries by this invention is demonstrated. In step S201, a positive electrode current collector was produced. In step S202, a chemically converted negative electrode was prepared. In step S203, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like were assembled to produce a single plate cell. In step S204, chemical conversion of the positive electrode was performed. In step S205, a deep discharge cycle was performed. The conditions of the deep discharge cycle are shown in Table 1 (temperature 25 ° C., current 36 mA).

Figure 2008210751
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図6は、実験に使用した正極板の集電体の構造の例を示す。図6Aは、平板状の正極板の構造の例を示し、図6Bは、エキスパンド加工により形成された格子状の正極板の例を示す。図6Aに示すように、平板状の正極板は、反応活物質が塗布された正極活物質塗布部62と耐硫酸性粘着性絶縁テープでマスキングされたマスキング部61を有する。正極活物質塗布部62には、直径5mmの5つの貫通孔63が設けられている。マスキング部61には、鉛線であるリード線65がはんだ付けにより、接続されている。図6Bに示すように、格子状の正極板は、2つのマスキング部61a、61bとその間の活物質塗布部64を有する。正極活物質塗布部64は格子状又はメッシュ構造である。メッシュ構造は、カッターによって切り込みを生成し、2つのマスキング部61a、61bを均等に左右に引っ張ることによって形成される。   FIG. 6 shows an example of the structure of the current collector of the positive electrode plate used in the experiment. 6A shows an example of the structure of a flat plate-like positive electrode plate, and FIG. 6B shows an example of a lattice-like positive plate formed by expanding. As shown in FIG. 6A, the flat positive electrode plate has a positive electrode active material application part 62 coated with a reactive active material and a masking part 61 masked with a sulfuric acid resistant adhesive insulating tape. The positive electrode active material application part 62 is provided with five through holes 63 having a diameter of 5 mm. A lead wire 65 that is a lead wire is connected to the masking portion 61 by soldering. As shown in FIG. 6B, the grid-like positive electrode plate has two masking parts 61a and 61b and an active material application part 64 between them. The positive electrode active material application part 64 has a lattice shape or a mesh structure. The mesh structure is formed by generating cuts with a cutter and pulling the two masking portions 61a and 61b equally to the left and right.

第1の粉末として、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金の粒径75μmアンダーの空気冷却ガスアトマイズ粉末を用意し、第2の粉末として、平均粒径約15μmの酸化カルシウムCaO粉末を用意し、両者の混合粉末を調製した。混合粉末におけるCaOの含有率は、0.5重量%であった。この混合粉末から、図2に示す粉末圧延装置を用いて、圧延シートを作製した。こうして生成した圧延シートを用いて以下に説明する3種類の集電体を作製した。
(実施例1)
第1の集電体は、図6Aに示す板状の集電体である。先ず、図3に示した方法によって圧延シートを作製した。上述のように、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金のガスアトマイズ粉末とCaO粉末の混合粉末を用意する。この混合粉末を、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通すことによって、厚さ1mmの圧延シートを作製し、それを垂直対向第二圧延ロール25a、25bによって再圧延し、0.5mmの厚さの圧延シートを作製した。この圧延シートを切り出して、図6Aに示す板状の集電体を作製した。従って、第1の集電体の組成は、混合粉末及び圧延シートの組成と同一である。
(実施例2)
第2の集電体は、クラッド化した集電体である。第2の集電体は、母材である厚さ2.5mmの鋳造圧延シートの上に厚さ100μmの粉末圧延シートを張り合わせて、即ち、クラッド化して、作製した。母材の鋳造圧延シートは、Pb−1.6%Sn−0.08%Ca鋳造圧延合金であり、クラッド相に用いる粉末圧延シートは、第1の集電体を構成する圧延シートと同一組成を有する。こうして母材の上に薄膜を重ねた状態で、図2Bに示すように、粉末圧延装置の垂直対向第二圧延ロール25a、25bで圧延する。それによって、表面のクラッド相の厚さが20μm、全体の厚さが0.5mmの第2の集電体が形成される。
(実施例3)
第3の集電体は、図6Bに示す格子状又は網目上の集電体である。第1の集電体と同様に、圧延シートを板状に切り出し、それをエキスパンド加工することによって作製した。エキスパンド加工は、平板状の集電体の表面にカッターで長さ5mmの切開部を約1mm間隔で設け、左右に均等に引っ張ることにより、格子又は網目を形成する。即ち、カッターの切れ目と切れ目の間が格子骨になる、いわゆるエキスパンド格子が形成される。エキスパンド格子の厚さは約0.5mmである。
As the first powder, an air-cooled gas atomized powder of lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy with a particle size of less than 75 μm is prepared, and as the second powder, calcium oxide CaO powder having an average particle size of about 15 μm. Was prepared, and a mixed powder of both was prepared. The CaO content in the mixed powder was 0.5% by weight. From this mixed powder, a rolled sheet was produced using a powder rolling apparatus shown in FIG. Three types of current collectors described below were produced using the rolled sheet thus produced.
(Example 1)
The first current collector is a plate-like current collector shown in FIG. 6A. First, a rolled sheet was produced by the method shown in FIG. As described above, a mixed powder of gas atomized powder of lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy and CaO powder is prepared. The mixed powder is passed through horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b to produce a 1 mm thick rolled sheet, which is re-rolled by vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b, and has a thickness of 0.5 mm. A rolled sheet was prepared. This rolled sheet was cut out to produce a plate-like current collector shown in FIG. 6A. Therefore, the composition of the first current collector is the same as the composition of the mixed powder and the rolled sheet.
(Example 2)
The second current collector is a clad current collector. The second current collector was produced by laminating a powder rolled sheet with a thickness of 100 μm on a cast rolled sheet with a thickness of 2.5 mm as a base material, that is, clad. The cast cast sheet of the base material is a Pb-1.6% Sn-0.08% Ca cast rolled alloy, and the powder rolled sheet used for the cladding phase has the same composition as the rolled sheet constituting the first current collector. Have In the state where the thin film is stacked on the base material in this way, as shown in FIG. 2B, rolling is performed by the vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b of the powder rolling apparatus. Thereby, a second current collector having a surface cladding phase thickness of 20 μm and an overall thickness of 0.5 mm is formed.
(Example 3)
The third current collector is a current collector on a lattice or mesh shown in FIG. 6B. Similarly to the first current collector, the rolled sheet was cut into a plate shape and produced by expanding. In the expanding process, incisions with a length of 5 mm are provided with a cutter on the surface of a flat plate-like current collector at an interval of about 1 mm, and a grid or mesh is formed by pulling evenly to the left and right. That is, a so-called expanded lattice is formed in which a lattice bone is formed between the cuts of the cutter. The thickness of the expanded lattice is about 0.5 mm.

こうして形成された3種類の集電体の一方の面に、図6Aに示すように、化成されていない正極反応活物質ペーストを塗布した。正極活物質塗布部62の寸法は、30mm×15mm×0.5mmtであり、正極活物質の塗布量は1.8gであった。正極活物質塗布部62以外の部分はマスキング部61であり、反応面積を規定するために耐硫酸性粘着性絶縁テープでマスキングされている。図6Bに示すように、第3の集電体の場合、正極活物質塗布部62の面積は、格子状の領域の投影面積である。図6Aに示すように、第1及び第2の集電体の場合、正極活物質塗布部62に直径5mmの5つの孔63を形成した。これらの孔63は、中心とその周辺に均等に配置した。   As shown in FIG. 6A, a positive electrode active material paste that was not formed was applied to one surface of the three types of current collectors thus formed. The dimensions of the positive electrode active material application part 62 were 30 mm × 15 mm × 0.5 mmt, and the application amount of the positive electrode active material was 1.8 g. A portion other than the positive electrode active material application portion 62 is a masking portion 61, which is masked with a sulfuric acid resistant adhesive insulating tape to define a reaction area. As shown in FIG. 6B, in the case of the third current collector, the area of the positive electrode active material application part 62 is a projected area of a lattice-shaped region. As shown in FIG. 6A, in the case of the first and second current collectors, five holes 63 having a diameter of 5 mm were formed in the positive electrode active material application part 62. These holes 63 were equally arranged at the center and the periphery thereof.

3つの比較例を作製した。これらの比較例は、正極の集電体の材料として従来技術による合金を用いている。第1の比較例では、鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材、第2の比較例では、鉛−5%アンチモン鋳造圧延材、第3の比較例では、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材を用いた。これらの材料を用いて、図6Aに示すように、板状の集電板を形成した。これらの比較例の正極活物質塗布部62の面積及び塗布量は、第1の集電体と同様であり、また、正極活物質塗布部62に直径5mmの5つの孔を形成した。   Three comparative examples were prepared. In these comparative examples, an alloy according to the prior art is used as the material for the current collector of the positive electrode. In the first comparative example, lead-5% tin-5% antimony cast rolled material, in the second comparative example lead-5% antimony cast rolled material, in the third comparative example, lead-1.6% tin. -0.08% calcium cast rolled material was used. Using these materials, a plate-shaped current collector plate was formed as shown in FIG. 6A. The area and coating amount of the positive electrode active material application part 62 of these comparative examples were the same as those of the first current collector, and five holes with a diameter of 5 mm were formed in the positive electrode active material application part 62.

図7は表1の深放電サイクル結果を示し、縦軸は、反応活物質の利用率、横軸は充放電サイクル数である。利用率は容量確認(初期容量)後、各サイクルにおいて、活物質量から算出した理論容量に対しての百分率である(各サイクル放電容量/理論容量)。曲線80は、本発明による第1の集電体の反応活物質の利用率の変化を示す。   FIG. 7 shows the results of the deep discharge cycle in Table 1. The vertical axis represents the utilization rate of the reaction active material, and the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles. The utilization rate is a percentage of the theoretical capacity calculated from the amount of active material in each cycle after capacity confirmation (initial capacity) (each cycle discharge capacity / theoretical capacity). A curve 80 shows a change in the utilization rate of the reaction active material of the first current collector according to the present invention.

曲線81は、比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。曲線82は、比較例2である鉛−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。曲線83は、比較例3である鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。   A curve 81 shows a change in the utilization factor of the reaction active material of the lead-5% tin-5% antimony cast rolled material which is Comparative Example 1. A curve 82 shows a change in the utilization factor of the reaction active material of the lead-5% antimony cast rolled material which is Comparative Example 2. A curve 83 shows a change in the utilization factor of the reaction active material of the lead-1.6% tin-0.08% calcium cast rolled material which is Comparative Example 3.

曲線83に示すように、比較例3である鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材の場合、早期に反応活物質の利用率の低下、即ち、充放電サイクル特性が劣化する。これは、早期容量低下が発生していること示す。曲線81に示すように、比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、サイクル初期に、反応活物質の利用率が低下し、早期容量低下と同様な挙動を示すが、サイクルの途中で、反応活物質の利用率が上昇し、早期容量低下が抑制されていることが観察される。曲線82に示すように、比較例2である鉛−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、曲線81の比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材に比べて、サイクル初期から高い反応活物質の利用率を維持し、早期容量低下が抑制されていることが示されている。   As shown by the curve 83, in the case of the lead-1.6% tin-0.08% calcium cast rolled material which is the comparative example 3, the utilization rate of the reaction active material is lowered early, that is, the charge / discharge cycle characteristics are deteriorated. To do. This indicates that an early capacity drop has occurred. As shown by the curve 81, in the case of the lead-5% tin-5% antimony cast rolled material which is Comparative Example 1, the utilization factor of the reaction active material is reduced at the beginning of the cycle, and the same behavior as the early capacity reduction is exhibited. However, in the middle of the cycle, it is observed that the utilization factor of the reaction active material is increased and the early capacity reduction is suppressed. As shown by the curve 82, in the case of the lead-5% antimony cast rolled material of Comparative Example 2, compared to the lead-5% tin-5% antimony cast rolled material of Comparative Example 1 of the curve 81, from the beginning of the cycle. It is shown that a high utilization rate of the reaction active material is maintained and early capacity reduction is suppressed.

一方、本発明による第1の集電体(実施例1)の場合、曲線80にて示すように、サイクル初期から高い反応活物質の利用率を維持している。第1の集電体におけるCaO粉末の含有率は、0.5重量%であった。図7に示していないが、クラッド相を有する第2の集電体(実施例2)、及び、格子状構造を有する第3のエキスパンド格子集電体(実施例3)の場合も、0.5%CaO粉末混合の鉛合金粉末原料から圧延成形された集電体は同様なサイクル特性を示し、サイクル初期より高い反応活物質の利用率を維持した。   On the other hand, in the case of the first current collector (Example 1) according to the present invention, as shown by a curve 80, a high utilization factor of the reactive active material is maintained from the beginning of the cycle. The content of CaO powder in the first current collector was 0.5% by weight. Although not shown in FIG. 7, in the case of the second current collector (Example 2) having a cladding phase and the third expanded grid current collector (Example 3) having a lattice-like structure, 0. The current collector roll-formed from the lead alloy powder raw material mixed with 5% CaO powder showed the same cycle characteristics and maintained a higher utilization factor of the reaction active material than the initial cycle.

曲線81の比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材は、サイクル初期に早期容量低下と同様な挙動を示した。この原因は、比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン合金が、比較例2である鉛−5%アンチモン合金集電体と比較して、アンチモン溶出に対する高い耐食性能を有することにあると考えられる。比較例1である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、比較例2である鉛−5%アンチモン合金集電体の場合に比べて、高い耐食性能のために、集電体と反応活物質の間の界面に対するアンチモンイオンの供給が遅れると考えられる。   The lead-5% tin-5% antimony cast rolled material, which is Comparative Example 1 of curve 81, behaved similarly to the early capacity reduction at the beginning of the cycle. This is because the lead-5% tin-5% antimony alloy which is Comparative Example 1 has a higher corrosion resistance against antimony elution than the lead-5% antimony alloy current collector which is Comparative Example 2. It is believed that there is. In the case of the lead-5% tin-5% antimony cast rolled material of Comparative Example 1, the current collector has higher corrosion resistance than the case of the lead-5% antimony alloy current collector of Comparative Example 2. It is thought that the supply of antimony ions to the interface between the reaction material and the reaction active material is delayed.

本発明による集電体の場合、このような挙動が現れず、サイクル初期から安定性に優れた反応活物質の利用率を維持し、早期容量低下抑制が明確である。   In the case of the current collector according to the present invention, such a behavior does not appear, the utilization rate of the reaction active material excellent in stability is maintained from the beginning of the cycle, and early capacity reduction suppression is clear.

本発明によると、集電体中に含まれるCaO等のアルカリ土類金属酸化物によって、集電体と反応活物質の接触界面が鉛電池電解液領域に比べ強いアルカリ性になる。これによって反応活物質であるβ−PbOを集電体と活物質接触界面において放電電位が低いα−PbOとして安定化できる。それによって、早期容量低下を抑制することができる。 According to the present invention, the alkaline earth metal oxide such as CaO contained in the current collector makes the contact interface between the current collector and the reactive active material more alkaline than the lead battery electrolyte region. Thereby, β-PbO 2 which is a reaction active material can be stabilized as α-PbO 2 having a low discharge potential at the current collector / active material contact interface. Thereby, an early capacity drop can be suppressed.

このような反応機構は、鉛蓄電池の集電体ばかりでなく、様々な、金属表面環境に適用可能である。   Such a reaction mechanism is applicable not only to the current collector of the lead storage battery but also to various metal surface environments.

本発明は、鉛含有粉末とアルカリ土類金属酸化物粉末、アルカリ金属酸化物粉末の混合粉末を圧延成形することによって、金属表面の組成を制御し、金属表面および金属と気相および金属と液相界面、あるいは金属と固相界面、あるいは金属と固液相界面での反応を制御する機能性材料、構造材料等への適用の可能性がある。   The present invention controls the composition of a metal surface by rolling a mixed powder of a lead-containing powder, an alkaline earth metal oxide powder, and an alkali metal oxide powder, thereby controlling the metal surface, the metal, the gas phase, and the metal and the liquid. There is a possibility of application to a functional material, a structural material, or the like that controls a reaction at a phase interface, a metal-solid phase interface, or a metal-solid-liquid phase interface.

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者により容易に理解されよう。   The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be understood.

本発明による鉛蓄電池の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the lead acid battery by this invention. 本発明による鉛蓄電池の正極集電体の製造に用いる粉末圧延装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the powder rolling apparatus used for manufacture of the positive electrode electrical power collector of the lead acid battery by this invention. 本発明による鉛蓄電池用の正極集電体の製造方法を説明する図である。It is a figure explaining the manufacturing method of the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention. 本発明による鉛蓄電池用の正極集電体に用いる圧延シートの組織を示す図である。It is a figure which shows the structure | tissue of the rolled sheet used for the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention. 本発明による鉛蓄電池用の正極集電体を評価するために行った実験の手順を示す図である。It is a figure which shows the procedure of the experiment conducted in order to evaluate the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention. 本発明による鉛蓄電池用の正極集電体を評価するために行った実験に使用した正極板の集電体の構造の例を示す図である。It is a figure which shows the example of the structure of the electrical power collector of the positive electrode plate used for the experiment conducted in order to evaluate the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention. 本発明による鉛蓄電池用の正極集電体を評価するために行った実験の結果を示す図である。It is a figure which shows the result of the experiment conducted in order to evaluate the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

11…負極ターミナル、12…正極ターミナル、13…正極板、14…負極板、15…セパレータ、16…電槽、17…電槽蓋、21…第一ホッパー、22…第一ベルトコンベア、23…第二ホッパー、24a、24b…水平対向第一圧延ロール、25a、25b…垂直対向第二圧延ロール、26…圧延シート巻き取り機、29、31…圧延シート、61、61a、61b…マスキング部、62…正極活物質塗布部、63…貫通孔、64…格子状正極活物質塗布部、65…リード線、80…本発明による第1の集電体の反応活物質の利用率の変化、81…鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化、82…鉛−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化、83…鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... Negative electrode terminal, 12 ... Positive electrode terminal, 13 ... Positive electrode plate, 14 ... Negative electrode plate, 15 ... Separator, 16 ... Battery case, 17 ... Battery case cover, 21 ... First hopper, 22 ... First belt conveyor, 23 ... Second hopper, 24a, 24b ... Horizontally opposed first rolling roll, 25a, 25b ... Vertically opposed second rolling roll, 26 ... Rolled sheet winder, 29, 31 ... Rolled sheet, 61, 61a, 61b ... Masking section, 62 ... Positive electrode active material application part, 63 ... Through-hole, 64 ... Lattice-like positive electrode active material application part, 65 ... Lead wire, 80 ... Change in utilization factor of reaction active material of the first current collector according to the present invention, 81 ... change in utilization rate of reaction active material of lead-5% tin-5% antimony cast rolling material, 82 ... change in utilization rate of reaction active material of lead-5% antimony cast rolling material, 83 ... lead-1.6 % Tin-0.08% calcium Changes in utilization of the reaction active material forming the rolled material

Claims (10)

鉛粉末又は鉛系合金粉末とアルカリ土類金属酸化物またはアルカリ金属酸化物とを含む混合粉末を粉末圧延することによって形成され、アスペクト比2〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有することを特徴とする鉛蓄電池の集電体。 It is formed by powder rolling a mixed powder containing lead powder or lead-based alloy powder and alkaline earth metal oxide or alkali metal oxide, and is composed of crystal particles oriented in a specific direction with an aspect ratio of 2 to 13 A lead-acid battery current collector characterized by having an organization. 前記アルカリ土類金属酸化物は、酸化カルシウム粉末、酸化マグネシウム粉末、酸化バリウム粉末のうちの少なくとも一つ以上の粉末を含むことを特徴とする請求項1記載の鉛蓄電池の集電体。 The current collector for a lead storage battery according to claim 1, wherein the alkaline earth metal oxide includes at least one of calcium oxide powder, magnesium oxide powder, and barium oxide powder. 前記鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含むことを特徴とする請求項1又は2記載の鉛蓄電池の集電体。 3. The lead-acid battery according to claim 1, wherein the lead-based alloy powder contains at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead. 4. Current collector. 前記混合粉末を粉末圧延することによって形成された圧延シートをエキスパンド加工することにより形成された格子構造を有することを特徴とする請求項1〜3いずれか1項記載の鉛蓄電池の集電体。 The current collector for a lead storage battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the current collector has a lattice structure formed by expanding a rolled sheet formed by powder rolling the mixed powder. 正極活物質を有する正極と、負極活物質を有する負極と、該両電極に挟まれたセパレータと、該正極、負極、及び、セパレータを含浸する電解液とを有し、前記正極と前記負極の少なくとも一方の集電体は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の集電体であることを特徴とする鉛蓄電池。 A positive electrode having a positive electrode active material; a negative electrode having a negative electrode active material; a separator sandwiched between the two electrodes; an electrolyte solution impregnating the positive electrode, the negative electrode, and the separator; At least one electrical power collector is a current collector of any one of Claims 1-4, The lead acid battery characterized by the above-mentioned. 鉛粉末又は鉛系合金粉末を含む第1の粉末を用意するステップと、アルカリ土類金属酸化物又はアルカリ金属酸化物を含む第2の粉末を用意するステップと、前記第1の粉末と前記第2の粉末を混合して混合粉末を生成するステップと、該混合粉末を粉末圧延することによって、アスペクト比3〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有する圧延シートを生成するステップと、該圧延シートを切り出すことによって集電体を形成するステップと、を含む鉛蓄電池の集電体の製造方法。 Preparing a first powder containing lead powder or a lead-based alloy powder; preparing a second powder containing an alkaline earth metal oxide or an alkali metal oxide; the first powder and the first powder; A mixed sheet is produced by mixing the two powders, and a rolled sheet having a structure composed of crystal grains oriented in a specific direction having an aspect ratio of 3 to 13 is produced by powder rolling the mixed powder. A method of manufacturing a current collector for a lead storage battery, comprising: a step; and forming a current collector by cutting the rolled sheet. 前記鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含むことを特徴とする請求項6記載の鉛蓄電池の集電体の製造方法。 The lead-acid battery current collector according to claim 6, wherein the lead-based alloy powder contains at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead. Body manufacturing method. 前記鉛系合金粉末は、鉛−錫−カルシウム(Pb−Sn−Ca)合金粉末であることを特徴とする請求項6又は7記載の鉛蓄電池の集電体の製造方法。 The lead-acid battery current collector manufacturing method according to claim 6 or 7, wherein the lead-based alloy powder is a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy powder. 前記鉛系合金粉末は、鉛−錫(Pb−Sn)合金粉末であることを特徴とする請求項6又は7記載の鉛蓄電池の集電体の製造方法。 The method for producing a current collector for a lead storage battery according to claim 6 or 7, wherein the lead-based alloy powder is a lead-tin (Pb-Sn) alloy powder. 更に、前記圧延シートをエキスパンド加工することにより格子構造を有する集電体を形成するステップを含むことを特徴とする請求項6〜9いずれか1項記載の鉛蓄電池の集電体の製造方法。 Furthermore, the manufacturing method of the electrical power collector of the lead storage battery of any one of Claims 6-9 including the step which forms the electrical power collector which has a lattice structure by expanding the said rolling sheet | seat.
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