JP2010113932A - Electrode plate for lead-acid storage battery and control valve type lead-acid storage battery using this - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鉛蓄電池用極板およびこれを用いた制御弁式鉛蓄電池に関するものである。 The present invention relates to an electrode plate for a lead storage battery and a control valve type lead storage battery using the same.
制御弁式鉛蓄電池は、従来の液式鉛蓄電池と比べて正極と負極の枚数が多いため、正極と負極との間(極板間隔)を小さく設定する必要がある。この極板間隔の小ささが災いして、電解液である硫酸を注液する工程に引き続く充電の際に、鉛イオンの溶出によるデンドライトショートが発生することが知られている。 Since the control valve type lead acid battery has a larger number of positive electrodes and negative electrodes than the conventional liquid lead acid battery, it is necessary to set a small distance between the positive electrode and the negative electrode (electrode plate interval). It is known that the small distance between the electrode plates causes a dendrite short due to elution of lead ions during charging following the step of injecting sulfuric acid as an electrolyte.
そこで特許文献1のように、ガラス繊維を主体とするセパレータの内部にホウ酸を存在させることで、充電によって電解液の濃度が高くなった際に固体として残存するホウ酸がデンドライトの成長を妨げ、短絡防止剤として有用に機能することが検討されている。
しかし特許文献1の技術を活用しても、注液直後、すぐに充電を行うという条件化において、その効果は十分なものであるとはいえなかった。
However, even if the technique of
本発明は上述した課題を解決するものであって、注液直後、充電を行うという条件化においてもデンドライトショートを抑制し、電解液を注液する工程の時間短縮が図れる鉛蓄電池を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-mentioned problems, and provides a lead-acid battery that can suppress dendrite short-circuiting even under the condition that charging is performed immediately after injection, and can shorten the time required for injecting the electrolyte. With the goal.
上記の課題を解決するために、本発明の請求項1に係る発明は、少なくとも片面の幅方向中央部のみに略垂直に溝を設け、この幅方向中央部以外には実質的に溝を設けないようにしたことを特徴とする鉛蓄電池用極板に関する。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
また本発明の請求項2に係る発明は、請求項1の鉛蓄電池用極板において、幅方向中央部の幅を、極板の全幅に対して20〜60%となるようにしたことを特徴とする。
The invention according to
また本発明の請求項3に係る発明は、請求項2の鉛蓄電池用極板において、幅方向中央部に溝を複数本設けたことを特徴とする。
The invention according to
また本発明の請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の極板を正極もしくは負極の少なくとも一方として用い、かつマットセパレータを備えた制御弁式鉛蓄電池に関する。
The invention according to claim 4 of the present invention relates to a control valve type lead-acid battery using the electrode plate according to any one of
発明者らは鋭意検討の結果、デンドライトショートの発生原因として、主に三塩基性硫酸鉛からなる極板の幅方向中央部から鉛イオンが電解液に溶出し、通電した際に負極から電子を受け取って金属鉛として析出し、正極に達することを見出した。また極板から鉛イオンが溶け出す原因の1つとして、極板への硫酸の染み込みのバラツキがあることを見出した。具体的には、制御弁式鉛蓄電池は極板間隔が小さいため電解液である硫酸の染み込みがばらつきやすく、極板における幅方向中央部に近づくほど比重が小さく(硫酸濃度が低く)なって、幅方向中央部において三塩基性硫酸鉛(硫酸濃度が低いほど溶けやすい)が溶け、上述したデンドライトショートが引き起こされることを突き止めた。この現象を回避するには、硫酸が完全に染み込むまでに長時間を掛けて電解液を注液する必要がある
が、生産性が低下する。
As a result of intensive studies, the inventors have discovered that the cause of dendritic short-circuiting is that lead ions elute into the electrolyte from the center in the width direction of the electrode plate mainly composed of tribasic lead sulfate, and electrons are discharged from the negative electrode when energized. It was received and deposited as metallic lead and found to reach the positive electrode. In addition, it has been found that there is a variation in the penetration of sulfuric acid into the electrode plate as one of the causes of lead ions dissolving from the electrode plate. Specifically, since the control valve type lead-acid battery has a small distance between the electrode plates, the penetration of sulfuric acid, which is an electrolyte, tends to vary, and the specific gravity decreases (lower sulfuric acid concentration) as it approaches the center in the width direction of the electrode plate, It was found that tribasic lead sulfate (which is easier to dissolve as the sulfuric acid concentration is lower) melts at the center in the width direction, causing the above-mentioned dendrite short circuit. In order to avoid this phenomenon, it is necessary to inject the electrolyte solution for a long time until the sulfuric acid completely soaks, but the productivity is lowered.
本発明は上述した新たな知見を基にしたものであって、電解液が短時間で均等に極板に染み込むように、極板における幅方向中央部のみに略垂直に溝を設け、この幅方向中央部以外には実質的に溝を設けないようにしたものである。 The present invention is based on the above-described new knowledge, and a groove is provided substantially perpendicularly only at the central portion in the width direction of the electrode plate so that the electrolyte solution penetrates the electrode plate evenly in a short time. Except for the central portion in the direction, substantially no groove is provided.
本発明によれば、注液後、充電を行うという条件下においてもデンドライトショートを抑制し、電解液を注液する工程の時間短縮が図れる鉛蓄電池を提供することができるようになる。 According to the present invention, it is possible to provide a lead-acid battery that can suppress a dendrite short even under a condition of charging after injection, and can shorten the time required for injecting the electrolyte.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を用いて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の鉛蓄電池用極板の概観図であり、図2は本発明の鉛蓄電池用極板の断面図である。本発明の請求項1に記載の鉛蓄電池用の極板は、少なくとも片面の幅方向中央部のみに略垂直に溝を設け、この幅方向中央部以外の部位3には実質的に溝2を設けないようにしたことを特徴とする。
FIG. 1 is a schematic view of an electrode plate for a lead storage battery according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrode plate for a lead storage battery according to the present invention. The electrode plate for a lead-acid battery according to
主に三塩基性硫酸鉛からなる極板1の幅方向中央部から鉛イオンが電解液に溶出し、通電した際に負極から電子を受け取って金属鉛として析出し、正極に達することがデンドライトショート発生の主因と考えられる。このように極板1から鉛イオンが溶け出すのは、極板1への硫酸の染み込みにバラツキがあることが主因と考えられる。具体的には、特に制御弁式の鉛蓄電池は極板1どうしの間隔が小さいため電解液である硫酸の染み込みがばらつきやすく、極板1における幅方向中央部に近づくほど比重が小さく(硫酸濃度が低く)なって、幅方向中央部において三塩基性硫酸鉛(硫酸濃度が低いほど溶けやすい)が溶け、上述したデンドライトショートが引き起こされると考えられる。この不具合を回避するには、硫酸が完全に染み込むまでに長時間を掛けて電解液を注液すればよいが、生産性が低下する。そこで本発明では、電解液が短時間で均等に極板1に染み込むように、幅方向中央部のみに略垂直に溝2を設け、この幅方向中央部以外の部位3には実質的に溝2を設けないようにしたものである。
A dendrite short is that lead ions elute into the electrolyte from the center in the width direction of the
なお本発明における溝2の深さは、極板1の厚みにもよるが2〜200μmが好ましく、毛細管現象を十分に活用する観点から2〜100μmがより好ましい。また本発明において「幅方向中央部以外の部位3には実質的に溝2を設けない」とは、極板1を機械的に搬送する際に不意に生じた溝状の傷などが、故意に設けた溝2に比べて著しく浅い(例えば深さとして溝2の1/10以下)場合に、この溝状の傷を溝2とは認定しないことを指している。
The depth of the
上記構成により、電解液である硫酸を注液する際に、極板1の幅方向中央部から硫酸を染み込ませることで局所的に比重の低い硫酸が存在しないようになり、デンドライトショートが解消できる。
With the above configuration, when pouring sulfuric acid as an electrolytic solution, sulfuric acid is soaked from the central portion in the width direction of the
本発明の請求項2に係る発明は、請求項1の鉛蓄電池用の極板1において、幅方向中央部の幅を、極板1の全幅に対して20〜60%となるようにしたことを特徴とする。1本あるいは複数の溝2で構成される幅方向中央部の幅が極板1の全幅に対して20%未満の場合は幅方向中央部の面積が不足し、60%を超える場合は幅方向中央部のみに選択的に硫酸を導入することが困難になり、いずれの場合も当初の狙い通りにデンドライトショートを解消することがやや困難になる。
The invention according to
幅方向中央部は以下のように定義できる。まず溝2が1本の場合は溝2自体の幅を指す。また溝2が複数本の場合は最外側の溝2の各々の最外端を結ぶ幅を指し、溝2に挟まれた平坦な(溝2が設けられていない)箇所も含んで指す。
The central part in the width direction can be defined as follows. First, when the number of the
本発明の請求項3に係る発明は、請求項2の鉛蓄電池用の極板1において、幅方向中央部に溝2を複数本設けたことを特徴とする。十分な毛細管現象を発揮できる溝2を用いて、極板1の全幅に対して20〜60%の幅方向中央部を構成するためには、複数の溝2を設ける方が好ましい。
The invention according to
本発明の請求項4に係る発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の極板1を正極もしくは負極の少なくとも一方として用い、かつマットセパレータを備えた制御弁式鉛蓄電池に関する。請求項1〜3のいずれかに記載の極板1を正極もしくは負極の少なくとも一方として用い、マットセパレータをこの正極と負極との間に介在させるほかは公知の構成を採ることで、デンドライトショートを抑制し、かつ電解液を注液する工程の時間短縮が図れる制御弁式鉛蓄電池を提供することができる。
The invention which concerns on Claim 4 of this invention is related with the control valve type lead acid battery which used the
(実施例1)
鉛と添加材からなる活物質を、鉛からなるエキスパンド格子に充填し、厚みが1.1mm、幅が97.5mmの正極を作製した。一方で鉛と添加材活物質を、鉛からなるエキスパンド格子に充填し、厚みが0.9mm、幅が97.5mmの負極を作製した。これらの正極と負極の幅方向中央部にプレス機で幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成し、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が19.5mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して10%)となるようにした。こうして加工した正極11枚と負極12枚負とを、マットセパレータ(ガラスマットセパレータ、0.95mm)を挟んで対峙させて極板群を構成した。この極板群6個を、6室に分かれた透明のポリプロピレン製の電槽に挿入して直列に接続し、硫酸からなる電解液を注入した後にポリプロピレン製の蓋を装着して、12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
Example 1
An active material made of lead and an additive was filled in an expanded lattice made of lead to produce a positive electrode having a thickness of 1.1 mm and a width of 97.5 mm. On the other hand, lead and an additive active material were filled in an expanded lattice made of lead to produce a negative electrode having a thickness of 0.9 mm and a width of 97.5 mm. A groove with a width of 100 μm (pitch width: 1.0 mm) is formed in the center in the width direction of these positive and negative electrodes by a press machine, and the width connecting the outermost ends of the outermost grooves is 19.5 mm (the center in the width direction). The width of the portion is 10% of the entire width of the electrode plate. The 11 positive electrodes and 12 negative electrodes processed in this way were opposed to each other with a mat separator (glass mat separator, 0.95 mm) interposed therebetween to form an electrode plate group. The six electrode plates are inserted into a transparent polypropylene battery case divided into six chambers and connected in series. After injecting an electrolytic solution made of sulfuric acid, a polypropylene lid is attached to control 12V60Ah. A valve-type lead acid battery was produced.
(実施例2)
正極と負極の幅方向中央部に、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が19.5mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して20%)となるように幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Example 2)
The width that connects the outermost ends of the outermost grooves to the center in the width direction of the positive electrode and the negative electrode is 19.5 mm (the width in the center in the width direction is 20% of the total width of the electrode plate). A 12V60Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a 100 μm groove (pitch width 1.0 mm) was formed.
(実施例3)
正極と負極の幅方向中央部に、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が39.0mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して40%)となるように幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Example 3)
The width that connects the outermost ends of the outermost grooves to the center in the width direction of the positive electrode and the negative electrode is 39.0 mm (the width in the center in the width direction is 40% of the total width of the electrode plate). A 12V60Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a 100 μm groove (pitch width 1.0 mm) was formed.
(実施例4)
正極と負極の幅方向中央部に、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が58.5mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して60%)となるように幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
Example 4
Width so that the outermost end of each of the outermost grooves is connected to the central portion in the width direction of the positive electrode and the negative electrode is 58.5 mm (the width of the central portion in the width direction is 60% of the total width of the electrode plate). A 12V60Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a 100 μm groove (pitch width 1.0 mm) was formed.
(実施例5)
正極と負極の幅方向中央部に、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が68.3mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して70%)となるように幅100μmの溝(ピッチ幅
1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Example 5)
The width connecting the outermost ends of the outermost grooves to the center in the width direction of the positive electrode and the negative electrode is 68.3 mm (the width in the width direction center is 70% of the total width of the electrode plate). A 12V60Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a 100 μm groove (pitch width 1.0 mm) was formed.
(比較例1)
正極と負極の全面に幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A 12V60 Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that grooves having a width of 100 μm (pitch width: 1.0 mm) were formed on the entire surfaces of the positive electrode and the negative electrode.
(比較例2)
正極と負極に溝(ピッチ幅1.0mm)を形成しなかったこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A control valve type lead-acid battery of 12V60Ah was produced in the same manner as in Example 1 except that grooves (pitch width 1.0 mm) were not formed in the positive electrode and the negative electrode.
(比較例3)
正極と負極の一方の片側のみに、最外側の溝の各々の最外端を結ぶ幅が39.0mm(幅方向中央部の幅が極板の全幅に対して40%)となるように幅100μmの溝(ピッチ幅1.0mm)を形成したこと以外は、実施例1と同様の方法で12V60Ahの制御弁式鉛蓄電池を作製した。
(Comparative Example 3)
The width that connects the outermost ends of the outermost grooves to only one side of the positive electrode and the negative electrode is 39.0 mm (the width of the central portion in the width direction is 40% of the entire width of the electrode plate). A 12V60Ah control valve type lead-acid battery was produced in the same manner as in Example 1 except that a 100 μm groove (pitch width 1.0 mm) was formed.
これらの制御弁式鉛蓄電池はそれぞれ各100個を作成した。各電池は6個のセルで構成されるため、本発明の実施例1〜5および比較例1〜3ともに、各600セルを作成したこととなる。これらの各セルに、20℃における換算密度1.300の希硫酸電解液を注液し、注液後1時間で各電池を分解することにより、各セルでのデンドライトショートの発生率を確認した。これらの結果を表1に示す。 Each of these control valve-type lead-acid batteries was 100 pieces. Since each battery is composed of six cells, 600 cells are prepared for each of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention. In each cell, a dilute sulfuric acid electrolyte solution having a conversion density of 1.300 at 20 ° C. was injected, and each battery was disassembled one hour after the injection, thereby confirming the incidence of dendrite shorts in each cell. . These results are shown in Table 1.
表1に示した結果から、正極と負極の幅方向中央部のみに溝を設けた実施例1〜5の制御弁式鉛蓄電池は、比較例1〜3の制御弁式鉛蓄電池と比較して、デンドライトショートの発生率が低下していることがわかる。従って、正極あるいは負極の少なくとも一方の幅方向中央部に溝を形成させることで、本実施例のように急速に電解液を注液した場合でも、鉛イオンによるデンドライトショートは起こりにくくなることがわかる。 From the result shown in Table 1, compared with the control valve type lead acid battery of Examples 1-3, the control valve type lead acid battery of Examples 1-5 which provided the groove only in the width direction central part of the positive electrode and the negative electrode It can be seen that the incidence of dendrite shorts is reduced. Therefore, by forming a groove in the central portion in the width direction of at least one of the positive electrode and the negative electrode, it can be seen that a dendrite short circuit due to lead ions is less likely to occur even when the electrolyte is rapidly injected as in this embodiment. .
本発明の構成によれば、急速に電解液を注液した場合でも、鉛イオンによるデンドライトショートが起こりにくい制御弁式鉛蓄電池を提供することができるため、工業上極めて有用である。 According to the configuration of the present invention, it is possible to provide a control valve type lead storage battery in which a dendrite short-circuit due to lead ions hardly occurs even when an electrolyte is rapidly injected, which is extremely useful industrially.
1 極板
2 溝
3 幅方向中央部以外の部位
Claims (4)
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JP2008285128A JP2010113932A (en) | 2008-11-06 | 2008-11-06 | Electrode plate for lead-acid storage battery and control valve type lead-acid storage battery using this |
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Cited By (2)
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CN113036267A (en) * | 2021-01-26 | 2021-06-25 | 江苏中兴派能电池有限公司 | Crust lithium ion battery structure |
-
2008
- 2008-11-06 JP JP2008285128A patent/JP2010113932A/en active Pending
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