JP2011187387A - 鉛蓄電池用負極板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明に係る鉛蓄電池用負極版は、鉛蓄電池用負極板中の相対的に膨張又は収縮し易い海綿状鉛中に、相対的に膨張又は収縮しにくい塊状の鉛を含有させると共に、塊状の鉛の断面長さの最小値が20μm以上500μm以下であることを特徴とする。特に、塊状の鉛部分の断面積は、鉛蓄電池用負極板の断面の総面積中、2%以上10%以下であることが好ましい。本発明によれば、海綿状鉛の膨張や収縮により負極板内の導電ネットワークが部分的に切断されても、その負極板の活物質全体では電流パスが十分に確保され、鉛蓄電池の寿命を従来よりも向上させることができる。
【選択図】図3
Description
(A)放電時:Pb(海綿状鉛) + SO4 2− → PbSO4 + 2e−
(B)充電時:PbSO4 + 2e− → Pb(海綿状鉛) + SO4 2−
ここで、「塊状の鉛」とは、海綿状鉛と異なり、その外形が塊状と認識でき、その内部が密な状態であるものをいう。
また、「断面長さ」とは、塊状鉛の任意の断面形状において断面のほぼ中央を通過する2点間距離のうち最長の長さLとする。測定方法の一例を示す。
(ア)断面が円形の場合は、直径に相当する。
(イ)断面が楕円形の場合は、長径に相当する。
(ウ)上記以外で、凹部が存在しない形状の場合は、長径に相当する。
ここでいう長径とは、短径に直角な向きで測った平行線の間隔であり、短径とは、最も安定な姿勢で水平面に置かれた状態の2本の平行線で向きを変えながらはさんだときの最も小さい間隔である。
(エ) ブーメラン状の形状の場合は、凸部先端A点とB点としたときの、ほぼ断面の中心部を結ぶ線の距離に相当する。
(オ)ブーメラン状の一部から別の突起が出ている形状の場合は、各突起の凸部先端A、B、C点とを比較して最も長い先端2点同士の断面の中心部を結ぶ線の距離とする。この場合はA点とB点が選択される。
(カ)ジグザグ状の形状の場合は、(エ)の応用であり、最も遠いA点とB点間の距離となる。
なお、本発明における塊状鉛とは、上記にも述べたが、製造工程中の変形により空孔を有する部分も発生するが、断面の空隙率が20%以下のもので、かつ、ある一定以上の大きさを有するものとし、それ以外は海綿状鉛とみなしても差し支えない。
発明者らは、鉛の形状や大きさに着目し、塊状の鉛を、鉛蓄電池用負極板の活物質(以下、単に「活物質」という。)に含有させることで、電池の寿命性能を従来に比べて著しく向上させることができた。以下、その活物質について説明する。
以下、本発明に係る鉛蓄電池用負極板の一例として実施例を説明する。
まず、本発明の鉛蓄電池用負極板およびそれを用いた鉛蓄電池の製造方法の一例について説明する。
極板を作製する工程としては、塊状の鉛を製造する塊状鉛製造工程、酸化鉛粉末と塊状鉛を含む添加剤とを混合した後、さらにイオン交換水及び希硫酸を加えて混練する混練工程と、その後、熟成及び乾燥させる熟成乾燥工程である。これによって未化成の負極板が得られる。
その後、正極板やその他の部材を用いて組立および化成工程を経て、電池を完成させる。
試薬の粉末鉛や球状鉛を所定の大きさに分級する。この分級では、分級機を使用することも可能であるが、例えば、塊状の鉛の最小幅が10[μm]程度の大きさの塊状の鉛を得る場合、まず、10[μm]未満の目のふるいで選別し、その後、そのふるいに残った鉛を10[μm]よりも少し大きい目のふるいで選別することにより得ることができる。また、この塊状の鉛は、この分級の代わりに、他に様々な方法により得ることができる。例えば、圧延により製造された厚さ100[μm]の鉛箔をマイクロカッターや粉砕機により細かく切断して塊状の鉛を得てもよい。さらに、必要に応じて加圧等により所定の形状や寸法に加工してもよい。また、塊状の鉛は、この分級やこれらの加工と組み合わせてもよいし、それ以外の方法によって得てもよい。
上記工程で得る塊状の鉛と、上記工程で得られる塊状の鉛よりも小さい平均粒子径1μmの粒子からなる酸化鉛粉末と、リグニン0.3%、硫酸バリウム0.5%及びPP(ポリプロピレン)繊維0.1%とを混合する。
上記混合物にイオン交換水を加えながら混練し、その後、希硫酸を滴下して再度混練し活物質ペーストとする。
本試験では、各寸法に分けた塊状鉛を酸化鉛粉末重量に対して1〜20重量%の割合で添加した。
上記混練工程の活物質ペーストを鉛合金からなる格子に塗布し、それを一定温度及び湿度の下で熟成させ、その後、それを50℃の温度で24時間かけて乾燥させる。これにより、鉛蓄電池用未化成の負極板を得る。
その後、これらの負極板と通常の方法で作製された未化成の正極板、ポリエチレン製セパレータ、および、溶接用の鉛合金、ポリプロプレン製の電槽、蓋などを使用して液式鉛蓄電池を構成する。
(b)次に、その鉛蓄電池を、20[A]で1[時間]放電する。
(c)次に、その鉛蓄電池を、5[A]で5[時間]充電する。この(b)から(c)の手順を1セットで1サイクルとする。
(d)(b)と(c)の手順を繰り返し、25サイクルごとに、以上の(b)と(c)の手順の代わりに、以下の(d−1)から(d−2)までの手順を実施する。
(d−2)(d−1)の放電後、鉛蓄電池の寿命と判断されない場合、その鉛蓄電池を、15分間ごとに測定した鉛蓄電池の電圧、又は電解液密度(20[℃]換算値)が、3回連続して一定値を示すまで充電する。
図4は、横軸に平均断面長さを示し、縦軸には塊状鉛を添加しない従来品の寿命性能を100としたときの各電池の寿命性能を示す。塊状鉛の含有量ごとに別々のグラフとなっている。なお、従来例の寿命性能を100%としたとき120%以上の処方を本発明とする。
特に、100μmの大きさの塊状鉛を5%添加した処方が従来品に比べて176%と最も効果があった。
以上のことから、負極活物質に含有させる塊状の鉛の断面長さとその含有量を調整することで、鉛蓄電池の寿命性能を向上させることができることがわかる。図4の結果から、その塊状の鉛は、平均断面長さが20μm以上から500μm以下であると共に、その添加量が酸化鉛粉末に対して3%以上15%以下とすることが好ましい。断面積では、2%以上10%以下に対応する。
B 海綿状鉛と大きな空隙とを含む領域
Claims (1)
- 海綿状鉛中に、20μm以上500μm以下の断面長さの塊状の鉛を含有することを特徴とする鉛蓄電池用負極板。
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