JP2012142185A - Lead acid battery and idling stop vehicle - Google Patents

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裕一 坪井
Kazuma Saito
和馬 齋藤
Masaru Inagaki
賢 稲垣
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve idling stop life performance both at high temperature and normal temperature in a lead acid battery.SOLUTION: A lead acid battery includes: a negative electrode plate; a positive electrode plate; and an electrolyte soaking the negative electrode plate and the positive electrode plate. The grid skeleton of the negative electrode plate of the lead acid battery has a lead-antimony alloy layer on at least a part of a surface of the grid skeleton, and the electrolyte contains lithium ions and aluminum ions.

Description

この発明は鉛蓄電池及びこれを用いたアイドリングストップ車に関し、特にアイドリングストップ寿命性能の改善に用いた鉛蓄電池に関する。   The present invention relates to a lead-acid battery and an idling stop vehicle using the same, and more particularly to a lead-acid battery used for improving idling stop life performance.

特許文献1(特開2009-266514)は、鉛蓄電池の負極格子骨部の表面に鉛−錫−アンチモン系合金層を設けることにより、アイドリングストップモードでの負極の耳痩せを抑制することを開示している。そして特許文献1は、耳痩せ抑制の機構を、合金層中の錫及びアンチモンにより負極の電位が高まったためであるとしている。発明者らも、負極格子骨部の表面に鉛−アンチモン系合金層を設けると、アイドリングストップモードでの負極の耳痩せを抑制できることを、独自に確認している。   Patent Document 1 (Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2009-266514) discloses that the lead-tin-antimony alloy layer is provided on the surface of the negative electrode lattice of the lead-acid battery to suppress the negative electrode from being burnt in the idling stop mode. is doing. Patent Document 1 describes that the mechanism for suppressing the ear burn is because the potential of the negative electrode is increased by tin and antimony in the alloy layer. The inventors have also independently confirmed that when a lead-antimony alloy layer is provided on the surface of the negative-electrode lattice frame, it is possible to prevent the negative electrode from being burnt in the idling stop mode.

特許文献2(特開2008-243489)は、鉛蓄電池の電解液に0.01mol/L〜0.3mol/Lのアルミニウムイオンを含有させると共に、ナトリウムイオンの含有量を0.002mol/L〜0.05mol/Lに制限することを開示している。また特許文献3(特開2008-243487)は、鉛蓄電池の電解液に0.01mol/L〜0.3mol/Lのアルミニウムイオンと0.14mol/L以下のリチウムイオンとを含有させることを開示している。特許文献2,3はこれらの構成によりサルフェーションを抑制できるとしている。   Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243489) discloses that lead electrolyte battery electrolyte contains 0.01 mol / L to 0.3 mol / L of aluminum ions and the content of sodium ions is 0.002 mol / L to 0.05 mol / L. Is disclosed. Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2008-243487) discloses that an electrolytic solution of a lead storage battery contains 0.01 mol / L to 0.3 mol / L of aluminum ions and 0.14 mol / L or less of lithium ions. . Patent Documents 2 and 3 indicate that sulfation can be suppressed by these configurations.

アイドリングストップ寿命性能は、電池工業会規格(SBA S 0101:2006)により、25℃で測定することが定められている。しかしながら夏期の自動車の走行、気温の高い地方での自動車の走行を考えると、25℃よりも高い温度でのアイドリングストップ寿命性能が問題になる。60℃等の高温では、負極の耳痩せよりも、負極のサルフェーションにより、アイドリングストップモードでの寿命に達することが多い。ここにサルフェーションは、負極の活物質が還元困難な硫酸鉛の粗大結晶に変化する現象である。そこで発明者は、アイドリングストップ寿命性能を改善するため、常温での負極の耳痩せと、高温でのサルフェーションとを抑制することを検討し、この発明に至った。   The idling stop life performance is determined to be measured at 25 ° C. according to the battery industry association standard (SBA S 0101: 2006). However, considering the driving of automobiles in summer and the driving of automobiles in regions with high temperatures, the idling stop life performance at temperatures higher than 25 ° C becomes a problem. At a high temperature such as 60 ° C., the life in the idling stop mode is often reached by the sulfation of the negative electrode rather than the thinning of the negative electrode. Here, sulfation is a phenomenon in which the active material of the negative electrode changes to coarse crystals of lead sulfate that are difficult to reduce. Therefore, the inventor has studied to suppress the earring of the negative electrode at room temperature and the sulfation at high temperature in order to improve the idling stop life performance, and arrived at the present invention.

特開2009-266514JP2009-266514 特開2008-243489JP2008-243489 特開2008-243487JP2008-243487

この発明の基本的課題は、高温と常温の双方でのアイドリングストップ寿命性能を改善することにある。   The basic problem of the present invention is to improve the idling stop life performance at both high temperature and normal temperature.

この発明は、負極板と正極板と、負極板と正極板とを浸す電解液とを備える鉛蓄電池であって、
前記負極板の格子骨部は表面の少なくとも一部に鉛−アンチモン系合金層を備え、
前記電解液はリチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有する、鉛蓄電池にある。
The present invention is a lead storage battery comprising a negative electrode plate, a positive electrode plate, and an electrolyte solution that immerses the negative electrode plate and the positive electrode plate,
The lattice frame of the negative electrode plate is provided with a lead-antimony alloy layer on at least a part of the surface,
The electrolyte is in a lead acid battery containing lithium ions and aluminum ions.

またこの発明は、負極板と正極板と、負極板と正極板とを浸す電解液とを備える鉛蓄電池であって、
前記負極板の格子骨部は表面の少なくとも一部に鉛−アンチモン系合金層を備え、
前記電解液はリチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有し、かつナトリウムイオンの含有量が0.04mol/L以下であることを特徴とする。
The present invention is also a lead storage battery comprising a negative electrode plate, a positive electrode plate, and an electrolyte solution for immersing the negative electrode plate and the positive electrode plate,
The lattice frame of the negative electrode plate is provided with a lead-antimony alloy layer on at least a part of the surface,
The electrolytic solution contains lithium ions and aluminum ions, and has a sodium ion content of 0.04 mol / L or less.

好ましくは、前記電解液は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のリチウムイオンと、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のアルミニウムイオンとを含有する。
また好ましくは、鉛−アンチモン系合金層のアンチモン含有量が1質量%以上10質量%以下である。
Preferably, the electrolytic solution contains 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less lithium ions and 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less aluminum ions.
Preferably, the antimony content of the lead-antimony alloy layer is 1% by mass or more and 10% by mass or less.

さらにこの発明は上記の鉛蓄電池を搭載しているアイドリングストップ車にある。   Furthermore, the present invention resides in an idling stop vehicle equipped with the above lead storage battery.

この発明の鉛蓄電池は、充電状態が100%未満の状態を中心に動作するPSOC(Partial State of Charge)下で高い寿命性能を発揮し、特に常温から高温までの広い温度範囲で高い寿命性能を発揮する。鉛蓄電池の用途は任意であるが、アイドリングストップ車の始動用蓄電池とすると、常温でも高温でも長寿命な蓄電池となる。なおこの明細書で、アルミニウムイオンの1molは、硫酸アルミニウムの171.05gに相当する。   The lead-acid battery of the present invention exhibits a high life performance under PSOC (Partial State of Charge) that operates mainly in a state where the charged state is less than 100%, and particularly has a high life performance in a wide temperature range from room temperature to high temperature. Demonstrate. The use of the lead storage battery is arbitrary, but if it is a start storage battery for an idling stop vehicle, it will be a long-life storage battery at room temperature or high temperature. In this specification, 1 mol of aluminum ions corresponds to 171.05 g of aluminum sulfate.

アイドリングストップモードの常温での寿命性能を改善するには、特許文献1で指摘されているように、負極格子骨部の表面に鉛−アンチモンの合金層を設けることが有効であった。しかしながら常温でも高温でも寿命性能を改善するには、
・ 負極格子骨部表面の、アンチモン含有量が1質量%以上10質量%以下の鉛−アンチモンの合金層と、
・ 電解液中のナトリウムイオンの含有量を0.04mol/L以下、好ましくは0.02mol/L以下、とすることと、
・ 電解液中のリチウムイオンの含有量を0.02mol/L以上0.2mol/L以下、好ましくは0.1mol/L以上0.2mol/L以下、とすることと、
・ 電解液中のアルミニウムイオンの含有量を0.02mol/L以上0.2mol/L以下、好ましくは0.1mol/L以上0.2mol/L以下、とすることと、
の組み合わせが必要で、この組み合わせで特異的に常温でも高温でも寿命性能を改善することができた(表1)。
In order to improve the life performance at room temperature in the idling stop mode, as pointed out in Patent Document 1, it is effective to provide a lead-antimony alloy layer on the surface of the negative electrode lattice. However, to improve the life performance at room temperature and high temperature,
A lead-antimony alloy layer having an antimony content of 1% by mass or more and 10% by mass or less on the surface of the negative electrode lattice;
The content of sodium ions in the electrolyte is 0.04 mol / L or less, preferably 0.02 mol / L or less;
The content of lithium ions in the electrolyte is 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less, preferably 0.1 mol / L or more and 0.2 mol / L or less;
The content of aluminum ions in the electrolyte is 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less, preferably 0.1 mol / L or more and 0.2 mol / L or less;
It was necessary to improve the life performance at room temperature and high temperature specifically (Table 1).

次に合金層中のアンチモン含有量の影響を調べたところ、アンチモンが1質量%以上で常温でも高温でも高い寿命性能が得られることが判明し(図2)、アンチモン含有量が10質量%を超える合金層は製造が困難なので、アンチモン含有量を1質量%以上10質量%以下とした。電解液中のナトリウムイオン含有量の影響を調べたところ、ナトリウムイオン含有量が0.04mol/Lを超えると、高温での寿命性能が低下することが判明した(図3)ので、ナトリウムイオン含有量を0.04mol/L以下とした。ナトリウムイオン含有量を小さくすることによって耐短絡性能・過放電性能が悪化するが、後述のリチウムイオンを含有させることで回避できる。なおナトリウムイオン含有量の下限は0である。   Next, when the influence of the antimony content in the alloy layer was examined, it was found that antimony was 1% by mass or more and that high life performance was obtained at room temperature or high temperature (FIG. 2), and the antimony content was 10% by mass. Since it is difficult to produce an alloy layer that exceeds the content, the antimony content is set to 1% by mass or more and 10% by mass or less. When the influence of the sodium ion content in the electrolyte solution was examined, it was found that when the sodium ion content exceeded 0.04 mol / L, the life performance at high temperatures deteriorated (FIG. 3). Of 0.04 mol / L or less. Although the short circuit resistance and overdischarge performance are deteriorated by reducing the sodium ion content, it can be avoided by containing lithium ions described later. The lower limit of the sodium ion content is zero.

電解液中のリチウムイオン含有量の影響を調べたところ、0.02mol/L以上で高温での寿命性能が改善し、0.2mol/Lを超えると高温寿命性と常温寿命性能とが低下し始める(図4)ので、リチウムイオン含有量を0.02mol/L以上0.2mol/L以下とした。電解液中のアルミニウムイオン含有量の影響を調べたところ、0.02mol/L以上で常温、高温共に寿命性能が改善し、0.2mol/L付近から高温、常温共に寿命性能が低下し始める(図5)ので、アルミニウムイオン含有量を0.02mol/L以上0.2mol/L以下とした。   When the influence of the lithium ion content in the electrolytic solution was investigated, the life performance at high temperature improved at 0.02 mol / L or more, and when it exceeded 0.2 mol / L, the high-temperature life performance and room temperature life performance began to decline ( Therefore, the lithium ion content was set to 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less. When the influence of the aluminum ion content in the electrolytic solution was examined, the life performance improved at room temperature and high temperature at 0.02 mol / L or more, and the life performance began to decline at around 0.2 mol / L at both high temperature and room temperature (Fig. 5). Therefore, the aluminum ion content was set to 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less.

実施例での負極格子の断面図Cross-sectional view of negative electrode grid in Example 負極格子骨部に設けた鉛-アンチモン系合金層中のアンチモン含有量が寿命性能にどのように影響するかを示す特性図で、電解液のナトリウムイオン含有量は0.005mol/Lに、リチウムイオン含有量は0.1mol/Lに、アルミニウムイオン含有量は0.05mol/Lに固定。This is a characteristic diagram showing how the antimony content in the lead-antimony alloy layer provided on the negative electrode lattice frame affects the life performance. The sodium ion content of the electrolyte is 0.005 mol / L, the lithium ion The content is fixed at 0.1 mol / L and the aluminum ion content is fixed at 0.05 mol / L. 電解液のナトリウムイオン含有量が寿命性能にどのように影響するかを示す特性図で、鉛-アンチモン系合金層中のアンチモン含有量は5質量%に固定し、リチウムイオン含有量は0.1mol/Lに、アルミニウムイオン含有量は0.05mol/Lに固定。This is a characteristic diagram showing how the sodium ion content of the electrolyte affects the life performance.The antimony content in the lead-antimony alloy layer is fixed at 5% by mass, and the lithium ion content is 0.1 mol / The aluminum ion content is fixed at 0.05 mol / L. 電解液のリチウムイオン含有量が寿命性能にどのように影響するかを示す特性図で、鉛-アンチモン系合金層中のアンチモン含有量は5質量%に固定し、ナトリウムイオン含有量は0.005mol/Lに、アルミニウムイオン含有量は0.05mol/Lに固定。A characteristic diagram showing how the lithium ion content of the electrolyte affects the lifetime performance.The antimony content in the lead-antimony alloy layer is fixed at 5% by mass, and the sodium ion content is 0.005 mol / The aluminum ion content is fixed at 0.05 mol / L. 電解液のアルミニウムイオン含有量が寿命性能にどのように影響するかを示す特性図で、鉛-アンチモン系合金層中のアンチモン含有量は5質量%に固定し、ナトリウムイオン含有量は0.005mol/Lに、リチウムイオン含有量は0.1mol/Lに固定。This is a characteristic diagram showing how the aluminum ion content of the electrolyte affects the life performance. The antimony content in the lead-antimony alloy layer is fixed at 5% by mass, and the sodium ion content is 0.005 mol / Lithium ion content is fixed at 0.1 mol / L.

以下に、本願発明の実施形態について説明する。本発明の実施に際しては、当業者の常識及び先行技術の開示に従い適宜に変更できる。   Embodiments of the present invention will be described below. The implementation of the present invention can be changed as appropriate according to the common knowledge of those skilled in the art and the disclosure of the prior art.

本発明にかかる鉛蓄電池は、負極格子骨部に負極活物質を保持させた負極板と、正極格子骨部に正極活物質を保持させた正極板と、負極板と正極板とを浸す電解液とを備える鉛蓄電池であって、前記負極格子骨部は表面の一部(or少なくとも一部)に鉛−アンチモン系合金層を備え、前記電解液は、リチウムイオンと、アルミニウムイオンとを含有することを特徴とする。
鉛−アンチモン系合金層はアンチモン含有量が1質量%以上10質量%以下であり、電解液は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のリチウムイオンと、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のアルミニウムイオンとを含有し、ナトリウムイオンの含有量は0.04mol/L以下であることを特徴とする。
正極格子及び負極格子としては、エキスパンド格子が広く用いられているが、打ち抜き格子や鋳造格子でも構わない。
The lead storage battery according to the present invention includes a negative electrode plate in which a negative electrode active material is held in a negative electrode lattice frame, a positive electrode plate in which a positive electrode active material is held in a positive electrode lattice frame, and an electrolyte solution that immerses the negative electrode plate and the positive electrode plate The negative electrode lattice frame includes a lead-antimony-based alloy layer on a part (or at least a part) of the surface, and the electrolytic solution contains lithium ions and aluminum ions. It is characterized by that.
The lead-antimony alloy layer has an antimony content of 1% by mass or more and 10% by mass or less, and the electrolyte contains 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less of lithium ions and 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less. The following aluminum ions are contained, and the content of sodium ions is 0.04 mol / L or less.
As the positive grid and the negative grid, an expanded grid is widely used, but a punched grid or a cast grid may be used.

負極格子骨部表面の鉛−アンチモン系合金層は、全面に設ける必要はなく、後述の実施例に記載のように、圧延シートの片面にだけ設けてエキスパンド加工して、格子骨部4面のうちの1面にだけ設けても良い。また、鉛−アンチモン系合金層は負極格子骨部のみに設けても、あるいは上下の縁部にも設けても良い。エキスパンド加工により作製した場合の負極格子の骨部断面を図1に示す。2は負極格子骨部基材部で、4は負極格子骨部表面の鉛−アンチモン系合金層である。なお、合金層の厚さは任意であり、格子合金スラブの厚さ、スラブに貼り付ける鉛−アンチモン系合金層の厚さ、圧延後のシート厚さによって決まる。一般的には、10〜50μm程度である。鉛−アンチモン系合金層はアンチモンを1質量%以上10質量%以下含有し、アンチモン含有量が1質量%未満では常温でも高温でもアイドリングストップ寿命性能が僅かしか改善しない。またアンチモン含有量が10質量%超では、鉛−アンチモン系合金箔の製造が困難になる。鉛−アンチモン系合金層は、錫等の第3成分を例えば10質量%以下の範囲で含んでいても良い。   The lead-antimony-based alloy layer on the surface of the negative electrode lattice part need not be provided on the entire surface. As described in the examples below, the lead-antimony alloy layer is provided only on one side of the rolled sheet and expanded, You may provide only on one side. Further, the lead-antimony alloy layer may be provided only on the negative electrode lattice or on the upper and lower edges. FIG. 1 shows a cross section of the bone part of the negative electrode lattice when produced by expanding. Reference numeral 2 denotes a negative electrode lattice bone base material portion, and 4 denotes a lead-antimony alloy layer on the negative electrode lattice bone surface. The thickness of the alloy layer is arbitrary, and is determined by the thickness of the lattice alloy slab, the thickness of the lead-antimony alloy layer to be attached to the slab, and the sheet thickness after rolling. Generally, it is about 10-50 micrometers. The lead-antimony alloy layer contains 1% by mass to 10% by mass of antimony. If the content of antimony is less than 1% by mass, the idling stop life performance is improved only slightly at room temperature and high temperature. On the other hand, if the antimony content exceeds 10% by mass, it is difficult to produce a lead-antimony alloy foil. The lead-antimony alloy layer may contain a third component such as tin in a range of 10% by mass or less, for example.

正負極格子に、各々活物質ペーストを充填し、熟成することによって未化成の正負極板を得る。正負極活物質ペーストは、鉛粉、添加剤、水及び希硫酸を混合したものであり、鉛粉とはボールミル法やバートン法によって作製された酸化鉛を主成分とした原料である。正極添加剤としてはアクリルなどの短繊維や鉛丹があり、負極の添加剤としてはリグニン、カーボン(カーボンブラック、黒鉛、炭素繊維、膨張化黒鉛など)、硫酸バリウム、短繊維などがあるが、添加の有無・添加量は任意である。   An active material paste is filled in each of the positive and negative electrode lattices and aged to obtain an unformed positive and negative electrode plate. The positive and negative electrode active material paste is a mixture of lead powder, additives, water and dilute sulfuric acid. Lead powder is a raw material mainly composed of lead oxide produced by a ball mill method or a Burton method. Positive electrode additives include short fibers such as acrylic and red lead, and negative electrode additives include lignin, carbon (carbon black, graphite, carbon fiber, expanded graphite, etc.), barium sulfate, and short fibers. The presence / absence of addition and the addition amount are arbitrary.

正極板と負極板とは、セパレータを介して交互に配列されている。セパレータは、微孔性のポリエチレンセパレータが主流であるが、それ以外に、ポリプロピレン等の他の微孔性の合成樹脂フィルムでも良く、合成繊維の不織布のシートでも良い。   The positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately arranged via separators. As the separator, a microporous polyethylene separator is mainly used, but other microporous synthetic resin films such as polypropylene or a non-woven sheet of synthetic fibers may be used.

正極板及び負極板は、キャストオンストラップ法(COS法)やバーナー溶接法などによって、各々の耳部で接続しており、接続に用いる合金としては、強度、耐振性、加工性などの観点から、鉛−アンチモン系合金が主に用いられているが、鉛−錫系合金や鉛−カルシウム系合金などでも良い。   The positive electrode plate and negative electrode plate are connected at their respective ears by the cast-on-strap method (COS method), burner welding method, etc., and the alloys used for connection are from the viewpoint of strength, vibration resistance, workability, etc. Lead-antimony alloys are mainly used, but lead-tin alloys and lead-calcium alloys may also be used.

電解液にアルミニウムイオン、リチウムイオンを含有させる方法については、特に制限はなく、電槽化成する際に添加しても、電槽化成後に添加しても良く、アルミニウムイオン源とリチウムイオン源も、例えば、アルミン酸リチウムであったり、硫酸アルミニウムと硫酸リチウム、炭酸リチウム又は水酸化リチウム等とを組み合わせて添加しても良い。   There are no particular restrictions on the method of containing aluminum ions and lithium ions in the electrolytic solution, and it may be added when the battery case is formed or after the battery case is formed. For example, lithium aluminate may be added, or aluminum sulfate and lithium sulfate, lithium carbonate, lithium hydroxide, or the like may be added in combination.

鉛蓄電池の製造
SBA S 0101に準拠したN-55形のアイドリングストップ車用鉛蓄電池(公称電圧12V、5時間率定格容量48Ah)を製造した。正極格子は0.07質量%のカルシウムと1.5質量%の錫と不可避不純物とを含み残余が鉛の合金圧延シート(厚さ1.0mm)をロータリエキスパンド法により加工して作製した。正極格子のサイズは、高さが115mm、幅が100mm、厚さが1.3mmである。負極格子は0.05質量%のカルシウムと0.5質量%の錫と不可避不純物とを含み残余が鉛の、鉛−カルシウム−錫系合金のスラブ(厚さ13mm)の格子骨部に対応する位置の片面に、鉛−5質量%アンチモン系合金の箔(厚さ0.25mm)を重ね、0.8mmまで圧延・一体化したシートを、ロータリエキスパンド法により加工して作製した。負極格子のサイズは、高さが115mm、幅が100mm、厚さが1.0mmであり、鉛−アンチモン系合金層の厚さは約15μmである。
Manufacture of lead-acid batteries
N-55 type lead-acid storage battery (nominal voltage 12V, 5 hour rate rated capacity 48Ah) manufactured according to SBA S 0101 was manufactured. The positive electrode grid was prepared by processing a rolled alloy sheet (thickness: 1.0 mm) containing 0.07% by mass of calcium, 1.5% by mass of tin, and unavoidable impurities, with the balance being lead, by the rotary expanding method. The size of the positive grid is 115 mm in height, 100 mm in width, and 1.3 mm in thickness. The negative electrode grid is on one side of the position corresponding to the grid of the lead-calcium-tin alloy slab (thickness 13 mm) containing 0.05 mass% calcium, 0.5 mass% tin and unavoidable impurities and the balance being lead. Then, a sheet of lead-5 mass% antimony alloy foil (thickness 0.25 mm) was stacked, rolled and integrated to 0.8 mm, and processed by the rotary expand method. The negative electrode grid has a height of 115 mm, a width of 100 mm and a thickness of 1.0 mm, and the lead-antimony alloy layer has a thickness of about 15 μm.

正極活物質ペーストは、ボールミル法の鉛粉99.9質量%に0.1質量%のアクリル繊維を加えた混合物100質量%に、水13質量%と20℃で比重が1.40の希硫酸6質量%とを混合して作製した。負極活物質ペーストは、ボールミル法の鉛粉98.8質量%に、0.2質量%のリグニン、0.3質量%のカーボンブラック、0.6質量%の硫酸バリウム、0.1質量%のアクリル繊維を加えた混合物100質量%に、水11質量%と20℃で比重1.40の希硫酸7質量%とを混合し、負極活物質ペーストとした。正極格子1枚当たり55g、負極格子1枚当たり52gの活物質ペーストを充填し、各々50℃相対湿度50%で48時間熟成し、次いで50℃の乾燥雰囲気で24時間乾燥させて、未化成の正負極板を得た。   The positive electrode active material paste is a mixture of 99.9% by mass of ball powder lead powder 99.9% by mass and 0.1% by mass of acrylic fiber, mixed with 13% by mass of water and 6% by mass of dilute sulfuric acid with a specific gravity of 1.40 at 20 ° C. And produced. The negative electrode active material paste was 98.8% by mass of lead powder of ball mill method, 100% by mass of a mixture of 0.2% by mass of lignin, 0.3% by mass of carbon black, 0.6% by mass of barium sulfate, and 0.1% by mass of acrylic fiber. Then, 11% by mass of water and 7% by mass of dilute sulfuric acid having a specific gravity of 1.40 at 20 ° C. were mixed to obtain a negative electrode active material paste. Filled with 55g of active material paste per positive grid and 52g per negative grid, aged for 48 hours at 50 ° C and 50% relative humidity respectively, then dried in a dry atmosphere at 50 ° C for 24 hours. A positive and negative electrode plate was obtained.

微孔性のポリエチレンシートを2つ折りにして両側端をメカニカルシールした袋からなるセパレータに、負極板を収容した。正極板7枚とセパレータに収容した負極板8枚とを交互に積層し、COS法により同極性の格子耳部を溶接し、極板群とした。得られた極板群6個をポリプロピレンの電槽に収納して直列に接続するように溶接した後、電槽と蓋とを熱溶着して、未化成鉛蓄電池を作製した。20℃で比重が1.230の希硫酸に所定量の硫酸アルミニウムと硫酸リチウムとを添加した電解液を注入し、25℃の水槽内で電槽化成を行って、N-55形の鉛蓄電池とした。なお、アンチモンを負極格子骨部の表面ではなく、負極活物質に含有させた比較例(試料A12)も作製した。負極活物質へのアンチモン添加量は300質量ppmであり、負極格子骨部の表面に厚さ15μmの鉛−5質量%アンチモン系合金層を設けたものと、負極当たりのアンチモン含有量がほぼ同じになるようにした。   The negative electrode plate was accommodated in a separator made of a bag in which a microporous polyethylene sheet was folded in half and both ends were mechanically sealed. Seven positive electrode plates and eight negative electrode plates accommodated in a separator were alternately laminated, and lattice ears of the same polarity were welded by the COS method to form an electrode plate group. The obtained six electrode plate groups were housed in a polypropylene battery case and welded so as to be connected in series, and then the battery case and the lid were thermally welded to produce an unformed lead-acid battery. An N-55 type lead-acid battery was formed by injecting an electrolyte solution containing a predetermined amount of aluminum sulfate and lithium sulfate into dilute sulfuric acid with a specific gravity of 1.230 at 20 ° C and forming a battery case in a 25 ° C water tank. . A comparative example (sample A12) in which antimony was contained in the negative electrode active material instead of the surface of the negative electrode lattice was also produced. The amount of antimony added to the negative electrode active material is 300 ppm by mass, and the content of antimony per negative electrode is almost the same as that of a 15 μm thick lead-5 mass% antimony alloy layer on the surface of the negative electrode lattice. I tried to become.

試験法
実施例の鉛蓄電池及び比較例の鉛蓄電池に対し、アイドリングストップ寿命試験(SBA S 0101:2006の9.4.5)を規定通りに常温の25℃で実施すると共に、夏期及び気温が高い地域で長時間自動車を運転した際のエンジンルーム内の雰囲気に対応して、高温の60℃でも実施した。
For the lead storage battery of the test method example and the lead storage battery of the comparative example, the idling stop life test (SBA S 0101: 9.4.5 of 2006) is conducted as specified at room temperature of 25 ° C, and in the summer and high temperature areas Corresponding to the atmosphere in the engine room when driving a car for a long time, the test was conducted even at a high temperature of 60 ° C.

結果
表1〜表3と図2〜図5に結果を示す。結果は鉛−5質量%アンチモンの鉛−アンチモン系合金層を備え、ナトリウムイオンを0.1mol/L含有し、リチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有しない、比較例A6の結果を100とする相対値で表示した。アイドリングストップ寿命性能は、鉛蓄電池が寿命に至るまでのサイクル数の相対値で表し、常温寿命サイクル数及び高温寿命サイクル数として表す。この比較例は、特許文献1の鉛蓄電池に対応する。なお結果は一の位を四捨五入し、試料数は各3で、結果は平均値で示す。
Results The results are shown in Tables 1 to 3 and FIGS. The result is a relative value in which the result of Comparative Example A6 is 100, which includes a lead-antimony alloy layer of lead-5 mass% antimony, contains 0.1 mol / L of sodium ions, and does not contain lithium ions and aluminum ions. displayed. The idling stop life performance is represented by a relative value of the number of cycles until the lead-acid battery reaches the end of life, and is represented as a normal temperature life cycle number and a high temperature life cycle number. This comparative example corresponds to the lead storage battery of Patent Document 1. The results are rounded to one decimal place, the number of samples is 3, and the results are shown as average values.

表1は、負極格子骨部表面の鉛−アンチモン系合金層の有無と、電解液中のナトリウムイオン、リチウムイオン、及びアルミニウムイオンの影響を示す。負極格子骨部の鉛−アンチモン系合金層を欠く場合、電解液の組成を変化させても、高い寿命性能は得られなかった。これに対して、負極格子骨部の表面に鉛−アンチモン系合金層を設けると、常温寿命性能は実用的なレベルに達した(試料A6)。ただし高温での寿命性能は不足しており、相対値で150以上まで改善する必要がある。そこで試料A6を出発点として、高温寿命性能を改善した。   Table 1 shows the presence / absence of a lead-antimony alloy layer on the surface of the negative electrode lattice and the influence of sodium ions, lithium ions, and aluminum ions in the electrolytic solution. When the lead-antimony alloy layer of the negative electrode lattice was missing, high life performance was not obtained even when the composition of the electrolyte was changed. On the other hand, when a lead-antimony alloy layer was provided on the surface of the negative electrode lattice, the room temperature life performance reached a practical level (Sample A6). However, the life performance at high temperatures is insufficient, and it is necessary to improve the relative value to 150 or more. Therefore, starting from sample A6, the high-temperature life performance was improved.

電解液にナトリウムイオンを添加せず、代わってリチウムイオン(試料A7)あるいはアルミニウムイオンを添加すると(試料A8)、常温寿命性能も高温寿命性能も改善した。さらにリチウムイオンとアルミニウムイオンの双方を添加すると(試料A9)、特に高温寿命性能が著しく改善し、アイドリングストップ車用として実用的な性能の鉛蓄電池が得られた。   When lithium ions (sample A7) or aluminum ions (sample A8) were added instead of sodium ions in the electrolyte, both room temperature performance and high temperature life performance were improved. Furthermore, when both lithium ions and aluminum ions were added (Sample A9), the high-temperature life performance was remarkably improved, and a lead-acid battery with practical performance for an idling stop vehicle was obtained.

電解液が0.1mol/Lのナトリウムイオンを含む場合、試料A9と同量のリチウムイオン及びアルミニウムイオンを含んでも、不満足な高温寿命性能しか得られなかった(試料A11)。また0.1mol/Lのナトリウムイオンと0.05mol/Lのアルミニウムイオンを含む場合も、不満足な高温寿命性能しか得られなかった(試料A10)。   When the electrolyte solution contained 0.1 mol / L sodium ion, only an unsatisfactory high-temperature life performance could be obtained even if it contained the same amount of lithium ion and aluminum ion as sample A9 (sample A11). In addition, even when 0.1 mol / L sodium ion and 0.05 mol / L aluminum ion were contained, only unsatisfactory high-temperature life performance was obtained (Sample A10).

アンチモンを鉛−アンチモン系合金層ではなく、負極活物質に含有させると(試料A12)、サルフェーションの進行が早く、高温での寿命サイクル数が不足した。このことは、負極活物質中のアンチモンと、負極格子骨部の表面のアンチモンとは挙動が異なることを示し、これは負極格子骨部の表面のアンチモンは負極活物質の充電効率を悪化させることなく充電受入性を改善することによりサルフェーションを抑制するが、負極活物質中のアンチモンでは充電受入性は改善されるものの負極活物質の充電効率が悪化してサルフェーションが起こりやすくなると推定できる。   When antimony was contained in the negative electrode active material instead of the lead-antimony alloy layer (Sample A12), the sulfation progressed rapidly and the number of life cycles at high temperature was insufficient. This indicates that antimony in the negative electrode active material and antimony on the surface of the negative electrode lattice are different in behavior, which means that antimony on the surface of the negative electrode lattice deteriorates the charging efficiency of the negative electrode active material. Although the sulfation is suppressed by improving the charge acceptance, the antimony in the negative electrode active material can be estimated to improve the charge acceptance of the negative electrode active material, although the charge acceptance is improved.

ナトリウムイオンが高温寿命性能の改善を妨げる理由は不明であるが、負極格子骨部の表面のアンチモンとの相互作用を持ち、アンチモンを負極活物質中へ拡散・析出させる性質があることを示唆している。アルミニウムイオンはサルフェーションを抑制することが知られている。また発明者は、リチウムイオンが高率放電性能を改善することを別に行った試験で確認している。表1で特徴的なのは、アルミニウムイオンとリチウムイオンの双方を含有させることにより、高温での寿命性能が改善する点である。   The reason why sodium ion hinders the improvement of high-temperature life performance is unknown, but it has an interaction with antimony on the surface of the negative electrode lattice and suggests that it has the property of diffusing and precipitating antimony into the negative electrode active material. ing. Aluminum ions are known to suppress sulfation. In addition, the inventor has confirmed in a separate test that lithium ions improve high rate discharge performance. Characteristic in Table 1 is that the life performance at high temperature is improved by containing both aluminum ions and lithium ions.

表1から、負極格子骨部表面に鉛−アンチモンの合金層を設けることと、電解液に関して、ナトリウムイオン含有量を小さくすること、リチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有させることにより、常温でも高温でもアイドリングストップ寿命性能を改善できることが分かる。これらの各要素の影響を表2,表3に示し、同じデータを図2〜図5に示す。   From Table 1, it is possible to provide a lead-antimony alloy layer on the surface of the negative electrode lattice, and to reduce the sodium ion content and to contain lithium ions and aluminum ions with respect to the electrolyte solution at room temperature or high temperature. It can be seen that the idling stop life performance can be improved. The influence of each of these elements is shown in Tables 2 and 3, and the same data is shown in FIGS.

表2及び図2は鉛−アンチモン系合金層中のアンチモン含有量の影響を示し、アンチモン含有量が1質量%以上で寿命性能、特に高温での寿命性能が改善することが分かる。またアンチモン含有量を10質量%超とすることは合金箔の製造上困難なので、アンチモン含有量の上限は10質量%とした。   Table 2 and FIG. 2 show the influence of the antimony content in the lead-antimony alloy layer, and it can be seen that when the antimony content is 1% by mass or more, the life performance, in particular, the life performance at a high temperature is improved. Further, since it is difficult to produce an alloy foil when the antimony content exceeds 10% by mass, the upper limit of the antimony content is set to 10% by mass.

表3の上段と図3は電解液中のナトリウムイオン含有量の影響を示し、ナトリウムイオンの含有量が0.04mol/Lを超えると、寿命性能、特に高温での寿命性能が顕著に低下し、0.02mol/L以下でナトリウムイオンの影響は一定になることが分かる。   The upper part of Table 3 and FIG. 3 show the influence of the sodium ion content in the electrolyte. When the sodium ion content exceeds 0.04 mol / L, the life performance, particularly at high temperatures, is significantly reduced. It can be seen that the effect of sodium ion is constant at 0.02 mol / L or less.

表3の中段と図4は電解液中のリチウムイオン含有量の影響を示し、0.02mol/L以上で高温での寿命性能が改善し、0.05mol/L以上で改善が著しく、0.2mol/Lを超えると高温寿命性能が低下することが分かる。   The middle part of Table 3 and Fig. 4 show the influence of the lithium ion content in the electrolyte. The life performance at high temperature is improved at 0.02 mol / L or more, the improvement is remarkable at 0.05 mol / L or more, and 0.2 mol / L. It can be seen that the high temperature life performance deteriorates when the temperature exceeds.

表3の下段と図5は電解液中のアルミニウムイオン含有量の影響を示し、0.02mol/L以上で高温と常温での寿命性能が改善し、0.05mol /L以上0.2mol/L以下で高温寿命性能が特に改善することが分かる。
The lower part of Table 3 and Fig. 5 show the influence of the aluminum ion content in the electrolyte. The life performance at high temperature and room temperature is improved at 0.02mol / L or more, and high at 0.05mol / L to 0.2mol / L. It can be seen that the life performance is particularly improved.

2 負極格子骨部基材部
4 鉛−アンチモン系合金層
2 Negative electrode lattice part base part 4 Lead-antimony alloy layer

Claims (5)

負極板と正極板と、負極板と正極板とを浸す電解液とを備える鉛蓄電池であって、
前記負極板の格子骨部は表面の少なくとも一部に鉛−アンチモン系合金層を備え、
前記電解液はリチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有する、鉛蓄電池。
A lead-acid battery comprising a negative electrode plate, a positive electrode plate, and an electrolyte that immerses the negative electrode plate and the positive electrode plate,
The lattice frame of the negative electrode plate is provided with a lead-antimony alloy layer on at least a part of the surface,
The said electrolyte solution is a lead acid battery containing a lithium ion and an aluminum ion.
負極板と正極板と、負極板と正極板とを浸す電解液とを備える鉛蓄電池であって、
前記負極板の格子骨部は表面の少なくとも一部に鉛−アンチモン系合金層を備え、
前記電解液はリチウムイオンとアルミニウムイオンとを含有し、かつナトリウムイオンの含有量が0.04mol/L以下であることを特徴とする、鉛蓄電池。
A lead-acid battery comprising a negative electrode plate, a positive electrode plate, and an electrolyte that immerses the negative electrode plate and the positive electrode plate,
The lattice frame of the negative electrode plate is provided with a lead-antimony alloy layer on at least a part of the surface,
The lead acid battery characterized in that the electrolyte contains lithium ions and aluminum ions, and the content of sodium ions is 0.04 mol / L or less.
前記電解液は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のリチウムイオンと、0.02mol/L以上0.2mol/L以下のアルミニウムイオンとを含有することを特徴とする請求項1または2に記載の鉛蓄電池。   3. The electrolytic solution according to claim 1 or 2, wherein the electrolytic solution contains lithium ions of 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less and aluminum ions of 0.02 mol / L or more and 0.2 mol / L or less. Lead acid battery. 前記、鉛−アンチモン系合金層のアンチモン含有量が1質量%以上10質量%以下であることを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の鉛蓄電池。   The lead acid battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the antimony content of the lead-antimony alloy layer is 1 mass% or more and 10 mass% or less. 請求項1から4のいずれかの鉛蓄電池を搭載していることを特徴とするアイドリングストップ車。   An idling stop vehicle comprising the lead acid battery according to any one of claims 1 to 4.
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