JP2015079734A - 制御弁式鉛蓄電池とその製造方法と二輪車 - Google Patents
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Abstract
Description
この発明の課題は、浸透ショートが生じない制御弁式鉛蓄電池を提供することにある。
この発明の課題はまた、浸透ショートを防止しつつ、ハイレート放電容量と充電受入性能とを許容範囲に保つことができる、制御弁式鉛蓄電池を提供することにある。
この発明の課題はまた、Siを含有する制御弁式鉛蓄電池の新たな構成を提供することにある。
この発明の課題はさらに、負極板へSiを簡単に含有させることができる、制御弁式鉛蓄電池の製造方法を提供することにある。
負極板は、電極材料中にSiが含有されている表面層を備え、かつ電解液中にアルカリ金属元素が含有されていることを特徴とする。
コロイダルシリカ等の形態でSiと、硫酸とを含む溶液中で、負極板を化成もしくは充電することにより、負極板の表面に、電極材料中にSiが含有されている表面層を形成するステップと、
電解液中にアルカリ金属元素を含有させるステップ、とを行うことを特徴とする。
Pb-Ca-Sn系合金から鋳造した負極格子に、以下の組成の負極材料を硫酸でペースト化したものを充填し、熟成と乾燥とを施した。負極材料:ボールミル法で製造した鉛粉100mass%、カーボンブラック0.3mass%、リグニン0.1mass%、硫酸バリウム0.6mass%、合成樹脂繊維0.1mass%の混合物。なお負極材料の種類、組成、製法等は任意である。
同様に、Pb-Ca-Sn系合金から鋳造した正極格子に、以下の組成の正極材料を硫酸でペースト化したものを充填し、乾燥と熟成とを施した。正極材料:ボールミル法で製造した鉛粉100mass%と合成樹脂繊維0.1mass%の混合物。なお正極材料の種類、組成、製法等は任意である。
正極板と負極板とをコロイダルシリカと硫酸とを含む電解液に浸して、室温で所定時間放置した後、タンク化成を行った。このコロイダルシリカは低濃度なのでゲル化せず、硫酸により正に帯電して、化成電流で電気泳動し、負極板の表面の電極材料中に拡散して表面層を形成する。また化成後の正極板表面のSi濃度は極く僅かで、投入したコロイダルシリカは全量負極板表面へ拡散したものと見なし得る。そして化成前の電解液中への浸漬時間と、電解液のコロイダルシリカ濃度とを変化させて、表面層の厚さと表面層でのSi濃度とを変化させ、目標の表面層の厚さと目標のSi濃度とを与える条件を探索した。化成後の正極板と負極板とを水洗及び乾燥し、正極板と負極板の間に保液体のガラス繊維セパレータを介在させ、圧迫を加えた状態で電槽にセットし、比重1.28の希硫酸と硫酸ナトリウムとを加えて補充電を行い、12V16Ahの二輪車用制御弁式鉛蓄電池を、表面層の厚さとSi濃度毎に各3個製作した。
補充電後の電池を解体し、セパレータを表面から剥いで観察し、セパレータを貫通している短絡痕があれば、浸透ショートが発生したものとした。解体していない蓄電池に対し、終止電圧6.0Vまで100Aで放電した際の放電持続時間を測定し、ハイレート放電性能とした。またハイレート放電後に、2.4Vの上限電流20Aで室温にて5分間充電し、この間の充電量を充電受入性能とした。
初期性能の測定後に、2.4Ωの短絡抵抗により蓄電池の端子間を接続し、40℃の水槽中でpHが6に達するまで、最大で30日間過放電した。pHが6に達すると、蓄電池を1個解体し、浸透ショートの有無と、表面層の観察とを行った。表面層の厚さは、負極板の断面(表面に垂直な断面)をEPMA(Electron Probe Micro Analysis)により観察することにより、測定できる。例えば、表面層の厚さが0.1mm、表面層のSi濃度がSiO2換算で15mass%の負極板の断面EPMA像を図1に示す。負極板の表面のやや奧に明るい層があり、これよりも外側のやや暗い層が表面層で、格子よりも表面側の領域にある。表面層は負極板の表裏にあり、厚さは各々の表面層の値で、例えば厚さ2mmの負極板に、厚さ0.1mmの表面層がある場合、表面層の合計厚さは表裏で0.2mmである。
1) 化成時の浸透ショートを防止できる。
2) 浸透ショートの発生を防止し、かつ初期性能と過放電放置後のハイレート放電性能とを実用的な範囲に保つことができる。
3) ペースト紙を用いずに、Siを含有する表面層を形成できる。
4) これらのため、二輪車に適した制御弁式鉛蓄電池が得られる。
Claims (10)
- 負極板と、正極板と、負極板と正極板との間に介在しかつ電解液を保持する保液体、とを備える制御弁式鉛蓄電池において、
前記負極板は、電極材料中にSiが含有されている表面層を備え、かつ前記電解液中にアルカリ金属元素が含有されていることを特徴とする、制御弁式鉛蓄電池。 - 前記表面層は、表面層の海綿状鉛当たりのSi濃度をSiO2換算で、15mass%以上30mass%以下で、厚さが0.03mm以上0.3mm以下であることを特徴とする、請求項1の制御弁式鉛蓄電池。
- 前記アルカリ金属元素として、電解液中にNaを硫酸塩換算で10g/L以上20g/L以下含有することを特徴とする、請求項1または2の制御弁式鉛蓄電池。
- 前記表面層は、電極材料のポア内にSiが存在していることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。
- 前記表面層は厚さが0.1mm以上0.3mm以下であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。
- 前記表面層は厚さが0.1mm以上0.2mm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の二輪車用制御弁式鉛蓄電池。
- 請求項1〜6のいずれかに記載の制御弁式鉛蓄電池を搭載した二輪車。
- 負極板と、正極板と、負極板と正極板との間に介在しかつ電解液を保持する保液体、とを備える制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、
Siと硫酸とを含む溶液中で、負極板を化成もしくは充電することにより、負極板の表面に、電極材料中にSiが含有されている表面層を形成するステップと、
前記電解液中にアルカリ金属元素を含有させるステップ、とを行うことを特徴とする、制御弁式鉛蓄電池の製造方法。 - 負極板の表面に、電極材料中にSiが含有されている表面層を形成するステップを先に行い、次いで前記電解液中にアルカリ金属元素を含有させるステップを行うことを特徴とする、請求項9の制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
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