JP2016072105A - Lead storage battery - Google Patents

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武澤 秀治
Hideji Takesawa
秀治 武澤
森川 有紀
Arinori Morikawa
有紀 森川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead storage battery in which the post-cycle worsening in charging acceptability of a negative electrode and cycle life (IS cycle life) is suppressed.SOLUTION: A lead storage battery comprises: a positive electrode; a negative electrode; a separator interposed between the positive and negative electrodes; and an electrolyte including sulfuric acid. The lead storage battery includes a solid titanium compound disposed so as to be put in contact with the electrolyte; and 0.01 mmol/L or more of titanium ions is included in the electrolyte. The concentration of titanium ions in the electrolyte may be 3 mmol/L or less.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鉛蓄電池、特に電解質の改良に関する。   The present invention relates to lead-acid batteries, and particularly to improvements in electrolytes.

鉛蓄電池は、安価で、電池電圧が比較的高く、大電力が得られるため、自動車用のセルスターターの他、様々な用途で使用されている。鉛蓄電池は、二酸化鉛を含む正極と、鉛を含む負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、硫酸を含む電解質とを含む。   Lead-acid batteries are inexpensive, have a relatively high battery voltage, and provide high power, so they are used in various applications in addition to cell starters for automobiles. The lead acid battery includes a positive electrode containing lead dioxide, a negative electrode containing lead, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing sulfuric acid.

近年の自動車用途では、鉛蓄電池は、アイドルストップ状態に晒されるなど、充電状態(SOC:state of charge)が90〜70%程度となる中途充電状態で使用されることも多い。このような中途充電状態で電池が使用され続けると、サルフェーションと呼ばれる負極活物質の失活により充電受入性が低下し、電池の劣化が加速する。慢性的な充電不足の状態では、徐々に硫酸鉛が結晶化し、電気化学的な活性を失うためである。結晶質の硫酸鉛は電解質に溶解しにくいため、負極の充電反応の分極が増加する。負極の充電受入性が低下することによって、限られた充電時間での充電容量(充電効率)が小さくなり、SOCが回復しにくくなる。よって、中途充電状態が続き、SOCの低下がさらに進み、電池が劣化する。   In recent automobile applications, lead storage batteries are often used in an intermediate charging state in which the state of charge (SOC) is about 90 to 70%, such as being exposed to an idle stop state. If the battery continues to be used in such a half-charged state, the charge acceptability decreases due to the deactivation of the negative electrode active material called sulfation, and the deterioration of the battery accelerates. This is because lead sulfate gradually crystallizes and loses electrochemical activity in a chronic undercharged state. Since crystalline lead sulfate is difficult to dissolve in the electrolyte, the polarization of the negative electrode charging reaction increases. When the charge acceptability of the negative electrode is reduced, the charge capacity (charge efficiency) in a limited charge time is reduced, and the SOC is difficult to recover. Therefore, the halfway charge state continues, the SOC decreases further, and the battery deteriorates.

そこで、負極の充電受入性を向上させたり、充電効率を高めたりすることで、負極活物質の失活を抑制する様々な改良が試みられている。   Therefore, various improvements have been attempted to suppress the deactivation of the negative electrode active material by improving the charge acceptance of the negative electrode or increasing the charging efficiency.

特許文献1には、所定濃度のアルミニウムイオン、セレンイオン、チタンイオンなどを電解質に添加することで充電効率が向上し、活物質の劣化が抑制されることが開示されている。特許文献1には、電解質中のチタンイオンの濃度は、1mmol/L〜100mmol/Lであることが記載されている。   Patent Document 1 discloses that charging efficiency is improved by adding a predetermined concentration of aluminum ion, selenium ion, titanium ion or the like to the electrolyte, and deterioration of the active material is suppressed. Patent Document 1 describes that the concentration of titanium ions in the electrolyte is 1 mmol / L to 100 mmol / L.

国際公開WO2007/036979号パンフレットInternational Publication WO2007 / 036979 Pamphlet

特許文献1のように電解質にチタンイオンなどを添加すると、負極に作用して、硫酸鉛が電解質に溶解しやすくなると考えられる。しかし、本発明者が検討した結果、電解質に所定濃度のチタンイオンを添加した場合、初期状態での充電受入性の改善効果は確認できるものの、充放電が進むにつれて、充電受入性およびサイクル寿命の低下を十分に抑制できなくなることがわかった。特に、充放電を繰り返した後の負極の充電受入性、およびアイドルストップ状態などの中途充電状態でのサイクル寿命(アイドリングストップ(IS)サイクル寿命)が低下し易い。それは、充放電の繰返しと共に、電解液中のチタンイオン濃度が減少し、負極への作用が低下するためであると考えられる。   When titanium ions or the like are added to the electrolyte as in Patent Document 1, it is considered that it acts on the negative electrode and lead sulfate is easily dissolved in the electrolyte. However, as a result of studies by the present inventors, when a predetermined concentration of titanium ions is added to the electrolyte, the effect of improving the charge acceptability in the initial state can be confirmed, but as the charge / discharge progresses, the charge acceptability and the cycle life are improved. It was found that the decrease could not be sufficiently suppressed. In particular, the charge acceptability of the negative electrode after repeated charge / discharge and the cycle life (idling stop (IS) cycle life) in an intermediate charge state such as an idle stop state are likely to decrease. This is considered to be because the titanium ion concentration in the electrolytic solution decreases with repeated charge and discharge, and the action on the negative electrode decreases.

本発明の目的は、鉛蓄電池において、充放電を繰り返した後の負極の充電受入性およびサイクル寿命(ISサイクル寿命)の低下を抑制することである。   An object of the present invention is to suppress a decrease in charge acceptability and cycle life (IS cycle life) of a negative electrode after repeated charge and discharge in a lead storage battery.

本発明の一局面は、正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、硫酸を含む電解質と、を含む鉛蓄電池であって、前記鉛蓄電池は、前記電解質と接触するように配置された固体のチタン化合物を含み、前記電解質中に0.01mmol/L以上のチタンイオンが含まれている、鉛蓄電池に関する。   One aspect of the present invention is a lead storage battery including a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing sulfuric acid, and the lead storage battery is in contact with the electrolyte. It is related with the lead acid battery which contains the solid titanium compound arrange | positioned in this way, and the said electrolyte contains 0.01 mmol / L or more of titanium ions.

本発明によれば、鉛蓄電池の電解質中に含まれるチタンイオンの効果が充放電により低下した場合でも、チタン化合物から継続的にチタンイオンを電解質中に供給できる。よって、充放電サイクルにおける負極の充電受入性が低下することを抑制でき、かつサイクル寿命(ISサイクル寿命)の低下を抑制できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, even when the effect of the titanium ion contained in the electrolyte of a lead storage battery falls by charging / discharging, a titanium ion can be continuously supplied in an electrolyte from a titanium compound. Therefore, it can suppress that the charge acceptance property of the negative electrode in a charging / discharging cycle falls, and can suppress the fall of a cycle life (IS cycle life).

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池の一部を切り欠いた斜視図である。It is the perspective view which notched some lead acid batteries concerning one embodiment of the present invention. 図1の鉛蓄電池における正極板の正面図である。It is a front view of the positive electrode plate in the lead acid battery of FIG. 図1の鉛蓄電池における負極板の正面図である。It is a front view of the negative electrode plate in the lead acid battery of FIG.

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池は、正極と、負極と、正極および負極の間に介在するセパレータと、硫酸を含む電解質と、を含む。ここで、鉛蓄電池は、電解質と接触するように配置された固体のチタン化合物を含み、電解質中に0.01mmol/L以上のチタンイオンが含まれている。   A lead acid battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing sulfuric acid. Here, the lead acid battery includes a solid titanium compound disposed so as to be in contact with the electrolyte, and 0.01 mmol / L or more of titanium ions is included in the electrolyte.

単に、チタンイオンを溶解させた電解液を用いて充放電を繰り返した場合には、負極への作用により電解質中からチタンイオンが減少することがわかった。一方で、電解質と接触しながら固体状態を維持するチタン化合物は、電解質(または硫酸)に対する溶解性が低い。   It was found that when charging / discharging was repeated using an electrolytic solution in which titanium ions were simply dissolved, titanium ions decreased from the electrolyte due to the action on the negative electrode. On the other hand, a titanium compound that maintains a solid state in contact with an electrolyte has low solubility in the electrolyte (or sulfuric acid).

本発明の上記の実施形態では、電解質との接触により、固体のチタン化合物の一部は、電解質中で溶解平衡状態を形成するべく、チタンイオンとなって電解質中に溶解する。このような作用を利用して、固体のチタン化合物を電解質と接触するように電池内に配置することで、充放電を繰り返した場合に、固体のチタン化合物からチタンイオンが電解質中に継続的に補充され、電解質中のチタンイオンの減少が抑制される。その結果、負極の充電受入性が低下するのを抑制できる。また、詳細は定かではないが、チタンイオンを継続的に負極に作用させることにより、過放電時のサルフェーションを抑制する効果も期待できる。これにより、充放電時の負極の抵抗の増加が抑制されるため、サイクル寿命、特に、ISサイクル寿命の低下を抑制することができる。   In the above embodiment of the present invention, due to contact with the electrolyte, a part of the solid titanium compound is dissolved in the electrolyte as titanium ions so as to form a solution equilibrium state in the electrolyte. By utilizing such an action and disposing the solid titanium compound in the battery so as to come into contact with the electrolyte, when charging and discharging are repeated, titanium ions from the solid titanium compound continuously enter the electrolyte. It is replenished and the reduction | decrease of the titanium ion in electrolyte is suppressed. As a result, it can suppress that the charge acceptance of a negative electrode falls. Moreover, although the details are not clear, an effect of suppressing sulfation during overdischarge can be expected by causing titanium ions to continuously act on the negative electrode. Thereby, since the increase in the resistance of the negative electrode at the time of charging / discharging is suppressed, it is possible to suppress a decrease in cycle life, in particular, IS cycle life.

電解質中のチタンイオンの濃度は、例えば、5mmol/L以下であり、3mmol/L以下または1.5mmol/L以下であることが好ましく、1mmol/L以下または1mmol/L未満であることがさらに好ましい。電解質中のチタンイオンの濃度は、0.01mmol/L以上であり、0.1mmol/L以上であってもよい。これらの上限値と下限値とは任意に組み合わせることができる。電解質中のチタンイオンの濃度は、例えば、0.01〜5mmol/L、0.01〜3mmol/L、または0.1〜1.5mmol/Lであってもよい。   The concentration of titanium ions in the electrolyte is, for example, 5 mmol / L or less, preferably 3 mmol / L or less or 1.5 mmol / L or less, and more preferably 1 mmol / L or less or less than 1 mmol / L. . The concentration of titanium ions in the electrolyte is 0.01 mmol / L or more, and may be 0.1 mmol / L or more. These upper limit value and lower limit value can be arbitrarily combined. The concentration of titanium ions in the electrolyte may be, for example, 0.01 to 5 mmol / L, 0.01 to 3 mmol / L, or 0.1 to 1.5 mmol / L.

電解質中のチタンイオンの濃度が上記のような範囲にある場合、ISサイクルを繰り返しても、負極の充電受入性の低下をさらに抑制することができる。また、負極の利用率の低下を抑制できる。チタンイオン濃度を高くしすぎると、ISサイクル後の充電受入性を向上する効果が低下し、負極利用率も低下する傾向がある。
なお、電解質中に含まれるチタンイオンは、主に、チタン化合物の溶解により生成したものであるが、添加剤および/または電極の成分などに由来するものを含んでもよい。電解質中のチタンイオンの濃度は、例えば、20℃における値とすることができる。
When the concentration of titanium ions in the electrolyte is in the above range, even if the IS cycle is repeated, it is possible to further suppress a decrease in charge acceptability of the negative electrode. Moreover, the fall of the utilization factor of a negative electrode can be suppressed. If the titanium ion concentration is too high, the effect of improving the charge acceptance after the IS cycle is lowered, and the negative electrode utilization rate tends to be lowered.
The titanium ions contained in the electrolyte are mainly generated by dissolving the titanium compound, but may include those derived from additives and / or electrode components. The concentration of titanium ions in the electrolyte can be a value at 20 ° C., for example.

チタン化合物は、電解質と接触するように配置されていればよく、例えば、正極、負極、および/またはセパレータなどに含まれていてもよいが、電解質中に含まれている(具体的には、電解質中に浸漬されている)ことが好ましい。   The titanium compound may be disposed so as to be in contact with the electrolyte. For example, the titanium compound may be included in the positive electrode, the negative electrode, and / or the separator, but is included in the electrolyte (specifically, It is preferable to be immersed in the electrolyte.

鉛蓄電池に含まれるチタン化合物の量は、チタン原子換算で、0.2Cでの電池容量あたり、例えば、0.02g/Ah以上であり、0.1g/Ah以上または0.5g/Ah以上であることが好ましい。上記のチタン化合物の量は、10g/Ah以下または5g/Ah以下であることが好ましく、4g/Ah以下または2g/Ah以下であることがさらに好ましい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。上記のチタン化合物の量は、例えば、0.1〜10g/Ah、0.1〜5g/Ah、0.1〜4g/Ah、または0.5〜2g/Ahであってもよい。   The amount of the titanium compound contained in the lead-acid battery is, for example, 0.02 g / Ah or more, 0.1 g / Ah or more, or 0.5 g / Ah or more per battery capacity at 0.2 C in terms of titanium atoms. Preferably there is. The amount of the titanium compound is preferably 10 g / Ah or less or 5 g / Ah or less, and more preferably 4 g / Ah or less or 2 g / Ah or less. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined. The amount of the titanium compound may be, for example, 0.1 to 10 g / Ah, 0.1 to 5 g / Ah, 0.1 to 4 g / Ah, or 0.5 to 2 g / Ah.

なお、0.2Cでの電池容量は、まず、公称容量から求められる1Cの電流量に基づいて、0.2Cの電流量を算出し、算出された0.2Cの電流量で定格充放電したときの電池容量である。テストセルなどの場合には、公称容量に代えて理論容量を採用する以外は上記と同様にして0.2Cでの電池容量を求めてもよい。   The battery capacity at 0.2C was calculated based on the current amount of 1C obtained from the nominal capacity, and the rated charge / discharge was performed at the calculated current amount of 0.2C. Battery capacity. In the case of a test cell or the like, the battery capacity at 0.2 C may be obtained in the same manner as described above except that the theoretical capacity is adopted instead of the nominal capacity.

チタン化合物の量が上記のような範囲にある場合、十分なISサイクル寿命を確保し易い。なお、鉛蓄電池内に含まれるチタン化合物の量とは、固体状態のチタン化合物の量と溶解したチタンイオンとの総量と考えることができる。チタン化合物の量は、所望するISサイクル寿命に応じて、適宜増減してもよい。   When the amount of the titanium compound is in the above range, it is easy to ensure a sufficient IS cycle life. The amount of the titanium compound contained in the lead storage battery can be considered as the total amount of the solid titanium compound and the dissolved titanium ions. The amount of the titanium compound may be appropriately increased or decreased depending on the desired IS cycle life.

チタン化合物としては、チタンを含む酸化物、チタン酸水和物(TiO2・xH2O(0<x<1))、チタン酸(メタチタン酸(H2TiO3)など)、および/またはチタン酸塩(メタチタン酸塩など)などを用いることができる。メタチタン酸塩としては、典型金属塩(Li2TiO3、K2TiO3などのアルカリ金属塩;MgTiO3、CaTiO3、SrTiO3などのアルカリ土類金属塩;PbTiO3、ZnTiO3など);FeTiO3、CoTiO3、MnTiO3などの遷移金属塩などが例示できる。チタン化合物としては、メタチタン酸、チタン酸水和物および/またはチタン酸塩が好ましく、中でも、メタチタン酸が特に好ましい。これらのチタン化合物は、一種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 Titanium compounds include titanium-containing oxides, titanic acid hydrates (TiO 2 .xH 2 O (0 <x <1)), titanic acids (such as metatitanic acid (H 2 TiO 3 )), and / or titanium. Acid salts (such as metatitanates) can be used. The metatitanic acid salt, typically a metal salt (Li 2 TiO 3, K 2 alkali metal salts such as TiO 3; such as PbTiO 3, ZnTiO 3; MgTiO 3 , CaTiO 3, SrTiO alkaline earth metal salts such as 3); FeTiO 3 , transition metal salts such as CoTiO 3 and MnTiO 3 can be exemplified. As the titanium compound, metatitanic acid, titanic acid hydrate and / or titanate are preferable, and among these, metatitanic acid is particularly preferable. These titanium compounds may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type.

電解質の比重は、例えば、1.1〜1.35g/cm3であり、1.2〜1.35g/cm3であることが好ましく、1.25〜1.3g/cm3であることがさらに好ましい。電解質の比重がこのような範囲である場合、チタン化合物の溶解量を調節し易く、電解質中のチタンイオンの濃度を適度な範囲に保持し易い。なお、本明細書中、電解質の比重とは、20℃における比重である。電池内の電解質の比重については、満充電状態の電池における電解質の比重が上記の範囲であることが望ましい。 The specific gravity of the electrolyte is, for example, 1.1~1.35g / cm 3, is preferably 1.2~1.35g / cm 3, to be 1.25~1.3g / cm 3 Further preferred. When the specific gravity of the electrolyte is within such a range, the amount of titanium compound dissolved can be easily adjusted, and the concentration of titanium ions in the electrolyte can be easily maintained within an appropriate range. In the present specification, the specific gravity of the electrolyte is the specific gravity at 20 ° C. Regarding the specific gravity of the electrolyte in the battery, it is desirable that the specific gravity of the electrolyte in the fully charged battery is in the above range.

以下に、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池についてより詳細に説明する。
(正極)
鉛蓄電池の正極は、一般に、正極格子(エキスパンド格子または鋳造格子など)と、正極格子に保持された正極活物質(または正極合剤)とを含む。正極は、一般に板状であるため、正極板とも呼ばれる。
Hereinafter, the lead storage battery according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings as appropriate.
(Positive electrode)
A positive electrode of a lead storage battery generally includes a positive electrode lattice (such as an expanded lattice or a cast lattice) and a positive electrode active material (or positive electrode mixture) held on the positive electrode lattice. Since the positive electrode is generally plate-shaped, it is also called a positive electrode plate.

正極格子の材料としては、鉛または鉛合金が例示される。鉛合金は、例えば、Ba、Ag、Ca、Al、Bi、Sb、および/またはSnを含むものであってもよい。高い耐食性および機械的強度が得られ易い観点からは、Caおよび/またはSnを含む鉛合金を用いることが好ましい。鉛合金において、Caの含有量は0.01〜0.1質量%であってもよく、Snの含有量は0.05〜3質量%であってもよい。正極格子は、必要に応じて、組成の異なる複数の鉛合金層を有するものであってもよい。例えば、正極活物質を保持する部分には、正極活物質の劣化を抑制する観点から、Sbを含む鉛合金層を形成することが好ましい。正極格子中のSbの含有量は、例えば、0.001〜0.002質量%であってもよい。   Examples of the material of the positive electrode grid include lead or a lead alloy. The lead alloy may include, for example, Ba, Ag, Ca, Al, Bi, Sb, and / or Sn. From the viewpoint of easily obtaining high corrosion resistance and mechanical strength, it is preferable to use a lead alloy containing Ca and / or Sn. In the lead alloy, the Ca content may be 0.01 to 0.1% by mass, and the Sn content may be 0.05 to 3% by mass. The positive electrode lattice may have a plurality of lead alloy layers having different compositions as required. For example, it is preferable to form a lead alloy layer containing Sb in the portion holding the positive electrode active material from the viewpoint of suppressing the deterioration of the positive electrode active material. 0.001 to 0.002 mass% may be sufficient as content of Sb in a positive electrode grid | lattice, for example.

正極活物質としては、酸化鉛(PbO2)が使用される。正極を作製する際には、正極活物質としての酸化鉛を含む鉛粉末を用いてもよい。
正極合剤は、正極活物質に加え、導電剤(カーボンブラックなどの導電性の炭素質材料など)および/または結着剤(ポリマーバインダーなど)を含んでもよい。正極がチタン化合物を含む場合、正極活物質と、チタン化合物と、必要に応じて他の成分とを含む正極合剤を用いればよい。正極は、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよい。
Lead oxide (PbO 2 ) is used as the positive electrode active material. When producing a positive electrode, you may use the lead powder containing lead oxide as a positive electrode active material.
The positive electrode mixture may contain a conductive agent (such as a conductive carbonaceous material such as carbon black) and / or a binder (such as a polymer binder) in addition to the positive electrode active material. When the positive electrode contains a titanium compound, a positive electrode mixture containing a positive electrode active material, a titanium compound, and other components as necessary may be used. The positive electrode may contain a known additive as required.

正極は、正極格子に、正極ペースト(正極活物質を含むペーストまたは正極合剤ペースト)を充填または塗布し、乾燥することにより未化成の正極を作製し、さらに化成処理することにより形成できる。正極ペーストは、正極活物質または正極合剤の構成成分に加え、分散媒としての硫酸および/または水などを含む。乾燥工程は、室温よりも高い温度および湿度で乾燥する熟成乾燥工程であってもよい。乾燥工程は、公知の条件下で行うことができる。   The positive electrode can be formed by filling or applying a positive electrode paste (a paste containing a positive electrode active material or a positive electrode mixture paste) to a positive electrode grid and drying it to produce an unformed positive electrode, followed by chemical conversion treatment. The positive electrode paste contains sulfuric acid and / or water as a dispersion medium in addition to the components of the positive electrode active material or the positive electrode mixture. The drying step may be an aging drying step that dries at a temperature and humidity higher than room temperature. The drying step can be performed under known conditions.

化成処理は、鉛蓄電池の電槽内で、硫酸を含む電解質中に、いずれも化成前の正極および負極を浸漬させた状態で充電することにより行うことができる。化成処理は、必要に応じて、電池または極板群の組み立て前に行うこともできる。   The chemical conversion treatment can be performed by charging in a state where the positive electrode and the negative electrode before conversion are immersed in an electrolyte containing sulfuric acid in the battery case of the lead storage battery. The chemical conversion treatment can be performed before assembling the battery or the electrode plate group, if necessary.

(負極)
鉛蓄電池の負極は、一般に、負極格子(エキスパンド格子または鋳造格子など)と、負極格子に保持された負極活物質(または負極合剤)とを含む。負極は、一般に板状であるため、負極板とも呼ばれる。
(Negative electrode)
A negative electrode of a lead storage battery generally includes a negative electrode lattice (such as an expanded lattice or a cast lattice) and a negative electrode active material (or a negative electrode mixture) held by the negative electrode lattice. Since the negative electrode is generally plate-shaped, it is also called a negative electrode plate.

負極格子の材料としては、正極格子について例示した鉛または鉛合金が例示できる。中でも、Caおよび/またはSnを含む鉛合金が好ましく、機械的強度などの観点から、少なくともCaを含む鉛合金を用いることも好ましい。鉛合金において、Caの含有量は、0.03〜0.10質量%であってもよく、Snの含有量は、0.2〜0.6質量%であってもよい。負極格子は、必要に応じて、組成の異なる複数の鉛合金層を有するものであってもよい。   Examples of the material for the negative electrode lattice include lead and lead alloys exemplified for the positive electrode lattice. Among these, a lead alloy containing Ca and / or Sn is preferable, and a lead alloy containing at least Ca is also preferable from the viewpoint of mechanical strength. In the lead alloy, the content of Ca may be 0.03 to 0.10% by mass, and the content of Sn may be 0.2 to 0.6% by mass. The negative electrode lattice may have a plurality of lead alloy layers having different compositions as required.

負極活物質としては、鉛が使用される。負極を作製する際には、鉛粉末を用いることができ、鉛粉末は酸化鉛を含むものであってもよい。負極合剤は、防縮剤(リグニンおよび/または硫酸バリウムなど)、導電剤(カーボンブラックなどの導電性の炭素質材料など)、および/または結着剤(ポリマーバインダーなど)を含んでもよい。チタン化合物を含む負極は、負極活物質と、チタン化合物と、必要に応じて他の成分とを含む負極合剤を用いて作製できる。なお、リグニンとしては、例えば、天然リグニン、ビスフェノールスルホン酸系縮合物などの合成リグニンが挙げられる。
負極は、必要に応じて、他の公知の添加剤を含んでもよい。
負極は、正極の場合に準じて形成できる。
Lead is used as the negative electrode active material. In producing the negative electrode, lead powder can be used, and the lead powder may contain lead oxide. The negative electrode mixture may include a shrinkage-preventing agent (such as lignin and / or barium sulfate), a conductive agent (such as a conductive carbonaceous material such as carbon black), and / or a binder (such as a polymer binder). The negative electrode containing a titanium compound can be produced using a negative electrode mixture containing a negative electrode active material, a titanium compound, and other components as required. Examples of lignin include synthetic lignin such as natural lignin and bisphenol sulfonic acid condensate.
The negative electrode may contain other known additives as necessary.
The negative electrode can be formed according to the case of the positive electrode.

(セパレータ)
セパレータとしては、微多孔膜または繊維シート(またはマット)などが例示できる。微多孔膜または繊維シートを構成するポリマー材料としては、耐酸性を有するものが好ましく、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンなどが例示できる。繊維シートは、ポリマー繊維(上記ポリマー材料で形成された繊維)、および/またはガラス繊維などの無機繊維で形成してもよい。
セパレータは、必要に応じて、フィラー、および/またはカーボンなどの添加剤を含んでもよい。セパレータは、さらに前記のチタン化合物を含んでもよい。
(Separator)
Examples of the separator include a microporous membrane or a fiber sheet (or mat). As a polymer material which comprises a microporous film or a fiber sheet, what has acid resistance is preferable, and polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, can be illustrated. The fiber sheet may be formed of polymer fibers (fibers formed of the polymer material) and / or inorganic fibers such as glass fibers.
The separator may contain an additive such as a filler and / or carbon, if necessary. The separator may further contain the titanium compound.

(電解質)
電解質は、硫酸を含む。本発明の実施形態では、電解質に対して所定の溶解度を有する固体のチタン化合物が電解質と接触するように電池内に配置されているため、電解質中にチタン化合物が溶解する。その結果、電池内の電解質には、チタンイオンが含まれる。
電解質中のチタンイオンの濃度は、使用するチタン化合物の種類、チタン化合物の物性(表面積、粒度など)、および/またはチタン化合物の形態、電解質の比重(または電解質に使用する硫酸水溶液の比重)などを調節することで調節できる。
(Electrolytes)
The electrolyte includes sulfuric acid. In the embodiment of the present invention, since the solid titanium compound having a predetermined solubility with respect to the electrolyte is disposed in the battery so as to come into contact with the electrolyte, the titanium compound is dissolved in the electrolyte. As a result, the electrolyte in the battery contains titanium ions.
The concentration of titanium ions in the electrolyte is the type of titanium compound used, the physical properties of the titanium compound (surface area, particle size, etc.), and / or the form of the titanium compound, the specific gravity of the electrolyte (or the specific gravity of the aqueous sulfuric acid solution used in the electrolyte), etc. It can be adjusted by adjusting.

電解質の比重は既述の範囲で適宜設定できる。チタン化合物は、電解質中に浸漬させた状態で使用することが好ましく、硫酸水溶液にチタン化合物の粉末を分散させることにより調製した電解質を用いてもよい。また、あらかじめ可溶性のチタン化合物(例えば、硫酸第二チタンなど)を硫酸に加え、所定濃度のチタンイオンを溶解させた後、溶解度の低い固体のチタン化合物を加えても良い。この場合、チタン化合物を投入する前の硫酸水溶液の比重(20℃における比重)を、電解質の比重として記載した上記の範囲内に設定してもよい。加える固体のチタン化合物の形態は、特に限定されないが、粉末状、顆粒状、ペレット状などであってもよい。また、あらかじめ硫酸とチタン化合物とを一定割合で混合したスラリー状物を、電解質を構成する硫酸に加えてもよい。   The specific gravity of the electrolyte can be appropriately set within the range described above. The titanium compound is preferably used in a state immersed in an electrolyte, and an electrolyte prepared by dispersing titanium compound powder in an aqueous sulfuric acid solution may be used. Alternatively, a soluble titanium compound (such as dititanium sulfate) may be added in advance to sulfuric acid to dissolve a predetermined concentration of titanium ions, and then a solid titanium compound having low solubility may be added. In this case, the specific gravity (specific gravity at 20 ° C.) of the sulfuric acid aqueous solution before introducing the titanium compound may be set within the above range described as the specific gravity of the electrolyte. The form of the solid titanium compound to be added is not particularly limited, but may be powder, granule, pellet, or the like. Moreover, you may add the slurry-form thing which mixed the sulfuric acid and the titanium compound in a fixed ratio previously to the sulfuric acid which comprises electrolyte.

鉛蓄電池は、電池ケース(電槽)内に、極板群および電解質を収容することにより作製できる。極板群は、複数の正極と複数の負極とを、これらの間にセパレータを介在させた状態で、正極と負極とが交互になるように重ね合わせることにより作製できる。セパレータは、正極と負極との間に介在するように配置すればよく、袋状のセパレータを用いたり、シート状のセパレータを2つ折り(U字状)にして、一方の電極を挟み、他方の電極と重ね合わせたりしてもよい。電槽内には、複数の極板群を収容してもよい。   A lead storage battery can be produced by housing an electrode plate group and an electrolyte in a battery case (battery case). The electrode plate group can be produced by superimposing a plurality of positive electrodes and a plurality of negative electrodes so that the positive electrodes and the negative electrodes are alternately arranged with a separator interposed therebetween. The separator may be disposed so as to be interposed between the positive electrode and the negative electrode, and a bag-shaped separator is used, or a sheet-shaped separator is folded in half (U-shaped), and one electrode is sandwiched between the other. You may overlap with an electrode. A plurality of electrode plate groups may be accommodated in the battery case.

図1は、本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池の一部切り欠き斜視図である。図2は図1の正極板の正面図であり、図3は図1の負極板の正面図である。
鉛蓄電池1は、極板群11と、図示しない電解質とを含み、これらは電槽12に収容されている。より具体的には、電槽12は、隔壁13により複数のセル室14に仕切られており、各セル室14には極板群11が1つずつ収納され、電解質も収容されている。極板群11は、複数枚の正極板2および負極板3を、セパレータ4を介して積層することにより構成されている。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view of a lead storage battery according to an embodiment of the present invention. 2 is a front view of the positive electrode plate of FIG. 1, and FIG. 3 is a front view of the negative electrode plate of FIG.
The lead storage battery 1 includes an electrode plate group 11 and an electrolyte (not shown), which are accommodated in a battery case 12. More specifically, the battery case 12 is partitioned into a plurality of cell chambers 14 by partition walls 13, and each cell chamber 14 stores one electrode plate group 11 and also stores an electrolyte. The electrode plate group 11 is configured by laminating a plurality of positive electrode plates 2 and negative electrode plates 3 with a separator 4 interposed therebetween.

正極板2の正極格子には耳22が設けられており、耳22を介して、正極板2は正極接続部材10に接続されている。正極接続部材10は、正極格子の耳22に接続された正極棚6、および正極棚6に設けられた正極接続体8または正極柱を含む。同様に、負極板3の負極格子には耳32が設けられており、耳32を介して、負極板3は負極接続部材9に接続されている。負極接続部材9は、負極格子の耳32に接続された負極棚5と、負極棚5に設けられた負極柱7または負極接続体とを含む。図示例では、電槽12の一方の端部には、正極棚6に正極接続体8が接続されており、負極棚5には負極柱7が接続するように配されている。電槽12の他方の端部では、正極棚6には正極柱が接続するように配され、負極棚5には負極接続体が接続される。   The positive electrode grid of the positive electrode plate 2 is provided with ears 22, and the positive electrode plate 2 is connected to the positive electrode connection member 10 via the ears 22. The positive electrode connection member 10 includes a positive electrode shelf 6 connected to the ears 22 of the positive electrode lattice, and a positive electrode connector 8 or a positive electrode column provided on the positive electrode shelf 6. Similarly, the negative electrode lattice of the negative electrode plate 3 is provided with ears 32, and the negative electrode plate 3 is connected to the negative electrode connection member 9 via the ears 32. The negative electrode connection member 9 includes a negative electrode shelf 5 connected to the ear 32 of the negative electrode lattice, and a negative electrode column 7 or a negative electrode connector provided on the negative electrode shelf 5. In the illustrated example, a positive electrode connector 8 is connected to the positive electrode shelf 6 at one end of the battery case 12, and a negative electrode column 7 is connected to the negative electrode shelf 5. At the other end of the battery case 12, a positive pole is connected to the positive electrode shelf 6, and a negative electrode connector is connected to the negative electrode shelf 5.

各セル内において、正極棚、負極棚、および極板群の全体は、電解質に浸漬されている。
電槽12の開口部には、正極端子16および負極端子17が設けられた蓋15が装着されている。正極接続体8は、隔壁13に設けられた透孔を介して隣接するセル室14内の極板群11の負極棚に連設された負極接続体と接続されている。これにより、極板群11は隣接するセル室14内の極板群11と直列に接続されている。電槽12の一方の端部において、負極柱7は負極端子17に接続されており、他方の端部において、正極柱は正極端子16に接続されている。蓋15に設けられた注液口には、電池内部で発生したガスを電池外に排出するための排気口を有する排気栓18が装着されている。
In each cell, the whole of the positive electrode shelf, the negative electrode shelf, and the electrode plate group is immersed in the electrolyte.
A lid 15 provided with a positive terminal 16 and a negative terminal 17 is attached to the opening of the battery case 12. The positive electrode connection body 8 is connected to a negative electrode connection body connected to the negative electrode shelf of the electrode plate group 11 in the adjacent cell chamber 14 through a through hole provided in the partition wall 13. Thereby, the electrode plate group 11 is connected in series with the electrode plate group 11 in the adjacent cell chamber 14. At one end of the battery case 12, the negative pole 7 is connected to the negative terminal 17, and at the other end, the positive pole is connected to the positive terminal 16. An exhaust plug 18 having an exhaust port for discharging gas generated inside the battery to the outside of the battery is attached to the liquid injection port provided in the lid 15.

正極板2は、耳22を有する正極格子21と、正極格子21に保持された正極活物質層(または正極合剤層)24とを含む。正極格子21は、正極活物質層24を保持するエキスパンド網目25、エキスパンド網目25の上端部に設けられた枠骨23、および枠骨23に連接された耳22からなるエキスパンド格子である。   The positive electrode plate 2 includes a positive electrode lattice 21 having ears 22 and a positive electrode active material layer (or positive electrode mixture layer) 24 held by the positive electrode lattice 21. The positive grid 21 is an expanded grid composed of an expanded mesh 25 that holds the positive active material layer 24, a frame bone 23 provided at the upper end of the expanded mesh 25, and ears 22 connected to the frame bone 23.

同様に、負極板3は、耳32を有する負極格子31と、負極格子31に保持された負極活物質層(または負極合剤層)34とを含む。負極格子31は、負極活物質層34を保持するエキスパンド網目35、エキスパンド網目35の上端部に設けられた枠骨33、および枠骨33に連接された耳32からなるエキスパンド格子である。   Similarly, the negative electrode plate 3 includes a negative electrode lattice 31 having ears 32 and a negative electrode active material layer (or negative electrode mixture layer) 34 held by the negative electrode lattice 31. The negative electrode lattice 31 is an expanded lattice composed of an expanded mesh 35 that holds the negative electrode active material layer 34, a frame bone 33 provided at the upper end of the expanded mesh 35, and an ear 32 connected to the frame bone 33.

正極接続部材10は、正極格子の材料として例示した鉛または鉛合金で形成できる。負極接続部材9は、負極格子の材料として例示した鉛または鉛合金で形成できる。   The positive electrode connection member 10 can be formed of lead or a lead alloy exemplified as the material of the positive electrode lattice. The negative electrode connection member 9 can be formed of lead or a lead alloy exemplified as the material of the negative electrode lattice.

以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example and a comparative example, this invention is not limited to a following example.

実施例1
(1)正極板の作製
図2に示す正極板2を以下の手順で作製した。
原料鉛粉(鉛と鉛酸化物との混合物)と水と希硫酸(比重1.40g/cm3)とを質量比100:15:5で混合することにより、正極ペーストを得た。
Example 1
(1) Production of positive electrode plate A positive electrode plate 2 shown in FIG. 2 was produced by the following procedure.
The raw material lead powder (mixture of lead and lead oxide), water and dilute sulfuric acid (specific gravity 1.40 g / cm 3 ) were mixed at a mass ratio of 100: 15: 5 to obtain a positive electrode paste.

鋳造法により得られたPb−0.06質量%Ca−1.6質量%Sn合金からなる母材シートと、Sbを含む鉛合金箔とを重ねて圧延した。これにより、母材シート上に鉛合金箔が圧着され、厚さ1.1mmの母材層の片面に厚さ20μmのSbを含む鉛合金層を有する複合シートを得た。なお、母材シートに鉛合金箔を圧着させる部位は、後述するエキスパンド加工におけるエキスパンド網目を形成する部分のみとし、母材シートにおける正極格子の耳22や枠骨23を形成する中央部分には鉛合金箔を圧着させなかった。   A base material sheet made of a Pb-0.06 mass% Ca-1.6 mass% Sn alloy obtained by a casting method and a lead alloy foil containing Sb were stacked and rolled. Thereby, the lead alloy foil was pressure-bonded on the base material sheet, and a composite sheet having a lead alloy layer containing Sb having a thickness of 20 μm on one surface of the base material layer having a thickness of 1.1 mm was obtained. The part where the lead alloy foil is pressure-bonded to the base material sheet is only the part that forms the expanded mesh in the later-described expanding process, and the center part of the base material sheet that forms the ears 22 of the positive grid and the frame bone 23 is lead. The alloy foil was not crimped.

複合シートに所定のスリットを形成した後、このスリットを展開してエキスパンド網目25を形成し、エキスパンド格子体を得た(エキスパンド加工)。なお、複合シートの中央部分は、後述する正極格子の耳22や枠骨23を形成する部分に用いられるため、エキスパンド加工しなかった。   After forming a predetermined slit in the composite sheet, this slit was developed to form an expanded mesh 25 to obtain an expanded lattice (expanding process). In addition, since the center part of the composite sheet was used for the part which forms the ear | edge 22 of the positive electrode grid | lattice and frame frame 23 which are mentioned later, it was not expanded.

エキスパンド網目25に正極ペーストを充填し、正極格子の耳22を有する極板形状に切断加工した。これを熟成乾燥し、未化成の正極板(縦:115mm、横:137.5mm)を得た。そして、後述する電槽内で化成することにより、正極格子21に正極活物質層24が保持された正極板2を得た。   The expanded mesh 25 was filled with a positive electrode paste and cut into an electrode plate shape having positive electrode lattice ears 22. This was aged and dried to obtain a non-chemically formed positive electrode plate (length: 115 mm, width: 137.5 mm). And the positive electrode plate 2 by which the positive electrode active material layer 24 was hold | maintained at the positive electrode grid 21 was obtained by forming in a battery case mentioned later.

(2)負極板の作製
図3に示す負極板3を以下の手順で作製した。
原料鉛粉、水、希硫酸(比重1.40g/cm3)、および防縮剤としてリグニンおよび硫酸バリウムを、導電材としてカーボンブラックを質量比100:12:7.0:1.0:0.1の割合で混合することにより、負極ペーストを得た。
(2) Production of Negative Electrode Plate A negative electrode plate 3 shown in FIG. 3 was produced by the following procedure.
Raw material lead powder, water, dilute sulfuric acid (specific gravity 1.40 g / cm 3 ), lignin and barium sulfate as a shrinkage preventive agent, and carbon black as a conductive material in a mass ratio of 100: 12: 7.0: 1.0: 0. By mixing at a ratio of 1, a negative electrode paste was obtained.

鋳造法により得られたPb−0.07質量%Ca−0.25質量%Sn合金からなる母材シートを厚さ0.7mmまで圧延し、この母材シートを上記と同様の方法によりエキスパンド加工した。エキスパンド網目に負極ペーストを充填し、上記と同様の方法により未化成の負極板(縦:115mm、横137.5mm)を得た。そして、後述する電槽内で化成することにより、負極格子31に負極活物質層34が保持された負極板3を得た。   A base material sheet made of a Pb-0.07 mass% Ca-0.25 mass% Sn alloy obtained by a casting method is rolled to a thickness of 0.7 mm, and the base material sheet is expanded by the same method as described above. did. The expanded mesh was filled with a negative electrode paste, and an unformed negative electrode plate (length: 115 mm, width 137.5 mm) was obtained by the same method as described above. And the negative electrode plate 3 by which the negative electrode active material layer 34 was hold | maintained at the negative electrode lattice 31 was obtained by forming in the battery case mentioned later.

(3)鉛蓄電池の作製
図1に示すような鉛蓄電池1を下記の手順で作製した。
上記で得られた1枚の負極板3を、セパレータ4(厚さ1.0mmのガラス繊維マット)を介して、2枚の正極板2で挟んだ状態で積層することにより極板群11を得た。このとき、セパレータ4は、2つ折りにして、間に負極板を挟み込むようにして配置した。
(3) Production of lead acid battery A lead acid battery 1 as shown in FIG. 1 was produced according to the following procedure.
By laminating the single negative electrode plate 3 obtained above with the separator 4 (1.0 mm thick glass fiber mat) sandwiched between the two positive electrode plates 2, the electrode plate group 11 is formed. Obtained. At this time, the separator 4 was folded in two and disposed so as to sandwich the negative electrode plate therebetween.

次いで、耳22および32をそれぞれ集合溶接して、正極棚6および負極棚5を形成した。極板群11を、電槽12の隔壁13によって区画された6つのセル室14にそれぞれ1つずつ収納し、正極棚6に連設された正極接続体8を、隣接する極板群の負極棚に連設された負極接続体と接続することにより、隣接する極板群を直列に接続した。なお、本実施例では、極板群間の接続は、隔壁13に設けられた透孔(図示せず)を介して行った。 正極接続体および負極接続体には、Pb−2.5質量%Sn合金を用いた。   Next, the ears 22 and 32 were collectively welded to form the positive electrode shelf 6 and the negative electrode shelf 5. The electrode plate group 11 is housed one by one in each of the six cell chambers 14 partitioned by the partition wall 13 of the battery case 12, and the positive electrode connection body 8 connected to the positive electrode shelf 6 is connected to the negative electrode of the adjacent electrode plate group Adjacent electrode plate groups were connected in series by connecting to the negative electrode connector continuously provided on the shelf. In this example, the connection between the electrode plate groups was made through a through hole (not shown) provided in the partition wall 13. A Pb-2.5 mass% Sn alloy was used for the positive electrode connector and the negative electrode connector.

両端のセル室14に収納された極板群の一方の正極棚に正極柱を設け、他方の負極棚5に負極柱7を設けた。そして、電槽12の開口部に蓋15を装着するとともに、蓋15に設けられた正極端子16および負極端子17と、正極柱および負極柱7とを溶接した。その後、蓋15に設けられた注液口より、電解質を所定量注液し、電槽内で化成を行った。化成後、電池内部で発生したガスを電池外に排出するための排気口を有する排気栓18を注液口に装着し、JIS D5301に規定する55D23形(12V−48Ah)の鉛蓄電池を作製した。なお、化成後は、極板群11、正極棚6、および負極棚5の全体が電解質に浸漬された状態であった。   A positive electrode column was provided on one positive electrode shelf of the electrode plate group housed in the cell chambers 14 at both ends, and a negative electrode column 7 was provided on the other negative electrode shelf 5. The lid 15 was attached to the opening of the battery case 12, and the positive electrode terminal 16 and the negative electrode terminal 17 provided on the lid 15 were welded to the positive electrode column and the negative electrode column 7. Thereafter, a predetermined amount of electrolyte was injected from the injection port provided in the lid 15 and chemical conversion was performed in the battery case. After the formation, an exhaust plug 18 having an exhaust port for discharging gas generated inside the battery to the outside of the battery was attached to the liquid injection port, and a 55D23 type (12V-48Ah) lead storage battery defined in JIS D5301 was produced. . In addition, after the chemical conversion, the entire electrode plate group 11, the positive electrode shelf 6, and the negative electrode shelf 5 were immersed in the electrolyte.

電解質としては、硫酸(硫酸水溶液、比重1.28g/cm3)に、メタチタン酸の粉末(キシダ化学製)を加え、攪拌後、静置させた状態ものを電解質として用いた。電解質は、固体のメタチタン酸を含んだ状態であった。メタチタン酸の添加量は、硫酸1Lに対し3.9g(40mmol/L)とした。電池の0.2C容量あたりのチタン化合物の量は、チタン原子換算で0.5g/Ahである。 As the electrolyte, a solution of metatitanic acid (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) added to sulfuric acid (aqueous sulfuric acid solution, specific gravity 1.28 g / cm 3 ), stirred, and allowed to stand was used as the electrolyte. The electrolyte was in a state containing solid metatitanic acid. The amount of metatitanic acid added was 3.9 g (40 mmol / L) with respect to 1 L of sulfuric acid. The amount of the titanium compound per 0.2 C capacity of the battery is 0.5 g / Ah in terms of titanium atoms.

(4)評価
下記の(a)の手順でテストセルを作製した。作製したテストセルを用いて下記の(b)および(c)の評価を行った。なお、テストセルの1.0Cは、各テストセルの理論容量から算出した。
(4) Evaluation A test cell was prepared by the following procedure (a). The following (b) and (c) were evaluated using the produced test cell. Note that 1.0 C of the test cell was calculated from the theoretical capacity of each test cell.

(a)テストセルの作製
上記(1)および(2)で作製した正極板および負極板を、それぞれ、縦60mm×横40mmのサイズにカットし、1枚の負極板および2枚の正極板を準備した。負極板を、セパレータ(ポリエチレン製の微多孔膜、ベース厚さ0.2mm、幅44mm)を介して、2枚の正極板で挟んで状態で積層させることにより、極板群を形成した。このとき、セパレータ4は、2つ折りにした間に負極板を挟み込むようにして配置した。
(A) Production of test cell The positive electrode plate and the negative electrode plate produced in the above (1) and (2) were cut into a size of 60 mm in length and 40 mm in width, respectively, and one negative electrode plate and two positive electrode plates were obtained. Got ready. The negative electrode plate was laminated in a state of being sandwiched between two positive electrode plates through a separator (polyethylene microporous film, base thickness 0.2 mm, width 44 mm) to form an electrode plate group. At this time, the separator 4 was disposed so as to sandwich the negative electrode plate while being folded in half.

得られた極板群を両面からアクリル製の板で挟み、固定した。次いで、負極板、2枚の正極板それぞれに、鉛棒を溶接し、それぞれ負極端子、正極端子とした。それをポリプロピレン製の容器に入れ、比重1.20g/cm3の硫酸を所定量注入し、化成を行った。化成に使用したセル内の硫酸を除去し、新たに以下に記述する所定組成の硫酸を注入した。このようにして、テストセル(1.25Ah、2V)を作製した。 The obtained electrode plate group was sandwiched between acrylic plates from both sides and fixed. Next, a lead bar was welded to each of the negative electrode plate and the two positive electrode plates to form a negative electrode terminal and a positive electrode terminal, respectively. It was put into a polypropylene container, and a predetermined amount of sulfuric acid having a specific gravity of 1.20 g / cm 3 was injected to perform chemical conversion. The sulfuric acid in the cell used for chemical conversion was removed, and sulfuric acid having a predetermined composition described below was newly injected. In this way, a test cell (1.25 Ah, 2 V) was produced.

電解質としては、(3)で用いたものと同じものを用いた。テストセルの0.2C容量あたりのチタン化合物の量は、チタン原子換算で0.5g/Ahである。
電解質中のチタンイオンの濃度を以下の手順で定量した。まず、20℃で電解質を所定量採取し、遠心分離により固体のチタン化合物を除去し、上澄み液をフィルター(孔径0.1μm)でろ過した。ろ液を採取して、希釈し、ICP発光分光分析法により、チタン量を定量し、電解質のチタンイオン濃度を求めたところ、1.2mmol/Lであった。
As the electrolyte, the same one as used in (3) was used. The amount of the titanium compound per 0.2 C capacity of the test cell is 0.5 g / Ah in terms of titanium atoms.
The concentration of titanium ions in the electrolyte was quantified by the following procedure. First, a predetermined amount of electrolyte was collected at 20 ° C., the solid titanium compound was removed by centrifugation, and the supernatant was filtered through a filter (pore diameter: 0.1 μm). The filtrate was collected, diluted, and the amount of titanium was quantified by ICP emission spectroscopy, and the titanium ion concentration of the electrolyte was determined to be 1.2 mmol / L.

(b)充電受入性
(初期の充電受入性)
以下の条件で、化成後のテストセルのSOCを調整し、充電を行った。充電受入性は充電開始後の10秒間の電気量で比較した。
放電(SOC調整):定電流、0.2C、30分
休止:12時間
充電(充電受入性):定電流(3C)−定電圧(2.4V、最大電流3C)、60秒
温度:25℃
(B) Charge acceptance (initial charge acceptance)
Under the following conditions, the SOC of the test cell after conversion was adjusted and charged. The charge acceptability was compared by the amount of electricity for 10 seconds after the start of charging.
Discharge (SOC adjustment): Constant current, 0.2C, 30 minutes Pause: 12 hours Charge (Charge acceptance): Constant current (3C)-Constant voltage (2.4V, maximum current 3C), 60 seconds Temperature: 25 ° C

(360サイクル後の充電受入性)
まず、以下の条件で、化成後のテストセルのSOCを調整した。
充電(SOC調整):定電流、0.2C、7.5時間
休止:30分
放電(SOC調整):定電流、0.2C、30分
休止:12時間
温度:25℃
(Charge acceptance after 360 cycles)
First, the SOC of the formed test cell was adjusted under the following conditions.
Charging (SOC adjustment): constant current, 0.2C, 7.5 hours Pause: 30 minutes Discharge (SOC adjustment): constant current, 0.2C, 30 minutes Pause: 12 hours Temperature: 25 ° C

次いで、アイドリングストップ寿命試験(SBA S0101)をベースにして、負極の劣化が加速し易い下記の条件での充放電を360サイクル繰り返した。
充電(IS):定電流(2.25C)−定電圧(2.4V、最大電流2.25C)、0.1時間
放電(IS):定電流、1.0C、0.1時間
温度:25℃
そして、下記の条件で360サイクル後の充電受け入れ性を評価した。
充電(充電受入性):定電流(3C)−定電圧(2.4V、最大電流3C)、60秒
温度:25℃
Next, based on the idling stop life test (SBA S0101), charge and discharge under the following conditions where the deterioration of the negative electrode is easy to accelerate were repeated 360 cycles.
Charge (IS): constant current (2.25C) -constant voltage (2.4V, maximum current 2.25C), 0.1 hour Discharge (IS): constant current, 1.0C, 0.1 hour Temperature: 25 ℃
And the charge acceptance property after 360 cycles was evaluated on condition of the following.
Charging (charge acceptance): constant current (3C) -constant voltage (2.4V, maximum current 3C), 60 seconds Temperature: 25 ° C

(c)負極活物質利用率
化成後のテストセルについて、0.2Cで終止電圧1.7Vまで定電流放電し、このときのセル容量を測定した。このセル容量を基に、負極活物質容量(mAh/g)を求めた。負極活物質利用率は、各セルの負極活物質の容量の50%をセルの理論容量として、セル理論容量に対する上記負極活物質容量(mAh/g)の割合で表した。
(C) Utilization rate of negative electrode active material About the test cell after chemical conversion, constant current discharge was carried out at 0.2 C to the final voltage 1.7V, and the cell capacity at this time was measured. Based on this cell capacity, the negative electrode active material capacity (mAh / g) was determined. The negative electrode active material utilization rate was expressed as a ratio of the negative electrode active material capacity (mAh / g) to the cell theoretical capacity, with 50% of the capacity of the negative electrode active material in each cell as the theoretical capacity of the cell.

比較例1
電解質として、比重が1.28g/cm3の硫酸を用いる以外は実施例1と同様にしてテストセルを作製し、評価を行った。
Comparative Example 1
A test cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that sulfuric acid having a specific gravity of 1.28 g / cm 3 was used as the electrolyte.

比較例2
メタチタン酸に代えて、酸化チタン(TiO2、高純度化学製)を用いて電解質を調製した。酸化チタンは、硫酸1Lに対し3.2g(40mmol/L相当)添加した。電解質において、酸化チタンはほとんど溶解せず、固体として沈殿していた。得られた電解質を用いる以外は、実施例1と同様にしてテストセルを作製し、評価を行った。チタンイオンの濃度は実施例1と同じ手順で定量した。
Comparative Example 2
Instead of metatitanic acid, an electrolyte was prepared using titanium oxide (TiO 2 , high-purity chemical). Titanium oxide was added in an amount of 3.2 g (equivalent to 40 mmol / L) to 1 L of sulfuric acid. In the electrolyte, titanium oxide was hardly dissolved and precipitated as a solid. A test cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte was used. The concentration of titanium ions was quantified by the same procedure as in Example 1.

比較例3
メタチタン酸に代えて、硫酸チタン(Ti(SO水和物、三津和化学製)を用いて電解質を調製した。硫酸チタンは、硫酸1Lに対し0.33g添加した。電解質において、硫酸チタンは完全に溶解した。得られた電解質を用いる以外は、実施例1と同様にしてテストセルを作製し、評価を行った。チタンイオンの濃度は実施例1と同じ手順で定量した。
Comparative Example 3
Instead of metatitanic acid, to prepare an electrolyte using titanium sulfate (Ti (SO 4) 2 hydrate, Mizuno manufactured sum Chemical). 0.33 g of titanium sulfate was added to 1 L of sulfuric acid. In the electrolyte, the titanium sulfate was completely dissolved. A test cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte was used. The concentration of titanium ions was quantified by the same procedure as in Example 1.

比較例4および5
電解質1L当たりの硫酸チタンの量がチタン原子換算で表1に示す量となるように、硫酸チタン水和物を、硫酸1Lに対し、それぞれ、3.3gまたは13.2g添加した。これ以外は比較例3と同様にして電解質を調製した。電解質において、添加した硫酸チタンは完全に溶解した。得られた電解質を用いる以外は、実施例1と同様にしてテストセルを作製し、評価を行った。チタンイオンの濃度は実施例1と同じ手順で定量した。
Comparative Examples 4 and 5
3.3 g or 13.2 g of titanium sulfate hydrate was added to 1 L of sulfuric acid so that the amount of titanium sulfate per 1 L of electrolyte was the amount shown in Table 1 in terms of titanium atoms. Except for this, an electrolyte was prepared in the same manner as in Comparative Example 3. In the electrolyte, the added titanium sulfate was completely dissolved. A test cell was prepared and evaluated in the same manner as in Example 1 except that the obtained electrolyte was used. The concentration of titanium ions was quantified by the same procedure as in Example 1.

実施例および比較例の結果を表1に示す。なお、充電受入性については、比較例1の初期の電流値を100%としたときの比率(充電受入性比)で表した。負極活物質利用率については、比較例1の負極活物質容量を100%としたときの比率(負極活物質利用率比)で表した。実施例1をA1とし、比較例1〜5をB1〜B5で表した。表1には、比較例2〜5のテストセルの0.2C容量あたりのチタン化合物の量(チタン原子換算)を表1に示す。   The results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1. In addition, about charge acceptance, it represented with the ratio (charge acceptance ratio) when the initial stage electric current value of the comparative example 1 was set to 100%. About the negative electrode active material utilization factor, it represented with the ratio (negative electrode active material utilization factor ratio) when the negative electrode active material capacity | capacitance of the comparative example 1 was set to 100%. Example 1 was represented by A1, and Comparative Examples 1 to 5 were represented by B1 to B5. Table 1 shows the amount (in terms of titanium atom) of the titanium compound per 0.2 C capacity of the test cells of Comparative Examples 2 to 5.

Figure 2016072105
Figure 2016072105

表1のA1、B3〜B5に示されるように所定量のチタンイオンを電解質中に含むと、B1、B2に比べ初期の充電受入性が向上することがわかる。充放電を繰り返した後、実施例では高い充電受入性が得られたのに対し、比較例では実施例に比べて低くなった。サイクル後の充電受入性が高いことは、SOC低下が抑制され、ISサイクル寿命改善につながると言える。   As shown in A1, B3 to B5 in Table 1, it can be seen that when a predetermined amount of titanium ions is included in the electrolyte, the initial charge acceptability is improved as compared with B1 and B2. After repeating charging and discharging, high charge acceptability was obtained in the example, whereas it was lower in the comparative example than in the example. It can be said that the high charge acceptability after the cycle suppresses the decrease in SOC and leads to the improvement of the IS cycle life.

実施例の電池A1では、比較例の電池B3と電解質中のチタンイオンの濃度は同じであるが、サイクル後の充電受入性が高くなっている。また、A1では、固体のチタン化合物が電解質と接触した状態で電池内に存在することで、サイクル経過における電解質中のチタンイオン濃度の減少が抑制されていた。A1では、固体のチタン化合物から、チタンイオンが徐々に溶解し電解液に継続的に供給されることで、チタンイオン負極への作用を持続させていると考えられる。したがって、固体のチタン化合物が電解質と接触した状態で電池内に存在することが重要であることが分かる。   In the battery A1 of the example, the concentration of titanium ions in the electrolyte is the same as that of the battery B3 of the comparative example, but the charge acceptability after the cycle is high. Moreover, in A1, since the solid titanium compound was present in the battery in contact with the electrolyte, the decrease in the titanium ion concentration in the electrolyte during the cycle was suppressed. In A1, it is considered that the titanium ion is gradually dissolved from the solid titanium compound and continuously supplied to the electrolytic solution, thereby maintaining the action on the titanium ion negative electrode. Therefore, it can be seen that it is important that the solid titanium compound exists in the battery in contact with the electrolyte.

比較例の電池B4およびB5では、電池B3に比べると負極活物質利用率が低下している。また、電池B4およびB5では、高いチタンイオン濃度に見合う、充電受入性の向上効果も得られていない。電池A1およびB3〜B5の結果から、充電受入性およびISサイクル寿命の向上効果は、単にチタンイオンの溶解量を多くすることで得られるわけではなく、所定量のチタンイオン濃度を確保しながら、固体のチタン化合物を電池内に電解質と接触するように配置させることが重要であることが分かる。   In the batteries B4 and B5 of the comparative example, the negative electrode active material utilization rate is lower than that of the battery B3. Further, in the batteries B4 and B5, the effect of improving the charge acceptability corresponding to the high titanium ion concentration is not obtained. From the results of the batteries A1 and B3 to B5, the effect of improving the charge acceptance and IS cycle life is not obtained simply by increasing the amount of titanium ions dissolved, while ensuring a predetermined amount of titanium ion concentration, It can be seen that it is important to place the solid titanium compound in contact with the electrolyte in the battery.

なお、硫酸の比重を1.20g/cm3、1.24g/cm3、1.30g/cm3、および1.34g/cm3に変えて、実施例と同様の試験を行った。電解質中のチタンイオン濃度は、それぞれ、0.7mmol/L、0.8mmol/L、1.0mmol/L、および1.1mmol/Lであった。上記の試験では、充電受入性および負極利用率において、実施例1とほぼ同様の効果がみられた。 In addition, the same test as the Example was performed by changing the specific gravity of sulfuric acid to 1.20 g / cm 3 , 1.24 g / cm 3 , 1.30 g / cm 3 , and 1.34 g / cm 3 . The titanium ion concentration in the electrolyte was 0.7 mmol / L, 0.8 mmol / L, 1.0 mmol / L, and 1.1 mmol / L, respectively. In the above test, substantially the same effect as in Example 1 was observed in charge acceptability and negative electrode utilization rate.

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池は、中途充電状態で充放電を繰り返す使用モードにおいて、優れた充電受入性およびIS寿命特性を有する。よって、アイドルストップシステムや回生ブレーキシステムを搭載した車両等に好適に用いられる。   The lead acid battery which concerns on one Embodiment of this invention has the outstanding charge acceptance property and IS life characteristic in the use mode which repeats charging / discharging in a halfway charge state. Therefore, it is suitably used for a vehicle equipped with an idle stop system or a regenerative brake system.

1 鉛蓄電池、2 正極板、3 負極板、4 セパレータ、5 負極棚、6 正極棚、7 負極柱、8 正極接続体、9 負極接続部材、10 正極接続部材、11 極板群、12 電槽、 13 隔壁、14 セル室、15 蓋、16 正極端子、17 負極端子、18 排気栓、21 正極格子、22,32 耳、23,33 枠骨、24 正極活物質層、25,35 エキスパンド網目、31 負極格子、34 負極活物質層   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lead acid battery, 2 Positive electrode plate, 3 Negative electrode plate, 4 Separator, 5 Negative electrode shelf, 6 Positive electrode shelf, 7 Negative electrode pillar, 8 Positive electrode connection body, 9 Negative electrode connection member, 10 Positive electrode connection member, 11 Electrode plate group, 12 Battery case 13 partition, 14 cell chamber, 15 lid, 16 positive terminal, 17 negative terminal, 18 exhaust plug, 21 positive grid, 22, 32 ear, 23,33 frame bone, 24 positive active material layer, 25, 35 expanded mesh, 31 Negative electrode lattice, 34 Negative electrode active material layer

Claims (5)

正極と、負極と、前記正極および前記負極の間に介在するセパレータと、硫酸を含む電解質と、を含む鉛蓄電池であって、
前記鉛蓄電池は、前記電解質と接触するように配置された固体のチタン化合物を含み、
前記電解質中に0.01mmol/L以上のチタンイオンが含まれている、鉛蓄電池。
A lead-acid battery comprising a positive electrode, a negative electrode, a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode, and an electrolyte containing sulfuric acid,
The lead acid battery includes a solid titanium compound disposed in contact with the electrolyte;
The lead acid battery in which the said electrolyte contains 0.01 mmol / L or more of titanium ions.
前記電解質中のチタンイオンの濃度は、3mmol/L以下である請求項1に記載の鉛蓄電池。   The lead acid battery according to claim 1, wherein the concentration of titanium ions in the electrolyte is 3 mmol / L or less. 前記チタン化合物は、前記電解質中に浸漬されており、
前記鉛蓄電池に含まれるチタン化合物の量は、チタン原子換算で、前記鉛蓄電池の0.2Cでの電池容量あたり、0.1g/Ah以上である、請求項1または2に記載の鉛蓄電池。
The titanium compound is immersed in the electrolyte,
The amount of the titanium compound contained in the said lead acid battery is a lead acid battery of Claim 1 or 2 which is 0.1 g / Ah or more per battery capacity in 0.2C of the said lead acid battery in conversion of a titanium atom.
前記チタン化合物は、メタチタン酸、チタン酸水和物およびメタチタン酸塩からなる群より選択される少なくとも一種である請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。   The lead acid battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the titanium compound is at least one selected from the group consisting of metatitanic acid, titanic acid hydrate, and metatitanate. 前記電解質の比重は、1.2〜1.35g/cm3である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
The lead acid battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the electrolyte has a specific gravity of 1.2 to 1.35 g / cm 3 .
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