JP2017069010A - 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 suppress the worsening of the cycle life (IS cycle life) in a lead storage battery.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 negative electrode includes a titanium compound. The titanium compound is 0.01 mmol/L or more in 20°C-solubility in sulfuric acid aqueous solution of 1.28 in specific weight at 20°C. Examples of the titanium compound include metatitanic acid or its salt, titanyl sulfate and titanium sulfate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、鉛蓄電池の負極の改良に関する。   The present invention relates to an improvement in the negative electrode of a lead storage battery.

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教示されている。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。特許文献2には、鉛蓄電池における活物質利用率を向上する観点から、正極に酸化チタンや二酸化チタンを添加することが教示されている。特許文献3には、鉛蓄電池の保存時の自己放電を抑制するために、負極板にTiO2などの親水性の微粉末を添加することが提案されている。 Patent Document 1 teaches 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. Patent Document 2 teaches that titanium oxide or titanium dioxide is added to the positive electrode from the viewpoint of improving the active material utilization in the lead-acid battery. Patent Document 3 proposes to add a hydrophilic fine powder such as TiO 2 to the negative electrode plate in order to suppress self-discharge during storage of the lead-acid battery.

国際公開第2007/036979号パンフレットInternational Publication No. 2007/036979 Pamphlet 特開昭63−126166号公報JP 63-126166 A 特開昭63−19772号公報JP-A-63-19772

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、本発明者らが検討した結果、電解質に所定濃度のチタンイオンを添加した場合、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、アイドルストップ状態を繰り返すサイクル寿命(アイドリングストップ(IS)サイクル寿命)が低下し易い。   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 investigations by the present inventors, it has been found that when a predetermined concentration of titanium ions is added to the electrolyte, it is impossible to sufficiently suppress a decrease in cycle life. In particular, the cycle life (idling stop (IS) cycle life) that repeats the idle stop state is likely to decrease.

特許文献2および特許文献3で使用されるようなチタン酸化物は、鉛蓄電池の電解質にほとんど溶解しないため、正極や負極に添加しても充電受入性、ひいてはISサイクル寿命の向上は望めない。
本発明の目的は、鉛蓄電池において、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。
Titanium oxide used in Patent Document 2 and Patent Document 3 hardly dissolves in the electrolyte of the lead storage battery, and therefore, even if added to the positive electrode or the negative electrode, it is not possible to improve the charge acceptability and thus the IS cycle life.
An object of the present invention is to suppress a decrease in cycle life (IS cycle life) in a lead-acid 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、
前記負極は、チタン化合物を含み、
前記チタン化合物は、20℃での比重が1.28である硫酸水溶液に対する20℃での溶解度が0.01mmol/L以上である、鉛蓄電池に関する。
One aspect of the present invention is a lead acid 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,
The negative electrode includes a titanium compound,
The titanium compound relates to a lead-acid battery having a solubility at 20 ° C. of 0.01 mmol / L or higher in a sulfuric acid aqueous solution having a specific gravity of 1.28 at 20 ° C.

本発明によれば、鉛蓄電池の負極から溶出したチタンイオンが、充放電時に負極の硫酸鉛に吸着して負極のサルフェーションが抑制される。これにより、負極の充電受入性が低下することを抑制できるため、サイクル寿命(ISサイクル寿命)の低下を抑制できる。   According to the present invention, titanium ions eluted from the negative electrode of the lead-acid battery are adsorbed on lead sulfate of the negative electrode during charging and discharging, and sulfation of the negative electrode is suppressed. Thereby, since it can suppress that the charge acceptance of a negative electrode falls, the fall of a cycle life (IS cycle life) can be suppressed.

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。負極は、チタン化合物(第1チタン化合物)を含む。チタン化合物は、20℃での比重が1.28である硫酸水溶液に対する20℃での溶解度が0.01mmol/L以上である。   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. The negative electrode includes a titanium compound (first titanium compound). The titanium compound has a solubility at 20 ° C. of 0.01 mmol / L or more in a sulfuric acid aqueous solution having a specific gravity of 1.28 at 20 ° C.

チタンイオンを溶解させた電解質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。また、充放電時に、チタンの大部分が正極活物質の表面に堆積することで抵抗が増加し、充放電の可逆性が低下する。よって、ISサイクル寿命が低下する。一方で、酸化チタンや二酸化チタンは、電解質(またはその主成分である硫酸水溶液)に対する溶解性が低いため、チタンイオンの供給源には不向きである。   When charging and discharging are repeated using an electrolyte in which titanium ions are dissolved, titanium ions are reduced from the electrolyte due to the action on the negative electrode. Further, during charging / discharging, most of the titanium is deposited on the surface of the positive electrode active material, so that the resistance increases and the reversibility of charging / discharging decreases. Therefore, the IS cycle life is reduced. On the other hand, titanium oxide and titanium dioxide are not suitable for a titanium ion supply source because they have low solubility in an electrolyte (or a sulfuric acid aqueous solution that is a main component thereof).

本実施形態では、上記のように、電解質(硫酸水溶液)に対して所定の溶解度を有するチタン化合物を負極に含ませる。そのため、電池内で、チタン化合物が負極から電解質中に溶解して、チタンイオンが電解質中に供給される。チタンイオンは、充放電時に、負極活物質の硫酸鉛に吸着するため、負極のサルフェーションが抑制される。チタンイオンは、負極から継続的に供給されるため、サルフェーションの抑制効果が持続する。よって、負極の充電受入性の低下が抑制される。また、他の箇所に比べ負極活物質近傍でチタンイオン濃度を高めることによって正極におけるチタンの堆積が抑制されるため、充放電の可逆性が低下することが抑制される。これらの点から、サイクル寿命(IS寿命特性)が向上すると考えられる。   In the present embodiment, as described above, a titanium compound having a predetermined solubility in the electrolyte (aqueous sulfuric acid solution) is included in the negative electrode. Therefore, in the battery, the titanium compound is dissolved from the negative electrode into the electrolyte, and titanium ions are supplied into the electrolyte. Titanium ions are adsorbed to lead sulfate as a negative electrode active material during charge and discharge, and thus sulfation of the negative electrode is suppressed. Since titanium ions are continuously supplied from the negative electrode, the effect of suppressing sulfation is sustained. Therefore, the fall of the charge acceptance property of a negative electrode is suppressed. In addition, since the deposition of titanium on the positive electrode is suppressed by increasing the titanium ion concentration in the vicinity of the negative electrode active material as compared with other portions, the reversibility of charge / discharge is suppressed from being lowered. From these points, it is considered that the cycle life (IS life characteristics) is improved.

20℃での比重が1.28である硫酸水溶液に対するチタン化合物の20℃における溶解度は、0.01mmol/L以上であればよい。チタンイオンによる効果をできるだけ持続させる観点からは、溶解度は、0.01〜100mmol/Lであることが好ましく、 0.1〜50mmol/Lであることがさらに好ましい。なお、ここで言う溶解度は、20℃での比重が1.28である硫酸水溶液1.0Lに対して、チタン化合物を飽和濃度以上の量(例えば、Ti元素換算で100mmol)投入し、20℃の環境下で7日間静置した後の溶液部分のTi濃度とする。   The solubility of the titanium compound at 20 ° C. in the sulfuric acid aqueous solution having a specific gravity at 20 ° C. of 1.28 may be 0.01 mmol / L or more. From the viewpoint of sustaining the effect of titanium ions as much as possible, the solubility is preferably 0.01 to 100 mmol / L, and more preferably 0.1 to 50 mmol / L. In addition, the solubility said here introduce | transduces the quantity (for example, 100 mmol in conversion of Ti element) of a titanium compound more than a saturated density | concentration with respect to 1.0L of sulfuric acid aqueous solution whose specific gravity in 20 degreeC is 1.28, and 20 degreeC. The Ti concentration of the solution portion after standing for 7 days in the environment of

チタン化合物としては、チタン酸(メタチタン酸(H2TiO3)など)またはその塩、チタンを含む硫酸塩(硫酸チタニル(TiOSO4)、硫酸チタン(Ti(SO42)など)、チタン酸水和物(TiO2・xH2O(0<x<1))などが挙げられる。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、BaTiO3、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、メタチタン酸またはその塩、硫酸チタニル、および硫酸チタンが好ましく、特にメタチタン酸が好ましい。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。例えば、20℃での比重が1.28である硫酸水溶液に対して、メタチタン酸の溶解度は2.5mmol/L、硫酸チタニルの溶解度は28mmol/L、硫酸チタンの溶解度は42mmol/L、Li2TiO3の溶解度は6mmol/L、K2TiO3の溶解度は3mmol/L、BaTiO3の溶解度は12mmol/L、PbTiO3の溶解度は10mmol/L、ZnTiO3の溶解度は3mmol/Lである。 Examples of the titanium compound include titanic acid (such as metatitanic acid (H 2 TiO 3 )) or a salt thereof, sulfate containing titanium (such as titanyl sulfate (TiOSO 4 ), titanium sulfate (Ti (SO 4 ) 2 )), or titanic acid. Hydrates (TiO 2 .xH 2 O (0 <x <1)) and the like can be mentioned. The metatitanic acid salt, typically a metal salt (Li 2 TiO 3, K alkali metal salts such as 2 TiO 3; MgTiO 3, CaTiO 3, BaTiO 3, SrTiO 3 alkaline earth metal salts such as; PbTiO 3, ZnTiO 3, etc. ); Transition metal salts such as FeTiO 3 , CoTiO 3 and MnTiO 3 . As the titanium compound, metatitanic acid or a salt thereof, titanyl sulfate, and titanium sulfate are preferable, and 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. For example, for a sulfuric acid aqueous solution having a specific gravity of 1.28 at 20 ° C., the solubility of metatitanic acid is 2.5 mmol / L, the solubility of titanyl sulfate is 28 mmol / L, the solubility of titanium sulfate is 42 mmol / L, and Li 2 The solubility of TiO 3 is 6 mmol / L, the solubility of K 2 TiO 3 is 3 mmol / L, the solubility of BaTiO 3 is 12 mmol / L, the solubility of PbTiO 3 is 10 mmol / L, and the solubility of ZnTiO 3 is 3 mmol / L.

負極中のチタンの含有量は、負極活物質100質量部に対して、例えば、0.001〜0.05質量部であり、0.003〜0.03質量部であることが好ましく、0.005〜0.02質量部であることがさらに好ましい。負極中のチタンの含有量がこのような範囲である場合、ISサイクル寿命の向上効果をさらに高めることができる。負極中のチタンの量は、負極に含まれるチタン原子の量に相当する。負極中のチタンの量は、所望するISサイクル寿命に応じて、適宜増減してもよい。
なお、ここでいう負極中のチタンの含有量とは、初期の満充電状態の鉛蓄電池(例えば、慣らし充放電後の鉛蓄電池)におけるものである。満充電状態の鉛蓄電池とは、充電状態(SOC)が99%以上である場合の鉛蓄電池を言うものとする。
The content of titanium in the negative electrode is, for example, 0.001 to 0.05 parts by mass, preferably 0.003 to 0.03 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. More preferably, it is 005-0.02 mass part. When the content of titanium in the negative electrode is within such a range, the effect of improving the IS cycle life can be further enhanced. The amount of titanium in the negative electrode corresponds to the amount of titanium atoms contained in the negative electrode. The amount of titanium in the negative electrode may be increased or decreased as appropriate according to the desired IS cycle life.
In addition, content of titanium in a negative electrode here is in the lead storage battery (for example, lead storage battery after break-in charge / discharge) of an initial full charge state. A fully charged lead acid battery refers to a lead acid battery when the state of charge (SOC) is 99% or more.

本実施形態では、負極に特定の溶解度を有するチタン化合物が含まれているため、このチタン化合物が電解質中に徐々に溶解する。その結果、電池内の電解質には、チタンイオンが含まれる。   In this embodiment, since the negative electrode contains a titanium compound having a specific solubility, the titanium compound is gradually dissolved in the electrolyte. As a result, the electrolyte in the battery contains titanium ions.

電解質中のチタンイオンの濃度は、例えば、0.005mmol/L以上であり、好ましくは0.01mmol/L以上または0.03mmol/L以上である。電解質中のチタンイオンの濃度は、1mmol/L未満であることが好ましく、0.5mmol/L以下または0.1mmol/L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。電解質中のチタンイオンの濃度は、例えば、0.005mmol/L以上1mmol/L未満であり、0.005〜0.5mmol/L、0.01〜0.5mmol/Lであってもよい。   The concentration of titanium ions in the electrolyte is, for example, 0.005 mmol / L or more, preferably 0.01 mmol / L or more, or 0.03 mmol / L or more. The concentration of titanium ions in the electrolyte is preferably less than 1 mmol / L, more preferably 0.5 mmol / L or less or 0.1 mmol / L or less. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined. The concentration of titanium ions in the electrolyte is, for example, 0.005 mmol / L or more and less than 1 mmol / L, and may be 0.005 to 0.5 mmol / L or 0.01 to 0.5 mmol / L.

電解質中のチタンイオンの濃度が上記の範囲である場合、正極におけるチタンの堆積を抑制する効果および負極における充電受入性を、さらに向上することができる。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)、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。   When the concentration of titanium ions in the electrolyte is in the above range, the effect of suppressing titanium deposition on the positive electrode and the charge acceptability on the negative electrode can be further improved. The concentration of titanium ions in the electrolyte can be adjusted by adjusting the type of titanium compound used, the physical properties (surface area, particle size, etc.) of the titanium compound, the specific gravity of the electrolyte (or the specific gravity of the aqueous sulfuric acid solution used in the electrolyte), and the like.

チタンイオンは、通常、Ti原子を1つ含むイオンであり、アニオンであってもカチオンであってもよい。チタンイオンとしては、例えば、Ti3+、Ti4+、TiO2+などが好ましい。電解質は、これらのチタンイオンを少なくとも一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 The titanium ion is usually an ion containing one Ti atom and may be an anion or a cation. As the titanium ions, for example, Ti 3+ , Ti 4+ , TiO 2+ and the like are preferable. The electrolyte may contain at least one kind of these titanium ions, or may contain two or more kinds.

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。
(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、負極活物質およびチタン化合物を少なくとも含む負極合剤とを含む。負極活物質としては、鉛(海綿状鉛など)が使用される。負極を作製する際には、負極活物質として、鉛粉末を用いることができる。負極は、一般に板状であるため、負極板とも呼ばれる。
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.
(Negative electrode)
The 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 mixture containing at least a negative electrode active material and a titanium compound held in the negative electrode lattice. Lead (such as spongy lead) is used as the negative electrode active material. When producing the negative electrode, lead powder can be used as the negative electrode active material. 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、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。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 of the negative electrode grid include lead or a lead alloy. The lead alloy may include, for example, Ba, Ag, Ca, Al, Bi, Sb, and / or Sn. 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.

負極合剤は、さらに、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。また、負極は、必要に応じて、他の公知の添加剤を含んでもよい。   The negative electrode mixture may further contain 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 may contain other known additives as necessary.

負極は、負極格子に、負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負極を作製し、さらに化成処理することにより形成できる。負極合剤ペーストは、負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。   The negative electrode can be formed by filling or coating a negative electrode mixture paste with a negative electrode mixture paste and preparing an unformed negative electrode by drying, followed by chemical conversion treatment. The negative electrode mixture paste contains sulfuric acid and / or water as a dispersion medium in addition to the components of the negative electrode mixture.

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。
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 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.
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.

(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。
(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、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。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 for the positive electrode grid include lead and lead alloys exemplified for the positive electrode grid. 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。正極活物質は、通常、粉末の形態で使用される。
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。正極は、必要に応じて公知の添加剤を含んでもよい。
正極は、負極の場合に準じて形成できる。
Lead oxide (PbO 2 ) is used as the positive electrode active material. The positive electrode active material is usually used in the form of a powder.
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. The positive electrode may contain a known additive as required.
The positive electrode can be formed according to the case of the negative 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。
(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.

(電解質)
電解質は、硫酸を含んでおり、通常、硫酸水溶液である。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(SOCが99%以上)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。
(Electrolytes)
The electrolyte contains sulfuric acid and is usually an aqueous sulfuric acid solution. 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. As for the specific gravity of the electrolyte in the battery, it is desirable that the specific gravity of the electrolyte in a fully charged battery (SOC is 99% or more) be in the above range.

電解質は、必要に応じて、固体のチタン化合物(第2チタン化合物)を含んでもよい。第2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挙げられる。第2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。第2チタン化合物は、電解質中に浸漬されていればよく、電解質中に分散されていてもよい。第2チタン化合物の量は、充放電時の電解質中のチタンイオンの濃度が上述のような範囲となるように、適宜調節できる。   The electrolyte may include a solid titanium compound (second titanium compound) as necessary. Examples of the second titanium compound include metatitanic acid, titanic acid hydrate, and / or titanate. The form of the second titanium compound is not particularly limited, but may be powder, granule, pellet or the like. The second titanium compound only needs to be immersed in the electrolyte, and may be dispersed in the electrolyte. The amount of the second titanium compound can be adjusted as appropriate so that the concentration of titanium ions in the electrolyte during charging and discharging falls within the above range.

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。
原料酸化鉛粉と水と希硫酸(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 oxide powder, 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(負極活物質)、メタチタン酸、水、希硫酸(比重1.40g/cm3)、防縮剤、および導電材(カーボンブラック)を混合することにより、負極合剤ペーストを得た。水、希硫酸、防縮剤および導電材の量は、それぞれ、負極活物質100質量部に対して、12質量部、7.0質量部、1.0質量部、および0.1質量部とした。メタチタン酸は、原料鉛粉(負極活物質)100質量部に対するチタン(チタン原子)の量が表1に示す値となるような添加量で用いた。防縮剤としては、リグニンおよび硫酸バリウムを1:9の質量比で用いた。
(2) Production of Negative Electrode Plate A negative electrode plate 3 shown in FIG. 3 was produced by the following procedure.
A negative electrode mixture paste was obtained by mixing raw material lead powder (negative electrode active material), metatitanic acid, water, dilute sulfuric acid (specific gravity 1.40 g / cm 3 ), an anti-shrink agent, and a conductive material (carbon black). The amounts of water, dilute sulfuric acid, anti-shrink agent, and conductive material were 12 parts by mass, 7.0 parts by mass, 1.0 part by mass, and 0.1 parts by mass, respectively, with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material. . Metatitanic acid was used in such an amount that the amount of titanium (titanium atoms) relative to 100 parts by mass of the raw material lead powder (negative electrode active material) was the value shown in Table 1. As the anti-shrink agent, lignin and barium sulfate were used at a mass ratio of 1: 9.

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合剤ペーストを充填し、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 mixture 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(硫酸水溶液、比重1.20g/cm3)を所定量注液し、電槽内で化成を行った。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。化成後、電池内の電解質を取り出し、新たに硫酸水溶液を注液し、最終的な比重が1.28g/cm3になるように調整した。次いで、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1を作製した。 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 (sulfuric acid aqueous solution, specific gravity 1.20 g / cm 3 ) was injected from the injection port provided in the lid 15, and chemical conversion was performed in the battery case. 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. After the formation, the electrolyte in the battery was taken out, and a sulfuric acid aqueous solution was newly injected to adjust the final specific gravity to 1.28 g / cm 3 . Next, 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 injection port, and a 55D23 type (12V-48Ah) lead storage battery 1 defined in JIS D5301 was produced. .

(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。
(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枚の正極板で挟んだ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。
(4) Evaluation A test cell was prepared by the following procedure (a). The following (b) and (c) were evaluated using the produced test cell.
(A) Production of test cell The positive electrode plate and the negative electrode plate produced in the above (1) and (2) were each cut into a size of 60 mm in length and 40 mm in width, and one negative electrode plate and two positive electrode plates were obtained. Got ready. An electrode plate group was formed by laminating a negative electrode plate in a state of being sandwiched between two positive electrode plates via a separator (a polyethylene microporous membrane, a base thickness of 0.2 mm, a width of 44 mm). 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の硫酸水溶液を所定量注入し、化成を行った。化成に使用したセル内の硫酸水溶液を除去し、新たに以下に記述する所定組成の硫酸水溶液を注入した。このようにして、テストセル(1.25Ah、2V)を作製した。電解質としては、(3)で用いたものと同じものを用いた。 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 a sulfuric acid aqueous solution having a specific gravity of 1.20 g / cm 3 was injected for chemical conversion. The sulfuric acid aqueous solution in the cell used for chemical conversion was removed, and a sulfuric acid aqueous solution having a predetermined composition described below was newly injected. In this way, a test cell (1.25 Ah, 2 V) was produced. As the electrolyte, the same one as used in (3) was used.

(b)電解質中のチタンイオン濃度
20℃で電池から電解液を所定量採取し、希釈して、ICP発光分光分析法により、チタン量を定量し、電解質中のチタンイオン濃度(mmol/L)を求めた。
(B) Titanium ion concentration in the electrolyte A predetermined amount of the electrolyte solution was collected from the battery at 20 ° C., diluted, and the amount of titanium was quantified by ICP emission spectroscopic analysis. The titanium ion concentration in the electrolyte (mmol / L) Asked.

(c)ISサイクル寿命
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℃
(C) IS cycle life First, the SOC of the test cell after chemical conversion 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、下記の条件で、負極または正極のいずれか一方が劣化するまで充放電を繰り返した。
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℃
Next, based on the idling stop life test (SBA S0101), charging and discharging were repeated under the following conditions until either the negative electrode or the positive electrode deteriorated.
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 ℃

実施例2〜3
実施例1の(2)において、原料鉛粉(負極活物質)100質量部に対するチタンの量が表1に示す値となるようにメタチタン酸の添加量を変更したこと以外は実施例1と同様にして負極板および鉛蓄電池を作製した。そして、実施例1と同様の評価を行った。
Examples 2-3
Example 1 (2) is the same as Example 1 except that the addition amount of metatitanic acid was changed so that the amount of titanium relative to 100 parts by mass of the raw material lead powder (negative electrode active material) became the value shown in Table 1. Thus, a negative electrode plate and a lead storage battery were produced. And evaluation similar to Example 1 was performed.

比較例1
実施例1の(2)において、メタチタン酸を添加しなかったこと以外は実施例1と同様にして負極板および鉛蓄電池を作製した。そして、実施例1と同様の評価を行った。
Comparative Example 1
In Example 1 (2), a negative electrode plate and a lead storage battery were produced in the same manner as in Example 1 except that metatitanic acid was not added. And evaluation similar to Example 1 was performed.

比較例2
実施例2において、メタチタン酸に代えて二酸化チタン(ルチル型TiO2)を用いたこと以外は実施例2と同様にして負極板および鉛蓄電池を作製した。そして、実施例1と同様の評価を行った。なお、20℃における二酸化チタンの硫酸水溶液(比重1.28)に対する溶解度は0.009mmol/Lである。
Comparative Example 2
In Example 2, a negative electrode plate and a lead storage battery were produced in the same manner as in Example 2 except that titanium dioxide (rutile TiO 2 ) was used instead of metatitanic acid. And evaluation similar to Example 1 was performed. In addition, the solubility with respect to the sulfuric acid aqueous solution (specific gravity 1.28) of the titanium dioxide in 20 degreeC is 0.009 mmol / L.

比較例3
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。このとき、メタチタン酸は、電解質中のチタンイオン濃度が1.1mmol/Lとなるような量を添加した。得られた電解質を用いたこと以外は、比較例1と同様にして鉛蓄電池を作製し、評価を行った。
Comparative Example 3
A metatitanic acid powder (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) was added to an aqueous sulfuric acid solution (specific gravity 1.28 g / cm 3 ), and the mixture was allowed to stand after stirring and used as an electrolyte. At this time, metatitanic acid was added in an amount such that the titanium ion concentration in the electrolyte was 1.1 mmol / L. A lead-acid battery was prepared and evaluated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the obtained electrolyte was used.

実施例および比較例の結果を表1に示す。なお、ISサイクル寿命については、比較例1の充放電サイクル数を100としたときの、各例のサイクル数(サイクル数比)で表した。実施例1〜3をA1〜A3とし、比較例1〜3をB1〜B3で表した。なお、負極中のTi量は、負極活物質100質量部に対するTiの質量部である。   The results of Examples and Comparative Examples are shown in Table 1. In addition, about IS cycle life, when the charge / discharge cycle number of the comparative example 1 was set to 100, it represented with the cycle number (cycle number ratio) of each example. Examples 1 to 3 were designated as A1 to A3, and Comparative Examples 1 to 3 were designated as B1 to B3. The amount of Ti in the negative electrode is the mass part of Ti with respect to 100 mass parts of the negative electrode active material.

Figure 2017069010
Figure 2017069010

表1に示されるように、負極にチタン化合物を含まない比較例1に比べて、硫酸水溶液に対して特定の溶解度を有するチタン化合物(メタチタン酸)を負極に含む実施例では、ISサイクル寿命は20%以上も向上した。硫酸水溶液に対する溶解度が低い二酸化チタンを含む比較例2は、電解質中のチタンイオン濃度が低く、チタン化合物を用いない比較例1と同様のISサイクル寿命を示した。負極にチタン化合物を含まず、電解質中にメタチタン酸を添加した比較例3では、電解質中のチタンイオン濃度は1.1mmol/Lと実施例に比べてかなり高いが、ISサイクル寿命は、実施例および他の比較例の半分以下であった。   As shown in Table 1, compared to Comparative Example 1 in which the negative electrode does not contain a titanium compound, in the example in which the negative electrode contains a titanium compound (metatitanic acid) having a specific solubility in an aqueous sulfuric acid solution, the IS cycle life is Improved by more than 20%. Comparative Example 2 containing titanium dioxide having low solubility in an aqueous sulfuric acid solution had a low titanium ion concentration in the electrolyte and exhibited the same IS cycle life as Comparative Example 1 in which no titanium compound was used. In Comparative Example 3 in which the negative electrode did not contain a titanium compound and metatitanic acid was added to the electrolyte, the titanium ion concentration in the electrolyte was 1.1 mmol / L, which is considerably higher than that in the example, but the IS cycle life was in the example. And less than half of the other comparative examples.

ISサイクル寿命の測定における充放電条件は、負極の劣化が進行し易い条件であり、実施例1〜3および比較例1〜2では負極の劣化が先に進行した。これらの例では、充放電を繰り返すことができなくなった段階では負極が劣化していた。一方、比較例3では、充放電を繰り返すことができなくなった段階では、正極が劣化していた。   The charging / discharging conditions in the measurement of the IS cycle life are conditions in which the deterioration of the negative electrode is likely to proceed. In Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 and 2, the deterioration of the negative electrode has proceeded first. In these examples, the negative electrode was deteriorated at the stage where charging / discharging could not be repeated. On the other hand, in Comparative Example 3, the positive electrode was deteriorated at the stage where charging / discharging could not be repeated.

実施例では化成後に電解質を入れ替え、電解質の比重を調整した場合の結果を示した。この場合、電解質を入れ替えた後に負極から溶解するチタンイオンの作用により、本発明の効果が得られる。しかし、このような場合に限らず、化成後に電解質の比重を調整した場合も上記と同様の効果が得られる。化成後の電解質の比重は、例えば、比重がさらに大きい硫酸水溶液を電解質に添加することにより調整することができる。この場合は、化成後に負極から溶解したチタンイオンに加え、化成中に負極から溶解したチタンイオンの作用により効果が得られる。また、化成時に正極および負極から放出される硫酸イオンと、充電時の電解質の減液とを勘案して、化成後の電解質の比重を調整するような方法でも上記と同様の効果が得られる。この場合、電解質の交換や追加を行わなくてもよい。また、化成時の電解質や入れ替え時の電解質に、予めチタンイオンを溶解させたものを用いても上記と同様の効果が得られる。   In the examples, the results were shown in the case where the electrolyte was replaced after chemical conversion and the specific gravity of the electrolyte was adjusted. In this case, the effect of the present invention is obtained by the action of titanium ions dissolved from the negative electrode after replacing the electrolyte. However, the same effect as described above can be obtained not only in such a case but also when the specific gravity of the electrolyte is adjusted after the formation. The specific gravity of the electrolyte after chemical conversion can be adjusted, for example, by adding a sulfuric acid aqueous solution having a higher specific gravity to the electrolyte. In this case, the effect is obtained by the action of titanium ions dissolved from the negative electrode during chemical conversion in addition to titanium ions dissolved from the negative electrode after chemical conversion. In addition, the same effect as described above can be obtained by a method of adjusting the specific gravity of the electrolyte after chemical conversion in consideration of sulfate ions released from the positive electrode and the negative electrode during chemical conversion and electrolyte decrease during charging. In this case, it is not necessary to replace or add the electrolyte. Further, the same effect as described above can be obtained by using titanium ions dissolved in advance in the electrolyte at the time of chemical conversion or the electrolyte at the time of replacement.

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 (4)

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、
前記負極は、チタン化合物を含み、
前記チタン化合物は、20℃での比重が1.28である硫酸水溶液に対する20℃での溶解度が0.01mmol/L以上である、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 negative electrode includes a titanium compound,
The said titanium compound is a lead acid battery whose solubility in 20 degreeC with respect to the sulfuric acid aqueous solution whose specific gravity in 20 degreeC is 1.28 is 0.01 mmol / L or more.
前記負極において、前記負極活物質100質量部に対するチタンの含有量は、0.001〜0.05質量部である、請求項1に記載の鉛蓄電池。   The lead acid battery according to claim 1, wherein in the negative electrode, the content of titanium with respect to 100 parts by mass of the negative electrode active material is 0.001 to 0.05 parts by mass. 前記チタン化合物は、メタチタン酸またはその塩、硫酸チタニル、および硫酸チタン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または2に記載の鉛蓄電池。   The lead acid battery according to claim 1 or 2, wherein the titanium compound is at least one selected from the group consisting of metatitanic acid or a salt thereof, titanyl sulfate, and titanium sulfate. 前記電解質は、チタンイオンを含み、
前記電解質中の前記チタンイオンの濃度は、0.005mmol/L以上、1mmol/L未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
The electrolyte includes titanium ions,
The lead acid battery according to any one of claims 1 to 3, wherein a concentration of the titanium ions in the electrolyte is 0.005 mmol / L or more and less than 1 mmol / L.
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