JP2017084487A - Lead-acid battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lead-acid battery capable of achieving both excellent cycle characteristics and low-temperature high-rate discharge characteristics.SOLUTION: A lead-acid battery includes a positive electrode and a negative electrode. The negative electrode includes a negative electrode collector and a negative electrode material held by the negative electrode collector. The density of the negative electrode material at the inside of the negative electrode is higher than the density of the negative electrode material at the surface of the negative electrode.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、鉛蓄電池に関するものである。   The present invention relates to a lead-acid battery.

近年、自動車においては、大気汚染防止又は地球温暖化防止のため、様々な燃費向上対策が検討されている。燃費向上対策を施した自動車としては、例えば、エンジンの動作時間を少なくするアイドリングストップシステム車(以下、「ISS車」という)、エンジンの動力によるオルタネータの発電を低減する発電制御車等のマイクロハイブリッド車等が検討されている。   In recent years, various measures for improving fuel efficiency have been studied for automobiles in order to prevent air pollution or global warming. Examples of automobiles with measures to improve fuel efficiency include micro-hybrids such as idling stop system cars (hereinafter referred to as “ISS cars”) that reduce engine operating time and power generation control cars that reduce alternator power generation by engine power. Cars are being considered.

ISS車では、エンジンの始動回数が多くなるため、鉛蓄電池の繰り返しの充放電回数が多くなる。そのため、サイクル寿命特性(以下、「サイクル特性」という)が重要視されている。   In an ISS vehicle, the number of engine starts increases, so the number of repeated charge / discharge cycles of the lead storage battery increases. Therefore, the cycle life characteristics (hereinafter referred to as “cycle characteristics”) are regarded as important.

鉛蓄電池のサイクル特性は、電極である正極板及び負極板の、構成及び構造に依存することが知られている。   It is known that the cycle characteristics of a lead-acid battery depend on the configuration and structure of the positive electrode plate and the negative electrode plate that are electrodes.

例えば、特許文献1では、利用率が小さく表面部のみが充放電反応に関与し、膨張と収縮が小さい塊状の鉛を海綿状の鉛中に含有させ、優れたサイクル特性を備えた鉛蓄電池に関する技術が開示されている。   For example, Patent Document 1 relates to a lead-acid battery that has excellent cycle characteristics by containing spongy lead that has a low utilization factor and only the surface portion is involved in the charge / discharge reaction and has small expansion and contraction. Technology is disclosed.

特開2011−187387号公報JP2011-187387A

ところで、ISS車用鉛蓄電池では、エンジンの始動回数が多くなるため、鉛蓄電池の大電流放電が繰り返される。   By the way, in the lead storage battery for ISS cars, since the engine starts many times, the large current discharge of the lead storage battery is repeated.

特に、エンジンの始動しにくい低温条件において鉛蓄電池の高率放電特性が求められるため、鉛蓄電池の低温高率放電特性が重要視されている。   In particular, high-rate discharge characteristics of lead-acid batteries are required under low-temperature conditions where it is difficult to start the engine.

そのため、ISS車用鉛蓄電池として、優れたサイクル特性に加えて、低温高率放電特性にも優れることが求められている。しかしながら、特許文献1に記載の技術では、ISS車用鉛蓄電池に適用した場合において、低温高率放電特性が十分でないことが予想される。   Therefore, in addition to excellent cycle characteristics, the lead-acid battery for ISS cars is required to have excellent low-temperature high-rate discharge characteristics. However, in the technique described in Patent Document 1, it is expected that the low-temperature high-rate discharge characteristics are not sufficient when applied to a lead storage battery for an ISS vehicle.

本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、優れたサイクル特性及び低温高率放電特性を両立することが可能な鉛蓄電池を提供することを目的とする。   This invention is made | formed in view of the said situation, and it aims at providing the lead storage battery which can make the outstanding cycling characteristics and low-temperature high-rate discharge characteristics compatible.

本発明者らは、負極における内部の負極材密度が、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きい、鉛蓄電池を用いることにより、前記課題を解決できることを見出した。   The present inventors have found that the above problem can be solved by using a lead storage battery in which the negative electrode material density in the negative electrode is larger than the negative electrode material density in the surface portion of the negative electrode.

すなわち、本発明に係る鉛蓄電池は、正極及び負極を備え、前記負極が、負極集電体と、当該負極集電体に保持された負極材と、を有し、前記負極における内部の負極材密度が、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きい、鉛蓄電池である。   That is, the lead storage battery according to the present invention includes a positive electrode and a negative electrode, and the negative electrode includes a negative electrode current collector and a negative electrode material held by the negative electrode current collector, and an internal negative electrode material in the negative electrode It is a lead acid battery whose density is larger than the negative electrode material density of the surface part in the said negative electrode.

負極材の内部を、より密度の大きい構造にすることで、負極材内部において活物質同士が凝集した際の収縮を抑制し、サイクル特性を向上させることができると考えられる。   By making the inside of the negative electrode material have a higher density structure, it is considered that the shrinkage when the active materials aggregate inside the negative electrode material can be suppressed, and the cycle characteristics can be improved.

一方で、負極材の表面部を、前記負極材の内部に対して、より密度の小さい構造にすることで、前記負極材の表面部における比表面積を大きくし、利用率を高くすることにより、低温高率放電特性を向上させることができると考えられる。   On the other hand, by making the surface portion of the negative electrode material a structure having a lower density with respect to the inside of the negative electrode material, by increasing the specific surface area in the surface portion of the negative electrode material and increasing the utilization rate, It is considered that the low temperature high rate discharge characteristics can be improved.

したがって、本発明によると、負極における内部の負極材密度が、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きい、鉛蓄電池を用いることにより、サイクル特性を向上させるだけでなく、低温高率放電特性を同時に向上させることができる。   Therefore, according to the present invention, by using a lead storage battery in which the negative electrode material density in the negative electrode is larger than the negative electrode material density in the surface portion of the negative electrode, not only the cycle characteristics are improved, but also the low temperature high rate discharge characteristics. Can be improved at the same time.

本発明に係る鉛蓄電池は、負極材の表面部の密度が4.0g/cm3未満であることが好ましい。これにより、前記負極材の表面部における比表面積を大きくし、利用率を高くすることができるため、より優れた低温放電特性を得ることができる。 In the lead storage battery according to the present invention, the density of the surface portion of the negative electrode material is preferably less than 4.0 g / cm 3 . Thereby, since the specific surface area in the surface part of the said negative electrode material can be enlarged and a utilization factor can be made high, the more excellent low temperature discharge characteristic can be obtained.

本発明に係る鉛蓄電池は、負極材の内部の密度が4.0g/cm3以上であることが好ましい。これにより、負極材内部において活物質同士が凝集した際の収縮を抑制できるため、より優れたサイクル特性を得ることができる。 In the lead storage battery according to the present invention, the density inside the negative electrode material is preferably 4.0 g / cm 3 or more. Thereby, since shrinkage | contraction at the time of active material having aggregated inside a negative electrode material can be suppressed, the more excellent cycling characteristics can be acquired.

本発明によれば、優れたサイクル特性及び低温高率放電特性を両立することができる。このような鉛蓄電池は、ISS車、マイクロハイブリッド車等の用途として特に優れる。   According to the present invention, both excellent cycle characteristics and low temperature high rate discharge characteristics can be achieved. Such a lead storage battery is particularly excellent as an application for an ISS vehicle, a micro hybrid vehicle, or the like.

本発明によれば、優れたサイクル特性及び低温高率放電特性を両立させることができる。本発明に係る鉛蓄電池は、優れたサイクル特性に加えて、低温高率放電特性にも優れることが求められているISS車、マイクロハイブリッド車等において好適に用いることができる。   According to the present invention, it is possible to achieve both excellent cycle characteristics and low temperature high rate discharge characteristics. The lead acid battery according to the present invention can be suitably used in an ISS vehicle, a micro hybrid vehicle, and the like that are required to have excellent low temperature and high rate discharge characteristics in addition to excellent cycle characteristics.

微多孔シートからなるセパレータを示す図面である。It is drawing which shows the separator which consists of a microporous sheet. 微多孔シートからなるセパレータ及び電極板の断面図である。It is sectional drawing of the separator which consists of a microporous sheet, and an electrode plate. 袋セパレータ及び袋セパレータに収容される電極を示す図である。It is a figure which shows the electrode accommodated in a bag separator and a bag separator. 極板群の断面図である。It is sectional drawing of an electrode group.

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、比重は、温度によって変化するため、本明細書においては20℃で換算した比重と定義する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. In addition, since specific gravity changes with temperature, in this specification, it defines as specific gravity converted at 20 degreeC.

<鉛蓄電池>
本実施形態に係る鉛蓄電池は、例えば、電極(電極板等)、電解液(硫酸等)及びセパレータを備えている。電極は、正極(正極板等)及び負極(負極板等)を有している。本実施形態に係る鉛蓄電池としては、液式鉛蓄電池、制御弁式鉛蓄電池、密閉式鉛蓄電池等が挙げられ、液式鉛蓄電池が好ましい。正極は、集電体(正極集電体)と、当該集電体に保持された正極材と、を有している。負極は、集電体(負極集電体)と、当該集電体に保持された負極材と、を有している。本実施形態において正極材及び負極材は、例えば、化成後(例えば満充電状態)の電極材である。電極材が未化成である場合、電極材(未化正極材及び未化負極材)は、電極活物質(正極活物質及び負極活物質)の原料等を含有している。集電体は、電極材からの電流の導電路を構成する。従来の鉛蓄電池と同様の構成を用いることができる。
<Lead battery>
The lead storage battery according to the present embodiment includes, for example, an electrode (electrode plate or the like), an electrolytic solution (sulfuric acid or the like), and a separator. The electrode has a positive electrode (positive electrode plate or the like) and a negative electrode (negative electrode plate or the like). Examples of the lead storage battery according to this embodiment include a liquid lead storage battery, a control valve type lead storage battery, a sealed lead storage battery, and the like, and a liquid lead storage battery is preferable. The positive electrode has a current collector (positive electrode current collector) and a positive electrode material held by the current collector. The negative electrode has a current collector (negative electrode current collector) and a negative electrode material held by the current collector. In the present embodiment, the positive electrode material and the negative electrode material are, for example, electrode materials after chemical conversion (for example, in a fully charged state). When the electrode material is unformed, the electrode material (unformed positive electrode material and unformed negative electrode material) contains a raw material of an electrode active material (positive electrode active material and negative electrode active material) and the like. The current collector constitutes a conductive path for current from the electrode material. A configuration similar to that of a conventional lead-acid battery can be used.

本実施形態において、負極材は、負極活物質を含有し、必要に応じて添加剤を更に含有していてもよい。本実施形態に係る鉛蓄電池は、少なくとも前記負極における内部の負極材密度が、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きい、鉛蓄電池である。前記負極材密度は、化成後の負極板における負極材密度である。   In this embodiment, the negative electrode material contains a negative electrode active material, and may further contain an additive as necessary. The lead acid battery according to this embodiment is a lead acid battery in which at least the negative electrode material density inside the negative electrode is larger than the negative electrode material density of the surface portion of the negative electrode. The negative electrode material density is a negative electrode material density in the negative electrode plate after chemical conversion.

(正極材)[正極活物質]
正極材は、正極活物質を含有している。正極活物質は、正極活物質の原料を含む正極材ペーストを熟成及び乾燥することにより未化成活物質を得た後に化成することで得ることができる。化成後の正極活物質は、β−二酸化鉛(β−PbO2)を含むことが好ましく、α−二酸化鉛(α−PbO2)を更に含んでいてもよい。正極活物質の原料としては、特に制限はなく、例えば鉛粉が挙げられる。鉛粉としては、例えば、ボールミル式鉛粉製造機又はバートンポット式鉛粉製造機によって製造される鉛粉(ボールミル式鉛粉製造機においては、主成分PbOの粉体と鱗片状金属鉛の混合物)が挙げられる。正極活物質の原料として鉛丹(Pb34)を用いてもよい。未化成の正極材は、主成分として、三塩基性硫酸鉛を含む未化成正極活物質を含有することが好ましい。
(Positive electrode material) [Positive electrode active material]
The positive electrode material contains a positive electrode active material. The positive electrode active material can be obtained by chemical conversion after obtaining an unformed active material by aging and drying a positive electrode material paste containing a raw material of the positive electrode active material. The positive electrode active material after chemical conversion preferably contains β-lead dioxide (β-PbO 2 ), and may further contain α-lead dioxide (α-PbO 2 ). There is no restriction | limiting in particular as a raw material of a positive electrode active material, For example, lead powder is mentioned. As the lead powder, for example, lead powder manufactured by a ball mill type lead powder manufacturing machine or a barton pot type lead powder manufacturing machine (in the ball mill type lead powder manufacturing machine, a mixture of powder of main component PbO and scale-like metal lead) ). Red lead (Pb 3 O 4 ) may be used as a raw material for the positive electrode active material. The unformed positive electrode material preferably contains an unformed positive electrode active material containing tribasic lead sulfate as a main component.

正極活物質の平均粒径は、充電受け入れ性及びサイクル特性が更に向上する観点から、0.3μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、0.7μm以上が更に好ましい。正極活物質の平均粒径は、サイクル特性が更に向上する観点から、2.5μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましく、1.5μm以下が更に好ましい。正極活物質の前記平均粒径は、化成後の正極材における正極活物質の平均粒径である。正極活物質の平均粒径は、例えば、化成後の正極中央部の正極材における縦10μm×横10μmの範囲の走査型電子顕微鏡写真(1000倍)の画像内における全ての活物質粒子の長辺長さ(最大粒径)の値を算術平均化した数値として得ることができる。   The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and even more preferably 0.7 μm or more, from the viewpoint of further improving charge acceptance and cycle characteristics. The average particle diameter of the positive electrode active material is preferably 2.5 μm or less, more preferably 2 μm or less, and even more preferably 1.5 μm or less from the viewpoint of further improving the cycle characteristics. The average particle diameter of the positive electrode active material is an average particle diameter of the positive electrode active material in the positive electrode material after chemical conversion. The average particle diameter of the positive electrode active material is, for example, the long side of all active material particles in the image of a scanning electron micrograph (1000 times) in the range of 10 μm in length × 10 μm in the positive electrode material at the center of the positive electrode after chemical conversion It can be obtained as a numerical value obtained by arithmetically averaging the length (maximum particle size) value.

正極活物質の含有量は、電池特性(容量、低温高率放電性能、充電受け入れ性、サイクル特性等)に更に優れる観点から、正極材の全質量を基準として、95質量%以上が好ましく、97質量%以上がより好ましく、99質量%以上が更に好ましい。   The content of the positive electrode active material is preferably 95% by mass or more based on the total mass of the positive electrode material from the viewpoint of further excellent battery characteristics (capacity, low-temperature high-rate discharge performance, charge acceptance, cycle characteristics, etc.), 97 The mass% or more is more preferable, and 99 mass% or more is still more preferable.

[正極添加剤]
正極材は、添加剤を更に含有していてもよい。添加剤としては、炭素材料(炭素質導電材)、補強用短繊維等が挙げられる。炭素材料としては、カーボンブラック、黒鉛等が挙げられる。カーボンブラックとしては、ファーネスブラック(ケッチェンブラック等)、チャンネルブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック等が挙げられる。補強用短繊維としては、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、炭素繊維等が挙げられる。
[Positive electrode additive]
The positive electrode material may further contain an additive. Examples of the additive include carbon materials (carbonaceous conductive materials), reinforcing short fibers, and the like. Examples of the carbon material include carbon black and graphite. Examples of carbon black include furnace black (Ketjen black, etc.), channel black, acetylene black, thermal black, and the like. Examples of the reinforcing short fibers include acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyethylene terephthalate fibers, and carbon fibers.

[正極材の物性]
正極材の比表面積の下限は、充電受入性能に更に優れる観点から、3m2/g以上が好ましく、4m2/g以上がより好ましく、5m2/g以上が更に好ましい。正極材の比表面積の上限は、特に制限はないが、実用的な観点及び利用率に優れる観点から、15m2/g以下が好ましく、12m2/g以下がより好ましく、7m2/g以下が更に好ましい。正極材の前記比表面積は、化成後の正極材の比表面積である。正極材の比表面積は、例えば、正極材ペーストを作製する際の硫酸及び水の添加量を調整する方法、未化成活物質の段階で活物質を微細化させる方法、化成条件を変化させる方法等により調整することができる。
[Physical properties of positive electrode material]
The lower limit of the specific surface area of the positive electrode material is preferably 3 m 2 / g or more, more preferably 4 m 2 / g or more, and still more preferably 5 m 2 / g or more, from the viewpoint of further excellent charge acceptance performance. The upper limit of the specific surface area of the cathode material is not particularly limited, from the viewpoint of excellent practical point of view and utilization, preferably 15 m 2 / g or less, 12m 2 / g and more preferably less, 7m 2 / g or less Further preferred. The specific surface area of the positive electrode material is the specific surface area of the positive electrode material after chemical conversion. The specific surface area of the positive electrode material is, for example, a method of adjusting the amount of sulfuric acid and water added when preparing the positive electrode material paste, a method of refining the active material at the stage of the unformed active material, a method of changing the conversion conditions, etc. Can be adjusted.

正極材の比表面積は、例えば、BET法で測定することができる。BET法は、一つの分子の大きさが既知の不活性ガス(例えば窒素ガス)を測定試料の表面に吸着させ、その吸着量と不活性ガスの占有面積とから表面積を求める方法であり、比表面積の一般的な測定手法である。   The specific surface area of the positive electrode material can be measured by, for example, the BET method. The BET method is a method in which an inert gas (for example, nitrogen gas) having a known molecular size is adsorbed on the surface of a measurement sample, and the surface area is obtained from the adsorption amount and the area occupied by the inert gas. This is a general method for measuring the surface area.

正極材の多孔度は、正極材中の孔に硫酸が入り込む領域が多くなり容量が増加しやすい観点から、40%以上が好ましく、45%以上がより好ましい。正極材の多孔度の上限に特に制限はないが、正極材中の空孔部への硫酸含浸量が適度あり、活物質同士の結合力を良好に維持できる観点から、70%以下が好ましい。多孔度の上限は、実用的な観点から、60%以下がより好ましい。正極材の前記多孔度は、化成後の正極材の多孔度である。なお、正極材の多孔度は、例えば、水銀ポロシメーター測定から得られる値(体積基準の割合)である。正極材の多孔度は、例えば、正極材ペーストを作製する際に加える希硫酸の添加量を適宜変えて未化正極板を作製することにより、調整することができる。   The porosity of the positive electrode material is preferably 40% or more, more preferably 45% or more, from the viewpoint that the area where sulfuric acid enters the pores in the positive electrode material increases and the capacity tends to increase. Although there is no restriction | limiting in particular in the upper limit of the porosity of a positive electrode material, 70% or less is preferable from a viewpoint that the amount of sulfuric acid impregnation to the void | hole part in a positive electrode material is moderate, and can maintain the bonding force of active materials favorably. The upper limit of the porosity is more preferably 60% or less from a practical viewpoint. The porosity of the positive electrode material is the porosity of the positive electrode material after chemical conversion. The porosity of the positive electrode material is, for example, a value (ratio based on volume) obtained from mercury porosimeter measurement. The porosity of the positive electrode material can be adjusted, for example, by preparing an unmodified positive electrode plate by appropriately changing the amount of dilute sulfuric acid added when preparing the positive electrode material paste.

(負極材)[負極活物質]
負極材は、負極活物質を含有している。負極活物質は、負極活物質の原料を含む負極材ペーストを熟成及び乾燥することにより未化成活物質を得た後に化成することで得ることができる。化成後の負極活物質としては、海綿状鉛(Spongylead)等が挙げられる。前記海綿状鉛は、電解液中の硫酸と反応して、次第に硫酸鉛(PbSO4)に変わる傾向がある。負極活物質の原料としては、鉛粉等が挙げられる。鉛粉としては、例えば、ボールミル式鉛粉製造機又はバートンポット式鉛粉製造機によって製造される鉛粉(ボールミル式鉛粉製造機においては、主成分PbOの紛体と鱗片状金属鉛の混合物)が挙げられる。未化成の負極材は、例えば、塩基性硫酸鉛及び金属鉛、並びに、低級酸化物から構成される。
(Negative electrode material) [Negative electrode active material]
The negative electrode material contains a negative electrode active material. The negative electrode active material can be obtained by chemical conversion after obtaining an unformed active material by aging and drying a negative electrode material paste containing a raw material of the negative electrode active material. Examples of the negative electrode active material after chemical conversion include spongy lead. The spongy lead tends to react with sulfuric acid in the electrolyte and gradually change to lead sulfate (PbSO 4 ). Examples of the raw material for the negative electrode active material include lead powder. As the lead powder, for example, lead powder manufactured by a ball mill type lead powder manufacturing machine or a Burton pot type lead powder manufacturing machine (in the ball mill type lead powder manufacturing machine, a mixture of powder of the main component PbO and scale-like metal lead) Is mentioned. The unformed negative electrode material is composed of, for example, basic lead sulfate, metallic lead, and a lower oxide.

負極活物質の平均粒径は、充電受入性能及びサイクル特性が更に向上する観点から、0.3μm以上が好ましく、0.5μm以上がより好ましく、0.7μm以上が更に好ましい。負極活物質の平均粒径は、サイクル特性が更に向上する観点から、2.5μm以下が好ましく、2μm以下がより好ましく、1.5μm以下が更に好ましい。負極活物質の前記平均粒径は、化成後の負極材における負極活物質の平均粒径である。負極活物質の平均粒径は、例えば、化成後の負極材の中央部における縦10μm×横10μmの範囲の走査型電子顕微鏡写真(1000倍)の画像内における全ての粒子の長辺長さ(最大粒径)の値を算術平均化した数値として得ることができる。   The average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 0.3 μm or more, more preferably 0.5 μm or more, and even more preferably 0.7 μm or more from the viewpoint of further improving the charge acceptance performance and cycle characteristics. The average particle diameter of the negative electrode active material is preferably 2.5 μm or less, more preferably 2 μm or less, and even more preferably 1.5 μm or less from the viewpoint of further improving cycle characteristics. The average particle diameter of the negative electrode active material is an average particle diameter of the negative electrode active material in the negative electrode material after chemical conversion. The average particle diameter of the negative electrode active material is, for example, the long side length of all particles in an image of a scanning electron micrograph (1000 times) in the range of 10 μm in length × 10 μm in the center of the negative electrode material after chemical conversion ( The value of (maximum particle size) can be obtained as a numerical value obtained by arithmetic averaging.

負極活物質の含有量は、電池特性(容量、低温高率放電性能、充電受け入れ性、サイクル特性等)に更に優れる観点から、負極材の全質量を基準として、93質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、98質量%以上が更に好ましい。   The content of the negative electrode active material is preferably 93% by mass or more based on the total mass of the negative electrode material, from the viewpoint of further excellent battery characteristics (capacity, low-temperature high-rate discharge performance, charge acceptance, cycle characteristics, etc.), 95 More preferably, it is more preferably 98% by mass or more.

[負極添加剤]
負極材は、添加剤を更に含有していてもよい。負極添加剤としては、スルホン基(スルホン酸基、スルホ基)及びスルホン酸塩基(スルホン基の水素がアルカリ金属で置換された基等)からなる群より選ばれる少なくとも一種を有する樹脂(スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂)、硫酸バリウム、炭素材料(炭素質導電材)、補強用短繊維等が挙げられる。充放電性能を更に向上させることができる観点から、負極材は、スルホン基及びスルホン酸塩基からなる群より選ばれる少なくとも一種を有する樹脂を含有することが好ましい。
[Negative electrode additive]
The negative electrode material may further contain an additive. As the negative electrode additive, a resin having at least one selected from the group consisting of a sulfone group (sulfonic acid group, sulfo group) and a sulfonic acid group (a group in which hydrogen of the sulfone group is substituted with an alkali metal) (sulfone group and And / or a resin having a sulfonate group), barium sulfate, a carbon material (carbonaceous conductive material), a reinforcing short fiber, and the like. From the viewpoint of further improving the charge / discharge performance, the negative electrode material preferably contains a resin having at least one selected from the group consisting of a sulfone group and a sulfonate group.

[スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂]
スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂としては、ビスフェノール系樹脂、リグニンスルホン酸、リグニンスルホン酸塩等が挙げられる。これらの中でも、充電受け入れ性が更に向上する観点から、ビスフェノール系樹脂が好ましく、ビスフェノール系化合物と、アミノアルキルスルホン酸、アミノアルキルスルホン酸誘導体、アミノアリールスルホン酸及びアミノアリールスルホン酸誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種と、ホルムアルデヒド及びホルムアルデヒド誘導体からなる群より選ばれる少なくとも一種との縮合物であるビスフェノール系樹脂がより好ましい。
[Resin having sulfone group and / or sulfonate group]
Examples of the resin having a sulfone group and / or a sulfonate group include bisphenol resins, lignin sulfonic acid, and lignin sulfonate. Among these, from the viewpoint of further improving the charge acceptability, bisphenol-based resins are preferable. From the group consisting of bisphenol-based compounds and aminoalkyl sulfonic acids, aminoalkyl sulfonic acid derivatives, aminoaryl sulfonic acids and aminoaryl sulfonic acid derivatives. A bisphenol-based resin that is a condensate of at least one selected with at least one selected from the group consisting of formaldehyde and a formaldehyde derivative is more preferable.

ビスフェノール系樹脂は、例えば、下記一般式(II)で表される構造単位、及び、下記一般式(III)で表される構造単位の少なくとも一方を有することが好ましい。   For example, the bisphenol-based resin preferably has at least one of a structural unit represented by the following general formula (II) and a structural unit represented by the following general formula (III).

Figure 2017084487
[式(II)中、X2は、2価の基を示し、A2は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は、アリーレン基を示し、R21、R23及びR24は、それぞれ独立にアルカリ金属又は水素原子を示し、R22は、メチロール基(−CH2OH)を示し、n21は、1〜15
0の整数を示し、n22は、1〜3の整数を示し、n23は、0又は1を示す。また、ベンゼン環を構成する炭素原子に直接結合している水素原子は、炭素数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい。]
Figure 2017084487
[In formula (II), X 2 represents a divalent group, A 2 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms or an arylene group, and R 21 , R 23 and R 24 are each independently selected. Represents an alkali metal or a hydrogen atom, R 22 represents a methylol group (—CH 2 OH), and n21 represents 1 to 15
An integer of 0 is shown, n22 is an integer of 1 to 3, and n23 is 0 or 1. Moreover, the hydrogen atom directly bonded to the carbon atom constituting the benzene ring may be substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. ]

Figure 2017084487
[式(III)中、X3は、2価の基を示し、A3は、炭素数1〜4のアルキレン基、又は、アリーレン基を示し、R31、R33及びR34は、それぞれ独立にアルカリ金属又は水素原子を示し、R32は、メチロール基(−CH2OH)を示し、n31は、1〜1
50の整数を示し、n32は、1〜3の整数を示し、n33は、0又は1を示す。また、ベンゼン環を構成する炭素原子に直接結合している水素原子は、炭素数1〜5のアルキル基で置換されていてもよい。]
Figure 2017084487
[In Formula (III), X 3 represents a divalent group, A 3 represents an alkylene group having 1 to 4 carbon atoms, or an arylene group, and R 31 , R 33, and R 34 are each independently selected. Represents an alkali metal or a hydrogen atom, R 32 represents a methylol group (—CH 2 OH), and n31 represents 1-1.
50 represents an integer, n32 represents an integer of 1 to 3, and n33 represents 0 or 1. Moreover, the hydrogen atom directly bonded to the carbon atom constituting the benzene ring may be substituted with an alkyl group having 1 to 5 carbon atoms. ]

式(II)で表される構造単位、及び、式(III)で表される構造単位の比率は、特に制限はなく、合成条件等によって変化し得る。ビスフェノール系樹脂としては、式(II)で表される構造単位、及び、式(III)で表される構造単位のいずれか一方のみを有する樹脂を用いてもよい。   The ratio of the structural unit represented by the formula (II) and the structural unit represented by the formula (III) is not particularly limited, and may vary depending on synthesis conditions and the like. As the bisphenol-based resin, a resin having only one of the structural unit represented by the formula (II) and the structural unit represented by the formula (III) may be used.

前記X2及びX3としては、例えば、アルキリデン基(メチリデン基、エチリデン基、イソプロピリデン基、sec−ブチリデン基等)、シクロアルキリデン基(シクロヘキシリデン基等)、フェニルアルキリデン基(ジフェニルメチリデン基、フェニルエチリデン基等)などの有機基;スルホニル基が挙げられ、充電受け入れ性に更に優れる観点からはイソプロピリデン基(−C(CH32−)基が好ましく、放電特性に更に優れる観点からはスルホニル基(−SO2−)が好ましい。前記X2及びX3は、フッ素原子等のハロゲン原子により置換されていてもよい。前記X2及びX3がシクロアルキリデン基である
場合、炭化水素環はアルキル基等により置換されていてもよい。
Examples of X 2 and X 3 include alkylidene groups (methylidene group, ethylidene group, isopropylidene group, sec-butylidene group, etc.), cycloalkylidene groups (cyclohexylidene group, etc.), phenylalkylidene groups (diphenylmethylidene group). , A sulfonyl group, and the isopropylidene group (—C (CH 3 ) 2 —) group is preferable from the viewpoint of further excellent charge acceptance, and from the viewpoint of further excellent discharge characteristics. Is preferably a sulfonyl group (—SO 2 —). X 2 and X 3 may be substituted with a halogen atom such as a fluorine atom. When X 2 and X 3 are cycloalkylidene groups, the hydrocarbon ring may be substituted with an alkyl group or the like.

2及びA3としては、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基等の炭素数1〜4のアルキレン基;フェニレン基、ナフチレン基等の2価のアリーレン基が挙げられる。前記アリーレン基は、アルキル基等により置換されていてもよい。 Examples of A 2 and A 3 include alkylene groups having 1 to 4 carbon atoms such as a methylene group, an ethylene group, a propylene group, and a butylene group; and divalent arylene groups such as a phenylene group and a naphthylene group. The arylene group may be substituted with an alkyl group or the like.

21、R23、R24、R31、R33及びR34のアルカリ金属としては、ナトリウム、カリウム等が挙げられる。n21及びn31は、サイクル特性及び溶媒への溶解性
に更に優れる観点から、1〜150が好ましく、10〜150がより好ましい。n22及びn32は、サイクル特性、放電特性及び充電受け入れ性がバランス良く向上しやすい観点から、1又は2が好ましく、1がより好ましい。n23及びn33は、製造条件により変化するが、サイクル特性及びビスフェノール系樹脂の保存安定性に更に優れる観点から、0が好ましい。
Examples of the alkali metal for R 21 , R 23 , R 24 , R 31 , R 33 and R 34 include sodium and potassium. n21 and n31 are preferably 1 to 150, and more preferably 10 to 150, from the viewpoint of further excellent cycle characteristics and solubility in a solvent. n22 and n32 are preferably 1 or 2, and more preferably 1, from the viewpoint that the cycle characteristics, the discharge characteristics, and the charge acceptability are easily improved in a balanced manner. Although n23 and n33 change with manufacturing conditions, 0 is preferable from a viewpoint which is further excellent in cycling characteristics and the storage stability of bisphenol-type resin.

スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂(ビスフェノール系樹脂等)の重量平均分子量は、スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂が鉛蓄電池において電極から電解液に溶出することを抑制することによりサイクル特性が向上しやすくなる観点から、3000以上が好ましく、10000以上がより好ましく、20000以上が更に好ましく、30000以上が特に好ましい。スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂の重量平均分子量は、電極活物質に対する吸着性が低下して分散性が低下することを抑制することによりサイクル特性が向上しやすくなる観点から、200000以下が好ましく、150000以下がより好ましく、100000以下が更に好ましい。   The weight average molecular weight of a resin having a sulfonic group and / or a sulfonic acid group (such as a bisphenol-based resin) suppresses the elution of a resin having a sulfonic group and / or a sulfonic acid group from an electrode to an electrolytic solution in a lead storage battery. Is preferably 3000 or more, more preferably 10,000 or more, still more preferably 20000 or more, and particularly preferably 30000 or more. The weight average molecular weight of the resin having a sulfone group and / or a sulfonate group is 200000 or less from the viewpoint that the cycle characteristics are easily improved by suppressing the adsorptivity to the electrode active material and the dispersibility. Is preferable, 150,000 or less is more preferable, and 100,000 or less is still more preferable.

スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂の重量平均分子量は、例えば、下記条件のゲルパーミエイションクロマトグラフィー(以下、「GPC」という)により測定することができる。
(GPC条件)
装置:高速液体クロマトグラフ LC−2200 Plus(日本分光株式会社製)
ポンプ:PU−2080
示差屈折率計:RI−2031
検出器:紫外可視吸光光度計UV−2075(λ:254nm)
カラムオーブン:CO−2065
カラム:TSKgel SuperAW(4000)、TSKgel SuperAW(3000)、TSKgel SuperAW(2500)(東ソー株式会社製)
カラム温度:40℃
溶離液:LiBr(10mmol/L)及びトリエチルアミン(200mmol/L)を含有するメタノール溶液
流速:0.6mL/分
分子量標準試料:ポリエチレングリコール(分子量:1.10×106、5.80×105、2.55×105、1.46×105、1.01×105、4.49×104、 2.70×104、2.10×104;東ソー株式会社製)、ジエチレングリコール(分
子量:1.06×102;キシダ化学株式会社製)、ジブチルヒドロキシトルエン(分子量:2.20×102;キシダ化学株式会社製)
The weight average molecular weight of the resin having a sulfone group and / or a sulfonate group can be measured, for example, by gel permeation chromatography (hereinafter referred to as “GPC”) under the following conditions.
(GPC conditions)
Apparatus: High performance liquid chromatograph LC-2200 Plus (manufactured by JASCO Corporation)
Pump: PU-2080
Differential refractometer: RI-2031
Detector: UV-visible spectrophotometer UV-2075 (λ: 254 nm)
Column oven: CO-2065
Column: TSKgel SuperAW (4000), TSKgel SuperAW (3000), TSKgel SuperAW (2500) (manufactured by Tosoh Corporation)
Column temperature: 40 ° C
Eluent: methanol solution containing LiBr (10 mmol / L) and triethylamine (200 mmol / L) Flow rate: 0.6 mL / min Molecular weight standard sample: Polyethylene glycol (molecular weight: 1.10 × 10 6 , 5.80 × 10 5 2.55 × 10 5 , 1.46 × 10 5 , 1.01 × 10 5 , 4.49 × 10 4 , 2.70 × 10 4 , 2.10 × 10 4 ; manufactured by Tosoh Corporation), diethylene glycol (Molecular weight: 1.06 × 10 2 ; manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), dibutylhydroxytoluene (molecular weight: 2.20 × 10 2 ; manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.)

ISS車、マイクロハイブリッド車等に搭載される鉛蓄電池は、PSOCと呼ばれる部分充電状態で使用される。このような状況下で使用される鉛蓄電池においては、放電の際に負極活物質に生成される絶縁体である硫酸鉛が充放電の繰り返しに伴って粗大化していく、サルフェーションと呼ばれる現象が早期に生じる。サルフェーションが起ると、負極活物質の充電受入れ性及び放電性能が著しく低下する。 負極活物質に炭素質導電材を添加することにより、硫酸鉛の粗大化を抑制し、硫酸鉛を微細な状態に維持して、硫酸鉛から溶け出す鉛イオンの濃度が低下するのを抑制し、充電受入性能が高い状態を維持する効果が得られる。   Lead-acid batteries mounted on ISS cars, micro hybrid cars, etc. are used in a partially charged state called PSOC. In a lead-acid battery used under such circumstances, a phenomenon called sulfation, in which lead sulfate, which is an insulator generated in the negative electrode active material during discharge, becomes coarse with repeated charging and discharging, is an early phenomenon. To occur. When sulfation occurs, the charge acceptability and discharge performance of the negative electrode active material are significantly reduced. By adding a carbonaceous conductive material to the negative electrode active material, it suppresses the coarsening of lead sulfate, maintains the lead sulfate in a fine state, and suppresses the decrease in the concentration of lead ions that dissolve from the lead sulfate. The effect of maintaining a state with high charge acceptance performance is obtained.

[炭素材料(炭素質導電材)]
炭素質導電材は、例えば、黒鉛、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維、カーボンナノチューブ等が挙げられる。炭素質導電材の添加量は、満充電状態の負極活物質(海綿状金属鉛)100質量部に対し0.1〜3質量部が好ましい。充電受入性が向上する観点からは黒鉛が好ましく、更に充電受入性が向上する観点からは鱗片状黒鉛がより好ましい。鱗片状黒鉛の平均一次粒子径は、充電受入性が向上する観点から100μm〜500μmが好ましく、100μm〜350μmがより好ましく、100μm〜220μmが更に好ましい。
[Carbon material (carbonaceous conductive material)]
Examples of the carbonaceous conductive material include graphite, carbon black, activated carbon, carbon fiber, and carbon nanotube. The addition amount of the carbonaceous conductive material is preferably 0.1 to 3 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the fully charged negative electrode active material (spongy metal lead). From the viewpoint of improving charge acceptability, graphite is preferable, and from the viewpoint of improving charge acceptability, scaly graphite is more preferable. The average primary particle diameter of the flaky graphite is preferably 100 μm to 500 μm, more preferably 100 μm to 350 μm, and still more preferably 100 μm to 220 μm from the viewpoint of improving charge acceptance.

ここでいう鱗片状黒鉛とは、JIS M 8601(2005)記載のものを指す。鱗片状黒鉛の電気抵抗率は、0.02Ω・cm以下で、アセチレンブラックなどのカーボンブラック類の0.1Ω・cm前後より一桁小さい。従って、従来の鉛蓄電池で用いられているカーボンブラック類に替えて鱗片状黒鉛を用いることにより、負極活物質の電気抵抗を下げて、充電受入性能を改善することができる。   The scaly graphite here refers to that described in JIS M 8601 (2005). The electrical resistivity of the scaly graphite is 0.02 Ω · cm or less, which is an order of magnitude less than about 0.1 Ω · cm of carbon blacks such as acetylene black. Therefore, by using scaly graphite instead of carbon blacks used in conventional lead-acid batteries, the electrical resistance of the negative electrode active material can be lowered and the charge acceptance performance can be improved.

ここで、鱗片状黒鉛の平均一次粒子径は、JISM8511(2005)記載のレーザ回折・散乱法に準拠して求める。レーザ回折・散乱式粒度分布測定装置(日機装株式会社製:マイクロトラック9220FRA)を用い、分散剤として市販の界面活性剤ポリオキシエチレンオクチルフェニルエーテル(例えば、ロシュ・ダイアグノスティックス株式会社製:トリトンX−100)を0.5vol%含有する水溶液に鱗片状黒鉛試料を適量投入し、撹拌しながら40Wの超音波を180秒照射した後、測定を行なう。求められた平均粒子径(メディアン径:D50)の値を平均一次粒子径とする。   Here, the average primary particle diameter of scaly graphite is determined in accordance with the laser diffraction / scattering method described in JISM8511 (2005). Using a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring device (Nikkiso Co., Ltd .: Microtrac 9220FRA), a commercially available surfactant polyoxyethylene octylphenyl ether (for example, Roche Diagnostics Co., Ltd .: Triton) as a dispersant. An appropriate amount of a scaly graphite sample is put into an aqueous solution containing 0.5 vol% of X-100), 40 W ultrasonic waves are irradiated for 180 seconds while stirring, and then measurement is performed. The obtained average particle diameter (median diameter: D50) is defined as the average primary particle diameter.

[補強用短繊維]
補強用短繊維は、アクリル繊維、ポリエチレン繊維、ポリプロピレン繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維、炭素繊維等が挙げられる。
[Reinforcing short fibers]
Examples of the reinforcing short fibers include acrylic fibers, polyethylene fibers, polypropylene fibers, polyethylene terephthalate fibers, and carbon fibers.

[負極材の密度]
本発明によれば、負極における内部の負極材密度を、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きくすることにより、優れたサイクル特性及び低温高率放電特性を両立させることができる。この理由として考えられることを以下に記載する。低温高率放電特性に影響があるのは、負極表面層の一部だと考えられる。よって、負極表面部が内部よりも低密度だと、負極表面が反応しやすく、低温高率放電特性向上に効果が現れやすいと推測される。また、負極の密度を大きくすることで充放電反応に伴う負極活物質の凝集が抑制されやすく、サイクル性に優れると考えられる。したがって、負極における内部の負極材密度を、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きくすると、表面部が低温高率放電特性向上に寄与し、内部がサイクル特性向上に寄与するため、優れたサイクル特性及び低温高率放電特性を両立できると推測される。
[Negative electrode density]
According to the present invention, it is possible to achieve both excellent cycle characteristics and low-temperature high-rate discharge characteristics by making the internal negative electrode material density in the negative electrode larger than the negative electrode material density in the surface portion of the negative electrode. The possible reasons for this are described below. It is thought that it is a part of the negative electrode surface layer that affects the low-temperature high-rate discharge characteristics. Therefore, when the negative electrode surface portion has a lower density than the inside, it is presumed that the negative electrode surface is likely to react, and an effect is likely to appear in improving the low-temperature high-rate discharge characteristics. In addition, it is considered that by increasing the density of the negative electrode, aggregation of the negative electrode active material associated with the charge / discharge reaction is easily suppressed, and the cycle performance is excellent. Therefore, if the negative electrode material density inside the negative electrode is larger than the negative electrode material density of the surface part of the negative electrode, the surface part contributes to the improvement of low-temperature high-rate discharge characteristics, and the inside contributes to the improvement of cycle characteristics. It is presumed that both cycle characteristics and low-temperature high-rate discharge characteristics can be achieved.

負極材の密度範囲について説明する。低温高率放電特性に優れる観点から、負極表面部の負極材密度は、4.0g/cm3未満であることが好ましい。更に、負極材ペーストの集電体への充填性の観点から、負極表面部の負極材密度は、2.0g/cm3以上が好ましく、2.5g/cm3以上がより好ましく、3.0g/cm3以上が更に好ましい。 The density range of the negative electrode material will be described. From the viewpoint of excellent low-temperature high-rate discharge characteristics, the negative electrode material density on the negative electrode surface portion is preferably less than 4.0 g / cm 3 . Further, from the viewpoint of filling property of the negative electrode material paste into the current collector, the negative electrode material density of the negative electrode surface portion is preferably 2.0 g / cm 3 or more, more preferably 2.5 g / cm 3 or more, and 3.0 g. / Cm 3 or more is more preferable.

また、サイクル特性に優れる観点から、負極内部の負極材密度は、4.0g/cm3以上が好ましい。更に、負極材ペーストの集電体への充填性の観点から、負極内部の負極材密度は、5.0g/cm3以下が好ましく、4.8g/cm3以下がより好ましく、4.6g/cm3以下が更に好ましい。 Further, from the viewpoint of excellent cycle characteristics, the negative electrode material density inside the negative electrode is preferably 4.0 g / cm 3 or more. Furthermore, from the viewpoint of filling of the negative electrode material paste into the current collector, the negative electrode material density inside the negative electrode is preferably 5.0 g / cm 3 or less, more preferably 4.8 g / cm 3 or less, and 4.6 g / cm 2. More preferred is cm 3 or less.

負極材の密度は、例えば、負極材ペーストを作製する際の硫酸及び水の添加量を調整する方法、未化成活物質の段階で活物質を微細化させる方法、化成条件を変化させる方法等により調整することができる。これらの方法の中でも、製造上及び品質上の観点から、ペースト作製の段階で硫酸及び水の添加量を調整する方法により密度を調整することが好ましい。   The density of the negative electrode material is determined by, for example, a method of adjusting the amount of sulfuric acid and water added when preparing the negative electrode material paste, a method of refining the active material at the stage of the unformed active material, a method of changing the conversion conditions, etc. Can be adjusted. Among these methods, from the viewpoint of production and quality, it is preferable to adjust the density by a method of adjusting the addition amount of sulfuric acid and water at the stage of paste preparation.

[負極材の密度の測定]
負極材の密度は、以下のようにして測定できる。化成後の負極板を約1時間水洗した後、窒素雰囲気下、60℃で20時間乾燥する。次に、乾燥した前記負極板の表面部及び内部から負極材をそれぞれ採取する。分析装置として株式会社島津製作所製のポロシメータ(オートポアIV9500)装置を用いて、水銀圧入方式で測定圧2.00psiの細孔容積と乾燥質量の関係から負極材の密度を測定する。測定条件の詳細は下記のとおりである。
[Measurement of density of anode material]
The density of the negative electrode material can be measured as follows. The formed negative electrode plate is washed with water for about 1 hour and then dried at 60 ° C. for 20 hours in a nitrogen atmosphere. Next, negative electrode materials are respectively collected from the surface portion and the inside of the dried negative electrode plate. Using a porosimeter (Autopore IV9500) manufactured by Shimadzu Corporation as an analysis device, the density of the negative electrode material is measured from the relationship between the pore volume at a measurement pressure of 2.00 psi and the dry mass by a mercury intrusion method. Details of the measurement conditions are as follows.

{負極材の密度(見かけ密度)の測定条件}
分析装置:オートポアIV9500(株式会社島津製作所製)
水銀圧入圧:0〜354kPa(低圧)、大気圧〜414MPa(高圧)
各測定圧力での圧力保持時間:900s(低圧)、1200s(高圧)
試料と水銀との接触角:130℃
水銀の表面張力:480〜490mN/m
水銀の密度:13.5335g/mL
{Measurement conditions of density (apparent density) of negative electrode material}
Analyzer: Autopore IV9500 (manufactured by Shimadzu Corporation)
Mercury pressure: 0 to 354 kPa (low pressure), atmospheric pressure to 414 MPa (high pressure)
Pressure holding time at each measurement pressure: 900 s (low pressure), 1200 s (high pressure)
Contact angle between sample and mercury: 130 ° C
Mercury surface tension: 480-490 mN / m
Mercury density: 13.5335 g / mL

[負極材の表面部の範囲]
負極材の表面部の範囲について説明する。負極材は負極板の厚み方向に対して、表面部、内部、表面部の順に配置している。サイクル特性の観点から、負極材の表面部の範囲は、負極板の表面から負極板の厚み方向に対して25%までが好ましい。また、低温高率放電特性とサイクル特性を両立しやすいという観点から、上記範囲は20%までがより好ましく、15%までが更に好ましく、12%までが特に好ましく、10%までが特により好ましい。製造上の観点から、上記範囲は、5%よりも大きいことが好ましい。
[Range of surface portion of negative electrode material]
The range of the surface portion of the negative electrode material will be described. The negative electrode material is disposed in the order of the surface portion, the inside, and the surface portion with respect to the thickness direction of the negative electrode plate. From the viewpoint of cycle characteristics, the range of the surface portion of the negative electrode material is preferably up to 25% from the surface of the negative electrode plate to the thickness direction of the negative electrode plate. Further, from the viewpoint that both low-temperature high-rate discharge characteristics and cycle characteristics can be easily achieved, the above range is more preferably up to 20%, still more preferably up to 15%, particularly preferably up to 12%, and particularly preferably up to 10%. From the viewpoint of production, the above range is preferably larger than 5%.

(集電体)
集電体としては、鋳造格子体、エキスパンド格子体等の集電体格子などが挙げられる。集電体の材質としては、例えば、鉛−カルシウム−錫合金、鉛−カルシウム合金及び鉛−アンチモン合金が挙げられる。これらにセレン、銀、ビスマス等を微量添加することができる。例えば、これらの材質を重力鋳造法、エキスパンド法、打ち抜き法等で格子状に形成することにより集電体を得ることができる。正極及び負極の集電体は、互いに同一であってもよく、互いに異なっていてもよい。
(Current collector)
Examples of the current collector include a current collector grid such as a cast grid and an expanded grid. Examples of the material of the current collector include a lead-calcium-tin alloy, a lead-calcium alloy, and a lead-antimony alloy. A small amount of selenium, silver, bismuth or the like can be added to these. For example, the current collector can be obtained by forming these materials in a lattice shape by a gravity casting method, an expanding method, a punching method, or the like. The current collectors of the positive electrode and the negative electrode may be the same as each other or different from each other.

(電解液)
電解液は、過放電時の短絡を抑制する観点から、アルミニウムイオンを含むことが好ましい。電解液がアルミニウムイオンを含むことにより、水酸化アルミニウムがセパレータ内、特に表層部に析出することで、鉛の析出を抑制することから短絡を抑制することができると推測される。
(Electrolyte)
The electrolytic solution preferably contains aluminum ions from the viewpoint of suppressing a short circuit during overdischarge. When the electrolytic solution contains aluminum ions, aluminum hydroxide is precipitated in the separator, in particular, in the surface layer portion, so that it is presumed that a short circuit can be suppressed because precipitation of lead is suppressed.

<鉛蓄電池の製造方法>
本実施形態に係る鉛蓄電池の製造方法は、例えば、電極(正極及び負極)を得る電極製造工程と、前記電極を含む構成部材を組み立てて鉛蓄電池を得る組み立て工程とを備えている。
<Method for producing lead-acid battery>
The method for manufacturing a lead storage battery according to the present embodiment includes, for example, an electrode manufacturing process for obtaining electrodes (positive electrode and negative electrode) and an assembly process for obtaining a lead storage battery by assembling constituent members including the electrodes.

電極製造工程では、例えば、電極材ペースト(正極材ペースト及び負極材ペースト)を集電体(例えば、鋳造格子体、エキスパンド格子体等の集電体格子)に充填した後に、熟成及び乾燥を行うことにより未化成の電極を得る。正極材ペーストは、例えば、正極活物質の原料(鉛粉等)を含有しており、他の添加剤を更に含有していてもよい。負極材ペーストは、負極活物質の原料(鉛粉等)を含有しており、分散剤として、スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂(ビスフェノール系樹脂等)を含有していることが好ましく、他の添加剤を更に含有していてもよい。   In the electrode manufacturing process, for example, an electrode material paste (a positive electrode material paste and a negative electrode material paste) is filled in a current collector (for example, a current collector grid such as a cast grid or an expanded grid), and then ripened and dried. Thus, an unformed electrode is obtained. The positive electrode material paste contains, for example, a raw material (lead powder or the like) of the positive electrode active material, and may further contain other additives. The negative electrode material paste preferably contains a raw material for the negative electrode active material (such as lead powder), and preferably contains a resin having a sulfone group and / or a sulfonate group (such as a bisphenol-based resin) as a dispersant. Further, other additives may be further contained.

正極材ペーストは、例えば、下記の方法により得ることができる。まず、正極活物質の原料に添加剤(補強用短繊維等)及び水を加える。次に、希硫酸を加えた後、混練して正極材ペーストが得られる。正極材ペーストを作製するに際しては、化成時間を短縮できる観点から、正極活物質の原料として鉛丹(Pb34)を用いてもよい。この正極材ペーストを集電体に充填した後に熟成及び乾燥を行うことにより未化成の正極を得ることができる。 The positive electrode material paste can be obtained, for example, by the following method. First, an additive (such as reinforcing short fibers) and water are added to the raw material of the positive electrode active material. Next, after adding dilute sulfuric acid, the mixture is kneaded to obtain a positive electrode material paste. In producing the positive electrode material paste, lead (Pb 3 O 4 ) may be used as a raw material for the positive electrode active material from the viewpoint of shortening the chemical formation time. A non-chemically formed positive electrode can be obtained by aging and drying after filling the positive electrode material paste into the current collector.

正極材ペーストにおいて補強用短繊維を用いる場合、補強用短繊維の配合量は、正極活物質の原料(鉛粉等)の全質量を基準として、0.005〜0.3質量%が好ましく、0.05〜0.3質量%がより好ましい。   When reinforcing short fibers are used in the positive electrode material paste, the blending amount of the reinforcing short fibers is preferably 0.005 to 0.3% by mass based on the total mass of the positive electrode active material (lead powder, etc.) 0.05-0.3 mass% is more preferable.

未化成の正極を得るための熟成条件としては、温度35〜85℃、湿度50〜98RH%の雰囲気で15〜60時間が好ましい。乾燥条件は、温度45〜80℃で15〜30時間が好ましい。   As aging conditions for obtaining an unchemically formed positive electrode, 15 to 60 hours are preferable in an atmosphere of a temperature of 35 to 85 ° C. and a humidity of 50 to 98 RH%. The drying conditions are preferably 45 to 80 ° C. and 15 to 30 hours.

負極材ペーストは、例えば、下記の方法により得ることができる。まず、負極活物質の原料に添加剤(スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂、補強用短繊維、硫酸バリウム等)を添加して乾式混合することにより混合物を得る。そして、この混合物に硫酸(希硫酸等)及び溶媒(イオン交換水等の水、有機溶媒など)を加えて混練することにより負極材ペーストが得られる。上記の方法により、密度の異なる負極材ペーストを二つ作製する。まず、前記二つの負極材ペーストの内、密度のより大きい負極材ペーストを集電体(例えば、鋳造格子体、エキスパンド格子体等の集電体格子)に充填する。続いて、前記二つの負極材ペーストの内、密度のより小さい負極材ペーストを前記集電体に充填する。後に、熟成及び乾燥を行うことにより未化成の負極を得ることができる。   The negative electrode material paste can be obtained, for example, by the following method. First, an additive (a resin having a sulfone group and / or a sulfonate group, a reinforcing short fiber, barium sulfate, etc.) is added to the raw material of the negative electrode active material and dry mixed to obtain a mixture. And a negative electrode material paste is obtained by adding and knead | mixing a sulfuric acid (diluted sulfuric acid etc.) and a solvent (water, such as ion-exchange water, an organic solvent) to this mixture. Two negative electrode material pastes having different densities are produced by the above method. First, of the two negative electrode material pastes, a negative electrode material paste having a higher density is filled into a current collector (for example, a current collector lattice such as a cast lattice body or an expanded lattice body). Subsequently, of the two negative electrode material pastes, a negative electrode material paste having a lower density is filled into the current collector. Later, aging and drying can be performed to obtain an unformed negative electrode.

負極材ペーストにおいて、スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂(ビスフェノール系樹脂等)、炭素材料、補強用短繊維又は硫酸バリウムを用いる場合、各成分の配合量は下記の範囲が好ましい。スルホン基及び/又はスルホン酸塩基を有する樹脂の配合量は、負極活物質の原料(鉛粉等)の全質量を基準として、樹脂固形分換算で、0.01〜2.0質量%が好ましく、0.05〜1.0質量%がより好ましく、0.1〜0.5質量%が更に好ましく、0.1〜0.3質量%が特に好ましい。炭素材料の配合量は、負極活物質の原料(鉛粉等)の全質量を基準として、0.1〜3質量%が好ましく、0.2〜1.4質量%がより好ましい。補強用短繊維の配合量は、負極活物質の原料(鉛粉等)の全質量を基準として0.05〜0.15質量%が好ましい。硫酸バリウムの配合量は、負極活物質の原料(鉛粉等)の全質量を基準として、0.01〜2.0質量%が好ましく、0.01〜1.0質量%がより好ましい。   In the negative electrode material paste, when a resin having a sulfone group and / or a sulfonate group (such as a bisphenol-based resin), a carbon material, a reinforcing short fiber, or barium sulfate is used, the amount of each component is preferably in the following range. The blending amount of the resin having a sulfonic group and / or a sulfonic acid group is preferably 0.01 to 2.0% by mass in terms of resin solid content, based on the total mass of the negative electrode active material (lead powder, etc.). 0.05-1.0 mass% is more preferable, 0.1-0.5 mass% is still more preferable, 0.1-0.3 mass% is especially preferable. The blending amount of the carbon material is preferably 0.1 to 3% by mass, more preferably 0.2 to 1.4% by mass based on the total mass of the raw material (lead powder or the like) of the negative electrode active material. The blending amount of the reinforcing short fibers is preferably 0.05 to 0.15% by mass based on the total mass of the negative electrode active material (lead powder or the like). The blending amount of barium sulfate is preferably 0.01 to 2.0 mass%, more preferably 0.01 to 1.0 mass%, based on the total mass of the raw material (lead powder or the like) of the negative electrode active material.

未化成の負極を得るための熟成条件としては、温度45〜65℃、湿度70〜98RH%の雰囲気で15〜30時間が好ましい。乾燥条件は、温度45〜60℃で15〜30時間が好ましい。   As aging conditions for obtaining an unformed negative electrode, 15 to 30 hours are preferable in an atmosphere of a temperature of 45 to 65 ° C. and a humidity of 70 to 98 RH%. The drying conditions are preferably 45 to 60 ° C. and 15 to 30 hours.

組み立て工程では、例えば、前記のように作製した未化成の負極及び未化成の正極を、セパレータを介して交互に積層し、同極性の電極の集電部をストラップで連結(溶接等)させて電極群を得る。この電極群を電槽内に配置して未化成電池を作製する。次に、未化成電池に電解液を注入した後、直流電流を通電して電槽化成する。化成後の電解液の比重を適切な比重に調整して鉛蓄電池が得られる。   In the assembling process, for example, the unformed negative electrode and the unformed positive electrode produced as described above are alternately stacked via separators, and the current collectors of the same polarity electrodes are connected (welded, etc.) with a strap. An electrode group is obtained. This electrode group is arranged in a battery case to produce an unformed battery. Next, after injecting an electrolytic solution into the non-chemical cell, a direct current is applied to form a battery case. The lead acid battery can be obtained by adjusting the specific gravity of the electrolyte after the formation to an appropriate specific gravity.

前記電解液は、例えば、硫酸及びアルミニウムイオンを含有しており、硫酸及び硫酸アルミニウム粉末を混合することにより得ることができる。電解液中に溶解させる硫酸アルミニウムは、無水物又は水和物として添加することができる。   The electrolytic solution contains, for example, sulfuric acid and aluminum ions, and can be obtained by mixing sulfuric acid and aluminum sulfate powder. Aluminum sulfate to be dissolved in the electrolytic solution can be added as an anhydride or a hydrate.

電解液(アルミニウムイオンを含む場合はアルミニウムイオンを含む電解液)の化成後の比重は下記の範囲であることが好ましい。電解液の比重は、浸透短絡又は凍結を抑制すると共に放電特性に更に優れる観点から、1.25以上が好ましく、1.28以上がより好ましく、1.285以上が更に好ましく、1.29以上が特に好ましい。電解液の比重は、充電受入性能及びサイクル特性が更に向上する観点から、1.33以下が好ましく、1.32以下がより好ましく、1.315以下が更に好ましく、1.31以下が特に好ましい。電解液の比重の値は、例えば、浮式比重計、又は、京都電子工業株式会社製のデジタル比重計によって測定することができる。   The specific gravity after the formation of the electrolytic solution (in the case of containing aluminum ions, the electrolytic solution containing aluminum ions) is preferably in the following range. The specific gravity of the electrolytic solution is preferably 1.25 or more, more preferably 1.28 or more, further preferably 1.285 or more, and 1.29 or more from the viewpoint of suppressing osmotic short-circuiting or freezing and further improving discharge characteristics. Particularly preferred. The specific gravity of the electrolytic solution is preferably 1.33 or less, more preferably 1.32 or less, still more preferably 1.315 or less, and particularly preferably 1.31 or less, from the viewpoint of further improving charge acceptance performance and cycle characteristics. The value of the specific gravity of the electrolytic solution can be measured by, for example, a floating hydrometer or a digital hydrometer manufactured by Kyoto Electronics Industry Co., Ltd.

電解液のアルミニウムイオン濃度は、充電受入性能及びサイクル特性が更に向上する観点から、電解液の全量を基準として、0.001mol/L以上が好ましく、0.004mol/L以上がより好ましい。電解液のアルミニウムイオン濃度は、充電受入性能及びサイクル特性が更に向上する観点から、電解液の全量を基準として、0.2mol/L以下が好ましい。電解液のアルミニウムイオン濃度は、例えば、ICP発光分光分析法(高周波誘導結合プラズマ発光分光分析法)により測定することができる。   The aluminum ion concentration of the electrolytic solution is preferably 0.001 mol / L or more, more preferably 0.004 mol / L or more, based on the total amount of the electrolytic solution, from the viewpoint of further improving the charge acceptance performance and cycle characteristics. The aluminum ion concentration of the electrolytic solution is preferably 0.2 mol / L or less based on the total amount of the electrolytic solution from the viewpoint of further improving the charge acceptance performance and cycle characteristics. The aluminum ion concentration of the electrolytic solution can be measured by, for example, ICP emission spectroscopy (high frequency inductively coupled plasma emission spectroscopy).

電解液のアルミニウムイオン濃度が前記所定範囲であることにより充電受入性能が向上するメカニズムの詳細については明らかではないが、以下のように推測される。すなわち、アルミニウムイオン濃度が前記所定範囲であると、任意の低SOC下において、放電生成物である結晶性硫酸鉛の電解液中への溶解度が上がるため、又は、アルミニウムイオンの高いイオン伝導性により電解液の電極活物質内部への拡散性が向上するためと推測される。   Although the details of the mechanism for improving the charge acceptance performance when the aluminum ion concentration of the electrolytic solution is within the predetermined range are not clear, it is presumed as follows. That is, when the aluminum ion concentration is within the predetermined range, the solubility of the crystalline lead sulfate, which is a discharge product, in the electrolytic solution increases under any low SOC, or due to the high ion conductivity of aluminum ions. This is presumably because the diffusibility of the electrolytic solution into the electrode active material is improved.

電解液のアルミニウムイオン濃度が前記所定範囲であることにより充電受入性能が向上するメカニズムの詳細については明らかではないが、以下のように推測される。すなわち、アルミニウムイオン濃度が前記所定範囲であると、任意の低SOC下において、放電生成物である結晶性硫酸鉛の電解液中への溶解度が上がるため、又は、アルミニウムイオンの高いイオン伝導性により電解液の電極活物質内部への拡散性が向上するためと推測される。   Although the details of the mechanism for improving the charge acceptance performance when the aluminum ion concentration of the electrolytic solution is within the predetermined range are not clear, it is presumed as follows. That is, when the aluminum ion concentration is within the predetermined range, the solubility of the crystalline lead sulfate, which is a discharge product, in the electrolytic solution increases under any low SOC, or due to the high ion conductivity of aluminum ions. This is presumably because the diffusibility of the electrolytic solution into the electrode active material is improved.

電槽は、内部に電極(極板等)を収納可能なものである。電槽は、電極を収納しやすい観点から、上面が開放された箱体と、この箱体の上面を覆う蓋体とを有するものが好ましい。なお、箱体と蓋体との接着には、接着剤、熱溶着、レーザ溶着、超音波溶着等を適宜用いることができる。電槽の形状としては、特に限定されるものではないが、電極(板状体である極板等)の収納時に無効空間が少なくなるように方形のものが好ましい。   The battery case can accommodate an electrode (electrode plate or the like) inside. The battery case preferably has a box body whose upper surface is opened and a lid body that covers the upper surface of the box body from the viewpoint of easily accommodating the electrode. Note that an adhesive, heat welding, laser welding, ultrasonic welding, or the like can be appropriately used for bonding the box and the lid. The shape of the battery case is not particularly limited, but a rectangular shape is preferable so that an ineffective space is reduced when an electrode (a plate plate or the like) is accommodated.

電槽の材質は、特に制限されるものではないが、電解液(希硫酸等)に対し耐性を有するものである必要がある。電槽の材質の具体例としては、PP(ポリプロピレン)、PE(ポリエチレン)、ABS樹脂等が挙げられる。材質がPPであると、耐酸性、加工性(ABS樹脂では電槽と蓋の熱溶着が困難)、コストの面で有利である。   The material of the battery case is not particularly limited, but needs to be resistant to an electrolytic solution (such as dilute sulfuric acid). Specific examples of the battery case material include PP (polypropylene), PE (polyethylene), and ABS resin. When the material is PP, it is advantageous in terms of acid resistance, workability (difficult to heat weld the battery case and the lid with ABS resin), and cost.

電槽が箱体及び蓋体により構成される場合、箱体及び蓋体の材質は、互いに同一の材質であってもよく、互いに異なる材質であってもよいが、無理な応力が発生しない観点から、熱膨張係数の等しい材質が好ましい。   When the battery case is constituted by a box and a lid, the material of the box and the lid may be the same material or different from each other. Therefore, materials having the same thermal expansion coefficient are preferable.

セパレータは、ガラス、パルプ、及び合成樹脂から選ばれる少なくとも1種からなるセパレータ等が挙げられる。本発明では、以下に記載したセパレータを使用することが好ましい。   Examples of the separator include a separator made of at least one selected from glass, pulp, and synthetic resin. In the present invention, it is preferable to use the separator described below.

本発明では、図1に記載されたセパレータを用いるのが好ましい。図1(a)は、微多孔シートからなるポリオレフィン製のセパレータ(以下、単にセパレータという)を示す正面図であり、図1(b)は、セパレータの断面図である。図2は、セパレータ及び電極の断面図である。図1に示すように、セパレータ10は、平板状のベース部11と、凸状(例えば線状)の複数のリブ12と、ミニリブ13とを備えている。ベース部11は、リブ12及びミニリブ13を支持している。リブ12は、セパレータ10の一方面10aにおいて互いに略平行に配置されている。リブ12の間隔は、例えば3〜15mmである。リブ12の高さ方向の一端はベース部11に一体化して接続されており、リブ12の高さ方向の他端は、正極及び負極のうちの一方の電極14aに接している(図2参照)。ベース部11は、リブ12の高さ方向において電極14aと対向している。セパレータ10の他方面10bにはリブは配置されておらず、セパレータ10の他方面10bは、正極及び負極のうちの他方の電極14b(図2参照)と対向又は接している。   In the present invention, it is preferable to use the separator described in FIG. FIG. 1A is a front view showing a polyolefin separator (hereinafter simply referred to as a separator) made of a microporous sheet, and FIG. 1B is a cross-sectional view of the separator. FIG. 2 is a cross-sectional view of the separator and the electrode. As shown in FIG. 1, the separator 10 includes a flat base portion 11, a plurality of convex (for example, linear) ribs 12, and mini-ribs 13. The base portion 11 supports the rib 12 and the mini rib 13. The ribs 12 are arranged substantially parallel to each other on the one surface 10 a of the separator 10. The interval between the ribs 12 is, for example, 3 to 15 mm. One end in the height direction of the rib 12 is integrally connected to the base portion 11, and the other end in the height direction of the rib 12 is in contact with one electrode 14a of the positive electrode and the negative electrode (see FIG. 2). ). The base portion 11 faces the electrode 14 a in the height direction of the rib 12. Ribs are not disposed on the other surface 10b of the separator 10, and the other surface 10b of the separator 10 faces or is in contact with the other electrode 14b (see FIG. 2) of the positive electrode and the negative electrode.

ミニリブ13は、セパレータ10の幅方向における両側において、セパレータ10の長手方向に延びるように多数本形成されている。ミニリブ13は、鉛蓄電池が横方向に振動した際に、電極の角がセパレータを突き破って短絡することを防止するためにセパレータ強度を向上させる機能を有する。なお、ミニリブ13の高さ、幅、間隔は、何れもリブ12よりも小さいことが好ましい。また、ミニリブ13の断面形状は、リブ12と同一であってもよく、異なっていてもよい。ミニリブ13の断面形状は、半円型であることが好ましい。また、ミニリブ13は形成されていなくてもよい。   A large number of the mini-ribs 13 are formed on both sides of the separator 10 in the width direction so as to extend in the longitudinal direction of the separator 10. The mini-rib 13 has a function of improving the separator strength in order to prevent the corners of the electrodes from breaking through the separator when the lead storage battery vibrates in the lateral direction. Note that the height, width, and interval of the mini-ribs 13 are preferably smaller than the ribs 12. Further, the cross-sectional shape of the mini-rib 13 may be the same as or different from that of the rib 12. The cross-sectional shape of the mini-rib 13 is preferably a semicircular shape. Moreover, the minirib 13 does not need to be formed.

図3は、袋セパレータ20と袋セパレータ20に収容される電極(例えば負極)14を入れる状態を示す図である。図1(a)に示すように、袋セパレータ20の作製に用いるセパレータ10は、例えば、長尺のシート状に形成されている。袋セパレータ20は、セパレータ10を適切な長さに切断し、セパレータ10の長手方向に二つ折りにしてその内側に電極14を配置して重ね合せ、両側部をメカニカルシール、圧着又は熱溶着する(例えば、図3の符号22はメカニカルシール部)。これにより、図3に示す袋セパレータ20が得られる。   FIG. 3 is a diagram showing a state in which the bag separator 20 and the electrode (for example, the negative electrode) 14 accommodated in the bag separator 20 are inserted. As shown to Fig.1 (a), the separator 10 used for preparation of the bag separator 20 is formed in the elongate sheet form, for example. The bag separator 20 is obtained by cutting the separator 10 into an appropriate length, folding it in the longitudinal direction of the separator 10 and arranging the electrodes 14 on the inside thereof, and then mechanically sealing, crimping, or heat-welding both sides ( For example, reference numeral 22 in FIG. 3 is a mechanical seal portion). Thereby, the bag separator 20 shown in FIG. 3 is obtained.

ベース部11の厚みTの上限は、優れた充電受け入れ性及び放電特性を得る観点から、0.25mm以下である。厚みTが0.25mmを超えると、充電受け入れ性及び放電特性が低下する傾向がある。ベース部11の厚みTの上限は、更に優れた充電受け入れ性及び放電特性を得る観点から、0.2mm以下が好ましく、0.15mm以下がより好ましい。ベース部11の厚みTの下限は、特に制限はないが、短絡を抑制しやすい観点から、0.05mm以上が好ましく、0.1mm以上がより好ましい。   The upper limit of the thickness T of the base part 11 is 0.25 mm or less from the viewpoint of obtaining excellent charge acceptability and discharge characteristics. When thickness T exceeds 0.25 mm, there exists a tendency for charge acceptance and a discharge characteristic to fall. The upper limit of the thickness T of the base portion 11 is preferably 0.2 mm or less, and more preferably 0.15 mm or less, from the viewpoint of obtaining further excellent charge acceptance and discharge characteristics. The lower limit of the thickness T of the base portion 11 is not particularly limited, but is preferably 0.05 mm or more and more preferably 0.1 mm or more from the viewpoint of easily suppressing a short circuit.

リブ12の高さ(ベース部11及び電極14の対向方向の高さ)Hの上限は、更に優れた充電受け入れ性を得る観点から、1.25mm以下が好ましく、1.0mm以下がより好ましく、0.75mm以下が更に好ましい。リブ12の高さHの下限は、正極での酸化劣化を抑制する観点から、0.3mm以上が好ましく、0.4mm以上がより好ましく、0.5mm以上が更に好ましい。   The upper limit of the height of the rib 12 (the height in the facing direction of the base portion 11 and the electrode 14) H is preferably 1.25 mm or less, more preferably 1.0 mm or less, from the viewpoint of obtaining further excellent charge acceptance. More preferably, it is 0.75 mm or less. The lower limit of the height H of the rib 12 is preferably 0.3 mm or more, more preferably 0.4 mm or more, and still more preferably 0.5 mm or more, from the viewpoint of suppressing oxidative deterioration at the positive electrode.

ベース部11の厚みTに対するリブ12の高さHの比率H/Tの下限は、セパレータの耐酸化性に優れる観点から、2以上である。比率H/Tが2以上であると、電極(例えば正極)と接触しない部分を充分に確保できるため、セパレータの耐酸化性が向上すると推測される。   The lower limit of the ratio H / T of the height H of the rib 12 to the thickness T of the base part 11 is 2 or more from the viewpoint of excellent oxidation resistance of the separator. When the ratio H / T is 2 or more, a portion that does not contact the electrode (for example, the positive electrode) can be sufficiently secured, so that it is estimated that the oxidation resistance of the separator is improved.

比率H/Tの下限は、セパレータの耐酸化性及び生産性に更に優れる観点から、2.4以上が好ましく、3以上がより好ましい。比率H/Tの上限は、リブの形状保持性に優れる観点、及び、短絡を抑制する観点から、6以下である。比率H/Tが6以下であると、正負極間の距離が充分であることから短絡が抑制されると推測される。また、比率H/Tが6以下であると、鉛蓄電池を組み立てた際にリブが破損することなく、充電受け入れ性等の電池特性が良好に維持されると推測される。比率H/Tの上限は、短絡を抑制しやすい観点、及び、リブの形状保持性に更に優れる観点から、5以下が好ましく、4.5以下がより好ましく、4以下が更に好ましい。   The lower limit of the ratio H / T is preferably 2.4 or more, and more preferably 3 or more, from the viewpoint of further improving the oxidation resistance and productivity of the separator. The upper limit of the ratio H / T is 6 or less from the viewpoint of excellent rib shape retention and the suppression of short circuits. If the ratio H / T is 6 or less, the distance between the positive and negative electrodes is sufficient, and it is estimated that short-circuiting is suppressed. Further, when the ratio H / T is 6 or less, it is presumed that the battery characteristics such as charge acceptability are favorably maintained without damaging the ribs when the lead storage battery is assembled. The upper limit of the ratio H / T is preferably 5 or less, more preferably 4.5 or less, and still more preferably 4 or less, from the viewpoint of easily suppressing a short circuit and the viewpoint of further excellent rib shape retention.

また、リブ12の上底幅B(図1(b)参照)は、リブの形状保持性及び耐酸化性に優れる観点から、0.1〜2mmが好ましく、0.2〜1mmがより好ましく、0.2〜0.8mmが更に好ましい。リブの下底幅Aは、リブの形状保持性に優れる観点から、0.2〜4mmが好ましく、0.3〜2mmがより好ましく、0.4〜1mmが更に好ましい。上底幅Bと下底幅Aの比率(B/A)は、リブの形状保持性に優れる観点から、0.1〜1が好ましく、0.2〜0.8がより好ましく、0.3〜0.6が更に好ましい。   Further, the upper base width B (see FIG. 1B) of the rib 12 is preferably 0.1 to 2 mm, more preferably 0.2 to 1 mm, from the viewpoint of excellent rib shape retention and oxidation resistance. 0.2-0.8 mm is still more preferable. The lower bottom width A of the rib is preferably 0.2 to 4 mm, more preferably 0.3 to 2 mm, and still more preferably 0.4 to 1 mm, from the viewpoint of excellent shape retention of the rib. The ratio of the upper base width B to the lower base width A (B / A) is preferably 0.1 to 1, more preferably 0.2 to 0.8, from the viewpoint of excellent rib shape retention. -0.6 is still more preferable.

前記セパレータは、正極及び負極の少なくとも一方の電極を包む袋状であることが好ましい。例えば、正極及び負極のうちの一方が袋状のセパレータに収容され、且つ、正極及び負極のうちの他方と交互に積層されている態様が好ましい。例えば、袋状のセパレータを正極に適用した場合、正極集電体の伸びによりセパレータを貫通する可能性があることから、負極が袋状のセパレータに収容されていることが好ましい。   The separator is preferably in the form of a bag that encloses at least one of a positive electrode and a negative electrode. For example, a mode in which one of the positive electrode and the negative electrode is accommodated in a bag-shaped separator and is alternately laminated with the other of the positive electrode and the negative electrode is preferable. For example, when a bag-shaped separator is applied to the positive electrode, it is preferable that the negative electrode is accommodated in the bag-shaped separator because there is a possibility of passing through the separator due to the elongation of the positive electrode current collector.

化成条件及び硫酸の比重は電極活物質の性状に応じて調整することができる。また、化成処理は、組み立て工程後に実施されることに限られず、電極製造工程における熟成及び乾燥後に実施されてもよい(タンク化成)。   The chemical conversion conditions and the specific gravity of sulfuric acid can be adjusted according to the properties of the electrode active material. The chemical conversion treatment is not limited to being performed after the assembly process, and may be performed after aging and drying in the electrode manufacturing process (tank chemical conversion).

負極材に対する正極材の質量比(正極材/負極材)は、充分な電池容量が得られやすいと共に高い充電受け入れ性が得られやすい観点から、0.9以上が好ましく、1以上がより好ましく、1.05以上が更に好ましい。負極材に対する正極材の質量比は、充分な電池容量が得られやすい観点から、1.3以下が好ましく、1.2以下がより好ましく、1.15以下が更に好ましい。負極材に対する正極材の質量比は、充分な電池容量が得られやすいと共に高い充電受け入れ性が得られやすい観点から、0.9〜1.3が好ましく、1〜1.2がより好ましく、1.05〜1.15が更に好ましい。負極材に対する正極材の前記質量比は、化成後の負極材及び正極材の質量比である。   The mass ratio of the positive electrode material to the negative electrode material (positive electrode material / negative electrode material) is preferably 0.9 or more, more preferably 1 or more, from the viewpoint that sufficient battery capacity is easily obtained and high charge acceptability is easily obtained. 1.05 or more is still more preferable. The mass ratio of the positive electrode material to the negative electrode material is preferably 1.3 or less, more preferably 1.2 or less, and even more preferably 1.15 or less, from the viewpoint that a sufficient battery capacity can be easily obtained. The mass ratio of the positive electrode material to the negative electrode material is preferably 0.9 to 1.3, more preferably 1 to 1.2, from the viewpoint that sufficient battery capacity is easily obtained and high charge acceptability is easily obtained. 0.05 to 1.15 is more preferable. The said mass ratio of the positive electrode material with respect to a negative electrode material is a mass ratio of the negative electrode material and positive electrode material after chemical conversion.

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。但し、本発明は下記の実施例のみに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described specifically by way of examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1)
[正極板の作製]
正極活物質の原料として、酸化度70%の鉛粉及び酸化度90%の鉛丹(Pb34)を用いた(鉛粉:鉛丹=85:15(質量比))。正極活物質の原料と、正極活物質の原料の全質量を基準として0.2質量%の補強用短繊維(アクリル繊維)と、水とを混合して混練した。続いて、希硫酸(比重1.280、20℃換算以下同様)を少量ずつ添加しながら混練して、正極材ペーストを作製した。鉛合金からなる圧延シートにエキスパンド加工を施すことにより作製されたエキスパンド式集電体に、この正極材ペーストを充填した。次いで、正極材ペーストが充填された集電体を温度50℃、湿度98%の雰囲気で24時間熟成した。その後、乾燥して未化成の正極板を作製した。
(Example 1)
[Production of positive electrode plate]
As a raw material of the positive electrode active material, lead powder having an oxidation degree of 70% and lead powder (Pb 3 O 4 ) having an oxidation degree of 90% were used (lead powder: red lead = 85: 15 (mass ratio)). The raw material for the positive electrode active material, 0.2% by mass of reinforcing short fibers (acrylic fibers) based on the total mass of the positive electrode active material, and water were mixed and kneaded. Subsequently, dilute sulfuric acid (specific gravity 1.280, equivalent to 20 ° C. or lower) was kneaded while being added little by little to prepare a positive electrode material paste. This positive electrode material paste was filled into an expandable current collector produced by subjecting a rolled sheet made of a lead alloy to an expanding process. Next, the current collector filled with the positive electrode material paste was aged in an atmosphere of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 98% for 24 hours. Then, it dried and produced the unchemically formed positive electrode plate.

[負極板の作製]
負極活物質の原料として酸化度70%の鉛粉を用いた。ビスフェノール系樹脂を0.2質量%(固形分換算、日本製紙(株)製、商品名:ビスパーズP215)、補強用短繊維(アクリル繊維)を0.1質量%、硫酸バリウムを1.0質量%、炭素材料(鱗片状黒鉛(粒径180μm))を1.5質量%含む混合物を前記鉛粉に添加した後に乾式混合した(前記配合量は、負極活物質の原料の全質量を基準とした配合量である)。前記ビスフェノール系樹脂の重量平均分子量は、前記記載の条件のGPCにより測定したところ、53900であった。前記鱗片状黒鉛の粒径は、前記記載の方法により、算術平均化した数値として得た。次に、上記混合物に水と希硫酸を加えて、化成後の密度が3.8g/cm3となるペースト(A)及び化成後の密度が4.2g/cm3となるペースト(B)をそれぞれ作製した。上記(A)及び上記(B)は、水の添加量を調整する方法により密度を調整した。その後、鉛合金からなる圧延シートにエキスパンド加工を施すことにより作製されたエキスパンド式集電体に上記(B)を充填した。続いて、その上から、上記(A)が表面から負極板の厚み方向に対して10%となるように、上記(A)を充填した。次いで、負極材ペーストが充填された集電体を温度50℃、湿度98%の雰囲気で24時間熟成した。その後、乾燥して未化成の負極板を作製した。
[Production of negative electrode plate]
Lead powder having an oxidation degree of 70% was used as a raw material for the negative electrode active material. 0.2% by mass of bisphenol-based resin (converted to solid content, manufactured by Nippon Paper Industries Co., Ltd., trade name: Vispaz P215), 0.1% by mass of reinforcing short fibers (acrylic fibers), and 1.0% by mass of barium sulfate %, A carbon material (flaky graphite (particle size: 180 μm)) containing 1.5 mass% was added to the lead powder and then dry-mixed (the blending amount is based on the total mass of the negative electrode active material) The blended amount). The weight average molecular weight of the bisphenol-based resin was 53900 as measured by GPC under the conditions described above. The particle size of the flake graphite was obtained as an arithmetically averaged numerical value by the method described above. Then, by adding water and dilute sulfuric acid to the mixture, paste density after conversion becomes 3.8g / cm 3 (A) and the density after the conversion is 4.2 g / cm 3 paste (B) Each was produced. In the above (A) and (B), the density was adjusted by a method of adjusting the amount of water added. Then, the above-mentioned (B) was filled in an expanded current collector produced by subjecting a rolled sheet made of a lead alloy to an expanding process. Subsequently, the above (A) was filled from above so that (A) was 10% from the surface to the thickness direction of the negative electrode plate. Next, the current collector filled with the negative electrode material paste was aged in an atmosphere of a temperature of 50 ° C. and a humidity of 98% for 24 hours. Then, it dried and produced the unchemically formed negative electrode plate.

[電池の組み立て]
正負極板とセパレータが積層された極板群の断面図を図1に示す。まず、所定寸法長さの微多孔シートからなるポリエチレン製セパレータ(ベース部の厚みは0.2mm、リブの高さは0.6mmである)を、長さ方向の中央において幅方向に折り目をつけてU字状に折り曲げ、未化成の負極板をU字の内側に配置する。そして、U字状に折り曲げた微多孔シートからなるポリエチレン製セパレータの長さ方向両側部をシールした。袋状の二重セパレータに入った未化成の負極板8枚と未化成の正極板7枚と交互に積層した。続いて、キャストオンストラップ(COS)方式で同極性の極板の耳部同士を溶接して極板群を作製した。極板群を電槽に挿入して2V単セル電池(JIS D 5301規定のD23サイズの単セルに相当)を組み立てた。アルミニウムイオン濃度が0.04mol/Lになるように硫酸アルミニウム無水物を溶解させた希硫酸(比重1.280)をこの電池に注入した。その後、40℃の水槽中、通電電流20Aで20時間の条件で化成して鉛蓄電池を得た。また、化成後の負極材に対する正極材の質量比(正極材/負極材)は、1.2とした。
[Battery assembly]
A cross-sectional view of an electrode plate group in which positive and negative electrode plates and separators are laminated is shown in FIG. First, a polyethylene separator made of a microporous sheet having a predetermined length (with a base portion thickness of 0.2 mm and a rib height of 0.6 mm) is creased in the width direction at the center in the length direction. Then, it is bent into a U shape, and an unformed negative electrode plate is disposed inside the U shape. And the both sides of the length direction of the polyethylene separator which consists of a microporous sheet | seat bent in the U-shape were sealed. Eight unformed negative electrode plates and seven unformed positive electrode plates contained in a bag-like double separator were alternately laminated. Subsequently, the ears of the same polarity electrode plates were welded together by a cast on strap (COS) method to produce an electrode plate group. The electrode plate group was inserted into the battery case to assemble a 2V single cell battery (corresponding to a D23 size single cell defined in JIS D 5301). Dilute sulfuric acid (specific gravity 1.280) in which aluminum sulfate anhydride was dissolved so that the aluminum ion concentration was 0.04 mol / L was injected into this battery. Then, in a 40 degreeC water tank, it formed in 20-hour conditions with the energizing current 20A, and obtained the lead acid battery. Moreover, the mass ratio (positive electrode material / negative electrode material) of the positive electrode material to the negative electrode material after chemical conversion was set to 1.2.

以下に、実施例2〜7の詳細について記載する。
(実施例2)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.2g/cm3、表面部の負極材密度が3.6g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(実施例3)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.2g/cm3、表面部の負極材密度が3.4g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(実施例4)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.4g/cm3、表面部の負極材密度が3.8g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(実施例5)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.6g/cm3、表面部の負極材密度が3.8g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(実施例6)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.4g/cm3、表面部の負極材密度が3.6g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(実施例7)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.6g/cm3、表面部の負極材密度が3.4g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
Details of Examples 2 to 7 are described below.
(Example 2)
Obtained by filling the paste in the same manner as in Example 1 so that the negative electrode material density inside the negative electrode plate after the formation was 4.2 g / cm 3 and the negative electrode material density on the surface portion was 3.6 g / cm 3 . A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
Example 3
It was obtained by filling the paste in the same manner as in Example 1 so that the negative electrode material density inside the negative electrode plate after conversion was 4.2 g / cm 3 and the negative electrode material density on the surface was 3.4 g / cm 3 . A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
Example 4
Negative electrode material density inside the negative electrode plate after the chemical conversion is 4.4 g / cm 3, as negative electrode material density of the surface portion is 3.8 g / cm 3, obtained by filling a paste in Example 1 a similar manner A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
(Example 5)
Negative electrode material density inside the negative electrode plate after the chemical conversion is 4.6 g / cm 3, as negative electrode material density of the surface portion is 3.8 g / cm 3, obtained by filling a paste in Example 1 a similar manner A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
Example 6
Obtained by filling the paste in the same manner as in Example 1 so that the negative electrode material density inside the negative electrode plate after the formation was 4.4 g / cm 3 and the negative electrode material density on the surface portion was 3.6 g / cm 3 . A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
(Example 7)
Obtained by filling the paste in the same manner as in Example 1 so that the negative electrode material density inside the negative electrode plate after the formation was 4.6 g / cm 3 and the negative electrode material density on the surface portion was 3.4 g / cm 3 . A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.

以下に、比較例1〜6の詳細を記載する。
(比較例1)
負極板の表面及び内部共に化成後の負極材密度が4.0g/cm3となるようにペーストを充填して、得た負極板を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で作製された鉛蓄電池。
(比較例2)
負極板の表面及び内部共に化成後の負極材密度が4.6g/cm3となるようにペーストを充填して、得た負極板を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で作製された鉛蓄電池。
(比較例3)
負極板の表面及び内部共に化成後の負極材密度が4.4g/cm3となるようにペーストを充填して、得た負極板を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で作製された鉛蓄電池。
(比較例4)
負極板の表面及び内部共に化成後の負極材密度が3.4g/cm3となるようにペーストを充填して、得た負極板を用いたこと以外は、実施例1と同様の方法で作製された鉛蓄電池。
(比較例5)
化成後の負極板内部の負極材密度が4.2g/cm3、表面部の負極材密度が3.8g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
(比較例6)
化成後の負極板内部の負極材密度が3.4g/cm3、表面部の負極材密度が4.6g/cm3となるように、実施例1同様の方法でペーストを充填して得た負極板を用いて作製された鉛蓄電池。
Details of Comparative Examples 1 to 6 will be described below.
(Comparative Example 1)
Prepared in the same manner as in Example 1 except that the paste was filled so that the density of the negative electrode material after formation was 4.0 g / cm 3 on the surface and inside of the negative electrode plate, and the obtained negative electrode plate was used. Lead-acid battery.
(Comparative Example 2)
Fabricated in the same manner as in Example 1, except that the paste was filled so that the density of the negative electrode material after formation was 4.6 g / cm 3 both on the surface and inside of the negative electrode plate, and the obtained negative electrode plate was used. Lead-acid battery.
(Comparative Example 3)
Prepared in the same manner as in Example 1 except that the paste was filled so that the density of the negative electrode material after the chemical conversion was 4.4 g / cm 3 both on the surface and inside of the negative electrode plate, and the obtained negative electrode plate was used. Lead-acid battery.
(Comparative Example 4)
Prepared in the same manner as in Example 1, except that the paste was filled so that the density of the negative electrode material after formation was 3.4 g / cm 3 on both the surface and the inside of the negative electrode plate, and the obtained negative electrode plate was used. Lead-acid battery.
(Comparative Example 5)
Negative electrode material density inside the negative electrode plate after the chemical conversion is 4.2 g / cm 3, as negative electrode material density of the surface portion is 3.8 g / cm 3, obtained by filling a paste in Example 1 a similar manner A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.
(Comparative Example 6)
Obtained by filling the paste in the same manner as in Example 1 so that the density of the negative electrode material inside the formed negative electrode plate was 3.4 g / cm 3 and the density of the negative electrode material on the surface was 4.6 g / cm 3 . A lead-acid battery manufactured using a negative electrode plate.

(低温高率放電持続時間の測定)
それぞれの鉛蓄電池を−15℃の雰囲気下で16時間放置した後、300Aの電流値で、終止電圧が1.0Vまで放電を行い、持続時間を測定した。比較例1を100として、比較例1に対する各鉛蓄電池の低温高率放電持続時間を表1に示した。
(Measurement of low temperature high rate discharge duration)
Each lead-acid battery was allowed to stand for 16 hours under an atmosphere of −15 ° C., then discharged at a current value of 300 A to a final voltage of 1.0 V, and the duration was measured. Table 1 shows the low-temperature high-rate discharge duration of each lead-acid battery with respect to Comparative Example 1, where Comparative Example 1 is 100.

(サイクル特性の評価)
低温高率放電持続時間の測定が終了した鉛蓄電池に対し、40℃の環境下において、25Aの定電流で4分間放電を行い、引き続き2.47V、25Aの定電圧で10分間充電を行い、この放電と充電のサイクルを1回とし、480サイクル毎に582Aの定電流で30秒間放電し、30秒目の端子電圧を測定した。その端子電圧が1.2V以下に低下し、再び上昇しないことを確認した時点を寿命サイクル数とした。前記寿命サイクル数が多い程、サイクル特性に優れる。比較例1のサイクル特性を100として、比較例1に対する各鉛蓄電池のサイクル特性を表1に示した。
(Evaluation of cycle characteristics)
The lead storage battery for which the measurement of the low temperature high rate discharge duration was completed was discharged at a constant current of 25 A for 4 minutes in an environment of 40 ° C., and subsequently charged for 10 minutes at a constant voltage of 2.47 V and 25 A. This discharging and charging cycle was performed once, and discharging was performed at a constant current of 582 A for 30 seconds every 480 cycles, and the terminal voltage at 30 seconds was measured. The point of time when it was confirmed that the terminal voltage dropped to 1.2 V or less and did not rise again was defined as the life cycle number. The greater the number of life cycles, the better the cycle characteristics. Table 1 shows the cycle characteristics of each lead-acid battery with respect to Comparative Example 1, with the cycle characteristic of Comparative Example 1 being 100.

Figure 2017084487
Figure 2017084487

これらの鉛蓄電池について、表1に低温高率放電持続時間、及びサイクル特性の測定結果を示す。本発明を用いた実施例は、低温高率放電の持続時間、サイクル特性ともに優れていた。これらの理由として、以下の理由が考えられる。低温高率放電特性に影響があるのは負極の表面層の一部であると考えられ、低温高率放電特性が優れるのは負極の表面に比表面積の小さい密度の大きいペーストを配置したためであると推測される。また、サイクル特性が良好な理由は、負極の内部に密度の大きいペーストを配置した結果、活物質の凝集が抑制されたためであると推測される。   About these lead acid batteries, the measurement result of low temperature high rate discharge duration and cycling characteristics is shown in Table 1. The example using the present invention was excellent in both the duration of low-temperature high-rate discharge and the cycle characteristics. The following reasons can be considered as these reasons. It is considered that the low temperature high rate discharge characteristics are affected by a part of the surface layer of the negative electrode, and the reason why the low temperature high rate discharge characteristics are excellent is that a paste having a small specific surface area and a large density is arranged on the surface of the negative electrode. It is guessed. Further, it is presumed that the reason why the cycle characteristics are good is that aggregation of the active material is suppressed as a result of disposing a paste having a high density inside the negative electrode.

10…セパレータ、10a…一方面、10b…他方面、11…ベース部、12…リブ、
13…ミニリブ、14,14a,14b…電極、20…袋セパレータ、22…メカニカル
シール部、A…リブの下底幅、B…リブの上底幅、H…リブの高さ、T…ベース部の厚み
1:負極板、2:微多孔シートからなるセパレータ、3:正極板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 10a ... One side, 10b ... Other side, 11 ... Base part, 12 ... Rib,
13 ... Mini rib, 14, 14a, 14b ... Electrode, 20 ... Bag separator, 22 ... Mechanical seal part, A ... Rib bottom width, B ... Rib top width, H ... Rib height, T ... Base part Thickness 1: negative electrode plate, 2: separator made of microporous sheet, 3: positive electrode plate

Claims (2)

正極及び負極を備え、前記負極が、負極集電体と、当該負極集電体に保持された負極材と、を有し、前記負極における内部の負極材密度が、前記負極における表面部の負極材密度よりも大きい、鉛蓄電池。   A negative electrode current collector, and a negative electrode material held by the negative electrode current collector, wherein the negative electrode material density inside the negative electrode is a negative electrode in a surface portion of the negative electrode Lead-acid battery larger than material density. 前記負極における表面部の負極材密度が4.0g/cm3未満であり、前記負極における内部の負極材密度が4.0g/cm3以上である請求項1に記載の鉛蓄電池。 2. The lead acid battery according to claim 1, wherein a negative electrode material density in a surface portion of the negative electrode is less than 4.0 g / cm 3 , and an internal negative electrode material density in the negative electrode is 4.0 g / cm 3 or more.
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