JP2021068549A - Lead-acid battery - Google Patents

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Abstract

SOLUTION: A lead-acid battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution. The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material held by the positive electrode current collector. The negative electrode plate includes a negative electrode current collector and a negative electrode material held by the negative electrode current collector. The positive electrode current collector and the negative electrode current collector have a lattice portion, a first transverse bone portion provided at one end portion of the lattice portion, and an ear portion provided at the first transverse bone portion. In at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, at least one of a pair of corner portions of the end portion opposite to the first transverse bone portion is chamfered. The negative electrode material contains carbon, and the BET specific surface area of carbon is 800 m2/g or more.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to a lead storage battery.

鉛蓄電池は、車載用、産業用の他、様々な用途で使用されている。なかでも、車載用の鉛蓄電池については、アイドリングストップ車両の利用拡大に伴い、部分充電状態(Partial State of Charge: PSOC)での寿命性能の向上が要求されている。 Lead-acid batteries are used for various purposes such as in-vehicle use and industrial use. In particular, with respect to lead-acid batteries for automobiles, as the use of idling stop vehicles expands, it is required to improve the life performance in the partial state of charge (PSOC).

例えば、充電制御やアイドリングストップ・スタート(ISS)の際には、鉛蓄電池がPSOCで使用される。そのため、このような用途で使用される鉛蓄電池は、PSOC条件下でのサイクル試験において寿命性能に優れることが求められる。この場合、成層化の進行が寿命(以下において、「IS寿命」と称する)を決定する要因となり易い。 For example, lead-acid batteries are used in PSOC during charge control and idling stop start (ISS). Therefore, lead-acid batteries used in such applications are required to have excellent life performance in cycle tests under PSOC conditions. In this case, the progress of stratification tends to be a factor that determines the life (hereinafter, referred to as "IS life").

通常、一般始動用の鉛蓄電池においては、過充電または満充電に近い状態まで充電されることでガス発生により電解液の対流が発生し、成層化は抑制される。しかしながら、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池では、過充電または満充電に近い状態になり難い。結果、PSOC状態で使用され続けることにより電解液の成層化が進行し、正極活物質の軟化および正負極活物質への硫酸鉛の蓄積が促進され、IS寿命が短くなり易い。 Normally, in a lead-acid battery for general starting, when it is charged to a state close to overcharge or full charge, convection of an electrolytic solution is generated due to gas generation, and stratification is suppressed. However, lead-acid batteries for idling stop vehicles are unlikely to be overcharged or nearly fully charged. As a result, the stratification of the electrolytic solution proceeds by continuing to be used in the PSOC state, the softening of the positive electrode active material and the accumulation of lead sulfate in the positive and negative electrode active materials are promoted, and the IS life tends to be shortened.

特許文献1は、アイドリングストップ車用の液式鉛蓄電池において、正極活物質は化成済みの状態において、Sbを金属Sbに換算して0.03mass%以上0.3mass%以下含有し、かつSnを金属Snに換算して0.05mass%以上1.0mass%以下含有することを提案している。 Patent Document 1 describes in a liquid lead-acid battery for an idling stop vehicle, in a state where the positive electrode active material is already formed, Sb is converted into metal Sb and contains 0.03 mass% or more and 0.3 mass% or less, and Sn is contained in metal Sn. It is proposed that the content should be 0.05 mass% or more and 1.0 mass% or less in terms of.

特許文献2は、エキスパンド格子を用いた鉛蓄電池において、正極板および負極板の少なくとも一方の極板の4つの隅部のうち極板底部の2つの隅部にカット部を設けた構成を提案している。 Patent Document 2 proposes a configuration in which a lead storage battery using an expanded lattice is provided with cut portions at two corners of the bottom of the electrode plate among the four corners of at least one electrode plate of the positive electrode plate and the negative electrode plate. ing.

特開2013−140678号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-140678 特開2008−204639号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-204639

鉛蓄電池において、成層化を抑制し、IS寿命を向上させる。 In lead-acid batteries, stratification is suppressed and IS life is improved.

本発明の一側面は、正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に介在するセパレータと、電解液と、を備え、前記正極板は、正極集電体と、前記正極集電体に保持された正極電極材料と、を備え、前記負極板は、負極集電体と、前記負極集電体に保持された負極電極材料と、を備え、前記正極集電体および前記負極集電体は、格子部と、前記格子部の一端部に設けられた第1の横骨部と、前記第1の横骨部に設けられた耳部と、を有し、前記正極板および前記負極板の少なくとも一方において、前記第1の横骨部とは反対側の端部の一対の隅部の少なくとも一方は、面取りされており、前記負極電極材料はカーボンを含み、前記カーボンのBET比表面積は800m/g以上である、鉛蓄電池に関する。 One aspect of the present invention includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution, and the positive electrode plate includes a positive electrode current collector and the positive electrode current collector. The negative electrode plate comprises a positive electrode material held on the body, and the negative electrode plate comprises a negative electrode current collector and a negative electrode material held on the negative electrode current collector, and the positive electrode current collector and the negative electrode collector. The electric body has a lattice portion, a first transverse bone portion provided at one end of the lattice portion, and an ear portion provided at the first transverse bone portion, and includes the positive electrode plate and the positive electrode plate. In at least one of the negative electrode plates, at least one of the pair of corners of the end opposite to the first transverse bone portion is chamfered, the negative electrode material contains carbon, and the BET ratio of the carbon. It relates to a lead storage battery having a surface area of 800 m 2 / g or more.

本発明によれば、成層化が抑制されることから、鉛蓄電池のIS寿命が向上する。 According to the present invention, the IS life of the lead storage battery is improved because the stratification is suppressed.

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池で用いる集電体の外観を示す平面図である。It is a top view which shows the appearance of the current collector used in the lead storage battery which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池の外観と内部構造を示す一部切り欠き斜視図である。It is a partially cutaway perspective view which shows the appearance and the internal structure of the lead storage battery which concerns on one Embodiment of this invention.

本発明の一態様に係る鉛蓄電池は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に介在するセパレータと、電解液と、を備える。正極板は、正極集電体と、正極集電体に保持された正極電極材料と、を備える。負極板は、負極集電体と、負極集電体に保持された負極電極材料と、を備える。 The lead-acid battery according to one aspect of the present invention includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution. The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material held by the positive electrode current collector. The negative electrode plate includes a negative electrode current collector and a negative electrode material held by the negative electrode current collector.

正極集電体および負極集電体は、格子部と、格子部の一端部に設けられた第1の横骨部と、第1の横骨部に設けられた耳部と、を有する。正極板および負極板の少なくとも一方において、第1の横骨部とは反対側の端部の一対の隅部の少なくとも一方は、面取りされている。負極電極材料はカーボンを含み、カーボンのBET比表面積は800m/g以上である。以下において、面取りにより設けられた面を「カット面」とも称する。面取りとは、隅部の角部分が丸められ、もしくは斜めに形成されることをいう。面取りは、C面取りであってもよく、R面取りであってもよい。また、隅部が面取りされているとは、隅部の角部分を除去する加工が行われることを必ずしも意味するものではなく、例えば、角部分を除去することなく、隅部に角部分のない形状の極板を形成する場合を含む。 The positive electrode current collector and the negative electrode current collector have a lattice portion, a first lateral bone portion provided at one end of the lattice portion, and an ear portion provided at the first lateral bone portion. In at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, at least one of the pair of corners of the end portion opposite to the first transverse bone portion is chamfered. The negative electrode material contains carbon, and the BET specific surface area of carbon is 800 m 2 / g or more. Hereinafter, the surface provided by chamfering is also referred to as a “cut surface”. Chamfering means that the corners of the corners are rounded or formed diagonally. The chamfer may be a C chamfer or an R chamfer. Further, the fact that the corners are chamfered does not necessarily mean that the processing for removing the corners is performed. For example, the corners are not removed without the corners being removed. This includes the case of forming a shaped electrode plate.

鉛蓄電池では、放電時には、正極板および負極板の双方で硫酸鉛が生成するとともに正極では水が生成する。一方、充電時には、硫酸鉛と水から、金属鉛、二酸化鉛、および硫酸が生成する。部分充電状態での使用が長期にわたる場合、硫酸鉛の蓄積量が必然的に多くなるため、電解液の比重が小さくなる。充電中に充分に電解液が攪拌されない場合、電解液の上部と下部で硫酸の濃度差が発生し、成層化する。このような環境下で使用を続けると、電解液の比重の低い上部から充放電効率が低下し、寿命に至る。また、正極電極材料が軟化劣化により正極板から脱落し、寿命に至る場合もある。また、電解液の比重の低い上部では硫酸鉛が電解液中に溶解し易く、溶解により生じた鉛イオンが負極で還元され、デンドライト状に析出した鉛結晶がセパレータを貫通し、浸透短絡により寿命に至る場合もある。 In a lead-acid battery, lead sulfate is generated on both the positive electrode plate and the negative electrode plate and water is generated on the positive electrode during discharge. On the other hand, during charging, metallic lead, lead dioxide, and sulfuric acid are produced from lead sulfate and water. When used in a partially charged state for a long period of time, the amount of lead sulfate accumulated inevitably increases, so that the specific gravity of the electrolytic solution decreases. If the electrolytic solution is not sufficiently agitated during charging, a difference in the concentration of sulfuric acid occurs between the upper part and the lower part of the electrolytic solution, resulting in stratification. If the use is continued in such an environment, the charge / discharge efficiency decreases from the upper part where the specific gravity of the electrolytic solution is low, and the life is reached. In addition, the positive electrode material may fall off from the positive electrode plate due to softening and deterioration, and may reach the end of its life. In addition, lead sulfate is easily dissolved in the electrolytic solution at the upper part where the specific gravity of the electrolytic solution is low, lead ions generated by the dissolution are reduced at the negative electrode, and lead crystals precipitated in the form of dendrite penetrate the separator and have a life due to permeation short circuit. It may lead to.

特に、極板の隅部に面取りを施した鉛蓄電池では、カット面の下方において電解液が滞留し易いことから、成層化が進行し易いことが判明した。しかしながら、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含ませることで、IS寿命が顕著に改善することが分かり、本発明に至った。 In particular, in a lead-acid battery in which the corners of the electrode plate are chamfered, it has been found that stratification is likely to proceed because the electrolytic solution tends to stay below the cut surface. However, it was found that the IS life was remarkably improved by including carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode material, which led to the present invention.

IS寿命が顕著に改善する理由としては、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含ませることで、部分充電状態においてもガス発生が促進されるようになり、電解液の攪拌が誘起されることが挙げられる。カーボンは、ガス発生反応における活性点として作用すると考えられ、比表面積の大きなカーボンを用いることで、部分充電条件でも十分なガス発生を進行させることができる。上記効果を十分に得るため、負極電極材料に占めるカーボン含有割合を、0.2質量%以上としてもよい。 The reason why the IS life is remarkably improved is that by including carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode material, gas generation is promoted even in a partially charged state, and the electrolytic solution Stirring is induced. Carbon is considered to act as an active site in a gas generation reaction, and by using carbon having a large specific surface area, sufficient gas generation can proceed even under partial charging conditions. In order to obtain the above effect sufficiently, the carbon content in the negative electrode material may be 0.2% by mass or more.

一方で、比表面積の大きなカーボンを添加する場合、ガス発生の分だけ充電効率が低下するため、却ってIS寿命の低下を招く可能性がある。つまり、比表面積の大きなカーボンによるIS寿命の改善効果は、充電効率の低下に伴うIS寿命の低下の副作用と相殺される可能性がある。しかしながら、カット面を設けた鉛蓄電池の場合、改善効果が副作用を大きく上回り、IS寿命が顕著に改善する。 On the other hand, when carbon having a large specific surface area is added, the charging efficiency is lowered by the amount of gas generated, which may lead to a decrease in IS life. That is, the effect of improving the IS life by carbon having a large specific surface area may be offset by the side effect of the decrease in IS life due to the decrease in charging efficiency. However, in the case of a lead-acid battery provided with a cut surface, the improvement effect greatly exceeds the side effects, and the IS life is significantly improved.

なお、集電体がエキスパンド格子である場合には、正極板および負極板をセパレータを介して積層した極板群を作製するに際して、予め極板の隅部を面取りし、カット面を形成しておくことによって、製造装置との干渉により隅部が変形するのを防ぐこともできる。これにより初期電池短絡が生じるのを抑制することができる(特許文献2参照)。特に正極集電体がエキスパンド格子である場合、格子骨が太いために隅部が一旦変形すると元に戻り難く、初期電池短絡が生じ易い。これに対し、集電体がエキスパンド格子以外の集電体(例えば、打ち抜き集電体または鋳造集電体)である場合には、集電体の外周全体に枠骨を有しているため、極板群の作製に際して(カット面の有無に拘わらず)隅部分は変形し難く、初期電池短絡の問題は生じ難い。 When the current collector is an expanding lattice, the corners of the electrode plates are chamfered in advance to form a cut surface when producing a group of electrode plates in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator. By setting it, it is possible to prevent the corners from being deformed due to interference with the manufacturing apparatus. As a result, it is possible to suppress the occurrence of an initial battery short circuit (see Patent Document 2). In particular, when the positive electrode current collector is an expanding lattice, since the lattice bone is thick, once the corners are deformed, it is difficult to return to the original state, and an initial battery short circuit is likely to occur. On the other hand, when the current collector is a current collector other than the expanding lattice (for example, a punched current collector or a cast current collector), it has a frame bone on the entire outer circumference of the current collector. When manufacturing the electrode plate group, the corner portion is not easily deformed (regardless of the presence or absence of the cut surface), and the problem of initial battery short circuit is unlikely to occur.

一方で、カット面を設けた鉛蓄電池における成層化抑制効果およびIS寿命の改善効果は、エキスパンド格子を用いる場合に限られず、打ち抜き集電体または鋳造集電体を用いる場合においても得られる。そして、エキスパンド格子を用いる鉛蓄電池においては、IS寿命が改善されるほか、初期電池短絡の問題も抑制されるため特に有用である。 On the other hand, the effect of suppressing stratification and the effect of improving the IS life in a lead-acid battery provided with a cut surface are obtained not only when an expanded lattice is used but also when a punched current collector or a cast current collector is used. A lead-acid battery using an expanded lattice is particularly useful because it improves the IS life and suppresses the problem of initial battery short circuit.

カット面は、例えばエキスパンド格子の場合、長方形に製造した極板の角部分の一部を除去することにより製造され得る。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。打ち抜き集電体または鋳造集電体の場合、角部が面取りされた形状あるいは曲線形状の外縁を有するように枠骨を形成してもよい。 The cut surface can be manufactured, for example, in the case of an expanding lattice, by removing a part of the corner portion of the rectangular plate. However, the present invention is not limited to this. In the case of a punched current collector or a cast current collector, the frame bone may be formed so that the corners have a chamfered or curved outer edge.

面取りにより減少した極板面積の減少分(以下において、「カット面積」と称する)は、面取りされる前の正極板または負極板の面積の1%以上であってもよい。面取り前の極板面積に対するカット面積の割合R1が1%以上で、電解液の滞留が顕著になり、カーボンを含ませない場合に、成層化の進行によるIS寿命の低下の問題が発現し易い。しかしながら、本実施形態の鉛蓄電池では、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含ませることで、割合R1が1%以上の場合においても、IS寿命は低下が抑制され、IS寿命はむしろ向上する。一方で、電池特性(低温出力、容量など)を高く維持するため、割合R1を6%以下としてもよい。割合R1は、2%以上であってもよく、4%以下であってもよい。 The decrease in the electrode plate area reduced by chamfering (hereinafter, referred to as “cut area”) may be 1% or more of the area of the positive electrode plate or the negative electrode plate before chamfering. When the ratio R1 of the cut area to the electrode plate area before chamfering is 1% or more, the retention of the electrolytic solution becomes remarkable, and when carbon is not contained, the problem of a decrease in IS life due to the progress of stratification is likely to occur. .. However, in the lead-acid battery of the present embodiment, by including carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode material, a decrease in IS life is suppressed even when the ratio R1 is 1% or more. IS life is rather improved. On the other hand, in order to maintain high battery characteristics (low temperature output, capacity, etc.), the ratio R1 may be set to 6% or less. The ratio R1 may be 2% or more, or 4% or less.

割合R1は、1%以上6%以下、2%以上6%以下、もしくは2%以上4%以下であってもよい。 The ratio R1 may be 1% or more and 6% or less, 2% or more and 6% or less, or 2% or more and 4% or less.

なお、極板面積とは、正極板または負極板(耳部を除く)を極板面の法線方向に投影したときの投影面積を指す。また、カット面積とは、正極板または負極板の耳部を有する横骨部と反対側の端部の隅部の欠除した部分(例えば、面取りにより除去された部分)の面積を指し、以下の方法で求められる。 The electrode plate area refers to the projected area when the positive electrode plate or the negative electrode plate (excluding the ears) is projected in the normal direction of the electrode plate surface. The cut area refers to the area of the cut portion (for example, the portion removed by chamfering) at the corner of the end opposite to the lateral bone portion having the ears of the positive electrode plate or the negative electrode plate. It is calculated by the method of.

通常、正極板および負極板は、耳部を除くと略長方形の形状をしている。正極板および負極板の投影形状の輪郭は、耳部の反対側において、横骨(第1の横骨部)の延伸方向である第1方向(通常、水平方向)と平行に延びる直線部分L1と、第1方向に交差する第2方向(通常、鉛直方向)に平行に延びる直線部分L2と、を有し、直線部分L1とL2とは、接続部分Cを介して連結されている。接続部分Cは、第1方向および第2方向から傾いた直線および/または曲線を含んで構成され得る。 Normally, the positive electrode plate and the negative electrode plate have a substantially rectangular shape except for the ear portion. The contour of the projected shape of the positive electrode plate and the negative electrode plate is a straight line portion L1 extending parallel to the first direction (usually the horizontal direction) which is the extending direction of the transverse bone (first transverse bone portion) on the opposite side of the ear portion. And a straight line portion L2 extending parallel to the second direction (usually the vertical direction) intersecting the first direction, and the straight line portions L1 and L2 are connected via a connecting portion C. The connecting portion C may be configured to include straight lines and / or curves tilted from the first and second directions.

直線部分L1をL2側に延長した延伸線E1、および、直線部分L2をL1側に延長した延伸線E2を考える(図1参照)。カット面積は、延伸線E1、延伸線E2、および、接続部分Cで囲まれた領域の面積Sを算出することにより求められる。第1方向において、一対の隅部の両側をカットする場合、カット面積Sは、両側のカットされた部分の面積SおよびSの合計とする。 Consider an extension line E1 in which the straight portion L1 is extended to the L2 side and an extension line E2 in which the straight portion L2 is extended to the L1 side (see FIG. 1). The cut area is obtained by calculating the area S of the region surrounded by the extension line E1, the extension line E2, and the connecting portion C. In the first direction, when cutting the sides of the pair of corner portions, the cut area S, the sum of the areas S 1 and S 2 on both sides of the cut portion.

面取りされたカット面を有する極板の極板面積をAとする。割合Rは、下記式(1)で求められる。
(式1)
R1=S/(A+S)
Let A be the plate area of the plate having the chamfered cut surface. The ratio R is calculated by the following formula (1).
(Equation 1)
R1 = S / (A + S)

特に、正極板または負極板が、略長方形の極板の面取りにより形成されたものである場合には、極板の第1方向の幅をWとし、耳部を除いた極板の第2方向の高さをHとして、割合R1は、下記式(2)で求められる。
(式2)
R1=S/(W×H)
In particular, when the positive electrode plate or the negative electrode plate is formed by chamfering a substantially rectangular electrode plate, the width of the electrode plate in the first direction is W, and the width of the electrode plate is the second direction of the electrode plate excluding the ears. The ratio R1 is calculated by the following formula (2), where H is the height of.
(Equation 2)
R1 = S / (W × H)

カット面は、正極板および負極板の両方に設けられていてもよいし、正極板および負極板のいずれか一方にのみ設けられていてもよい。カット面が正極板および負極板の両方に設けられる場合、カット面積は、正極板と負極板とで同じであってもよいし、異なっていてもよい。なかでも、カット面は、正極板の一対の隅部の少なくとも一方に設けられる場合に、IS寿命の改善が顕著である。さらに、カット面は、正極板の一対の隅部の少なくとも一方にのみ設け、負極板には設けないことが好ましい。なお、正極板または負極板にカット面が設けられていないとは、上記式で表されるカット面積の割合R1が0.1%以下の場合を含むものとする。 The cut surface may be provided on both the positive electrode plate and the negative electrode plate, or may be provided on only one of the positive electrode plate and the negative electrode plate. When the cut surface is provided on both the positive electrode plate and the negative electrode plate, the cut area may be the same or different between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Above all, when the cut surface is provided at at least one of the pair of corners of the positive electrode plate, the improvement in IS life is remarkable. Further, it is preferable that the cut surface is provided only on at least one of the pair of corners of the positive electrode plate and not on the negative electrode plate. The fact that the positive electrode plate or the negative electrode plate is not provided with a cut surface includes the case where the ratio R1 of the cut area represented by the above formula is 0.1% or less.

カット面積は、1cm以上7cm以下、2cm以上7cm以下、もしくは2cm以上4.5cm以下であってもよい。 The cut area may be 1 cm 2 or more and 7 cm 2 or less, 2 cm 2 or more and 7 cm 2 or less, or 2 cm 2 or more and 4.5 cm 2 or less.

また、カット面は、正極板または負極板の一対の隅部の両方に設けられていてもよいし、正極板または負極板の一対の隅部の一方のみに設けられていてもよい。カット面が正極板または負極板の一対の隅部の両方に設けられている場合、一方の隅部に設けられたカット面が、他方の隅部に設けられたカット面と、形状またはカット面積が相違していてもよい。 Further, the cut surface may be provided on both of the pair of corners of the positive electrode plate or the negative electrode plate, or may be provided on only one of the pair of corners of the positive electrode plate or the negative electrode plate. When the cut surface is provided on both the positive electrode plate and the pair of corners of the negative electrode plate, the cut surface provided on one corner is the shape or cut area of the cut surface provided on the other corner. May be different.

正極板のみにカット面が設けられる場合、あるいは、正極板におけるカット面積Sが、負極板におけるカット面積Sよりも大きい場合、負極板には、正極板と対向する方向から見て、正極板と対向しない非対向部が、正極板の隅部のカット面の外側に張り出して存在し得る。負極板の非対向部は、充放電反応に寄与し難く、充放電電圧の印加によりガス(水素ガス)が発生する反応が主として起こり得る。よって、負極板に非対向部を設けることで、部分充電状態においても水素ガス発生が促進される。発生した水素ガスは非対向部が存在する電槽の底部側から電解液の液面もしくは鉛直方向に向かって移動する。これにより、カット面の下方で滞留する電解液の流動および攪拌を誘起させて、成層化が効果的に抑制され得る。結果、IS寿命の向上効果を一層高めることができる。 When the cut surface is provided only on the positive electrode plate, or when the cut area S + on the positive electrode plate is larger than the cut area S − on the negative electrode plate, the negative electrode plate has a positive electrode when viewed from the direction facing the positive electrode plate. A non-opposing portion that does not face the plate may exist so as to project outside the cut surface at the corner of the positive electrode plate. The non-opposing portion of the negative electrode plate is unlikely to contribute to the charge / discharge reaction, and a reaction in which gas (hydrogen gas) is generated by applying a charge / discharge voltage can mainly occur. Therefore, by providing the non-opposing portion on the negative electrode plate, hydrogen gas generation is promoted even in the partially charged state. The generated hydrogen gas moves from the bottom side of the electric tank where the non-opposing portion exists toward the liquid level of the electrolytic solution or the vertical direction. As a result, the flow and stirring of the electrolytic solution staying below the cut surface can be induced, and stratification can be effectively suppressed. As a result, the effect of improving the IS life can be further enhanced.

負極板の非対向部の面積Sは、正極板および負極板のそれぞれにおけるカット面もしくは隅部の形状およびカット面積から求められる。負極板の非対向部の面積Sは、面取り前の負極板の面積に対して1%以上であってもよく、2%以上であってもよい。面積Sは、面取り前の負極板の面積に対して6%以下であってもよく、4%以下であってもよい。 Area S 0 of the non-facing portions of the negative electrode plate is determined from the shape and the cut area of the cut surface or corner of each of the positive electrode plate and the negative electrode plate. The area S 0 of the non-opposing portion of the negative electrode plate may be 1% or more or 2% or more with respect to the area of the negative electrode plate before chamfering. The area S 0 may be 6% or less or 4% or less with respect to the area of the negative electrode plate before chamfering.

面取りされたカット面を有する負極板の極板面積をAとする。面取り前の負極板の面積に対する非対向部の割合R2は、下記式(3)で求められる。
(式3)
R2=S/(A+S
Let A − be the electrode plate area of the negative electrode plate having a chamfered cut surface. The ratio R2 of the non-opposing portion to the area of the negative electrode plate before chamfering is calculated by the following equation (3).
(Equation 3)
R2 = S 0 / (A - + S -)

正極板または負極板が、略長方形の極板の面取りにより形成されたものである場合には、極板の第1方向の幅をWとし、耳部を除いた極板の第2方向の高さをHとして、割合R2は、下記式(4)で求められる。
(式4)
R2=S/(W×H)
When the positive electrode plate or the negative electrode plate is formed by chamfering a substantially rectangular electrode plate, the width of the electrode plate in the first direction is W, and the height of the electrode plate in the second direction excluding the ears. Let H be, and the ratio R2 is calculated by the following formula (4).
(Equation 4)
R2 = S 0 / (W × H)

割合R2は、1%以上6%以下、2%以上6%以下、もしくは2%以上4%以下であってもよい。 The ratio R2 may be 1% or more and 6% or less, 2% or more and 6% or less, or 2% or more and 4% or less.

セパレータは袋状であってもよい。その場合、セパレータが負極板を収容していてもよい。ガス発生による電解液の攪拌が効果的に行われ、成層化の抑制効果を高めることができる。 The separator may be bag-shaped. In that case, the separator may accommodate the negative electrode plate. The electrolytic solution is effectively agitated by gas generation, and the effect of suppressing stratification can be enhanced.

例えばアイドリングストップ車両に搭載される鉛蓄電池では、極板群を構成する正極板および負極板の枚数が多く、正極板、セパレータ、および負極板は圧力が加えられた状態で電槽内に収容されている。このような極板群に圧力が加えられている鉛蓄電池において、負極板が袋状のセパレータに収容されている場合、セパレータは負極板と密着する。一方、セパレータと正極板との間にはセパレータに設けられたリブにより電解液の隙間が介在し得る。この場合、負極で発生したガスは、セパレータを通過した後、電解液の隙間を通って、上方へと移動し得る。これにより、セパレータ内に含浸された電解液の攪拌を行うことができ、成層化の抑制効果を高めることができる。 For example, in a lead-acid battery mounted on an idling stop vehicle, the number of positive electrode plates and negative electrode plates constituting the electrode plate group is large, and the positive electrode plate, separator, and negative electrode plate are housed in the battery case under pressure. ing. In a lead-acid battery in which pressure is applied to such a group of electrode plates, when the negative electrode plate is housed in a bag-shaped separator, the separator is in close contact with the negative electrode plate. On the other hand, a gap of the electrolytic solution may be interposed between the separator and the positive electrode plate by the rib provided on the separator. In this case, the gas generated at the negative electrode can move upward through the gaps of the electrolytic solution after passing through the separator. As a result, the electrolytic solution impregnated in the separator can be agitated, and the effect of suppressing stratification can be enhanced.

負極電極材料はビスマス(Bi)を含んでいてもよい。ビスマスは水素過電圧が小さいため、負極電極材料に含ませることで水素ガスが発生し易くなる。よって、ガスの発生量が増加することにより電解液が攪拌され易く、成層化が抑制され易くなる。結果、IS寿命の改善効果を高めることができる。負極電極材料がビスマスを含む場合、負極電極材料に占めるビスマスの含有量は、0.0003質量%以上であればよい。ビスマスは、酸化物あるいは硫酸塩などの化合物の形で含まれていてもよい。ビスマスが化合物の形で含まれる場合、化合物に含まれるビスマス元素の質量のみを考慮した含有量が、0.0003質量%以上であればよい。 The negative electrode material may contain bismuth (Bi). Since bismuth has a small hydrogen overvoltage, hydrogen gas is likely to be generated by including it in the negative electrode material. Therefore, as the amount of gas generated increases, the electrolytic solution is easily agitated and stratification is easily suppressed. As a result, the effect of improving the IS life can be enhanced. When the negative electrode material contains bismuth, the content of bismuth in the negative electrode material may be 0.0003% by mass or more. Bismuth may be included in the form of compounds such as oxides or sulfates. When bismuth is contained in the form of a compound, the content considering only the mass of the bismuth element contained in the compound may be 0.0003% by mass or more.

負極電極材料の質量は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した負極電極材料に、水洗と乾燥を施した際の質量である。負極電極材料中のビスマス含有量は、化成後もしくは使用中(好ましくは、使用初期)の満充電状態の鉛蓄電池を分解し、取り出した極板を水洗、乾燥後に電極材料を採取し、粉砕した試料を濃硝酸中に溶解させICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析を行うことにより求められる。なお、使用初期の電池とは、使用開始後、それほど時間が経過しておらず、ほとんど劣化していない電池をいう。 The mass of the negative electrode material is the mass when the negative electrode material taken out from the fully charged lead-acid battery is washed with water and dried. The bismuth content in the negative electrode electrode material was determined by disassembling a fully charged lead-acid battery after chemical conversion or in use (preferably at the initial stage of use), washing the taken-out electrode plate with water, drying, and then collecting and crushing the electrode material. It is obtained by dissolving the sample in concentrated nitrate and performing ICP (Inductively Coupled Plasma) luminescence analysis. The initial use battery means a battery that has not been used for a long time and has hardly deteriorated.

負極電極材料に含まれるカーボンの含有量、および、カーボンのBET比表面積は、以下の方法で求められる。 The carbon content contained in the negative electrode material and the BET specific surface area of carbon are determined by the following methods.

(鉛分の分離)
満充電状態の鉛蓄電池から負極板を取り出し、負極電極材料を水洗および乾燥させる。その後、負極板から負極電極材料を取り出して粉砕し、粉砕した負極電極材料を、体積比率が水3:硝酸1からなる稀硝酸と反応させ、鉛分を溶解させる。続いて、反応後の残滓をメンブレンフィルターを使って濾過し、乾燥させる。乾燥後の残渣には、合成樹脂繊維などの補強材、カーボン、硫酸バリウムなどが含有され得る。負極電極材料に補強材および/または硫酸バリウムが含まれている場合、以下の方法で負極電極材料からカーボンを分離する。ここで、乾燥後の負極板から取り出した負極電極材料の質量をWとする。
(Separation of lead)
The negative electrode plate is taken out from the fully charged lead-acid battery, and the negative electrode material is washed with water and dried. Then, the negative electrode material is taken out from the negative electrode plate and pulverized, and the pulverized negative electrode material is reacted with dilute nitric acid having a volume ratio of water 3: nitric acid 1 to dissolve the lead content. Subsequently, the residue after the reaction is filtered using a membrane filter and dried. The residue after drying may contain reinforcing materials such as synthetic resin fibers, carbon, barium sulfate and the like. When the negative electrode material contains a reinforcing material and / or barium sulfate, carbon is separated from the negative electrode material by the following method. Here, let W be the mass of the negative electrode material taken out from the negative electrode plate after drying.

(カーボン含有量の測定)
鉛分を除去した残渣に含まれる補強材、カーボン、および硫酸バリウムの含有量は、示差熱分析(TG−DTA)装置を用いて測定される。
先ず、残渣を秤量する。この時の質量をW0とする。次に、試料を窒素ガスフロー下で400℃に加熱し、補強材を熱分解させる。試料の重量減少がほぼ一定になった時の質量をW1とする。
(Measurement of carbon content)
The content of reinforcing material, carbon, and barium sulfate contained in the lead-removed residue is measured using a differential thermal analysis (TG-DTA) device.
First, the residue is weighed. The mass at this time is W0. Next, the sample is heated to 400 ° C. under a nitrogen gas flow to thermally decompose the reinforcing material. Let W1 be the mass when the weight loss of the sample becomes almost constant.

続いて、350℃に冷却した後、酸素ガスフロー下1000℃に加熱し、カーボンを燃焼させる。試料の重量減少がほぼ一定になった時の質量をW2とする。硫酸バリウムの分解温度は1600℃であり、1000℃に加熱した後も安定に存在している。 Subsequently, after cooling to 350 ° C., the mixture is heated to 1000 ° C. under an oxygen gas flow to burn carbon. Let W2 be the mass when the weight loss of the sample becomes almost constant. The decomposition temperature of barium sulfate is 1600 ° C., and it exists stably even after heating to 1000 ° C.

熱分析時の質量減少から、補強材、カーボン、および硫酸バリウムの含有量は以下の式によって求められる。
補強材含有量:W0−W1
カーボン含有量:W1−W2
硫酸バリウム含有量 :W2
From the mass loss during thermal analysis, the contents of reinforcing material, carbon, and barium sulfate can be calculated by the following formula.
Reinforcing material content: W0-W1
Carbon content: W1-W2
Barium Sulfate Content: W2

よって、負極電極材料に占めるカーボンの含有量(質量%)は、100×(W1−W2)/Wとして求められる。 Therefore, the carbon content (mass%) in the negative electrode material is determined to be 100 × (W1-W2) / W.

(カーボンの単離)
鉛分を除去した残渣を坩堝に入れ、電気炉を使い窒素ガスフロー下400℃に加熱し、補強材を熱分解させる。
補強材を熱分解で除去した後、室温まで冷却し、粉砕する。粉砕物を十分な量の水に分散させた後、遠心分離機によってカーボンを硫酸バリウムから分離する。さらに、分離後のカーボンだけを再度、十分な量の水に分散させた後に遠心分離機に投入し、カーボン中に混入している可能性のある硫酸バリウムを取り除く。水への分散と遠心分離機での分離を複数回繰り返してもよい。上記作業で得られたカーボンを乾燥させ、比表面積測定用の試料とする。
(Isolation of carbon)
The lead-removed residue is placed in a crucible and heated to 400 ° C. under a nitrogen gas flow using an electric furnace to thermally decompose the reinforcing material.
After removing the reinforcing material by thermal decomposition, it is cooled to room temperature and pulverized. After the milling material is dispersed in a sufficient amount of water, the carbon is separated from the barium sulfate by a centrifuge. Further, only the separated carbon is dispersed again in a sufficient amount of water and then put into a centrifuge to remove barium sulfate that may be mixed in the carbon. Dispersion in water and separation in a centrifuge may be repeated multiple times. The carbon obtained in the above operation is dried and used as a sample for measuring the specific surface area.

(比表面積の測定)
カーボンの比表面積は、BET法で測定することができる。BET法は、一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分析方法である。不活性ガスとしては、窒素ガスを用いる。
(Measurement of specific surface area)
The specific surface area of carbon can be measured by the BET method. The BET method is an analysis method in which an inert gas having a known molecular size (for example, nitrogen gas) is adsorbed on the surface of a measurement sample, and the surface area is obtained from the adsorbed amount and the occupied area of the inert gas. Nitrogen gas is used as the inert gas.

本明細書中、液式の鉛蓄電池の満充電状態とは、JIS D 5301:2006の定義によって定められる。より具体的には、25℃±2℃の水槽中で、鉛蓄電池を、定格容量として記載のAhの数値の0.2倍の電流(A)で、15分ごとに測定した充電中の端子電圧または20℃に温度換算した電解液密度が3回連続して有効数字3桁で一定値を示すまで充電した状態を満充電状態とする。また、制御弁式の鉛蓄電池の場合、満充電状態とは、25℃±2℃の気槽中で、鉛蓄電池を、定格容量として記載の数値の0.2倍の電流(A)で、2.23V/セルの定電流定電圧充電を行い、定電圧充電時の充電電流(A)が定格容量として記載の数値の0.005倍になった時点で充電を終了した状態である。なお、定格容量として記載の数値は、単位をAhとした数値である。定格容量として記載の数値を元に設定される電流の単位はAとする。 In the present specification, the fully charged state of a liquid lead-acid battery is defined by the definition of JIS D 5301: 2006. More specifically, the charging terminal of the lead-acid battery measured every 15 minutes in a water tank at 25 ° C. ± 2 ° C. with a current (A) 0.2 times the value of Ah described as the rated capacity. A fully charged state is defined as a state in which the electrolyte density converted into voltage or temperature converted to 20 ° C. is charged three times in a row until it shows a constant value with three significant figures. Further, in the case of a control valve type lead-acid battery, the fully charged state means that the lead-acid battery has a current (A) of 0.2 times the value described as the rated capacity in an air tank at 25 ° C. ± 2 ° C. It is in a state of being charged at a constant current and constant voltage of 2.23 V / cell, and when the charging current (A) at the time of constant voltage charging becomes 0.005 times the value described as the rated capacity, the charging is completed. The numerical value described as the rated capacity is a numerical value in which the unit is Ah. The unit of current set based on the numerical value described as the rated capacity is A.

満充電状態の鉛蓄電池は、既化成の鉛蓄電池を満充電したものをいう。鉛蓄電池の満充電は、化成後であれば、化成直後でもよく、化成から時間が経過した後に行ってもよい(例えば、化成後で、使用中(好ましくは使用初期)の鉛蓄電池を満充電してもよい)。 A fully charged lead-acid battery is a fully charged lead-acid battery. The lead-acid battery may be fully charged after the chemical conversion, immediately after the chemical conversion, or after a lapse of time from the chemical conversion (for example, after the chemical conversion, the lead-acid battery in use (preferably at the initial stage of use) is fully charged. May be).

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池に用いられる極板100(正極板または負極板)の外観を示す平面図である。図1の例では、極板100は正極板であるが、負極板であってもよい。図1では、極板100の一部領域において電極材料の記載を省略することにより、電極材料で覆われた集電体の状態が併せて示されている。 FIG. 1 is a plan view showing the appearance of the electrode plate 100 (positive electrode plate or negative electrode plate) used in the lead storage battery according to the embodiment of the present invention. In the example of FIG. 1, the electrode plate 100 is a positive electrode plate, but it may be a negative electrode plate. In FIG. 1, the state of the current collector covered with the electrode material is also shown by omitting the description of the electrode material in a part of the electrode plate 100.

極板(正極板)100は、集電体(正極集電体)101と、集電体101に保持された電極材料(正極電極材料)102を備える。集電体101は、図1の例では、エキスパンド格子である。集電体101は、打ち抜き集電体または鋳造集電体であってもよい。正極集電体101は、格子部103と、第1の横骨部104、および耳部106を備える。第1の横骨部104は、格子部103の一端部に設けられている。耳部106は、第1の横骨部104に設けられている。 The electrode plate (positive electrode plate) 100 includes a current collector (positive electrode current collector) 101 and an electrode material (positive electrode material) 102 held by the current collector 101. The current collector 101 is an expanding grid in the example of FIG. The current collector 101 may be a punched current collector or a cast current collector. The positive electrode current collector 101 includes a grid portion 103, a first lateral bone portion 104, and an ear portion 106. The first lateral bone portion 104 is provided at one end of the lattice portion 103. The ear portion 106 is provided on the first lateral bone portion 104.

耳部106を除く極板100の概略の形状は、幅Wおよび高さHの長方形状であるが、第1の横骨部104とは反対側の隅部の角部分が面取りされている。これにより、極板100にカット面107が形成される。 The approximate shape of the electrode plate 100 excluding the ear portion 106 is a rectangular shape having a width W and a height H, but the corner portion of the corner opposite to the first lateral bone portion 104 is chamfered. As a result, the cut surface 107 is formed on the electrode plate 100.

極板100の輪郭形状は、第1の横骨部104とは反対側にあって、第1の横骨部104の延伸方向と平行に延びる直線部分L1と、第1の横骨部104の延伸方向と交差する方向に平行な直線部分L2と、隅部において、直線部分L1と直線部分L2とを連結する接続部分Cと、を有する。接続部分Cは、直線部分L1およびL2に対して傾いた直線および/または曲線を含んで構成され得る。カット面107は、接続部分Cに対応する斜面をいう。カット面107は、一対の隅部の一方または両方に存在し得る。 The contour shape of the electrode plate 100 is on the side opposite to the first transverse bone portion 104, and the straight portion L1 extending parallel to the extending direction of the first transverse bone portion 104 and the first transverse bone portion 104. It has a straight portion L2 parallel to the direction intersecting the stretching direction, and a connecting portion C connecting the straight portion L1 and the straight portion L2 at the corner. The connecting portion C may be configured to include a straight line and / or a curved line inclined with respect to the straight line portions L1 and L2. The cut surface 107 refers to a slope corresponding to the connecting portion C. The cut surface 107 may be present on one or both of the pair of corners.

直線部分L1をL2側に延長した延伸線をE1とし、直線部分L2をL1側に延長した延伸線をE2とする。極板100では、一対の隅部において、延伸線E1、延伸線E2、および、接続部分Cで囲まれた領域の面積の合計S+Sの分だけ、極板面積が減少する。 The extension line extending the straight line portion L1 to the L2 side is referred to as E1, and the extension line extending the straight line portion L2 to the L1 side is referred to as E2. In the plate 100, the plate area is reduced by the total area S 1 + S 2 of the area surrounded by the extension line E1, the extension line E2, and the connecting portion C at the pair of corners.

極板100を用いて、正極板と負極板をセパレータを介して積層させることで極板群が得られる。得られた極板群を電槽に収容する場合、電槽の内壁の断面形状を長方形とした場合、極板100のカット面107の下方には隙間が生じることとなる。この隙間は電解液で満たされる。この隙間に存在する電解液は流動、攪拌され難く、成層化を促進させ易い。しかしながら、本実施形態では、負極板において、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含ませることで、ガス発生を促進させ、電解液の流動および攪拌を誘起させることができる。結果、成層化の進行は抑制され、IS寿命が改善する。 A group of electrode plates can be obtained by laminating a positive electrode plate and a negative electrode plate via a separator using the electrode plate 100. When the obtained electrode plate group is housed in the electric tank, if the cross-sectional shape of the inner wall of the electric tank is rectangular, a gap is formed below the cut surface 107 of the electrode plate 100. This gap is filled with an electrolytic solution. The electrolytic solution existing in this gap is difficult to flow and stir, and it is easy to promote stratification. However, in the present embodiment, by including carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode material in the negative electrode plate, gas generation can be promoted and the flow and stirring of the electrolytic solution can be induced. .. As a result, the progress of stratification is suppressed and the IS life is improved.

正極板に極板100を用い、負極板に面取りされていない通常の極板を用いてもよい。この場合、正極板と負極板をセパレータを介して重ね、極板群を構成すると、負極板には、正極板と対向する方向から見て、正極板の面取りにより設けられる面から張り出し、かつ正極板と対向しない非対向部が生じる。この負極非対向部では、充放電電圧の印加により水素ガスが発生する反応が主として起こり得る。これにより、負極板のカット面の下方で滞留する電解液が流動および攪拌され、成層化が効果的に抑制され得る。 The electrode plate 100 may be used as the positive electrode plate, and a normal electrode plate that is not chamfered by the negative electrode plate may be used. In this case, when the positive electrode plate and the negative electrode plate are overlapped with each other via the separator to form a group of electrode plates, the negative electrode plate is projected from the surface provided by chamfering the positive electrode plate when viewed from the direction facing the positive electrode plate, and the positive electrode plate is formed. A non-opposing portion that does not face the plate is generated. In this negative electrode non-opposing portion, a reaction in which hydrogen gas is generated by applying a charge / discharge voltage can mainly occur. As a result, the electrolytic solution staying below the cut surface of the negative electrode plate flows and is agitated, and stratification can be effectively suppressed.

(正極板)
鉛蓄電池の正極板には、ペースト式とクラッド式がある。
(Positive plate)
There are two types of positive electrode plates for lead-acid batteries: paste type and clad type.

ペースト式正極板は、正極集電体と、正極電極材料とを具備する。正極電極材料は、正極集電体に保持されている。ペースト式正極板では、正極電極材料は、正極板から正極集電体を除いたものである。正極集電体は、負極集電体と同様に形成すればよく、鉛または鉛合金の鋳造や、鉛または鉛合金シートの加工により形成することができる。 The paste-type positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material. The positive electrode material is held in the positive electrode current collector. In the paste type positive electrode plate, the positive electrode electrode material is the positive electrode plate from which the positive electrode current collector is removed. The positive electrode current collector may be formed in the same manner as the negative electrode current collector, and can be formed by casting lead or a lead alloy or processing a lead or a lead alloy sheet.

クラッド式正極板は、複数の多孔質のチューブと、各チューブ内に挿入される芯金と、芯金が挿入されたチューブ内に充填される正極電極材料と、複数のチューブを連結する連座とを具備する。クラッド式正極板では、正極電極材料は、正極板から、チューブ、芯金、および連座を除いたものである。 The clad type positive electrode plate includes a plurality of porous tubes, a core metal inserted in each tube, a positive electrode material filled in the tube into which the core metal is inserted, and a collective punishment for connecting the plurality of tubes. Equipped with. In the clad type positive electrode plate, the positive electrode material is the positive electrode plate from which the tube, the core metal, and the collective punishment are removed.

正極集電体に用いる鉛合金としては、耐食性および機械的強度の点で、Pb−Ca系合金、Pb−Ca−Sn系合金が好ましい。正極集電体は、組成の異なる鉛合金層を有してもよく、合金層は複数でもよい。芯金には、Pb−Ca系合金やPb−Sb系合金を用いることが好ましい。 As the lead alloy used for the positive electrode current collector, Pb-Ca-based alloys and Pb-Ca-Sn-based alloys are preferable in terms of corrosion resistance and mechanical strength. The positive electrode current collector may have lead alloy layers having different compositions, and may have a plurality of alloy layers. It is preferable to use a Pb-Ca alloy or a Pb-Sb alloy for the core metal.

正極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する正極活物質(二酸化鉛もしくは硫酸鉛)を含む。正極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤を含んでもよい。 The positive electrode material contains a positive electrode active material (lead dioxide or lead sulfate) whose capacity is developed by a redox reaction. The positive electrode material may contain other additives, if necessary.

未化成のペースト式正極板は、負極板の場合に準じて、正極集電体に、正極ペーストを充填し、熟成、乾燥することにより得られる。その後、未化成の正極板を化成する。正極ペーストは、鉛粉、添加剤、水、硫酸を練合することで調製される。 The unchemical paste type positive electrode plate is obtained by filling the positive electrode current collector with the positive electrode paste, aging and drying, as in the case of the negative electrode plate. After that, an unchemical positive electrode plate is formed. The positive electrode paste is prepared by kneading lead powder, additives, water, and sulfuric acid.

クラッド式正極板は、芯金が挿入されたチューブに鉛粉または、スラリー状の鉛粉を充填し、複数のチューブを連座で結合することにより形成される。 The clad-type positive electrode plate is formed by filling a tube into which a core metal is inserted with lead powder or slurry-like lead powder, and connecting a plurality of tubes in a continuous position.

(負極板)
鉛蓄電池の負極板は、負極集電体と、負極電極材料とで構成されている。負極電極材料は、負極板から負極集電体を除いたものである。負極集電体は、鉛(Pb)または鉛合金の鋳造により形成してもよく、鉛または鉛合金シートを加工して形成してもよい。加工方法としては、例えば、エキスパンド加工や打ち抜き(パンチング)加工が挙げられる。負極集電体として負極格子を用いると、負極電極材料を担持させ易いため好ましい。
(Negative electrode plate)
The negative electrode plate of a lead storage battery is composed of a negative electrode current collector and a negative electrode material. The negative electrode electrode material is a negative electrode plate obtained by removing the negative electrode current collector. The negative electrode current collector may be formed by casting lead (Pb) or a lead alloy, or may be formed by processing a lead or lead alloy sheet. Examples of the processing method include expanding processing and punching processing. It is preferable to use a negative electrode lattice as the negative electrode current collector because it is easy to support the negative electrode material.

負極集電体に用いる鉛合金は、Pb−Sb系合金、Pb−Ca系合金、Pb−Ca−Sn系合金のいずれであってもよい。これらの鉛もしくは鉛合金は、更に、添加元素として、Ba、Ag、Al、Bi、As、Se、Cuなどからなる群より選択された少なくとも1種を含んでもよい。 The lead alloy used for the negative electrode current collector may be any of Pb-Sb-based alloys, Pb-Ca-based alloys, and Pb-Ca-Sn-based alloys. These leads or lead alloys may further contain, as an additive element, at least one selected from the group consisting of Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, Cu and the like.

負極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する負極活物質(鉛もしくは硫酸鉛)を含んでおり、防縮剤、硫酸バリウムなどを含んでもよく、必要に応じて、他の添加剤を含んでもよい。 The negative electrode material contains a negative electrode active material (lead or lead sulfate) whose capacity is developed by a redox reaction, may contain a shrink-proofing agent, barium sulfate, etc., and may contain other additives as necessary. Good.

有機防縮剤として、リグニン類および/または合成有機防縮剤を用いてもよい。リグニン類としては、リグニン、リグニンスルホン酸またはその塩(ナトリウム塩などのアルカリ金属塩など)などのリグニン誘導体などが挙げられる。合成有機防縮剤は、硫黄元素を含む有機高分子であり、一般に、分子内に複数の芳香環を含むとともに、硫黄含有基として硫黄元素を含んでいる。硫黄含有基の中では、安定形態であるスルホン酸基もしくはスルホニル基が好ましい。 As the organic shrinkage proofing agent, lignins and / or synthetic organic shrinkage proofing agents may be used. Examples of lignins include lignin, lignin sulfonic acid or a lignin derivative such as a salt thereof (such as an alkali metal salt such as a sodium salt). The synthetic organic shrinkage proofing agent is an organic polymer containing a sulfur element, and generally contains a plurality of aromatic rings in the molecule and also contains a sulfur element as a sulfur-containing group. Among the sulfur-containing groups, a sulfonic acid group or a sulfonyl group in a stable form is preferable.

負極電極材料は、BET比表面積が800m/g以上のカーボンを含む。このような比表面積を有するカーボンとして、例えば、ファーネスブラック、チャンネルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどのカーボンブラックを用いることができる。カーボンのBET比表面積は、1200m/g以上であってもよい。カーボンのBET比表面積は、1600m/g以下、1500m/g以下、または1450m/g以下であってもよい。これらの上限および下限は任意に組み合わせることができる。 The negative electrode material contains carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more. As the carbon having such a specific surface area, for example, carbon black such as furnace black, channel black, acetylene black, and ketjen black can be used. The BET specific surface area of carbon may be 1200 m 2 / g or more. BET specific surface area of the carbon, 1600 m 2 / g or less, 1500 m 2 / g or less, or 1450m may be 2 / g or less. These upper and lower limits can be combined arbitrarily.

負極電極材料に占めるカーボンの含有量は、0.2質量%以上とすることで、十分にガスが発生し、IS寿命の改善効果が得られる。一方で、ガス発生による充電効率の低下を抑制し、減液量を抑制する点で、カーボン含有量を1質量%以下としてもよい。 When the carbon content in the negative electrode material is 0.2% by mass or more, sufficient gas is generated and the IS life can be improved. On the other hand, the carbon content may be 1% by mass or less in terms of suppressing a decrease in charging efficiency due to gas generation and suppressing a liquid reduction amount.

負極電極材料は、さらにビスマス(Bi)を含んでいてもよい。負極電極材料がビスマスを含むことで、負極において水素ガスの発生が促進され、電解液が攪拌され易くなる。結果、成層化が抑制され、IS寿命の改善効果を高めることができる。負極電極材料に占めるビスマスの含有量は、0.0003質量%以上であればよい。ビスマス含有量は、0.0005質量%以上であってもよい。一方で、ガス発生による充電効率の低下を抑制し、減液量を抑制する点で、ビスマス含有量を0.003質量%以下あるいは0.002質量%以下としてもよい。これらの上限および下限は任意に組み合わせることができる。 The negative electrode material may further contain bismuth (Bi). When the negative electrode material contains bismuth, the generation of hydrogen gas is promoted in the negative electrode, and the electrolytic solution is easily agitated. As a result, stratification can be suppressed and the effect of improving IS life can be enhanced. The content of bismuth in the negative electrode material may be 0.0003% by mass or more. The bismuth content may be 0.0005% by mass or more. On the other hand, the bismuth content may be 0.003% by mass or less or 0.002% by mass or less in terms of suppressing a decrease in charging efficiency due to gas generation and suppressing a liquid reduction amount. These upper and lower limits can be combined arbitrarily.

なお、ビスマスは、負極電極材料中において酸化物あるいは硫酸塩などの化合物の形で含まれていてもよい。負極電極材料中においてビスマスの一部が化合物の形で含まれる場合、上記のビスマス含有量は、化合物に含まれるビスマス元素の質量のみを考慮した含有量である。また、上記のビスマス含有量は、満充電状態における値である。 Bismuth may be contained in the negative electrode material in the form of a compound such as an oxide or a sulfate. When a part of bismuth is contained in the negative electrode material in the form of a compound, the above-mentioned bismuth content is a content considering only the mass of the bismuth element contained in the compound. The bismuth content is a value in a fully charged state.

充電状態の負極活物質は、海綿状鉛であるが、未化成の負極板は、通常、鉛粉を用いて作製される。 The negative electrode active material in the charged state is spongy lead, but the unchemicald negative electrode plate is usually produced using lead powder.

負極板は、負極集電体に、負極ペーストを充填し、熟成および乾燥することにより未化成の負極板を作製し、その後、未化成の負極板を化成することにより形成できる。負極ペーストは、鉛粉と有機防縮剤および必要に応じて各種添加剤に、水と硫酸を加えて混練することで作製する。熟成工程では、室温より高温かつ高湿度で、未化成の負極板を熟成させることが好ましい。 The negative electrode plate can be formed by filling a negative electrode current collector with a negative electrode paste, aging and drying to produce an unchemicald negative electrode plate, and then forming an unchemicald negative electrode plate. The negative electrode paste is prepared by adding water and sulfuric acid to lead powder, an organic shrink-proofing agent, and various additives as necessary, and kneading them. In the aging step, it is preferable to ripen the unchemicald negative electrode plate at a temperature higher than room temperature and high humidity.

化成は、鉛蓄電池の電槽内の硫酸を含む電解液中に、未化成の負極板を含む極板群を浸漬させた状態で、極板群を充電することにより行うことができる。ただし、化成は、鉛蓄電池または極板群の組み立て前に行ってもよい。化成により、海綿状鉛が生成する。 The chemical conversion can be carried out by charging the electrode plate group in a state where the electrode plate group including the unchemical negative electrode plate is immersed in the electrolytic solution containing sulfuric acid in the electric tank of the lead storage battery. However, chemical conversion may be performed before assembling the lead-acid battery or the electrode plate group. The chemical formation produces spongy lead.

正極板および負極板の少なくともいずれか一方は、例えば図1に示す極板100のように、極板の隅部にカット面を有して構成される。 At least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate is configured to have a cut surface at a corner of the electrode plate, for example, as in the electrode plate 100 shown in FIG.

(電解液)
電解液は、硫酸を含む水溶液であり、Naイオン、Liイオン、Mgイオン、およびAlイオンからなる群より選択される少なくとも一種などを含んでもよい。電解液は、必要に応じてゲル化させてもよい。
(Electrolytic solution)
The electrolytic solution is an aqueous solution containing sulfuric acid, and may contain at least one selected from the group consisting of Na ions, Li ions, Mg ions, and Al ions. The electrolytic solution may be gelled if necessary.

電解液の20℃における比重は、例えば、1.10g/cm3以上である。電解液の20℃における比重は、1.35g/cm3以下であってもよい。なお、これらの比重は、既化成で満充電状態の鉛蓄電池の電解液についての値である。 The specific gravity of the electrolytic solution at 20 ° C. is, for example, 1.10 g / cm 3 or more. The specific gravity of the electrolytic solution at 20 ° C. may be 1.35 g / cm 3 or less. These specific gravities are values for the electrolytic solution of a ready-made and fully charged lead-acid battery.

(セパレータ)
負極板と正極板との間には、通常、セパレータが配置される。セパレータには、不織布、微多孔膜などが用いられる。不織布は、繊維を織らずに絡み合わせたマットであり、繊維を主体とする。例えば、セパレータの60質量%以上が繊維で形成されている。繊維としては、ガラス繊維、ポリマー繊維、パルプ繊維などを用いることができる。不織布は、繊維以外の成分、例えば耐酸性の無機粉体、結着剤としてのポリマーなどを含んでもよい。微多孔膜は、繊維成分以外を主体とする多孔性のシートであり、例えば、造孔剤(ポリマー粉末、オイルなど)を含む組成物をシート状に押し出し成形した後、造孔剤を除去して細孔を形成することにより得られる。組成物に、無機粒子を含ませてもよい。無機粒子としては、例えば、シリカ、アルミナ、チタニアなどのセラミックス粒子などが好ましい。微多孔膜は、ポリマー成分を主体とするものが好ましい。ポリマー成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。
(Separator)
A separator is usually arranged between the negative electrode plate and the positive electrode plate. A non-woven fabric, a microporous membrane, or the like is used as the separator. Nonwoven fabric is a mat that is entwined without weaving fibers, and is mainly composed of fibers. For example, 60% by mass or more of the separator is made of fibers. As the fiber, glass fiber, polymer fiber, pulp fiber and the like can be used. The non-woven fabric may contain components other than fibers, for example, an acid-resistant inorganic powder, a polymer as a binder, and the like. The microporous film is a porous sheet mainly composed of components other than fiber components. For example, a composition containing a pore-forming agent (polymer powder, oil, etc.) is extruded into a sheet and then the pore-forming agent is removed. It is obtained by forming pores. Inorganic particles may be included in the composition. As the inorganic particles, for example, ceramic particles such as silica, alumina, and titania are preferable. The microporous membrane is preferably composed mainly of a polymer component. As the polymer component, polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable.

セパレータは、リブを有するもの、およびリブを有さないもののいずれであってもよい。リブは、セパレータの表面の正極板または負極板と対向し得る領域(ベース部)に立設される。リブは、セパレータの一方の表面のみに設けてもよく、両方の表面にそれぞれ設けてもよい。セパレータは袋状に形成してもよく、正極板または負極板のうちのいずれか一方を袋状のセパレータに包んでもよい。しかしながら、ガス発生による電解液の拡散を効果的に行う観点からは、上述の通り、負極板を袋状のセパレータに収容してもよい。 The separator may be either one having a rib or one having no rib. The rib is erected in a region (base portion) on the surface of the separator that can face the positive electrode plate or the negative electrode plate. The ribs may be provided on only one surface of the separator, or may be provided on both surfaces, respectively. The separator may be formed in a bag shape, or either a positive electrode plate or a negative electrode plate may be wrapped in a bag-shaped separator. However, from the viewpoint of effectively diffusing the electrolytic solution due to gas generation, the negative electrode plate may be housed in a bag-shaped separator as described above.

(繊維マット)
鉛蓄電池は、さらに、正極板と負極板との間に介在する繊維マットを備えていてもよい。繊維マットは、セパレータとは異なり、シート状の繊維集合体を含む。このような繊維集合体としては、電解液に不溶な繊維が絡み合ったシートが使用される。このようなシートには、例えば、不織布、織布、編み物などがある。繊維マットの例えば60質量%以上が繊維で形成されている。
(Fiber mat)
The lead-acid battery may further include a fiber mat interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Fiber mats, unlike separators, contain sheet-like fiber aggregates. As such a fiber aggregate, a sheet in which fibers insoluble in an electrolytic solution are entangled is used. Such sheets include, for example, non-woven fabrics, woven fabrics, knitting and the like. For example, 60% by mass or more of the fiber mat is made of fibers.

繊維としては、ガラス繊維、ポリマー繊維、パルプ繊維などを用いることができる。ポリマー繊維の中では、ポリオレフィン繊維が好ましい。 As the fiber, glass fiber, polymer fiber, pulp fiber and the like can be used. Among the polymer fibers, polyolefin fibers are preferable.

図2は、本発明の一実施形態に係る液式鉛蓄電池の外観と内部構造を示す一部切り欠き斜視図である。 FIG. 2 is a partially cutaway perspective view showing the appearance and internal structure of the liquid lead-acid battery according to the embodiment of the present invention.

鉛蓄電池1は、極板群11と電解液(図示せず)とを収容する電槽12を具備する。電槽12内は、隔壁13により、複数のセル室14に仕切られている。各セル室14には、極板群11が1つずつ収納されている。電槽12の開口部は、負極端子16および正極端子17を具備する蓋15で閉じられる。蓋15には、セル室毎に液口栓18が設けられている。補水の際には、液口栓18を外して補水液が補給される。液口栓18は、セル室14内で発生したガスを電池外に排出する機能を有してもよい。 The lead-acid battery 1 includes an electric tank 12 that houses a electrode plate group 11 and an electrolytic solution (not shown). The inside of the electric tank 12 is partitioned into a plurality of cell chambers 14 by a partition wall 13. In each cell chamber 14, one electrode plate group 11 is stored. The opening of the battery case 12 is closed by a lid 15 including a negative electrode terminal 16 and a positive electrode terminal 17. The lid 15 is provided with a liquid spout 18 for each cell chamber. At the time of rehydration, the liquid spout 18 is removed and the rehydration liquid is replenished. The liquid spout 18 may have a function of discharging the gas generated in the cell chamber 14 to the outside of the battery.

極板群11は、それぞれ複数枚の負極板2および正極板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。ここでは、負極板2を収容する袋状のセパレータ4を示すが、セパレータの形態は特に限定されない。電槽12の一方の端部に位置するセル室14では、複数の負極板2を並列接続する負極棚部6が貫通接続体8に接続され、複数の正極板3を並列接続する正極棚部5が正極柱7に接続されている。正極柱7は蓋15の外部の正極端子17に接続されている。電槽12の他方の端部に位置するセル室14では、負極棚部6に負極柱9が接続され、正極棚部5に貫通接続体8が接続される。負極柱9は蓋15の外部の負極端子16と接続されている。各々の貫通接続体8は、隔壁13に設けられた貫通孔を通過して、隣接するセル室14の極板群11同士を直列に接続している。 The electrode plate group 11 is formed by laminating a plurality of negative electrode plates 2 and positive electrode plates 3 via a separator 4, respectively. Here, the bag-shaped separator 4 that accommodates the negative electrode plate 2 is shown, but the form of the separator is not particularly limited. In the cell chamber 14 located at one end of the battery case 12, the negative electrode shelf portion 6 for connecting the plurality of negative electrode plates 2 in parallel is connected to the through connecting body 8, and the positive electrode shelf portion for connecting the plurality of positive electrode plates 3 in parallel. 5 is connected to the positive electrode column 7. The positive electrode column 7 is connected to the positive electrode terminal 17 outside the lid 15. In the cell chamber 14 located at the other end of the battery case 12, the negative electrode column 9 is connected to the negative electrode shelf 6, and the through connector 8 is connected to the positive electrode shelf 5. The negative electrode column 9 is connected to the negative electrode terminal 16 outside the lid 15. Each through-connecting body 8 passes through a through-hole provided in the partition wall 13 and connects the electrode plates 11 of the adjacent cell chambers 14 in series.

図2では、液式電池(ベント型電池)の例を示したが、鉛蓄電池は、制御弁式電池(VRLA型)でもよい。 Although FIG. 2 shows an example of a liquid battery (vent type battery), the lead storage battery may be a control valve type battery (VRLA type).

以下、鉛蓄電池の各特性の評価方法について説明する。 Hereinafter, a method for evaluating each characteristic of the lead storage battery will be described.

上記側面に係る鉛蓄電池では、ガス発生を促進することで、IS寿命が向上する。また、集電体にエキスパンド格子を用いる場合には、正極板および/または負極板にカット面を設けることで、初期電池短絡が抑制される。IS寿命、および初期電池短絡は、下記の手順で評価される。 In the lead-acid battery according to the above aspect, the IS life is improved by promoting gas generation. Further, when an expanding lattice is used for the current collector, the initial battery short circuit is suppressed by providing a cut surface on the positive electrode plate and / or the negative electrode plate. IS life and initial battery short circuit are evaluated by the following procedure.

(1)IS寿命
次の手順で、端子電圧が7.2V(1.2V/セル)に到達するまでのサイクル数をIS寿命の指標とする。なお、(e)の微小電流放電は、エンジン停止時の暗電流放電を模擬している。
(a)満充電が完了後、最低16時間、蓄電池を0℃±1℃の冷却室に置いた後、中央にあるいずれかのセルの電解液温度が0℃±1℃であることを確認する。
(b)蓄電池を定格容量として記載のAhの数値の10倍の電流(A)で1.0秒間放電する。
(c)蓄電池を定格容量として記載のAhの数値の0.83倍の電流(A)で25秒間放電する。
(d)蓄電池を14.0V(2.33V/セル)の電圧で30秒間充電する。
(e)上記(b)〜(c)の放電および充電を1サイクルとして繰り返す。このとき、30サイクル毎に微小電流(20mA)を6時間放電する。
(f)上記(b)において端子電圧が7.2V(1.2V/セル)未満になったときのサイクル数を求める。
(1) IS life The number of cycles until the terminal voltage reaches 7.2V (1.2V / cell) is used as an index of IS life in the following procedure. The minute current discharge in (e) simulates dark current discharge when the engine is stopped.
(A) After the storage battery is placed in a cooling chamber at 0 ° C. ± 1 ° C. for at least 16 hours after the full charge is completed, it is confirmed that the electrolyte temperature of any cell in the center is 0 ° C. ± 1 ° C. To do.
(B) The storage battery is discharged for 1.0 second at a current (A) that is 10 times the value of Ah described as the rated capacity.
(C) The storage battery is discharged for 25 seconds at a current (A) 0.83 times the value of Ah described as the rated capacity.
(D) The storage battery is charged at a voltage of 14.0 V (2.33 V / cell) for 30 seconds.
(E) The discharge and charge of (b) to (c) above are repeated as one cycle. At this time, a minute current (20 mA) is discharged every 30 cycles for 6 hours.
(F) In the above (b), the number of cycles when the terminal voltage becomes less than 7.2V (1.2V / cell) is obtained.

(2)初期電池短絡
(a)極板群の製造において、集電体の骨曲がりによりセパレータに穴あきが見られるか否かを目視で確認する。
(b)セパレータの穴あきを確認できなかった極板群を電槽に収容し、電解液を注入し、化成処理を行う。
(c)化成後の蓄電池を定格容量として記載のAhの数値の8.3倍の電流(A)で2.5秒放電させる。放電後の電圧が9.5V(1.58V/セル)以下の場合、放電不良とする。
(d)(a)においてセパレータの穴あきを確認した個数、および、(c)において放電不良とされた個数を合計し、全サンプル数に対する割合を求め、初期電池短絡率とする。
(2) Initial battery short circuit (a) In the manufacture of the electrode plate group, visually check whether or not holes are found in the separator due to the bending of the current collector.
(B) A group of electrode plates for which holes in the separator could not be confirmed are housed in an electric tank, an electrolytic solution is injected, and chemical conversion treatment is performed.
(C) The chemical storage battery is discharged for 2.5 seconds at a current (A) of 8.3 times the value of Ah described as the rated capacity. If the voltage after discharge is 9.5 V (1.58 V / cell) or less, it is considered as a discharge failure.
(D) The number of holes in the separator confirmed in (a) and the number of defective discharges in (c) are totaled to obtain the ratio to the total number of samples, which is used as the initial battery short-circuit rate.

[実施例]
以下、本発明の実施形態について、実施例および比較例に基づいて更に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。
[Example]
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail based on Examples and Comparative Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

《電池A1〜A16、B1〜B5、C1〜C5》
下記の手順で、正負極板の構成、および/または負極板に含まれるカーボンの含有量または比表面積が異なる複数の鉛蓄電池A1〜A16、B1〜B5およびC1〜C5を作製した。
<< Batteries A1 to A16, B1 to B5, C1 to C5 >>
A plurality of lead-acid batteries A1 to A16, B1 to B5, and C1 to C5 having different configurations of the positive and negative electrode plates and / or the carbon content or specific surface area contained in the negative electrode plates were produced by the following procedure.

(1)正極板の作製
鉛酸化物、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して正極ペーストを調製した。正極ペーストをアンチモンが含有されていないPb−Ca−Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成、乾燥し、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.6mmの未化成の正極板を得た。
(1) Preparation of positive electrode plate A positive electrode paste was prepared by mixing lead oxide, a reinforcing material (synthetic resin fiber), water and sulfuric acid. A positive electrode paste is filled in the mesh portion of an expanded lattice made of a Pb-Ca-Sn alloy that does not contain antimony, aged and dried, and an unchemical positive electrode plate having a width of 100 mm, a height of 110 mm, and a thickness of 1.6 mm. Got

(2)負極板の作製
鉛酸化物、カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニン、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して負極ペーストを調製した。負極ペーストをアンチモンが含有されていないPb−Ca−Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成、乾燥し、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.3mの未化成の負極板を得た。硫酸バリウム、リグニンおよび合成樹脂繊維の量は、既化成の満充電の状態で測定したときに、それぞれ2.1質量%、0.1質量%および0.1質量%になるように調節した。カーボンブラックは、所定のBET比表面積を有するものを用い、既化成の満充電の状態で測定したときに表1に示す含有量となるように調節した。
(2) Preparation of Negative Electrode Plate A negative electrode paste was prepared by mixing lead oxide, carbon black, barium sulfate, lignin, reinforcing material (synthetic resin fiber), water and sulfuric acid. The negative electrode paste is filled in the mesh portion of the expanded lattice made of Pb-Ca-Sn alloy that does not contain antimony, aged and dried, and the unmodified negative electrode plate having a width of 100 mm, a height of 110 mm and a thickness of 1.3 m is filled. Got The amounts of barium sulfate, lignin and synthetic resin fibers were adjusted to be 2.1% by mass, 0.1% by mass and 0.1% by mass, respectively, when measured in a fully charged state. The carbon black having a predetermined BET specific surface area was used, and the content was adjusted so as to have the content shown in Table 1 when measured in a fully charged state.

(3)カット面の形成
鉛蓄電池A1〜A16およびB3〜B5では、(1)(2)で得られた正極板および負極板の少なくともいずれか一方について、極板の耳部と反対側の両隅の角部分を面取りし、カット面を形成した。極板のカット面形成により除去された部分の形状は、高さが17mmの直角二等辺三角形であり、カット面積は両側の隅部の除去部分を合計して289mmであった。この場合、カット面積の割合R1は、2.6%であった。
(3) Formation of cut surface In the lead-acid batteries A1 to A16 and B3 to B5, at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate obtained in (1) and (2) is both opposite to the selvage portion of the electrode plate. The corners of the corners were chamfered to form a cut surface. The shape of the portion removed by forming the cut surface of the electrode plate was a right-angled isosceles triangle with a height of 17 mm, and the cut area was 289 mm 2 in total of the removed portions at the corners on both sides. In this case, the ratio R1 of the cut area was 2.6%.

(4)鉛蓄電池の作製
未化成の負極板を、袋状セパレータに収容し、正極板と積層し、未化成の負極板7枚と未化成の正極板6枚とで極板群を形成した。袋状セパレータは、外面において突出するリブ(外リブ)が設けられているものを用いた。外リブの高さは0.6mmであった。
(4) Preparation of Lead-acid Battery A non-chemical negative electrode plate was housed in a bag-shaped separator and laminated with a positive electrode plate to form a group of electrode plates with 7 unchemical negative electrode plates and 6 unchemical positive electrode plates. .. As the bag-shaped separator, a bag-shaped separator having ribs (outer ribs) protruding on the outer surface was used. The height of the outer rib was 0.6 mm.

正極板の耳部同士および負極板の耳部同士をそれぞれキャストオンストラップ(COS)方式で正極棚部および負極棚部と溶接した。極板群をポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液を注液して、電槽内で化成を施して、定格電圧12Vおよび定格容量が30Ah(5時間率容量(定格容量に記載のAhの数値の1/5の電流(A)で放電するときの容量))の液式の鉛蓄電池A1〜A16およびB1〜B5を組み立てた。なお、電槽内では6個の極板群が直列に接続されている。 The ears of the positive electrode plate and the ears of the negative electrode plate were welded to the positive electrode shelf and the negative electrode shelf by a cast-on strap (COS) method, respectively. The electrode plate group is inserted into a polypropylene battery case, an electrolytic solution is injected, and chemical conversion is performed in the battery battery. The rated voltage is 12 V and the rated capacity is 30 Ah (5-hour rate capacity (Ah described in rated capacity). Liquid lead-acid batteries A1 to A16 and B1 to B5 with a current (A) of 1/5 of the value of (1)) were assembled. In the battery case, six electrode plates are connected in series.

電解液としては、硫酸水溶液を用いた。化成後の電解液の20℃における比重は1.285であった。 An aqueous sulfuric acid solution was used as the electrolytic solution. The specific gravity of the electrolytic solution after chemical conversion at 20 ° C. was 1.285.

《電池A17〜A21》
負極板の作製において、鉛酸化物、カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニン、補強材(合成樹脂繊維)、硫酸ビスマスBi(SO、水、および硫酸を含む負極ペーストを調製した。三酸化二ビスマスの添加量については、既化成の満充電の状態で測定したときに、負極電極材料に含まれるBi量が元素換算で表1に示す所定の含有量となるように調節した。
また、正極板のみにカット面を形成した。
これ以外については、鉛畜電池A8と同様にして、鉛蓄電池A17〜A21を作製した。
<< Batteries A17 to A21 >>
In the preparation of the negative electrode plate, a negative electrode paste containing lead oxide, carbon black, barium sulfate, lignin, reinforcing material (synthetic resin fiber), bismuth sulfate Bi 2 (SO 4 ) 3 , water, and sulfuric acid was prepared. The amount of dibismuth trioxide added was adjusted so that the amount of Bi contained in the negative electrode material would be the predetermined content shown in Table 1 in terms of elements when measured in a fully charged state.
Moreover, the cut surface was formed only on the positive electrode plate.
Other than this, lead-acid batteries A17 to A21 were produced in the same manner as the lead-acid battery A8.

鉛蓄電池A1〜A21、B1〜B5およびC1〜C5について、IS寿命および初期電池短絡を既述の手順で評価した結果を表1に示す。表1では、鉛蓄電池のそれぞれについて、正極板および負極板におけるカット面の有無、負極に添加したカーボンのBET比表面積および含有量、および負極に添加したビスマスの含有量が、併せて示されている。表1では、IS寿命は、鉛蓄電池B1のサイクル数を100とした相対値で示されている。また、初期電池短絡は、不良が発生した割合の百万分率(ppm)で示されている。
なお、A1〜A21は実施例である。B1〜B5は比較例であり、負極電極材料に添加したカーボンのBET比表面積が800m/g未満の例である。C1〜C5は参考例であり、負極電極材料に添加したカーボンのBET比表面積が800m/g以上であるが、正極板および負極板のいずれにもカット面を形成していない。
Table 1 shows the results of evaluating the IS life and the initial battery short circuit of the lead-acid batteries A1 to A21, B1 to B5, and C1 to C5 by the procedure described above. Table 1 also shows the presence or absence of cut surfaces on the positive electrode plate and the negative electrode plate, the BET specific surface area and content of carbon added to the negative electrode, and the content of bismuth added to the negative electrode for each of the lead-acid batteries. There is. In Table 1, the IS life is shown as a relative value with the number of cycles of the lead-acid battery B1 as 100. In addition, the initial battery short circuit is shown as a percentage (ppm) of the rate at which defects occur.
In addition, A1 to A21 are examples. B1 to B5 are comparative examples, in which the BET specific surface area of carbon added to the negative electrode material is less than 800 m 2 / g. C1 to C5 are reference examples, and the BET specific surface area of carbon added to the negative electrode material is 800 m 2 / g or more, but no cut surface is formed on either the positive electrode plate or the negative electrode plate.

Figure 2021068549
Figure 2021068549

表1より、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含み、且つ、正極板および負極板の少なくともいずれか一方にカット面を形成した鉛蓄電池A1〜A21では、IS寿命が改善し、且つ、初期電池短絡による不良の発生も抑制されている。 From Table 1, the lead-acid batteries A1 to A21 containing carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode electrode material and having a cut surface formed on at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate have an IS life. It is improved and the occurrence of defects due to the initial battery short circuit is suppressed.

鉛蓄電池B1およびB2は、初期電池短絡の不良発生割合が大きい。これは、極板群の作製時において、エキスパンド格子の隅部分が変形し、折れ曲がり易いためである。隅部分の格子骨が折れ曲がると、折れ曲がった部分がセパレータを貫通し、隣接する極板と直接接触して短絡に至る場合がある。 Lead-acid batteries B1 and B2 have a high rate of failure of initial battery short circuit. This is because the corners of the expanding lattice are deformed and easily bent when the electrode plates are manufactured. When the lattice bone at the corner is bent, the bent portion may penetrate the separator and come into direct contact with the adjacent electrode plate, resulting in a short circuit.

これに対し、鉛蓄電池B3〜B5では、正極板および負極板の少なくともいずれか一方にカット面を設けることによって、この初期電池短絡による不良の発生割合は低減される。特に、少なくとも正極板にカット面を設けることで、初期電池短絡は殆ど発生していない。ところが、鉛蓄電池B3〜B5では、カット面を設けることによりIS寿命が短くなった。 On the other hand, in the lead-acid batteries B3 to B5, by providing a cut surface on at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, the rate of occurrence of defects due to the initial battery short circuit is reduced. In particular, by providing a cut surface at least on the positive electrode plate, an initial battery short circuit hardly occurs. However, in the lead-acid batteries B3 to B5, the IS life is shortened by providing the cut surface.

しかしながら、鉛蓄電池A1〜A21では、負極電極材料にBET比表面積が800m/g以上のカーボンを含ませることにより、カット面を有する鉛蓄電池においてIS寿命が大きく改善した。特に、正極板にカット面を設け、負極板にカット面を設けていない鉛蓄電池A2、A5、A8およびA11は、同じBET比表面積のカーボンを同量添加し、且つ正負極板のいずれにもカット面を設けていない鉛蓄電池(C1〜C4)と比べても、IS寿命が長くなった。 However, in the lead-acid batteries A1 to A21, the IS life of the lead-acid battery having a cut surface is greatly improved by including carbon having a BET specific surface area of 800 m 2 / g or more in the negative electrode material. In particular, the lead-acid batteries A2, A5, A8 and A11 having a cut surface on the positive electrode plate and no cut surface on the negative electrode plate have the same BET specific surface area of carbon added in the same amount to any of the positive and negative electrode plates. The IS life was longer than that of lead-acid batteries (C1 to C4) without a cut surface.

本発明に係る鉛蓄電池用格子体は、制御弁式および液式の鉛蓄電池に適用可能であり、自動車、バイクなどの始動用電源や、電動車両(フォークリフトなど)などの産業用蓄電装置などの電源として好適に利用できる。なかでも、アイドリングストップ車両に搭載される電源に特に有用である。 The lead-acid battery lattice body according to the present invention is applicable to control valve type and liquid type lead-acid batteries, and is used for starting power sources for automobiles, motorcycles, etc., and industrial power storage devices for electric vehicles (forklifts, etc.). It can be suitably used as a power source. Above all, it is particularly useful as a power source mounted on an idling stop vehicle.

1:鉛蓄電池、2:負極板、3:正極板、4:セパレータ、5:正極棚部、6:負極棚部、7:正極柱、8:貫通接続体、9:負極柱、11:極板群、12:電槽、13:隔壁、14:セル室、15:蓋、16:負極端子、17:正極端子、18:液口栓、100:極板、101:集電体(正極集電体)、102:電極材料(正極電極材料)、103:格子部、104:第1の横骨部、106:耳部、107:カット面 1: Lead storage battery, 2: Negative electrode plate, 3: Positive electrode plate, 4: Separator, 5: Positive electrode shelf, 6: Negative electrode shelf, 7: Positive electrode column, 8: Through connector, 9: Negative electrode column, 11: Pole Plate group, 12: battery case, 13: partition wall, 14: cell chamber, 15: lid, 16: negative electrode terminal, 17: positive electrode terminal, 18: liquid port plug, 100: electrode plate, 101: current collector (positive electrode collection) Electrode), 102: Electrode material (positive electrode material), 103: Lattice part, 104: First transverse bone part, 106: Ear part, 107: Cut surface

Claims (9)

正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に介在するセパレータと、電解液と、を備え、
前記正極板は、正極集電体と、前記正極集電体に保持された正極電極材料と、を備え、
前記負極板は、負極集電体と、前記負極集電体に保持された負極電極材料と、を備え、
前記正極集電体および前記負極集電体は、格子部と、前記格子部の一端部に設けられた第1の横骨部と、前記第1の横骨部に設けられた耳部と、を有し、
前記正極板および前記負極板の少なくとも一方において、前記第1の横骨部とは反対側の端部の一対の隅部の少なくとも一方は、面取りされており、
前記負極電極材料はカーボンを含み、前記カーボンのBET比表面積は800m/g以上である、鉛蓄電池。
A positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution are provided.
The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material held by the positive electrode current collector.
The negative electrode plate includes a negative electrode current collector and a negative electrode material held by the negative electrode current collector.
The positive electrode current collector and the negative electrode current collector include a lattice portion, a first transverse bone portion provided at one end of the lattice portion, and an ear portion provided at the first transverse bone portion. Have,
In at least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate, at least one of the pair of corners of the end portion opposite to the first transverse bone portion is chamfered.
A lead-acid battery in which the negative electrode material contains carbon and the BET specific surface area of the carbon is 800 m 2 / g or more.
前記正極板の前記一対の隅部の少なくとも一方が、面取りされている、請求項1に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to claim 1, wherein at least one of the pair of corners of the positive electrode plate is chamfered. 前記負極板は、前記正極板と対向する方向から見たとき、前記正極板の前記面取りにより設けられる面から張り出し、かつ前記正極板と対向しない非対向部を有する、請求項2に記載の鉛蓄電池。 The lead according to claim 2, wherein the negative electrode plate has a non-opposing portion that projects from the chamfered surface of the positive electrode plate and does not face the positive electrode plate when viewed from a direction facing the positive electrode plate. Storage battery. 前記正極集電体は、エキスパンド格子である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the positive electrode current collector is an expanding lattice. 前記セパレータは袋状であり、前記負極板を収容している、請求項1〜4のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the separator has a bag shape and houses the negative electrode plate. 前記負極電極材料に占める前記カーボンの含有量は、0.2質量%以上である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the carbon content in the negative electrode material is 0.2% by mass or more. 前記負極電極材料はビスマス(Bi)を含み、前記負極電極材料に占める前記ビスマスの含有量は、0.0003質量%以上である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the negative electrode material contains bismuth (Bi), and the content of the bismuth in the negative electrode material is 0.0003% by mass or more. 前記面取りにより減少した極板面積の減少分は、前記面取りされる前の前記正極板または前記負極板の面積の1%以上である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the reduction in the electrode plate area reduced by the chamfering is 1% or more of the area of the positive electrode plate or the negative electrode plate before the chamfering. .. アイドリングストップ車両に搭載される、請求項1〜8のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 8, which is mounted on an idling stop vehicle.
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