JP3246305B2 - 蓄電池用極板 - Google Patents
蓄電池用極板Info
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- JP3246305B2 JP3246305B2 JP32422095A JP32422095A JP3246305B2 JP 3246305 B2 JP3246305 B2 JP 3246305B2 JP 32422095 A JP32422095 A JP 32422095A JP 32422095 A JP32422095 A JP 32422095A JP 3246305 B2 JP3246305 B2 JP 3246305B2
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄電池の極板構造に
関するものであり、とくに鉛蓄電池の化成効率と大電流
放電領域での活物質の利用率を高める極板構造を提供す
ることにある。
関するものであり、とくに鉛蓄電池の化成効率と大電流
放電領域での活物質の利用率を高める極板構造を提供す
ることにある。
【０００２】
【従来の技術】鉛蓄電池、アルカリ蓄電池を問わず蓄電
池の製造において活物質の利用率を高めることは永遠の
課題でもある。とくに鉛蓄電池では利用率が低く、その
大電流放電領域での利用率は他の電池系に比べてはるか
に低く制限されている。
池の製造において活物質の利用率を高めることは永遠の
課題でもある。とくに鉛蓄電池では利用率が低く、その
大電流放電領域での利用率は他の電池系に比べてはるか
に低く制限されている。
【０００３】この利用率の改善を目的として多くの取り
組みがなされているが、その具体的手段として金属の薄
板に微小な穿孔部を設けるとともに立体状に加工した立
体穿孔集電体を用いる極板の構造が提案されている。
組みがなされているが、その具体的手段として金属の薄
板に微小な穿孔部を設けるとともに立体状に加工した立
体穿孔集電体を用いる極板の構造が提案されている。
【０００４】この構造には、例えば、２つのローラの表
面に凸部と凹部を形成し、この間に金属の薄板を通すこ
とによって形成される波型の頂点に、ローラの凸部先端
で突き破られ、あるいは定形に切り開かれて形成された
微孔を備える立体穿孔体あるいは、金属薄板に一部を残
して切り欠き部を設け、切り欠き部を板面の両側に任意
の形状に立体的に展開した立体穿孔体が提案されてい
る。これらは集電面積が大きく、また集電体から活物質
層までの平均距離が短縮されているために、従来から一
般的に用いられている太い格子で囲まれた平面状の集電
体の場合の、大きな空間に活物質を充填するのと比べる
と、その活物質の利用率は、ある程度改善される。 と
ころが一方では、実質的に極板の厚さ方向において集電
体から活物質までの電解液の拡散経路が不均一になり、
それに伴う２つの問題点を生ずる。
面に凸部と凹部を形成し、この間に金属の薄板を通すこ
とによって形成される波型の頂点に、ローラの凸部先端
で突き破られ、あるいは定形に切り開かれて形成された
微孔を備える立体穿孔体あるいは、金属薄板に一部を残
して切り欠き部を設け、切り欠き部を板面の両側に任意
の形状に立体的に展開した立体穿孔体が提案されてい
る。これらは集電面積が大きく、また集電体から活物質
層までの平均距離が短縮されているために、従来から一
般的に用いられている太い格子で囲まれた平面状の集電
体の場合の、大きな空間に活物質を充填するのと比べる
と、その活物質の利用率は、ある程度改善される。 と
ころが一方では、実質的に極板の厚さ方向において集電
体から活物質までの電解液の拡散経路が不均一になり、
それに伴う２つの問題点を生ずる。
【０００５】第１の問題は化成後において立体集電体の
起伏に対応して凹部となる部分に多量の硫酸鉛が残留し
やく、化成効率が低下することであった。第２の問題は
大電流放電後に、立体穿孔体起伏形状の凹部に対応して
活物質の厚さが大きくなる部分に未反応の活物質が多量
に存在することであった。これらはいずれも立体構造の
形状に関連して電解液の拡散が極端に不十分な部分が生
じ、この部分の電気化学的反応速度が遅くなったために
生じたものであり、特に大電流放電における活物質の利
用率を高める上の大きな障害になっていた。
起伏に対応して凹部となる部分に多量の硫酸鉛が残留し
やく、化成効率が低下することであった。第２の問題は
大電流放電後に、立体穿孔体起伏形状の凹部に対応して
活物質の厚さが大きくなる部分に未反応の活物質が多量
に存在することであった。これらはいずれも立体構造の
形状に関連して電解液の拡散が極端に不十分な部分が生
じ、この部分の電気化学的反応速度が遅くなったために
生じたものであり、特に大電流放電における活物質の利
用率を高める上の大きな障害になっていた。
【０００６】さらに、寿命改善のためにフッ素樹脂やカ
ルボキシメチルセルロ−スなどの強力な結着剤を用いた
極板において、この電解液の拡散疎外の傾向がいっそう
助長され、活物質の利用率向上と長寿命化を両立させる
ことが重要な課題とされてきた。
ルボキシメチルセルロ−スなどの強力な結着剤を用いた
極板において、この電解液の拡散疎外の傾向がいっそう
助長され、活物質の利用率向上と長寿命化を両立させる
ことが重要な課題とされてきた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】立体穿孔体の集電体の
起伏形状に対応して生じる活物質層厚さの不均一により
電解液の拡散が不均一となり、これに起因して化成効率
が低下し、さらに活物質の放電利用率が低下する問題を
改善するとともに、強力な結着剤を適用して寿命特性の
改善する場合でも、利用率の向上と両立させる手段を提
供することが、本発明の課題である。
起伏形状に対応して生じる活物質層厚さの不均一により
電解液の拡散が不均一となり、これに起因して化成効率
が低下し、さらに活物質の放電利用率が低下する問題を
改善するとともに、強力な結着剤を適用して寿命特性の
改善する場合でも、利用率の向上と両立させる手段を提
供することが、本発明の課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、立体穿孔体を蓄電池用極板の集電体として
用いるとともに集電体の起伏に対応して活物質層表面に
凹凸部を形成した極板構造とすることを特徴とするもの
である。
するために、立体穿孔体を蓄電池用極板の集電体として
用いるとともに集電体の起伏に対応して活物質層表面に
凹凸部を形成した極板構造とすることを特徴とするもの
である。
【０００９】これにより、立体穿孔体の凹部の活物質層
の表面から集電体表面までの電解液の拡散距離を短縮
し、拡散の支配を受ける活物質の化成反応の効率を高
め、また大電流放電においては反応に寄与できない活物
質を減少し、活物質の放電利用率を高めることができ
る。
の表面から集電体表面までの電解液の拡散距離を短縮
し、拡散の支配を受ける活物質の化成反応の効率を高
め、また大電流放電においては反応に寄与できない活物
質を減少し、活物質の放電利用率を高めることができ
る。
【００１０】
【発明の実施の形態】上記の構成をとることによって、
活物質層に形成する凹部の部分の理論充填量を一見損失
するように考えられるが、化成できない部分を排除し、
さらに放電が困難であった部分を有効に放電させて有効
に活用できるので、結果的には利用率は向上し実質的な
放電容量を増大させることができる。
活物質層に形成する凹部の部分の理論充填量を一見損失
するように考えられるが、化成できない部分を排除し、
さらに放電が困難であった部分を有効に放電させて有効
に活用できるので、結果的には利用率は向上し実質的な
放電容量を増大させることができる。
【００１１】さらに結着剤を用いて活物質材料を練合し
充填する場合には、これら結着剤が電解液の拡散を疎外
するので、化成効率の低下や有効放電量の低下が起こり
やすいが、本発明の構成をとることによって、電解液の
拡散を必要とする距離を短縮できるので、結着剤による
電解液拡散の妨害要因の軽減が可能となる。その結果、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリヘキサ
フルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、あるいはこれらの共
重合体のディスパージョンやエマルジョン、ｎ−メチル
ピリジデノンなどの溶剤に溶解したポリフッ化ビニリデ
ンなどの溌水性結着剤の適用が可能になり、活物質の化
成効率、放電利用率を高め、しかも極板からの活物質の
脱落も防止できるので、この極板を用いることにより放
電特性が優れ、充放電サイクル寿命の長い高性能電池が
得られる。
充填する場合には、これら結着剤が電解液の拡散を疎外
するので、化成効率の低下や有効放電量の低下が起こり
やすいが、本発明の構成をとることによって、電解液の
拡散を必要とする距離を短縮できるので、結着剤による
電解液拡散の妨害要因の軽減が可能となる。その結果、
ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリヘキサ
フルオロプロピレン（ＰＨＦＰ）、あるいはこれらの共
重合体のディスパージョンやエマルジョン、ｎ−メチル
ピリジデノンなどの溶剤に溶解したポリフッ化ビニリデ
ンなどの溌水性結着剤の適用が可能になり、活物質の化
成効率、放電利用率を高め、しかも極板からの活物質の
脱落も防止できるので、この極板を用いることにより放
電特性が優れ、充放電サイクル寿命の長い高性能電池が
得られる。
【００１２】図１は本発明の極板の実施形態の例であっ
て構造的特徴を説明するための図である。図２には本発
明と比較して従来の極板の構造を示す。図１において、
１は立体穿孔体の集電体であって、（Ａ）では金属製薄
板を凸部と凹部を交互に備えたロールの間に挿入してロ
ールの凸部先端を突き出して集電体の凸部２の先端部に
穿孔部３を設けている。また（Ｂ）では薄板に一部を残
して多数の切り欠き部を設け、その切り欠き部を薄板の
両側に立体的に立ち上げ、立体加工部４を形成するとと
もに両面にまたがる穿孔部を形成したものである。上記
図１（Ａ）および（Ｂ）において、５は活物質層であっ
て上記集電体の両面に形成されており、穿孔部を通じて
両面の活物質が連結されている。６は上記集電体の凹部
に対応して活物質層の表面に形成された凹部である。７
はその穿孔部の凸側に対応して設けられた活物質層の凹
部である。
て構造的特徴を説明するための図である。図２には本発
明と比較して従来の極板の構造を示す。図１において、
１は立体穿孔体の集電体であって、（Ａ）では金属製薄
板を凸部と凹部を交互に備えたロールの間に挿入してロ
ールの凸部先端を突き出して集電体の凸部２の先端部に
穿孔部３を設けている。また（Ｂ）では薄板に一部を残
して多数の切り欠き部を設け、その切り欠き部を薄板の
両側に立体的に立ち上げ、立体加工部４を形成するとと
もに両面にまたがる穿孔部を形成したものである。上記
図１（Ａ）および（Ｂ）において、５は活物質層であっ
て上記集電体の両面に形成されており、穿孔部を通じて
両面の活物質が連結されている。６は上記集電体の凹部
に対応して活物質層の表面に形成された凹部である。７
はその穿孔部の凸側に対応して設けられた活物質層の凹
部である。
【００１３】図２の従来の構成において８は集電体凹部
近傍に発生しやすい不活性な活物質層であり化成反応が
行われにくい部分である。また、９は集電体凹部に対応
する活物質層の表面層であり、放電反応が進行しにくい
部分である。
近傍に発生しやすい不活性な活物質層であり化成反応が
行われにくい部分である。また、９は集電体凹部に対応
する活物質層の表面層であり、放電反応が進行しにくい
部分である。
【００１４】これら図１と図２との比較において明らか
なように、本発明では集電体凹部に対応する活物質層の
凹部の形成によって最も深い集電体凹部にまで電解液を
拡散させ、その近辺の活物質までを活性化できると同時
に、放電では未放電のまま残留する表面部分の活物質を
減少させることができる。その結果、活物質充填量とし
ては減少するが、結果的には高容量の極板となる。
なように、本発明では集電体凹部に対応する活物質層の
凹部の形成によって最も深い集電体凹部にまで電解液を
拡散させ、その近辺の活物質までを活性化できると同時
に、放電では未放電のまま残留する表面部分の活物質を
減少させることができる。その結果、活物質充填量とし
ては減少するが、結果的には高容量の極板となる。
【００１５】
【実施例】本発明の効果をさらに明確にするために、本
発明による各種の鉛蓄電池用極板を作製し、これらを用
いて構成した鉛蓄電池の特性を調べ、従来例と比較検討
した。集電体の金属には８０ミクロンの厚さの鉛−カル
シウム−錫系合金の薄板を用い、正極用は総厚さ１３０
０ミクロン、負極用は１０００ミクロンの総厚さに立体
穿孔体を加工して用いた。極板の構造は図１の（Ａ）と
（Ｂ）のいずれを用いた場合も同様の結果を得たが、こ
こでは図１（Ａ）の構造を用いた場合の実施例を示す。
本発明の実施例の極板として、正負極ともに鉛粉と水と
糊材にカルボキシメチルセルロ−スを主成分とする無硫
酸スラリー状練合物を充填し、乾燥した極板（試料Ｐ
１）、鉛粉をポリテトラフルオロエチレンのエマルジョ
ンとを主成分とする結着剤で練合したスラリー状練合物
を充填し乾燥した極板（試料Ｑ１）、鉛粉と結着剤とし
てポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピリジデノン溶液
を用いたスラリ−状練合物を充填し乾燥した極板（試料
Ｒ１）の３種類を作製した。理論充填量は正極2500mAh
負極1500mAh とし、極板面積は５０cm2 とした。なお負
極材料にはリグニンや硫酸バリウムなど負極用添加剤を
添加した。これら両極に充填された練合物の乾燥時の収
縮により、集電体の起伏に対応した活物質層表面の凹凸
部を形成した。
発明による各種の鉛蓄電池用極板を作製し、これらを用
いて構成した鉛蓄電池の特性を調べ、従来例と比較検討
した。集電体の金属には８０ミクロンの厚さの鉛−カル
シウム−錫系合金の薄板を用い、正極用は総厚さ１３０
０ミクロン、負極用は１０００ミクロンの総厚さに立体
穿孔体を加工して用いた。極板の構造は図１の（Ａ）と
（Ｂ）のいずれを用いた場合も同様の結果を得たが、こ
こでは図１（Ａ）の構造を用いた場合の実施例を示す。
本発明の実施例の極板として、正負極ともに鉛粉と水と
糊材にカルボキシメチルセルロ−スを主成分とする無硫
酸スラリー状練合物を充填し、乾燥した極板（試料Ｐ
１）、鉛粉をポリテトラフルオロエチレンのエマルジョ
ンとを主成分とする結着剤で練合したスラリー状練合物
を充填し乾燥した極板（試料Ｑ１）、鉛粉と結着剤とし
てポリフッ化ビニリデンのＮ−メチルピリジデノン溶液
を用いたスラリ−状練合物を充填し乾燥した極板（試料
Ｒ１）の３種類を作製した。理論充填量は正極2500mAh
負極1500mAh とし、極板面積は５０cm2 とした。なお負
極材料にはリグニンや硫酸バリウムなど負極用添加剤を
添加した。これら両極に充填された練合物の乾燥時の収
縮により、集電体の起伏に対応した活物質層表面の凹凸
部を形成した。
【００１６】これとの比較のため、練合物を塗布・乾燥
を数回行って活物質表面が平滑な図２の構造の極板を作
製した。これらの極板を上記の３種類の練合物を用いて
作製し、それぞれ（試料Ｐ２）、（試料Ｑ２）、（試料
Ｒ２）とした。これらの極板の理論充填量は正極3OOOmA
h 、負極1800mAh とした。
を数回行って活物質表面が平滑な図２の構造の極板を作
製した。これらの極板を上記の３種類の練合物を用いて
作製し、それぞれ（試料Ｐ２）、（試料Ｑ２）、（試料
Ｒ２）とした。これらの極板の理論充填量は正極3OOOmA
h 、負極1800mAh とした。
【００１７】これらの極板をガラスマットを介して正極
１枚、負極２枚とを組み合わせて電池を構成し３７重量
％の希硫酸中で化成したのち、３Ｃの大電流放電と最大
電流１Ｃ、 電圧２．４５Ｖ、１時間の充電とを繰り返
し、充放電サイクル試験を行った。図３にその場合の初
期容量と初期容量の１／２まで放電容量が低下するまで
のサイクル数との関係を示す。この図から明らかなよう
に、各処方での初期容量は図２の従来の構成（試料Ｐ
２、試料Ｑ２、試料Ｒ２）に対して、図１の本発明の構
成（試料Ｐ１、試料Ｑ１、試料Ｒ１）の極板を用いた電
池では、活物質の充填量が少ないにもかかわらず実際の
放電容量は、かえって多くなり、特に結着剤を用いた練
合物を充填した極板（試料Ｑ１、試料Ｒ１）を用いた電
池では顕著に本発明の効果が確認された。これらの極板
の化成後に、その断面をＸ線プロファイルで確認したと
ころ、従来例では図２の８の部分に多量の硫酸鉛と酸化
鉛が確認され、化成の進行が疎外されていた。また初期
放電後には、図２の９の部分には未反応の二酸化鉛が多
量に確認された。
１枚、負極２枚とを組み合わせて電池を構成し３７重量
％の希硫酸中で化成したのち、３Ｃの大電流放電と最大
電流１Ｃ、 電圧２．４５Ｖ、１時間の充電とを繰り返
し、充放電サイクル試験を行った。図３にその場合の初
期容量と初期容量の１／２まで放電容量が低下するまで
のサイクル数との関係を示す。この図から明らかなよう
に、各処方での初期容量は図２の従来の構成（試料Ｐ
２、試料Ｑ２、試料Ｒ２）に対して、図１の本発明の構
成（試料Ｐ１、試料Ｑ１、試料Ｒ１）の極板を用いた電
池では、活物質の充填量が少ないにもかかわらず実際の
放電容量は、かえって多くなり、特に結着剤を用いた練
合物を充填した極板（試料Ｑ１、試料Ｒ１）を用いた電
池では顕著に本発明の効果が確認された。これらの極板
の化成後に、その断面をＸ線プロファイルで確認したと
ころ、従来例では図２の８の部分に多量の硫酸鉛と酸化
鉛が確認され、化成の進行が疎外されていた。また初期
放電後には、図２の９の部分には未反応の二酸化鉛が多
量に確認された。
【００１８】以上のことから、本発明の構造の極板を用
いることにより、放電容量と長寿命化が両立した蓄電池
を構成できることがわかる。
いることにより、放電容量と長寿命化が両立した蓄電池
を構成できることがわかる。
【００１９】
【発明の効果】上記のごとく本発明は立体穿孔体の集電
体を用いるとともに、集電体の起伏に対応して活物質層
表面に凹凸部を形成することにより、化成効率と活物質
の放電利用率を改善し、しかも強力な結着剤を適用した
時の利用率低下を抑制し、放電容量と寿命の両立をはか
ることができるものであって、その工業的価値は大であ
る。
体を用いるとともに、集電体の起伏に対応して活物質層
表面に凹凸部を形成することにより、化成効率と活物質
の放電利用率を改善し、しかも強力な結着剤を適用した
時の利用率低下を抑制し、放電容量と寿命の両立をはか
ることができるものであって、その工業的価値は大であ
る。
【図１】（Ａ）本発明の一実施形態の例を示す極板の断
面図 （Ｂ）本発明の他の実施形態の例を示す極板の断面図
面図 （Ｂ）本発明の他の実施形態の例を示す極板の断面図
【図２】従来の極板の断面図
【図３】各種極板のサイクル寿命と初期容量との関係を
示す図
示す図
１ 立体穿孔体の集電体 ２ 立体穿孔体の凸部 ３ 立体穿孔体の穿孔部 ４ 立体加工部 ５ 活物質層 ６ 活物質層の表面に形成された凹部 ７ 穿孔部の凸部の先端に形成された活物質の凹部 ８ 不活性活物質層 ９ 難放電活物質層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/14 - 4/34 H01M 4/64 - 4/84
Claims (3)
- 【請求項１】立体穿孔体を集電体として用いるととも
に、前記立体穿孔体の起伏に対応して活物質層表面に凹
凸を備えることを特徴とする蓄電池用極板。 - 【請求項２】集電体は鉛または鉛合金であり、活物質が
鉛または二酸化鉛である請求項１記載の蓄電池用極板。 - 【請求項３】活物質に結着剤が添加されている請求項１
あるいは請求項２に記載の蓄電池用極板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32422095A JP3246305B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 蓄電池用極板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32422095A JP3246305B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 蓄電池用極板 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09161785A JPH09161785A (ja) | 1997-06-20 |
| JP3246305B2 true JP3246305B2 (ja) | 2002-01-15 |
Family
ID=18163389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32422095A Expired - Fee Related JP3246305B2 (ja) | 1995-12-13 | 1995-12-13 | 蓄電池用極板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3246305B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP6393681B2 (ja) * | 2013-05-31 | 2018-09-19 | 株式会社安永 | 非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池用電極の製造方法 |
-
1995
- 1995-12-13 JP JP32422095A patent/JP3246305B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09161785A (ja) | 1997-06-20 |
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