JP5050564B2 - Current collector for positive electrode or negative electrode of lead acid battery and method for producing the same, lead acid battery and method for producing the same - Google Patents
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Description
本発明は鉛蓄電池に関し、特に鉛蓄電池の集電体に関する。 The present invention relates to a lead storage battery, and more particularly to a current collector of a lead storage battery.
鉛蓄電池は二次電池(蓄電池)のなかでも特に低温特性に優れ、電池特性とコスト面でバランスのとれた二次電池である。鉛蓄電池は単位体積あたりの重量がリチウム二次電池等に比べて大きく、エネルギー密度の点で基本的な課題があった。しかし、鉛蓄電池は、水溶液系電池としては取り扱いが容易であるばかりでなく、鉛極板の水素発生の反応過電圧(水素過電圧)、酸素発生の反応過電圧(酸素過電圧)が高いことにより水の分解電圧を大きく超える2ボルトの単電池電圧が得られる。そのため、車社会等で不可欠な二次電池として広く普及している。 A lead storage battery is a secondary battery that is particularly excellent in low-temperature characteristics among secondary batteries (storage batteries) and has a good balance between battery characteristics and cost. Lead-acid batteries have a higher weight per unit volume than lithium secondary batteries, and have fundamental problems in terms of energy density. However, lead-acid batteries are not only easy to handle as aqueous batteries, but they also decompose water due to the high reaction overvoltage (hydrogen overvoltage) of hydrogen generation and oxygen generation of lead electrode plates. A cell voltage of 2 volts that greatly exceeds the voltage is obtained. Therefore, it is widely spread as a secondary battery indispensable in the automobile society.
鉛蓄電池の有する課題の一つに早期容量低下(PCL:Premature Capacity Loss)がある。早期容量低下は、正極の集電体の表面に、硫酸鉛(PbSO4)等の電気伝導性のない不働体膜が生成されることによって起きる。早期容量低下は、正極集電体と反応活物質の接触界面に、一酸化鉛(PbO)が生成されても起きる。これについて説明する。 One of the problems that lead storage batteries have is early capacity loss (PCL). The early capacity reduction occurs when a passive film having no electrical conductivity such as lead sulfate (PbSO 4 ) is formed on the surface of the current collector of the positive electrode. The early capacity reduction occurs even if lead monoxide (PbO) is generated at the contact interface between the positive electrode current collector and the reaction active material. This will be described.
一般に、鉛蓄電池の正極集電体と反応活物質の接触界面では、集電体の表面酸化物と反応活物質が接触している。そのため正極集電体と反応活物質の密着性を高めるには、集電体表面に、反応活物質である二酸化鉛(PbO2)と同一の二酸化鉛(PbO2)が緻密に生成されていることが望ましい。 In general, the surface oxide of the current collector and the reactive active material are in contact with each other at the contact interface between the positive electrode current collector and the reactive active material of the lead storage battery. Therefore, in order to improve the adhesion between the positive electrode current collector and the reaction active material, the same lead dioxide (PbO 2 ) as the reaction active material lead dioxide (PbO 2 ) is densely formed on the current collector surface. It is desirable.
集電体の表面に一酸化鉛(PbO)が生成されると、正極集電体と反応活物質の間の密着性(電子伝導性)が低下する。更に、一酸化鉛(PbO)は、二酸化鉛(PbO2)とは異なり、高い電気抵抗を有する。こうして、正極集電体と反応活物質の接触界面に、一酸化鉛(PbO)が生成されると、充電電流が流れなくなり、早期容量低下が起きる。 When lead monoxide (PbO) is generated on the surface of the current collector, adhesion (electron conductivity) between the positive electrode current collector and the reaction active material decreases. Furthermore, lead monoxide (PbO) has a high electrical resistance, unlike lead dioxide (PbO 2 ). Thus, when lead monoxide (PbO) is generated at the contact interface between the positive electrode current collector and the reaction active material, the charging current stops flowing, resulting in an early capacity decrease.
そこで、集電体の表面は、二価(II)の酸化物である酸化鉛(PbO)から、四価(IV)の酸化物である二酸化鉛(PbO2)まで迅速に酸化されるのが望ましい。即ち、集電体表面は、早急に、二酸化鉛(PbO2)によって緻密に覆われることが、必要である。 Therefore, the surface of the current collector is rapidly oxidized from lead oxide (PbO), which is a divalent (II) oxide, to lead dioxide (PbO 2 ), which is a tetravalent (IV) oxide. desirable. That is, the current collector surface must be promptly covered with lead dioxide (PbO 2 ).
早期容量低下対策として、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を使用することが有効であることが知られており、幾つかの研究報告がある。例えば、T. Laitinen 他4名. 「The Effect of Antimony on The Anodic Behaviour of Lead in Sulphuric Acid Solutions-I. Voltammetric Measurements」Electrochimica Acta, Vol.36, No3/4, pp.605-614,(1991)、を参照されたい。 It is known that it is effective to use an antimony-containing lead-based alloy for the positive electrode current collector as an early capacity reduction measure, and there are several research reports. For example, T. Laitinen and four others.``The Effect of Antimony on The Anodic Behavior of Lead in Sulfuric Acid Solutions-I.Voltammetric Measurements '' Electrochimica Acta, Vol.36, No3 / 4, pp.605-614, (1991) Please refer to.
これまでの知見によればアンチモン含有鉛系合金の効果は主に以下の2つがある。
(1)α-PbO2の生成:
正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を用いると、正極の高電位によって、集電体のアンチモン含有鉛系合金からアンチモンイオンが溶出し、反応活物質である二酸化鉛(PbO2)に浸入する。それによって、集電体と反応活物質の接触界面において、反応活物質であるβ−PbO2が、同一の放電電流に対して放電過電圧が高いα-PbO2に変化する。こうして、集電体と反応活物質の接触界面に、α-PbO2が生成されると、反応活物質は放電が起こりにくい状態となり、不働体膜の生成が抑制される。
According to the knowledge so far, there are mainly the following two effects of the antimony-containing lead-based alloy.
(1) Formation of α-PbO 2 :
When an antimony-containing lead-based alloy is used for the positive electrode current collector, antimony ions are eluted from the antimony-containing lead-based alloy of the current collector due to the high potential of the positive electrode and enter the lead active material (PbO 2 ). . Thereby, at the contact interface between the current collector and the reaction active material, β-PbO 2 which is the reaction active material changes to α-PbO 2 having a high discharge overvoltage with respect to the same discharge current. Thus, when α-PbO 2 is generated at the contact interface between the current collector and the reaction active material, the reaction active material is unlikely to discharge, and the formation of a passive film is suppressed.
(2)電子伝導性酸化物、界面の密着性:
集電体のアンチモン含有鉛系合金からアンチモンイオンが溶出すると、集電体と反応活物質の接触界面にて、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)が生成される。この複合酸化物は、集電体と反応活物質の接触界面において、電子的に密着性を高めるため、電子伝導性が高くなる。
(2) Electron conductive oxide, interface adhesion:
When antimony ions are eluted from the antimony-containing lead-based alloy of the current collector, lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) is generated at the contact interface between the current collector and the reaction active material. Since this composite oxide electronically improves the adhesion at the contact interface between the current collector and the reaction active material, the electron conductivity is increased.
このように、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金(Pb-Sb,Pb-Sb-Sn)を用いると、早期容量低下対策に有効である。しかしながら、アンチモンの水素過電圧は鉛の水素過電圧よりも低いため、電解液の水分解反応が促進される弱点がある。すなわち自己放電反応によって水が減少するため、給水の頻度を高くしなければならない、というメンテナンス上の課題がある。 Thus, when antimony-containing lead-based alloys (Pb—Sb, Pb—Sb—Sn) are used for the positive electrode current collector, it is effective for early capacity reduction measures. However, since the hydrogen overvoltage of antimony is lower than the hydrogen overvoltage of lead, there is a weakness that promotes the water decomposition reaction of the electrolyte. That is, since water is reduced by the self-discharge reaction, there is a maintenance problem that the frequency of water supply must be increased.
鉛蓄電池の正極集電体には、強度及び耐食性が必要である。強度及び耐食性に優れた鉛系合金に、鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金がある。鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金は、アンチモン含有鉛系合金(Pb-Sb,Pb-Sb-Sn)と比較して、自己放電反応が少なく、メンテナンス上も有利である。しかしながら、正極格子としてアンチモン含有鉛(Pb-Sb,Pb-Sb-Sn)系合金の代わりに鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金を使用すると、早期容量低下の問題が生じる。 A positive electrode current collector of a lead storage battery needs strength and corrosion resistance. Lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy is a lead-based alloy having excellent strength and corrosion resistance. The lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy has less self-discharge reaction and is advantageous in maintenance as compared with the antimony-containing lead-based alloy (Pb-Sb, Pb-Sb-Sn). However, when a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy is used instead of an antimony-containing lead (Pb-Sb, Pb-Sb-Sn) -based alloy as the positive electrode lattice, there is a problem of early capacity reduction.
早期容量低下の問題を解決するために、正極集電体の材料として、鋳造による鉛アンチモン合金を使用することが知られている。アンチモンを鋳造合金化し、それを圧延して集電体とする。そこで、アンチモンと鉛−錫−カルシウム合金の組み合わせが考えられる。しかしながら、鉛−錫−カルシウム合金の溶湯にアンチモンが含まれるとカルシウムとアンチモンの組み合わせによって毒性ガスであるスチビン(SbH3)が発生する。 In order to solve the problem of early capacity reduction, it is known to use a lead antimony alloy by casting as the material of the positive electrode current collector. Antimony is casted into an alloy and rolled into a current collector. Therefore, a combination of antimony and a lead-tin-calcium alloy is conceivable. However, when antimony is contained in the molten lead-tin-calcium alloy, stibine (SbH 3 ), which is a toxic gas, is generated by the combination of calcium and antimony.
特許文献1(特開昭63-164166号公報)には、カルシウム0.01〜0.2%に対してアンチモンが0.01〜2.00%である鉛−錫(0.5〜2.0%)−カルシウム−アンチモン合金が記載されている。
特許文献2(特許第3102000号)には、母材である鉛−カルシウム合金の表面に、カルシウムを含まない鉛−アンチモン合金(アンチモン0.005wt%〜0.250wt%)を張り合わせることにより正極集電体を形成することが記載されている。この例は、早期容量低下対策と同時に、母材の鉛−アンチモン合金によって、集電体の強度を保持する狙いもある。
特許文献3(特許第3156333号)には、早期容量低下対策として、母材である鉛−錫−カルシウム合金の表面に、鉛−錫−アンチモン合金の薄膜を重ね合わせ、冷間圧延によって一体化した鉛系合金シートを集電体として使用することが記載されている。
Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 63-164166) describes a lead-tin (0.5-2.0%)-calcium-antimony alloy in which antimony is 0.01-2.00% with respect to calcium 0.01-0.2%. Yes.
Patent Document 2 (Patent No. 3102000) discloses a positive electrode current collector by bonding a lead-antimony alloy (antimony 0.005 wt% to 0.250 wt%) containing no calcium to the surface of a lead-calcium alloy that is a base material. It is described to form a body. In this example, the strength of the current collector is maintained by the lead-antimony alloy as a base material at the same time as the early capacity reduction measures.
In Patent Document 3 (Patent No. 3156333), a lead-tin-antimony alloy thin film is superimposed on the surface of a lead-tin-calcium alloy which is a base material and integrated by cold rolling as a measure against early capacity reduction. It is described that the lead-based alloy sheet is used as a current collector.
特許文献2及び3に記載された技術は、いずれも母材である鉛−錫−カルシウム合金の上に、鉛−アンチモン合金の薄膜を重ねて、冷間圧延することにより、2層構造の合金の集電体シートを得るものである。このような2層構造では、表面のアンチモン含有鉛系合金薄膜からのアンチモンイオンの溶出によって、集電体と反応活物質の間の界面において、上述の(1)α-PbO2の生成と(2)鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)の生成が起きる。尚、集電体の形状は、2層構造合金シートに切開部を入れて左右から引っ張って網目状にした、いわゆるエキスパンド格子である。
特許文献4(特開2005−32532号)には、カーボン粒子と酸化物を鉛粉末中に混合させ、粉末冶金技術により正極集電体を作製する方法が示されている。
特許文献5(特開2006−66173号)には、粉末圧延技術を用いてアンチモン合金である鉛−錫−アンチモン合金集電体を作製することにより、腐食伸びを抑制することが記載されている。
非特許文献2には、正極集電体中のビスマス(Bi)の鉛電池への影響が詳しく示されている。
The technologies described in Patent Documents 2 and 3 both have an alloy having a two-layer structure by cold-rolling a lead-antimony alloy thin film on a lead-tin-calcium alloy which is a base material. A current collector sheet is obtained. In such a two-layer structure, antimony ions are eluted from the antimony-containing lead-based alloy thin film on the surface, and (1) formation of α-PbO 2 described above at the interface between the current collector and the reaction active material ( 2) Lead antimony complex oxide (PbxSbyOz) is generated. The shape of the current collector is a so-called expanded lattice in which an incision is made in a two-layer structure alloy sheet and pulled from the left and right to form a mesh.
Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-32532) discloses a method in which carbon particles and an oxide are mixed in lead powder, and a positive electrode current collector is produced by powder metallurgy technology.
Patent Document 5 (Japanese Patent Laid-Open No. 2006-66173) describes that corrosion elongation is suppressed by producing a lead-tin-antimony alloy current collector that is an antimony alloy using a powder rolling technique. .
Non-Patent Document 2 details the influence of bismuth (Bi) in a positive electrode current collector on a lead battery.
上述のように、正極集電体にアンチモン含有鉛系合金を用いると、早期容量低下対策に有効である。しかしながらアンチモン含有鉛系合金は、水素過電圧を低下させ、自己分解を促進させる。 As described above, when an antimony-containing lead-based alloy is used for the positive electrode current collector, it is effective for an early capacity reduction measure. However, antimony-containing lead-based alloys reduce hydrogen overvoltage and promote self-decomposition.
鉛−錫−アンチモン合金のように、耐食性のある合金では、アンチモンのイオン化が遅れ、早期容量低下に対する抑制効果が発生するのに、時間的な遅れが生じる。このような不安定要素もアンチモン含有鉛合金の利用を妨げる要因となる。 In a corrosion-resistant alloy such as a lead-tin-antimony alloy, antimony ionization is delayed, and a suppression effect against early capacity reduction occurs, but a time delay occurs. Such unstable factors also hinder the use of antimony-containing lead alloys.
鋳造による鉛アンチモン合金における課題として、アンチモンと鉛−錫−カルシウム合金の組み合わせがある。この場合、鉛−錫−カルシウム合金とアンチモンとの溶湯から有毒のスチビンガスが発生する。 There is a combination of antimony and a lead-tin-calcium alloy as a problem in a lead antimony alloy by casting. In this case, toxic stibine gas is generated from the molten lead-tin-calcium alloy and antimony.
そこで、従来では、鉛−アンチモン合金、鉛−錫−アンチモン合金等のアンチモン含有鉛系合金の薄膜を、母材のアンチモンを含まない合金の上に張り合わせる、いわゆるクラッド化して、集電体を形成している。 Therefore, conventionally, a thin film of a lead-based alloy such as a lead-antimony alloy or a lead-tin-antimony alloy is laminated on a base metal-free alloy, so-called cladding, and a current collector is formed. Forming.
本発明の目的は、従来のようなアンチモン含有鉛系合金を使用することなく早期容量低下を抑制することができる鉛蓄電池の集電体を提供することにある。 The objective of this invention is providing the electrical power collector of the lead storage battery which can suppress an early capacity | capacitance fall, without using the antimony containing lead type alloy like the past.
上述のように、アンチモンによる早期容量低下に対する抑制機能を得るには、集電体と反応活物質の接触界面において、集電体からアンチモンイオンが溶出することが必要である。アンチモンイオンの溶出は、アンチモンが腐食し、又は、酸化することによる。 As described above, in order to obtain a function of suppressing the early capacity decrease due to antimony, it is necessary that antimony ions are eluted from the current collector at the contact interface between the current collector and the reaction active material. The elution of antimony ions is due to corrosion or oxidation of antimony.
上述のように、アンチモンによる早期容量低下に対する抑制機能は、集電体と反応活物質の接触界面において、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)が生成されることによっても得られる。 As described above, the suppression function against the early capacity reduction due to antimony can be obtained by generating lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) at the contact interface between the current collector and the reaction active material.
そこで、本発明によると、集電体の材料として、アンチモン含有鉛系合金の代わりに、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)を用いる。鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)はPbSb2O6であってよい。 Therefore, according to the present invention, lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) is used as the current collector material instead of the antimony-containing lead-based alloy. The lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) may be PbSb 2 O 6 .
本発明によると、集電体の原材料である、鉛含有粉末として、鉛粉末又は鉛系合金粉末を用い、アンチモン含有粉末として、鉛アンチモン複合酸化物粉末を用いる。鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含む。鉛系合金粉末は鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金であってよく、鉛−錫(Pb-Sn)合金であってもよい。 According to the present invention, lead powder or lead-based alloy powder is used as the lead-containing powder that is the raw material of the current collector , and lead antimony composite oxide powder is used as the antimony-containing powder. The lead-based alloy powder contains at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead. The lead-based alloy powder may be a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy or a lead-tin (Pb-Sn) alloy.
これらの粉末は、乾燥空気中に溶融金属を噴霧することによって急冷凝固粉末を生成するガスアトマイズ法によって作製することができる。 These powders can be produced by a gas atomization method in which a rapidly solidified powder is produced by spraying molten metal into dry air.
鉛含有粉末とアンチモン含有粉末を混合し、混合粉末を粉末圧延によって成形し、シートにする。こうして形成された圧延シートは、アスペクト比3〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有する。 Lead-containing powder and antimony-containing powder are mixed, and the mixed powder is formed by powder rolling to form a sheet. The rolled sheet thus formed has a structure composed of crystal grains oriented in a specific direction with an aspect ratio of 3 to 13.
この圧延シートを切り出して、集電体を形成する。圧延シートをエキスパンド加工することにより格子構造を有する集電体を形成してよい。 The rolled sheet is cut out to form a current collector. A current collector having a lattice structure may be formed by expanding a rolled sheet.
従来のように、鋳造圧延の場合、鉛−錫−カルシウム合金にアンチモン粉末を分散させることはできないが、本発明によると、粉末圧延を用いるため、鉛−錫−カルシウム合金粉末にアンチモンを分散させることができる。 Conventionally, in the case of casting and rolling, antimony powder cannot be dispersed in the lead-tin-calcium alloy. However, according to the present invention, antimony is dispersed in the lead-tin-calcium alloy powder because powder rolling is used. be able to.
上述のように、アンチモン単体の腐食速度はアンチモン含有鉛合金におけるアンチモンの腐食速度よりも高いため、集電体と反応活物質の接触界面にアンチモンイオンを迅速に供給させることができる。従って、集電体と反応活物質の接触界面におけるα-PbO2の生成及び鉛アンチモン複合酸化物の生成が促進され、早期容量低下が抑制される。 As described above, since the corrosion rate of antimony alone is higher than that of antimony in the lead alloy containing antimony, antimony ions can be rapidly supplied to the contact interface between the current collector and the reactive active material. Therefore, the production of α-PbO 2 and the production of lead antimony composite oxide at the contact interface between the current collector and the reaction active material are promoted, and early capacity reduction is suppressed.
本発明によれば、従来のようなアンチモン含有鉛系合金を使用することなく早期容量低下を抑制することができる鉛蓄電池の集電体を提供することにある。 According to the present invention, it is an object of the present invention to provide a lead-acid battery current collector that can suppress an early capacity decrease without using a conventional antimony-containing lead-based alloy.
以下具体例をあげ、本発明を更に詳しく説明するが、発明の主旨を越えない限り、本発明は実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the examples unless it exceeds the gist of the invention.
図1は、本発明による鉛蓄電池の基本構成を示す。鉛蓄電池は、負極ターミナル11、正極ターミナル12、正極板13、負極板14、セパレータ15、硫酸電解液16、電槽17、及び、電槽蓋18、を有する。正極板13の集電体には、正極活物質ペーストが塗布されている。正極活物質は、公知のものが使用されてよく、鉛粉、鉛丹、硫酸鉛、塩基性硫酸鉛、添加剤等を含む正極用活物質ペーストを充填した後に、これを乾燥させて得ることができる。なお、化成化によって、正極活物質は、集電体との界面において、二酸化鉛(PbO2)となる。以下に、正極板13の集電体の製造方法を説明する。
FIG. 1 shows a basic configuration of a lead storage battery according to the present invention. The lead storage battery includes a
先ず、本発明による正極集電体の材料を説明する。本発明によると、鉛含有粉末として、鉛粉末又は鉛系合金粉末を用い、アンチモン含有粉末として、アンチモン単体粉末又は鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)粉末を用いる。尚、アンチモン単体金属粉末の代わりにビスマス単体金属粉末、又は、アンチモン単体金属粉末とビスマス単体金属粉末の混合粉末を用いてもよい。これについては後に説明する。 First, the material of the positive electrode current collector according to the present invention will be described. According to the present invention, lead powder or lead-based alloy powder is used as the lead-containing powder, and antimony simple powder or lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) powder is used as the antimony-containing powder. In place of the antimony single metal powder, a bismuth single metal powder or a mixed powder of the antimony single metal powder and the bismuth single metal powder may be used. This will be described later.
鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含む。鉛系合金粉末は鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金であってよく、鉛−錫(Pb-Sn)合金粉末であってよい。アンチモン単体金属粉末の代わりにビスマス単体金属粉末、又は、アンチモン単体金属粉末とビスマス単体金属粉末の混合粉末を用いてもよい。鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)はPbSb2O6であってよい。 The lead-based alloy powder contains at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead. The lead-based alloy powder may be a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy or a lead-tin (Pb-Sn) alloy powder. Instead of the antimony elemental metal powder, a bismuth elemental metal powder or a mixed powder of the antimony elemental metal powder and the bismuth elemental metal powder may be used. The lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) may be PbSb 2 O 6 .
これらの粉末は、乾燥空気中に溶融金属を噴霧することによって急冷凝固粉末を生成するガスアトマイズ法によって作製することができる。 These powders can be produced by a gas atomization method in which a rapidly solidified powder is produced by spraying molten metal into dry air.
鉛含有粉末とアンチモン含有粉末を混合し、混合粉末を粉末圧延によって成形し、シートにする。こうして形成された圧延シートは、アスペクト比3〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有する。 Lead-containing powder and antimony-containing powder are mixed, and the mixed powder is formed by powder rolling to form a sheet. The rolled sheet thus formed has a structure composed of crystal grains oriented in a specific direction with an aspect ratio of 3 to 13.
この圧延シートを切り出して、集電体を形成する。圧延シートをエキスパンド加工することにより格子構造を有する集電体を形成してよい。また、鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)鋳造合金シートを母材とし、その上に、この圧延シートの薄膜を張り合わせたクラッド状の集電体であってよい。 The rolled sheet is cut out to form a current collector. A current collector having a lattice structure may be formed by expanding a rolled sheet. Further, it may be a clad current collector in which a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) cast alloy sheet is used as a base material and a thin film of the rolled sheet is laminated thereon.
図2は、本発明による集電体の製造に用いる粉末圧延装置の基本構成を示す。本例の粉末圧延装置は、第一ホッパー21、第一ベルトコンベア22、第二ホッパー23、水平対向第一圧延ロール24a、24b、垂直対向第二圧延ロール25a、25b、及び、圧延シート巻き取り機26を有する。
FIG. 2 shows a basic configuration of a powder rolling apparatus used for manufacturing a current collector according to the present invention. The powder rolling apparatus of this example includes a
図2Aは、正極板13の集電体の材料である圧延シートを製造する方法を示す。第一ホッパー21には、正極板の集電体の原料である混合粉末が投入される。第一ホッパー21から落下した混合粉末27は、第一ホッパー21と第一ベルトコンベア22の間の隙間(スリット)を通り、第二ホッパー23に搬送される。原料は、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通過することによって、厚さ1mmの圧延シートとなる。この圧延シート28は、更に、垂直対向第二圧延ロール25a、25bを通過することによって、再圧延され、厚さ0.5mmの集電体用の圧延シート29となる。こうして作製された圧延シート29は、圧延シート巻き取り機26によってロール状に巻き取られる。
FIG. 2A shows a method of manufacturing a rolled sheet that is a material for the current collector of the
図2Bは、正極板13の集電体の材料である2層構造の圧延シートを製造する方法を示す。本例では、原料は、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通過することによって、厚さ100μmの圧延シートとなる。この圧延シート28と厚さ2.5mmの鋳造圧延シート30を重ねて、垂直対向第二圧延ロール25a、25bを通過させる。それによって、厚さ0.5mmの集電体用の圧延シート31となる。この圧延シート31は、母材の上に薄膜状の圧延シートが張り合わされた、即ち、クラッド化して、形成される。こうして作製された圧延シート31は、圧延シート巻き取り機26によってロール状に巻き取られる。
FIG. 2B shows a method for manufacturing a rolled sheet having a two-layer structure, which is a material for the current collector of the
図3を参照して、本発明による鉛蓄電池用の正極集電体の製造方法を説明する。ステップS101にて、第1の粉末である鉛含有粉末を用意する。鉛含有粉末は、鉛粉末又は鉛系合金粉末からなる。ステップS102にて、第2の粉末であるアンチモン含有鉛粉末を用意する。アンチモン含有粉末は、アンチモン単体粉末、又は、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)粉末からなる。尚、アンチモン単体粉末の代わりに、ビスマス単体粉末、アンチモン単体粉末とビスマス単体粉末の混合粉末を用いてもよい。これらの粉末は、ガスアトマイズ法によって作製することができる。ガスアトマイズ法は、乾燥空気中に溶融金属を噴霧することによって急冷凝固粉を生成する方法である。 With reference to FIG. 3, the manufacturing method of the positive electrode electrical power collector for lead acid batteries by this invention is demonstrated. In step S101, a lead-containing powder that is a first powder is prepared. The lead-containing powder is composed of lead powder or lead-based alloy powder. In step S102, an antimony-containing lead powder that is a second powder is prepared. The antimony-containing powder is composed of an antimony simple substance powder or a lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) powder. In place of the antimony simple substance powder, a bismuth simple substance powder or a mixed powder of the antimony simple substance powder and the bismuth simple substance powder may be used. These powders can be produced by a gas atomization method. The gas atomization method is a method of generating rapidly solidified powder by spraying molten metal into dry air.
ステップS103にて、第1の粉末と第2の粉末を混合して混合粉末を生成する。ステップS104にて、混合粉末を粉末圧延することによって、圧延シートを作製する。圧延シートは、図2に示した粉末圧延装置を使用して作製する。 In step S103, the first powder and the second powder are mixed to generate a mixed powder. In step S104, the mixed powder is powder-rolled to produce a rolled sheet. A rolled sheet is produced using the powder rolling apparatus shown in FIG.
ステップS105にて、圧延シートから集電体を形成する。平板状の正極板を作製する場合には、圧延シートを矩形に切り出す。格子状の正極板を作成する場合には、矩形に切り出した圧延シートにカッターにより切り込みを入れ、両端を均等に引っ張る。こうして、製造された集電板に正極活物質のペーストを塗布し、乾燥させることによって、正極板が形成される。 In step S105, a current collector is formed from the rolled sheet. When producing a flat positive plate, the rolled sheet is cut into a rectangle. When creating a grid-like positive electrode plate, a rolled sheet cut into a rectangle is cut with a cutter, and both ends are pulled evenly. In this way, the positive electrode active material paste is applied to the manufactured current collector plate and dried to form the positive electrode plate.
図4は、圧延シートの組織を示す写真である。このような組織像は、圧延シートをエッチング液に浸した後に撮像することによって得られる。図示のように、圧延シートの組織は、粉末圧延の原料であるガスアトマイズ粉末の微粒子からなり、粒子径の縦横比であるアスペクト比は、3〜13である。この組織内にアンチモン単体粒子がランダムに分散している。 FIG. 4 is a photograph showing the structure of the rolled sheet. Such a structure image is obtained by immersing the rolled sheet in an etching solution and then imaging it. As shown in the figure, the structure of the rolled sheet is composed of fine particles of gas atomized powder, which is a raw material for powder rolling, and the aspect ratio, which is the aspect ratio of the particle diameter, is 3 to 13. Antimony single particles are randomly dispersed in this structure.
図5を参照して、本発明による鉛蓄電池用の集電体を評価するために行った実験の手順を説明する。ステップS201にて、正極集電体を作成した。ステップS202にて、化成化済みの負極を用意した。ステップS203にて、正極、負極、及び、セパレータ等を組み立てて、単板セルを作製した。ステップS204にて、正極の化成化を行った。ステップS205にて、深放電サイクルを行った。深放電サイクルの条件は図7に示し、深放電サイクルの結果は図8に示す。 With reference to FIG. 5, the procedure of the experiment performed in order to evaluate the electrical power collector for lead acid batteries by this invention is demonstrated. In step S201, a positive electrode current collector was prepared. In step S202, a chemically converted negative electrode was prepared. In step S203, a positive electrode, a negative electrode, a separator, and the like were assembled to produce a single plate cell. In step S204, chemical conversion of the positive electrode was performed. In step S205, a deep discharge cycle was performed. The conditions of the deep discharge cycle are shown in FIG. 7, and the results of the deep discharge cycle are shown in FIG.
図6は、実験に使用した正極板の集電体の構造の例を示す。図6Aは、平板状の正極板の構造の例を示し、図6Bは、エキスパンド加工により形成された格子状の正極板の例を示す。図6Aに示すように、平板状の正極板は、反応活物質が塗布された正極活物質塗布部62と耐硫酸性粘着性絶縁テープでマスキングされたマスキング部61を有する。正極活物質塗布部62には、直径5mmの5つの貫通孔63が設けられている。マスキング部61には、鉛線であるリード線65がはんだ付けにより、接続されている。図6Bに示すように、格子状の正極板は、2つのマスキング部61a、61bとその間の活物質塗布部64を有する。正極活物質塗布部64は格子状又はメッシュ構造である。メッシュ構造は、カッターによって切り込みを生成し、2つのマスキング部61a、61bを均等に引っ張ることによって形成される。
FIG. 6 shows an example of the structure of the current collector of the positive electrode plate used in the experiment. 6A shows an example of the structure of a flat plate-like positive electrode plate, and FIG. 6B shows an example of a lattice-like positive plate formed by expanding. As shown in FIG. 6A, the flat positive electrode plate has a positive electrode active
第1の粉末として、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金のガスアトマイズ粉末を用意し、第2の粉末として、アンチモン単体のガスアトマイズ粉末を用意し、両者の混合粉末を調製した。混合粉末におけるアンチモン単体の含有率は、3重量%であった。この混合粉末から、図2に示す粉末圧延装置を用いて、圧延シートを作製した。こうして生成した圧延シートを用いて以下に説明する3種類の集電体を作製した。尚、これとは別に、3種類の比較例を作製した。 As a first powder, a gas atomized powder of lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy was prepared, and as a second powder, a gas atomized powder of simple antimony was prepared, and a mixed powder of both was prepared. The content of simple antimony in the mixed powder was 3% by weight. From this mixed powder, a rolled sheet was produced using a powder rolling apparatus shown in FIG. Three types of current collectors described below were produced using the rolled sheet thus produced. Separately, three types of comparative examples were prepared.
(1)第1の集電体は、図6Aに示す板状の集電体である。先ず、図3に示した方法によって圧延シートを作製した。上述のように、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金のガスアトマイズ粉末とアンチモン単体のガスアトマイズ粉末の混合粉末を用意する。この混合粉末を、水平対向第一圧延ロール24a、24bを通すことによって、厚さ1mmの圧延シートを作製し、それを垂直対向第二圧延ロール25a、25bによって再圧延し、0.5mmの厚さの圧延シートを作製した。この圧延シートを切り出して、図6Aに示す板状の集電体を作製した。従って、第1の集電体の組成は、混合粉末及び圧延シートの組成と同一である。 (1) The first current collector is a plate-like current collector shown in FIG. 6A. First, a rolled sheet was produced by the method shown in FIG. As described above, a mixed powder of a gas atomized powder of lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy and a gas atomized powder of antimony alone is prepared. The mixed powder is passed through horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b to produce a 1 mm thick rolled sheet, which is re-rolled by vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b to a thickness of 0.5 mm. A rolled sheet was prepared. This rolled sheet was cut out to produce a plate-like current collector shown in FIG. 6A. Therefore, the composition of the first current collector is the same as the composition of the mixed powder and the rolled sheet.
(2)第2の集電体は、クラッド化した集電体である。第2の集電体は、母材である厚さ2.5mmの鋳造圧延シートの上に厚さ100μmの粉末圧延シートを張り合わせて、即ち、クラッド化して、作製した。母材の鋳造圧延シートは、Pb−1.6%Sn−0.08%Ca鋳造圧延合金であり、クラッド相に用いる粉末圧延シートは、第1の集電体を構成する圧延シートと同一組成を有する。こうして母材の上に薄膜を重ねた状態で、図2Bに示すように、粉末圧延装置の垂直対向第二圧延ロール25a、25bで圧延する。それによって、表面のクラッド相の厚さが20μm、全体の厚さが0.5mmの第2の集電体が形成される。 (2) The second current collector is a clad current collector. The second current collector was produced by laminating a powder rolled sheet with a thickness of 100 μm on a cast rolled sheet with a thickness of 2.5 mm as a base material, that is, by clad formation. The cast cast sheet of the base material is a Pb-1.6% Sn-0.08% Ca cast rolled alloy, and the powder rolled sheet used for the clad phase has the same composition as the rolled sheet constituting the first current collector. In the state where the thin film is overlaid on the base material in this manner, as shown in FIG. Thereby, a second current collector having a surface cladding phase thickness of 20 μm and an overall thickness of 0.5 mm is formed.
(3)第3の集電体は、図6Bに示す格子状又は網目上の集電体である。第1の集電体と同様に、圧延シートを板状に切り出し、それをエキスパンド加工することによって作製した。エキスパンド加工は、平板状の集電体の表面にカッターで長さ5mmの切開部を約1mm間隔で設け、左右に均等に引っ張ることにより、格子又は網目を形成する。即ち、カッターの切れ目と切れ目の間が格子骨になる、いわゆるエキスパンド格子が形成される。エキスパンド格子の厚さは約0.5mmである。 (3) The third current collector is a current collector on a lattice or mesh shown in FIG. 6B. Similarly to the first current collector, the rolled sheet was cut into a plate shape and produced by expanding. In the expanding process, incisions having a length of 5 mm are provided with a cutter on the surface of a flat plate-like current collector at an interval of about 1 mm, and a grid or a mesh is formed by pulling evenly to the left and right. That is, a so-called expanded lattice is formed in which a lattice bone is formed between the cuts of the cutter. The thickness of the expanded lattice is about 0.5 mm.
こうして形成された3種類の集電体の一方の面に、図6Aに示すように、化成化されていない正極反応活物質ペーストを塗布した。正極活物質塗布部62の寸法は、30mm×15mm×0.5mmtであり、正極活物質の塗布量は1.8gであった。正極活物質塗布部62以外の部分はマスキング部61であり、耐硫酸性粘着性絶縁テープでマスキングされている。図6Bに示すように、第3の集電体の場合、正極活物質塗布部62の面積は、格子状の領域の投影面積である。図6Aに示すように、第1及び第2の集電体の場合、正極活物質塗布部62に直径5mmの5つの孔63を形成した。これらの孔63は、中心とその周辺に均等に配置した。
As shown in FIG. 6A, a positive electrode active material paste that had not been converted was applied to one surface of the three types of current collectors thus formed. The dimensions of the positive electrode active
(4)3つの比較例を作製した。これらの比較例は、正極の集電体の材料として従来技術による合金を用いている。第1の比較例では、鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材、第2の比較例では、鉛−5%アンチモン鋳造圧延材、第3の比較例では、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材を用いた。これらの材料を用いて、図6Aに示すように、板状の集電板を形成した。これらの比較例の正極活物質塗布部62の面積及び塗布量は、第1の集電体と同様であり、また、正極活物質塗布部62に直径5mmの5つの孔を形成した。
(4) Three comparative examples were produced. In these comparative examples, an alloy according to the prior art is used as the material for the current collector of the positive electrode. In the first comparative example, lead-5% tin-5% antimony cast rolled material, in the second comparative example lead-5% antimony cast rolled material, in the third comparative example, lead-1.6% tin-0.08. % Calcium cast rolled material was used. Using these materials, a plate-shaped current collector plate was formed as shown in FIG. 6A. The area and coating amount of the positive electrode active
図7は、本例の実験にて使用した深放電サイクルの条件を示す。充電放電とも、温度25℃、電流36mAであった。 FIG. 7 shows the conditions of the deep discharge cycle used in the experiment of this example. Both charging and discharging were at a temperature of 25 ° C. and a current of 36 mA.
図8は深放電サイクル結果を示し、縦軸は、反応活物質の利用率、横軸は充放電サイクル数である。曲線80は、本発明による第1の集電体の反応活物質の利用率の変化を示す。曲線81は、第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。曲線82は、第2の比較例である鉛−5%アンチモン鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。曲線83は、第3の比較例である鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材の反応活物質の利用率の変化を示す。
FIG. 8 shows the result of the deep discharge cycle. The vertical axis represents the utilization rate of the reaction active material, and the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles. A
曲線83に示すように、第3の比較例である鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム鋳造圧延材の場合、早期に反応活物質の利用率の低下、即ち、充放電サイクル特性が劣化する。これは、早期容量低下が発生していること示す。曲線81に示すように、第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、サイクル初期に、反応活物質の利用率が低下し、早期容量低下と同様な挙動を示すが、サイクルの途中で、反応活物質の利用率が上昇し、早期容量低下が抑制されていることが観察される。曲線82に示すように、第2の比較例である鉛−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、曲線81の第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材に比べて、サイクル初期から高い反応活物質の利用率を維持し、早期容量低下が抑制されていることが示されている。
As shown by a
一方、本発明による第1の集電体の場合、曲線80にて示すように、サイクル初期から高い反応活物質の利用率を維持している。第1の集電体におてるアンチモン単体の含有率は、3重量%であった。これは、比較例におけるアンチモンの含有率より小さい。しかしながら、第1の集電体における反応活物質の利用率は、比較例の場合より高い値で安定している。これはアンチモン金属単体が、集電体と反応活物質の接触界面において、従来のアンチモン含有鉛系合金におけるアンチモンの挙動と比べて、効率よく有効に機能していることを示している。
On the other hand, in the case of the first current collector according to the present invention, as shown by a
図8に示していないが、クラッド相を有する第2の集電体、及び、格子状構造を有する第3の集電体の場合も、同様であり、サイクル初期より高い反応活物質の利用率を維持した。 Although not shown in FIG. 8, the same applies to the second current collector having a clad phase and the third current collector having a lattice structure, and the utilization factor of the reaction active material is higher than that in the initial cycle. Maintained.
曲線81の第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材は、サイクル初期に早期容量低下と同様な挙動を示した。この原因は、第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン合金が、第2の比較例である鉛−5%アンチモン合金集電体と比較して、アンチモン溶出に対する高い耐食性能を有することにあると考えられる。第1の比較例である鉛−5%錫−5%アンチモン鋳造圧延材の場合、第2の比較例である鉛−5%アンチモン合金集電体の場合に比べて、高い耐食性能のために、集電体と反応活物質の間の界面に対するアンチモンイオンの供給が遅れると考えられる。
The lead-5% tin-5% antimony cast rolled material, which is the first comparative example of the
本発明による第1の集電体の場合、このような挙動が現れず、サイクル初期から安定性に優れた反応活物質の利用率を維持し、早期容量低下抑制が明確である。 In the case of the first current collector according to the present invention, such behavior does not appear, the utilization rate of the reaction active material excellent in stability is maintained from the beginning of the cycle, and early capacity reduction suppression is clear.
第1の粉末として、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金のガスアトマイズ粉末を用意し、第2の粉末として、鉛アンチモン複合酸化物PbSb2O6粉末を用意した。第2の粉末である鉛アンチモン複合酸化物PbSb2O6を第1の粉末に対して1%、3%混合して、それぞれ第1及び第2の混合粉末を調製した。2つの混合粉末から、図2に示す粉末圧延装置を用いて、圧延シートを作製した。即ち、水平対向第一圧延ロール24a、24bによって、厚さ1mmの圧延シートを作製し、それを垂直対向第二圧延ロール25a、25bによって再圧延し、0.5mmの厚さの圧延シートを作製した。こうして、第1の混合粉末から第1の圧延シートが作製され、第2の混合粉末から第2の圧延シートが作製された。 A gas atomized powder of lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy was prepared as the first powder, and a lead antimony composite oxide PbSb 2 O 6 powder was prepared as the second powder. First antimony composite oxide PbSb 2 O 6 as a second powder was mixed with 1% and 3% of the first powder to prepare first and second mixed powders, respectively. A rolled sheet was produced from the two mixed powders using the powder rolling apparatus shown in FIG. That is, a rolled sheet having a thickness of 1 mm was produced by the horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b, and re-rolled by the vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b to produce a rolled sheet having a thickness of 0.5 mm. . Thus, a first rolled sheet was produced from the first mixed powder, and a second rolled sheet was produced from the second mixed powder.
この圧延シートの組成を観察したところ、鉛アンチモン複合酸化物PbSb2O6粒子がランダムに分散していた。これらの2種類の圧延シートを切り出し、通常使用されている正極活物質ペーストを塗布して、図6Aに示した平板状の正極及び図6Bに示したエキスパンド加工による格子状の正極を製造した。この正極を用いて、図5に示した手順に従って、単板セルを製造し、深放電サイクルを行った。深放電サイクル条件は、図7に示した通りである。図8と同様に、縦軸を反応活物質の利用率、横軸を充放電サイクル数とするグラフを作製した。それによると、第1の混合粉末(1% PbSb2O6)から作製した集電体の場合と、第2の混合粉末(3% PbSb2O6)から作製した集電体の場合のいずれも、サイクル終盤まで、反応活物質の利用率は、40%以上を維持し、早期容量低下の抑制効果が得られたことが示された。 When the composition of the rolled sheet was observed, the lead antimony composite oxide PbSb 2 O 6 particles were randomly dispersed. These two types of rolled sheets were cut out, and a commonly used positive electrode active material paste was applied to produce a flat plate-like positive electrode shown in FIG. 6A and a grid-like positive electrode by expanding shown in FIG. 6B. Using this positive electrode, a single plate cell was manufactured according to the procedure shown in FIG. 5, and a deep discharge cycle was performed. The deep discharge cycle conditions are as shown in FIG. Similar to FIG. 8, a graph was prepared in which the vertical axis represents the utilization factor of the reaction active material and the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles. According to it, either the case of the current collector made from the first mixed powder (1% PbSb 2 O 6 ) or the case of the current collector made from the second mixed powder (3% PbSb 2 O 6 ) However, it was shown that the utilization rate of the reaction active material was maintained at 40% or more until the end of the cycle, and the effect of suppressing the early capacity decrease was obtained.
第1の粉末として、鉛−3%錫合金のガスアトマイズ粉末を用意し、第2の粉末として、純度99.9%のビスマス(Bi)のガスアトマイズ粉末を用意し、両者を混合して混合粉末を調製した。混合粉末におけるビスマス(Bi)の含有率は5重量%であった。この混合粉末から、図2に示す粉末圧延装置を用いて、圧延シートを作製した。即ち、水平対向第一圧延ロール24a、24bによって、厚さ1mmの圧延シートを作製し、それを垂直対向第二圧延ロール25a、25bによって再圧延し、0.5mmの厚さの圧延シートを作製した。 A lead-3% tin alloy gas atomized powder was prepared as the first powder, and a bismuth (Bi) gas atomized powder with a purity of 99.9% was prepared as the second powder. . The content of bismuth (Bi) in the mixed powder was 5% by weight. From this mixed powder, a rolled sheet was produced using a powder rolling apparatus shown in FIG. That is, a rolled sheet having a thickness of 1 mm was produced by the horizontally opposed first rolling rolls 24a and 24b, and re-rolled by the vertically opposed second rolling rolls 25a and 25b to produce a rolled sheet having a thickness of 0.5 mm. .
この圧延シートの組成を観察したところ、ビスマス(Bi)粒子がランダムに分散していた。この圧延シートを切り出し、通常使用されている正極活物質ペーストを塗布して、図6Aに示した平板状の正極及び図6Bに示したエキスパンド加工による格子状の正極を製造した。この正極を用いて、図5に示した手順に従って、単板セルを製造し、深放電サイクルを行った。深放電サイクル条件は、図7に示した通りである。図8と同様に、縦軸を反応活物質の利用率、横軸を充放電サイクル数とするグラフを作製した。それによると、サイクル終盤まで、反応活物質の利用率は、40%以上を維持し、早期容量低下の抑制効果が得られたことが示された。 When the composition of the rolled sheet was observed, bismuth (Bi) particles were randomly dispersed. The rolled sheet was cut out, and a commonly used positive electrode active material paste was applied to produce a flat plate-like positive electrode shown in FIG. 6A and a grid-like positive electrode by expanding shown in FIG. 6B. Using this positive electrode, a single plate cell was manufactured according to the procedure shown in FIG. 5, and a deep discharge cycle was performed. The deep discharge cycle conditions are as shown in FIG. Similar to FIG. 8, a graph was prepared in which the vertical axis represents the utilization factor of the reaction active material and the horizontal axis represents the number of charge / discharge cycles. According to it, it was shown that the utilization rate of the reaction active material was maintained at 40% or more until the end of the cycle, and the effect of suppressing the early capacity decrease was obtained.
上述の実施例において、第1の粉末として、実施例1、2では、鉛−1.6%錫−0.08%カルシウム合金、実施例3では、鉛−3%錫合金、を用いた。しかしながら、本発明によると、第1の粉末として、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含む合金を用いてよい。 In the above-described examples, lead-1.6% tin-0.08% calcium alloy was used in Examples 1 and 2, and lead-3% tin alloy was used in Example 3 as the first powder. However, according to the present invention, as the first powder, an alloy containing at least one alloy element of tin, calcium, antimony, barium, silver, and bismuth based on lead may be used.
上述の実施例において、第2の粉末として、実施例1では、アンチモン単体、実施例2では、鉛アンチモン複合酸化物PbSb2O6、実施例3では、ビスマス単体、を用いた。しかしながら、アンチモン単体の代わりに、アンチモン単体粉末とビスマス単体粉末の混合粉末を用いてもよい。更に、鉛アンチモン複合酸化物PbSb2O6、の代わりに、他の組成の鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)を用いてもよい。 In the above-described examples, as the second powder, antimony alone was used in Example 1, lead antimony composite oxide PbSb 2 O 6 was used in Example 2, and bismuth alone was used in Example 3. However, instead of the antimony simple substance, a mixed powder of the antimony simple substance powder and the bismuth simple substance powder may be used. Furthermore, instead of the lead antimony composite oxide PbSb 2 O 6 , a lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) having another composition may be used.
また、実施例では、正極の集電体を作製したが、本発明は負極の集電体にも適用可能である。 Further, in the examples, a positive electrode current collector was produced, but the present invention is also applicable to a negative electrode current collector.
本発明によると、集電体に含まれるアンチモン単体からアンチモンイオンを溶出させる。即ち、アンチモンを腐食又は酸化させる。それによって、集電体と反応活物質の接触界面において、反応活物質であるβ−PbO2を、放電過電圧が同一の放電電流に対して高いα-PbO2に変化させる。又は、集電体と反応活物質の接触界面にて、鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)を生成する。それによって、早期容量低下を抑制することができる。 According to the present invention, antimony ions are eluted from the simple antimony contained in the current collector. That is, antimony is corroded or oxidized. Thereby, at the contact interface between the current collector and the reaction active material, β-PbO 2 that is the reaction active material is changed to α-PbO 2 with a high discharge overvoltage for the same discharge current. Alternatively, lead antimony composite oxide (PbxSbyOz) is generated at the contact interface between the current collector and the reaction active material. Thereby, an early capacity drop can be suppressed.
このような反応機構は、鉛蓄電池の集電体ばかりでなく、様々な、金属表面環境に適用可能である。 Such a reaction mechanism is applicable not only to the current collector of the lead storage battery but also to various metal surface environments.
本発明は、鉛含有粉末と単一金属粉末の混合粉末を圧延成形することによって、金属表面の組成を制御し、金属表面での反応を制御する腐食環境において、問題となる機能性材料、構造材料等への適用の可能性がある。 The present invention controls the composition of the metal surface by rolling a mixed powder of a lead-containing powder and a single metal powder, and the functional material and structure that are problematic in a corrosive environment in which the reaction on the metal surface is controlled. There is a possibility of application to materials.
以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者により容易に理解されよう。 The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be easily made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be understood.
11…負極ターミナル、12…正極ターミナル、13…正極板、14…負極板、15…セパレータ、16…硫酸電解液、17…電槽、18…電槽蓋、21…第一ホッパー、22…第一ベルトコンベア、23…第二ホッパー、24a、24b…水平対向第一圧延ロール、25a、25b…垂直対向第二圧延ロール、26…圧延シート巻き取り機、29、31…圧延シート、61、61a、61b…マスキング部、62…正極活物質塗布部、63…貫通孔、
DESCRIPTION OF
Claims (17)
鉛−錫−カルシウム合金を含み、上記第二層は、請求項1〜4のいずれか1項に記載の正極又は負極用集電体と同一の組成を有することを特徴とする鉛蓄電池の正極又は負極用集電体。 The first layer has a two-layer structure having a mother layer first layer and a second layer rolled and pressure-bonded to the first layer,
A lead-acid battery positive electrode comprising a lead-tin-calcium alloy, wherein the second layer has the same composition as the positive electrode or negative electrode current collector according to any one of claims 1 to 4. Or the collector for negative electrodes .
上記正極と上記負極の少なくとも一方の集電体は、請求項1〜6のいずれか1項に記載の正極又は負極用集電体であることを特徴とする鉛蓄電池。 A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator sandwiched between the electrodes, and an electrolyte solution impregnating the positive electrode, the negative electrode, and the separator,
The at least one current collector of the positive electrode and the negative electrode, lead-acid battery, which is a positive or negative electrode current collector according to any one of claims 1-6.
上記正極と上記負極の少なくとも一方の集電体は、請求項7に記載の正極又は負極用集電体であることを特徴とする鉛蓄電池。 A positive electrode having a positive electrode active material, a negative electrode having a negative electrode active material, a separator sandwiched between the electrodes, and an electrolyte solution impregnating the positive electrode, the negative electrode, and the separator,
The lead acid battery according to claim 7 , wherein the current collector of at least one of the positive electrode and the negative electrode is the current collector for a positive electrode or a negative electrode according to claim 7 .
鉛アンチモン複合酸化物(PbxSbyOz)からなる第2の粉末を用意するステップと、
上記第1の粉末と上記第2の粉末を混合して混合粉末を生成するステップと、
上記混合粉末を粉末圧延することによって、アスペクト比3〜13の特定方向に配向した結晶粒子により構成される組織を有する圧延シートを生成するステップと、
上記圧延シートを切り出すことによって集電体を形成するステップと、
を含む鉛蓄電池の正極又は負極用集電体の製造方法。 Providing a first powder comprising lead powder or lead-based alloy powder;
Providing a second powder comprising lead antimony composite oxide (PbxSbyOz);
Mixing the first powder and the second powder to produce a mixed powder;
Generating a rolled sheet having a structure composed of crystal grains oriented in a specific direction with an aspect ratio of 3 to 13, by powder rolling the mixed powder;
Forming a current collector by cutting the rolled sheet;
Of a current collector for a positive electrode or a negative electrode of a lead-acid battery comprising:
上記鉛系合金粉末は、鉛をベースとして、錫、カルシウム、アンチモン、バリウム、銀、ビスマスのうちの少なくとも一つ以上の合金元素を含むことを特徴とする鉛蓄電池の正極又は負極用集電体の製造方法。 In the manufacturing method of the current collector for the positive electrode or negative electrode of the lead storage battery according to claim 10 ,
It said lead-based alloy powder, as a base of lead, tin, calcium, antimony, barium, silver, positive or negative electrode current collector lead-acid batteries, characterized in that it comprises at least one or more alloying elements of bismuth Manufacturing method.
上記鉛系合金粉末は、鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)合金粉末であることを特徴とする鉛蓄電池の正極又は負極用集電体の製造方法。 In the manufacturing method of the current collector for the positive electrode or the negative electrode of the lead storage battery according to claim 11 ,
The lead-based alloy powder is a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) alloy powder, and the method for producing a current collector for a positive electrode or a negative electrode of a lead-acid battery.
上記圧延シートをエキスパンド加工することにより格子構造を有する集電体を形成するステップを含むことを特徴とする鉛蓄電池の正極又は負極用集電体の製造方法。 The method for producing a current collector for a positive electrode or a negative electrode of a lead storage battery according to claim 10 ,
A method for producing a current collector for a positive electrode or a negative electrode of a lead storage battery, comprising the step of forming a current collector having a lattice structure by expanding the rolled sheet.
上記圧延シートを生成するステップは、
鉛−錫−カルシウム(Pb-Sn-Ca)鋳造合金シートを製造するステップと、
上記鋳造合金シートの上に上記圧延シートを重ねて圧延して2層構造の圧延シートを生成するステップと、
を含むことを特徴とする鉛蓄電池の正極又は負極用集電体の製造方法。 In the manufacturing method of the current collector for the positive electrode or negative electrode of the lead storage battery according to claim 10 ,
The step of generating the rolled sheet includes:
Producing a lead-tin-calcium (Pb-Sn-Ca) cast alloy sheet;
A step of superimposing and rolling the rolled sheet on the cast alloy sheet to produce a rolled sheet having a two-layer structure;
The manufacturing method of the electrical power collector for positive electrodes or negative electrodes of a lead storage battery characterized by the above-mentioned.
上記集電体に反応活物質を塗布するステップと、
上記反応活物質が塗布された集電体によって正極を構成するステップと、
既に化成化済みの負極を用意するステップと、
上記正極と上記負極の間にセパレータを挿入して電解液に浸けるステップと、
上記正極を化成化するステップと、を含む鉛蓄電池の製造方法。 A step of producing a current collector by a method for producing a current collector for a positive electrode or a negative electrode of a lead storage battery according to any one of claims 10 to 16 ,
Applying a reactive material to the current collector;
Configuring a positive electrode with a current collector coated with the reactive active material;
Preparing an already formed negative electrode;
Inserting a separator between the positive electrode and the negative electrode and immersing the separator in an electrolytic solution;
A step of chemical conversion of the positive electrode.
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