JP6175930B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

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Description

本発明は、主にエンジン始動用の鉛蓄電池に関する。
エンジン始動用の鉛蓄電池に用いられる正極板及び負極板の格子の殆どは、生産性が高いエキスパンド格子である。エキスパンド格子には、鋳造格子に多く用いられるPb−Sb合金ではなく、加工性に優れたPb−Ca系合金(第三元素を含むこともある)が用いられる。
特許文献1には、Pb−Sb合金に比べて密着性が低いPb−Ca系合金を正極板の格子に用いる場合、併せて化成後の正極活物質の密度を3.3g/cm3以上にすることで、正極活物質と格子との密着性を確保し、寿命特性を改善できることが記されている。
特開2002−124250号公報
近年、アイドリングストップ仕様車など、エンジン始動用の鉛蓄電池を比較的低いSOC(充電深さ)まで放電させる車両が流通するようになった。そして高温下でこれらの車両の使用を続けた場合、特許文献1に記載した技術を用いた鉛蓄電池であっても、寿命特性が低下することがわかってきた。
本発明は、かかる課題に鑑みなされたもので、高温下で比較的低いSOCまで放電させた場合でも良好な寿命特性を示す鉛蓄電池を提供することを目的とする。
本発明は、正極板及び負極板がセパレータを介して積層された極板群が、電解液と共に電槽に収容された鉛蓄電池であって、正極板は、網目状の格子骨を有する正極格子、前記格子骨の少なくとも一面に設けられたPb合金層と、前記正極格子に充填された正極活物質と、を備え前記Pb合金層は、0.03質量%以上0.07質量%以下のAgを含前記正極活物質は、酸化鉛であり、化成後の正極活物質の密度が、3.45g/cm3以上4.15g/cm3以下である
ある好適な実施形態において、化成後の正極活物質の密度は3.45g/cm3以上3.85g/cm3以下である。
ある好適な実施形態において、正極格子はエキスパンド格子であり、Caを含むPb合金からなる。
本発明によれば、高温下で比較的低いSOCまで放電させた場合でも良好な寿命特性を示す鉛蓄電池を提供できるようになる。
本発明の一実施形態における鉛蓄電池を模式的に示した概観図
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図1は、本発明の一実施形態における鉛蓄電池1を模式的に示した概観図である。鉛蓄電池1は、複数の正極板2及び負極板3がセパレータ4を介して積層された極板群5が、電解液と共に、電槽の中で区切られたセル室6に収容されている。
ここで、正極板2は、正極格子2aと、正極格子2aに充填された正極活物質とを備え、負極板3は、負極格子と、負極格子に充填された負極活物質とを備えている。
複数の正極板2は、正極格子の耳部9同士が正極ストラップ7によって、互いに並列接続されており、複数の負極板3は、負極格子の耳部10同士が負極ストラップ8によって、互いに並列接続されている。さらに、各セル室6内に収容された複数の極板群5は、接続体11によって直列接続されている。両端のセル室6における正極ストラップ7及び負極ストラップ8には、それぞれ極柱(不図示)が溶接されており、各極柱は、蓋14に配設された正極端子12及び負極端子13に、それぞれ溶接されている。
本実施形態において、正極格子2aの網目状の格子骨の少なくとも一面には、0.03質量%以上0.07質量%以下のAgを含むPb合金層を設けている。そして化成後の正極活物質の密度は、3.45g/cm3以上4.15g/cm3以下としている。
本発明者らが鋭意検討した結果、例えばCaを含むPb合金からなるエキスパンド格子を正極格子2aとして正極板2を構成する際に、単に化成後の正極活物質の密度を適正化するだけでなく、正極格子2aを構成する格子骨の少なくとも一面にPb合金層を設け、そのPb合金層におけるAgの濃度を0.03質量%以上0.07質量%以下とすることで、高温下で比較的低いSOCまで放電させた場合でも、良好な寿命特性を示すことを知見した。本発明はこの知見を活用したものである。
上述した構成条件下で良好な寿命特性を示す真因については不明であるが、Pb合金層に含まれるAgが適量である場合のみ、高温下で比較的低いSOCまで放電させた場合でも、Pb合金層を介した格子骨と正極活物質との密着性が高いことから、何らかの相互作用が影響しているものと考えられる。
Pb合金層に含まれるAgが0.03質量%未満と少なすぎる場合、高温下で比較的低いSOCまで放電させると、Pb合金層と正極活物質の密着性が低下するので、良好な寿命特性が得られない。一方でPb合金層に含まれるAgが0.07質量%を超える(過剰な)場合、高温下で比較的低いSOCまで放電させると、Pb合金層が正極格子から剥離しやすくなり、結果的に正極活物質が格子骨と密着し難くなるので、良好な寿命特性が得られない。
化成後の正極活物質の密度が3.45g/cm3未満の場合、高温下で比較的低いSOCまで放電させると、正極活物質が格子骨から軟化・脱落しやすくなるので、良好な寿命特性が得られない。一方で化成後の正極活物質の密度が4.15g/cm3を超える場合、正極活物質の前駆体であるペーストの密度を高くする必要があり、正極格子2aへの充填性が低くなり、生産性(歩留)が低下する。
なお化成後の正極活物質の密度が3.45g/cm3以上3.85g/cm3以下の場合、良好な寿命特性と高い生産性(歩留)との並立が可能である。
以下、本発明の実施例を挙げて、本発明の構成及び効果をさらに説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。
(1)鉛蓄電池の作製
本実施例で作製した鉛蓄電池1は、JISD5301に規定するD26Lタイプの大きさの鉛蓄電池である。各セル室6aには、7枚の正極板2と8枚の負極板3とが収容され、負極板3は、袋状のポリエチレン製のセパレータ4に収容されている。
正極板2は、酸化鉛粉を硫酸と精製水とで混練してペーストを作製し、Caを含むPb合金からなる正極格子2a(エキスパンド格子)にこれを充填して作製した。なお正極格子2aを作製する際、前駆体であるPb合金スラブのうち網目状の格子骨に相当する箇所に0.02〜0.08質量%のAgを含むPb合金箔を貼ることで、Pb合金層におけるAg含有量を調整した。
負極板3は、酸化鉛粉に対し、有機添加剤等を添加して、硫酸と精製水とで混練してペーストを作成し、Caを含むPb合金からなる負極格子にこれを充填して作製した。
作製した正極板2及び負極板3を熟成乾燥した後、負極板3をポリエチレンの袋状のセパレータ4に収容し、正極板2と交互に重ね、7枚の正極板2と8枚の負極板3とがセパレータ4を介して積層された極板群5を作製した。この極板群5を、6つに仕切られたセル室6にそれぞれ収容し、6つのセルを直接接続した。さらに、密度が1.28g/cm3の希硫酸からなる電解液を入れて化成を行い、鉛蓄電池1を得た。
(2)正極板2の不良率
化成後の正極活物質の密度が種々の値となるように作製したペーストを、正極格子2aに充填した後、ペーストが充填されていない(網目状の穴が空いた)部分の面積の総和が0.5cm2以上のものを不良品として排出した。生産総数に対する不良品の発生率(不良率)を、生産性の尺度として(表1)に記す。
(3)寿命特性
作製した鉛蓄電池1に対し、75℃±3℃の恒温室の中で、25A360秒の定電流放電と、14.8V600秒の定電圧充電を繰り返した。上述の充放電を480サイクル繰り返した後、56時間放置してから定格コールドクランキング電流で30秒間の放電を行い、30秒目の電圧を求めた。この電圧が7.2V以下になった時点の充放電サイクル数を、高温下で比較的低いSOCまで放電させた場合の寿命特性の尺度として(表1)に記す。
Figure 0006175930
化成後の正極活物質の密度を3.65g/cm3一定とし、Pb合金層におけるAg含有量を調整した電池A〜Gについて述べる。Pb合金層に含まれるAgが0.03質量%未満である電池Aは短寿命であった。寿命後の電池Aを分解した結果、正極活物質がPb合金層から剥離していることがわかった。またPb合金層に含まれるAgが0.07質量%を超える電池Gも短寿命であった。寿命後の電池Gを分解した結果、正極活物質がPb合金層もろとも、正極格子2aの格子骨から剥離していることがわかった。一方、Pb合金層におけるAg含有量が0.03質量%以上0.07質量%以下である電池B〜Fは、良好な寿命特性を示した。
Pb合金層におけるAg含有量を0.05質量%一定とし、化成後の正極活物質の密度を調整した電池DおよびH〜Pについて述べる。化成後の正極活物質の密度が3.45g/cm3未満である電池Hは短寿命であった。寿命後の電池Hを分解した結果、正極活物質が軟化して正極格子2aの格子骨から脱落していることがわかった。また化成後の正極活物質の密度が4.15g/cm3を超える電池Pを作製しようとすると、正極活物質の前駆体であるペーストの密度を高くする必要があり、正極格子2aへの充填性が低くなることで、正極板2の不良率が極端に向上した。一方、化成後の正極活物質の密度が3.45g/cm3以上4.15g/cm3以下である電池DおよびI〜Oは、正極板2の生産性が比較的高い上に、良好な寿命特性を示した。特に正極活物質の密度が3.45g/cm3以上3.85g/cm3以下である電池DおよびI〜Lは、正極板2の生産性が極めて高い上に、良好な寿命特性を示した。
以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。
本発明は、特にエンジン始動用の鉛蓄電池に有用である。
1 鉛蓄電池
2 正極板
2a 正極格子
3 負極板
4 セパレータ
5 極板群
6 セル室
7 正極ストラップ
8 負極ストラップ
9、10 耳部
11 接続体
12 正極端子
13 負極端子
14 蓋

Claims (4)

  1. 正極板及び負極板がセパレータを介して積層された極板群が、電解液と共に電槽に収容された鉛蓄電池であって、
    前記正極板は、網目状の格子骨を有する正極格子と、前記格子骨の少なくとも一面に設けられたPb合金層と、前記正極格子に充填された正極活物質と、を備え
    前記Pb合金層は、0.03質量%以上0.07質量%以下のAgを含
    前記正極活物質は、酸化鉛であり、
    化成後の前記正極活物質の密度が、3.45g/cm3以上4.15g/cm3以下である鉛蓄電池。
  2. 化成後の前記正極活物質の密度が、3.45g/cm3以上3.85g/cm3以下である、請求項1に記載の鉛蓄電池。
  3. 前記正極格子がエキスパンド格子である、請求項1に記載の鉛蓄電池。
  4. 前記正極格子がCaを含むPb合金からなる、請求項3に記載の鉛蓄電池。
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