JP6525167B2 - Lead storage battery - Google Patents

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Description

この発明は、鉛蓄電池に関し、特に浸透短絡を抑制する鉛蓄電池に関する。   The present invention relates to a lead-acid battery, and more particularly to a lead-acid battery that suppresses an osmotic short circuit.

鉛蓄電池を、不完全な充電状態(PSOC(Partial state of charge)で使用する用途が多くなっている。
例えば、アイドリングストップ車(IS)では、停車の都度エンジンを停止させることにより燃料消費量を小さくし、発進時に蓄電池からの電力でエンジンを起動している。このため蓄電池は、充電不足の状態で使用される。IS用途に限らず、エネルギー効率を向上させるために、蓄電池への充電を避け、しかも蓄電池から取り出す電力が増加しているので、蓄電池は充電不足な状態に置かれることが多い。
Lead-acid batteries are increasingly used in an incomplete state of charge (PSOC).
For example, in an idling stop vehicle (IS), the fuel consumption is reduced by stopping the engine each time the vehicle is stopped, and the engine is started by the power from the storage battery at the time of start. Therefore, the storage battery is used in a state of insufficient charge. In order to improve energy efficiency, charging of the storage battery is avoided and the power extracted from the storage battery is increasing, so that the storage battery is often placed in a state of insufficient charge.

鉛蓄電池では、放電時に、両極板で硫酸が消費され、正極では水が生成し、充電時に、両極板から硫酸が放出され、下部に高比重の硫酸が蓄積する成層化現象が生じる。充電量が充分(過充電)な場合、充電末期に極板から発生するガスにより電解液が撹拌され、濃度差は解消する。
しかし、PSOCで使用される鉛蓄電池では、過充電量が少ないため、上下の濃度差が解消し難く成層化が生じる。電解液が成層化すると、充放電反応が不均一化する結果、サルフェーション(硫酸鉛の蓄積)が進行し、正極の軟化や寿命性能が低下する。
In a lead-acid battery, sulfuric acid is consumed by the bipolar plate during discharge, water is generated in the positive electrode, sulfuric acid is released from the bipolar plate during charging, and a stratification phenomenon occurs in which sulfuric acid of high specific gravity is accumulated in the lower part. When the charge amount is sufficient (overcharge), the electrolyte is stirred by the gas generated from the electrode plate at the end of charge, and the concentration difference is eliminated.
However, in the lead storage battery used in PSOC, since the overcharge amount is small, it is difficult to eliminate the difference in concentration between the top and bottom, and stratification occurs. When the electrolytic solution is stratified, the charge / discharge reaction becomes nonuniform, and as a result, sulfation (accumulation of lead sulfate) progresses, and the softening and life performance of the positive electrode decrease.

特許文献1には、「深い充放電が繰り返されるなどの苛酷な条件で使用しても長寿命で、かつ放電容量が大きい、特にアイドリングストップや過充電防止などの新システムを導入した自動車に適した鉛蓄電池の提供を目的とする」(段落[0010])発明であって、「Pb−Ca系合金基板を用いた正極板と、負極板とをセパレータを介して交互に積層してなる極板群が電槽内に挿入された鉛蓄電池において、前記セパレータがフェルト状で、その面密度が20〜100g/m、20kPa加圧時の厚みが0.1〜0.8mmであり、前記正極板または負極板の少なくとも1つが合成樹脂製の袋に収容されており、前記極板群が電槽内に10〜25kPaの圧迫度で挿入されていることを特徴とする鉛蓄電池。」(請求項1)が記載されている。
この鉛蓄電池の実施例1として、「正極未化成板に、厚み0.25mmの多孔性ポリエチレンシートをベースとする合成樹脂製袋(袋状セパレータ)内に収容された公知の方法で作製した負極未化成板を、ガラスマット(フェルト状セパレータ)を介して積層し、この積層体の同極板同士をCOS方式で溶接して極板群とした。前記ガラスマットには、面密度が20〜100g/m、20kPa加圧時の厚みが0.1〜0.8mmのものを使用した。フェルト状セパレータには微細なガラス繊維の不織布からなるガラスマットを用いた。」(段落[0020]、[0021])と記載されている。
そして、この鉛蓄電池は、ガラスマットが適正な圧迫度で挿入され、適正な面密度、加圧時の厚みを有していることにより、活物質の軟化脱落が防止され、電解液が良好に拡散し、電解液の成層化が抑制される効果を奏する(段落[0012])ことが記載されている。
Patent Document 1 "is suitable for an automobile having a long life and a large discharge capacity even when used under severe conditions such as repeated deep charge and discharge, and particularly introducing a new system such as idling stop and overcharge prevention. The object of the present invention is to provide a lead storage battery (paragraph [0010]), wherein an electrode is formed by alternately laminating a positive electrode plate using a Pb-Ca based alloy substrate and a negative electrode plate with a separator in between. In the lead storage battery in which a plate group is inserted in a battery case, the separator is felt-like, and the surface density is 20 to 100 g / m 2 , and the thickness at a pressure of 20 kPa is 0.1 to 0.8 mm, A lead storage battery characterized in that at least one of a positive electrode plate or a negative electrode plate is accommodated in a synthetic resin bag, and the electrode plate group is inserted into the battery case with a compression degree of 10 to 25 kPa. Claim 1) is described There is.
As Example 1 of this lead storage battery, “a negative electrode prepared by a known method housed in a synthetic resin made bag (bag-like separator) based on a porous polyethylene sheet with a thickness of 0.25 mm in a positive electrode unformed plate An unformed sheet is laminated via a glass mat (felt-like separator), and the same electrode plates of this laminated body are welded by the COS method to form an electrode plate group. A 100 g / m 2 , one having a thickness of 0.1 to 0.8 mm under a pressure of 20 kPa was used, and a glass mat made of a non-woven fabric of fine glass fibers was used as the felt-like separator. , [0021]).
And, in this lead-acid battery, the glass mat is inserted at an appropriate degree of compression, and by having an appropriate area density and thickness at the time of pressurization, the softening and falling of the active material is prevented, and the electrolyte is good. It is described that the effect of diffusing and suppressing stratification of the electrolytic solution is exhibited (paragraph [0012]).

特許文献2には、電解液面が適正範囲の下限を下回る厳しい状況下で使用される鉛蓄電池の場合に、負極板耳のストラップ近傍が酸化して腐食されるという課題に対して(段落[0004]〜[0006])、「負極板耳の周辺に耐食性を有する多孔体を耳表面と密着して配置した」(請求項1)ことが記載されている。
そして、実施例として、正極板と負極板との間に短絡を防止するため、セパレータ3とガラスマット4を挿入し、COS法によってストラップを形成した後、直径約1ミクロンの極細ガラス繊維からなるマット状体6を負極板の耳表面とよく密着するように差し込むことが記載され(段落[0009])、この鉛蓄電池は、負極板耳が電解液を保持する微細な空隙を有する多孔体と密着するため、酸化による腐食が抑制される効果を奏する(段落[0015])と記載されている。
In the case of a lead-acid battery used under severe conditions where the electrolyte surface level falls below the lower limit of the appropriate range, Patent Document 2 addresses the problem that the vicinity of the strap of the negative electrode plate ear is oxidized and corroded [0004]), "A porous body having corrosion resistance is disposed in close contact with the surface of the negative electrode plate ear" (claim 1).
And as an example, in order to prevent a short circuit between a positive electrode plate and a negative electrode plate, separator 3 and glass mat 4 are inserted, and after forming a strap by COS method, it consists of extra-fine glass fibers of about 1 micron in diameter. Inserting the mat-like body 6 in intimate contact with the ear surface of the negative electrode plate (paragraph [0009]) is described, and this lead-acid battery is a porous body having minute gaps in which the negative electrode plate ear holds the electrolyte. It is described as having the effect of suppressing corrosion due to oxidation because of close contact (paragraph [0015]).

特許文献3には、「補水の手間を省き、また、電解液量削減を可能することでより軽量であり、さらには制御弁付の負極吸収式鉛蓄電池のように緩放電での初期容量および低温急放電の持続時間が低くならない電池を提供する」(段落[0014])ことを目的とする発明であって、「正極格子および負極格子にPb−Ca合金を用いた正極板および負極板を有した極板群を備え、前記極板群上部において、少なくとも負極板面に接するようガラス繊維等の耐酸性繊維を主体とするマット状抄造体からなる第1のセパレータを配し、前記極板群上部を除いた極板群下部において、前記第1のセパレータを配さず、かつポリエチレン等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第2のセパレータを配したことを特徴とする鉛蓄電池。」、「前記極板群上部において、前記第2のセパレータで構成された中心層と、この中心層の外側両面に配置され、前記第1のセパレータからなる外層で構成された三層のセパレータが前記正極板−負極板間に配置され、前記極板群下部において、前記第2のセパレータで構成された中心層のみを前記正極板−負極板間に配置したことを特徴とする‥鉛蓄電池。」(請求項1,3)について記載されている。
この鉛蓄電池は、電解液面が低下し、負極板が電解液面から露出した場合においても、負極板上部に接するように配置されたマットセパレータ(第1のセパレータ)より負極板に電解液が供給されるため、この部分で酸素ガス吸収反応が進行し、負極板の酸化と水分減少が抑制されるという効果を奏する(段落[0020])と記載されている。
According to Patent Document 3, "the time and effort for rehydration is saved, and the amount of electrolyte solution can be reduced to further reduce the weight, and furthermore, the initial capacity in slow discharge and the negative absorption lead acid battery with a control valve and An object of the present invention is to provide a battery in which the duration of low temperature rapid discharge does not decrease "(paragraph [0014]), and" a positive electrode plate and a negative electrode plate using a Pb-Ca alloy for the positive electrode grid and the negative electrode grid. A first separator made of a mat-like sheet-formed body mainly made of acid resistant fibers such as glass fibers so as to be in contact with at least the negative electrode plate surface in the upper portion of the electrode plate group; The lead storage battery is characterized in that the lower part of the electrode plate group excluding the upper part of the group is not provided with the first separator, and is provided with a second separator made of a microporous film of acid resistant resin such as polyethylene. , “On the plate group Between the positive electrode plate and the negative electrode plate is a three-layer separator, which is composed of a central layer composed of the second separator and an outer layer composed of the first separator, which is disposed on both outer sides of the central layer. "A lead-acid battery according to the present invention is characterized in that only the central layer formed of the second separator is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate in the lower part of the electrode plate group. It is described about.
In this lead-acid battery, even when the electrolyte surface is lowered and the negative electrode plate is exposed from the electrolyte surface, the electrolyte is applied to the negative electrode plate from the mat separator (first separator) arranged to be in contact with the upper portion of the negative electrode plate. Since it is supplied, an oxygen gas absorption reaction proceeds in this portion, and it is described as having an effect that oxidation of the negative electrode plate and reduction of water content are suppressed (paragraph [0020]).

特許文献4には、過酷な使われ方をする鉛蓄電池では、隔離板の素地と陽極が接触し、酸化により隔離板に穴があいて貫通ショートするという課題に対して(第1頁右欄第15行乃至第2頁左上欄第3行)、陽極板上部と対応する部分にガラスマットを具備する隔離板を用いる(特許請求の範囲(1))発明が記載されている。   According to Patent Document 4, in the case of a lead-acid battery which is used in a severe manner, the base of the separator and the anode come in contact, and a problem arises that the separator has a hole and the penetration shorts due to oxidation (page 1 right column The invention is described in which a separator is provided with a glass mat in the portion corresponding to the upper part of the anode plate, line 15 to page 2, upper left column (line 3) (claim (1)).

特開2006−100082号公報JP, 2006-100082, A 特開平4−249064号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 4-249064 特開2007−87871号公報JP 2007-87871 A 特開平4−95342号公報Unexamined-Japanese-Patent No. 4-95342

PSOC用途の電池では、成層化によって電解液の比重が低下しやすく、それにともなって微小短絡が生じるという問題がある。発明者は、電解液の比重低下にともなって電解液中の鉛イオンの濃度が高くなり、その後の充電過程において鉛イオンが還元されて鉛の結晶が析出し、その結果、負極板、正極板の間で微細な導通部分が生まれるという現象が生じていると考えている。   In a battery for PSOC application, there is a problem that the specific gravity of the electrolytic solution tends to decrease due to the stratification, and a micro short circuit occurs accordingly. The inventor found that, as the specific gravity of the electrolyte decreases, the concentration of lead ions in the electrolyte increases, and in the subsequent charging process, the lead ions are reduced to precipitate lead crystals. As a result, between the negative electrode plate and the positive electrode plate It is thought that the phenomenon that a minute conduction part is born has occurred.

一方、鉛蓄電池の製法手段として、COS方式によるストラップ形成を行う場合がある。COS方式は、ストラップと同形状の凹部を彫り込んだ鋳型の該凹部に鉛又は鉛合金を溶融させた溶鉛を流し込み、該溶鉛中に同極性の極板耳先端を該溶鉛へ浸漬して該溶鉛の熱で前記耳を溶かした後、冷却凝固させて前記耳と一体化するものである。   On the other hand, as a method of manufacturing a lead storage battery, strap formation by the COS system may be performed. In the COS method, molten lead obtained by melting lead or lead alloy is poured into the recess of a mold in which a recess having the same shape as the strap is engraved, and the tip of the electrode plate ear of the same polarity is dipped in the lead. After melting the ear with the heat of the lead, it is solidified by cooling and integrated with the ear.

COS方式において耳とストラップの溶着を確実にするためには、同極板の両端の耳の外側に溶鉛が流れ込む隙間が必要であるから、図2に示すストラップの下面に接する両端の耳の外端間の長さA(以下、「ストラップ直下の耳群長A」又は「耳群長A」といい、単に「長さA」又は「A」ともいう。)は、前記鋳型の凹部の長さ、すなわちストラップの長さより短い。
また、COS方式においては、鋳型の形状を変更しない場合、電極板を厚くするなどして積層方向における極板群の厚さ寸法が相当に長くなったとき、図2に示す極板群の上部における積層方向の寸法B、より正確には、ストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板の集電体における上部枠骨部の積層方向外端間の長さB(以下、「上部極板群長B」といい、単に「長さB」又は「B」ともいう。)が、ストラップ直下の耳群長Aと比べて長くなる。
In order to ensure welding between the ear and the strap in the COS system, a gap into which molten lead flows into the outside of the ears on both ends of the same electrode plate is necessary. The length A between the outer ends (hereinafter referred to as “ear group length A immediately below the strap” or “ear group length A” and simply “length A” or “A”) is the length of the recess of the mold. Length, ie shorter than the strap length.
In addition, in the COS system, when the thickness of the electrode plate group in the stacking direction becomes considerably long by, for example, thickening the electrode plate when the shape of the mold is not changed, the upper portion of the electrode plate group shown in FIG. More specifically, the length B between the outer edges of the upper frame bone portions in the current collectors of the electrode plates located at both ends of the electrode plates connected to the straps (hereinafter referred to as “dimension B in the lamination direction in The upper electrode plate group length B is called, and simply "length B" or "B" is longer than the ear group length A just below the strap.

本発明者は、上述した浸透短絡の発生する場所が、極板群の上部の中でもとくに上端に近い付近で頻度が高いという現象を見つけ、さらに、耳群長Aと上部極板群長Bの大小関係について検討した結果、A<Bであると、前記現象が顕著となることを見出した。また、そのようなことに加えて、本発明者は、A<Bであると、耐浸透短絡性能は低下するが、低温高率放電特性が向上することも見出した。A≧Bであると、A<Bの場合と比べて浸透短絡は抑制される。しかし、A≧Bとするためには、A<Bとする場合と比べてストラップを大形化する必要が有り、その結果、たとえば、材料コストが高くなる、鋳型を更新する必要がある、あるいはJISD5301に規定されているような所定寸法の電槽内に収納することが困難になる、といったことが起こり得る。   The inventor has found that the occurrence of the above-mentioned osmotic short circuit is a phenomenon that the frequency is high particularly near the upper end among the upper portions of the electrode plate group, and further, the ear group length A and the upper electrode plate group length B As a result of examining the magnitude relationship, it was found that the above phenomenon becomes remarkable when A <B. Moreover, in addition to such a thing, this inventor also discovered that the low-temperature high-rate discharge characteristic improves, although the penetration short circuit performance falls, when it is A <B. When A ≧ B, the osmotic short circuit is suppressed as compared with the case of A <B. However, in order to make A ≧ B, it is necessary to make the strap larger than in the case where A <B, and as a result, for example, the material cost becomes high, the mold needs to be updated, or It may happen that it becomes difficult to store in a battery case of a predetermined size as defined in JIS D5301.

特許文献1に記載された鉛蓄電池は、隣り合う正極板と負極板の間(以下、「極間」ともいう。)に、合成樹脂製の袋状セパレータ以外にフェルト状セパレータ(ガラスマット)を有し、また、特許文献2に記載された鉛蓄電池は、極間にセパレータ3以外にガラスマット4及び極細ガラス繊維からなるマット状体6を有する。
しかし、極板耳とストラップをCOS方式で溶接し、耳群長Aと上部極板群長BがA<Bの場合、耐浸透短絡性能が低下するという課題は認識されていない。
The lead storage battery described in Patent Document 1 has a felt-like separator (glass mat) in addition to the synthetic resin bag-like separator between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to each other (hereinafter also referred to as "inter-electrode"). Moreover, the lead storage battery described in Patent Document 2 has a mat-like body 6 made of a glass mat 4 and an ultrafine glass fiber, in addition to the separator 3, between the electrodes.
However, when the electrode plate ear and the strap are welded by the COS method and the ear group length A and the upper electrode plate group length B satisfy A <B, the problem that the permeation short circuit resistance performance is not recognized is not recognized.

特許文献3、4に記載された鉛蓄電池は、極間に樹脂製のセパレータ(第2のセパレータ又は合成樹脂隔離板)を有し、極板群の上部において、上記のセパレータと正負いずれかの極板との間に、ガラスマットを有する。しかし、COS方式については、記載されていないし、ストラップ直下の耳群長Aと、上部極板群長Bの大小関係については、何も示唆するところがない。   The lead storage batteries described in Patent Documents 3 and 4 have a resin separator (second separator or synthetic resin separator) between the electrodes, and either the separator or the positive or negative separator above the electrode plate group. A glass mat is provided between the plates. However, the COS system is not described, and nothing is suggested about the magnitude relationship between the ear group length A immediately below the strap and the upper electrode plate group length B.

本発明は、A<Bである鉛蓄電池において、耐浸透短絡性能を向上することを解決すべき課題とする。   This invention makes it the issue which should be solved to improve a penetration short circuit performance in a lead storage battery which is A <B.

本発明は、前記の課題を解決するために、以下の手段を有する。
本第一発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群と、電解液と、前記極板群を収納した電槽を備えた鉛蓄電池であって、
正極ストラップ又負極ストラップのうち少なくとも一方のストラップ直下における両端の耳の外端間の長さAが、前記少なくとも一方のストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板における上部枠骨部の外端面間の長さBより小さく、
前記セパレータと前記正極板の間又は前記セパレータと前記負極板の間の少なくとも一方に多孔層が設けられており、
前記多孔層は樹脂を主成分とするマットであることを特徴とする。
The present invention has the following means in order to solve the problems described above.
The first invention is a lead-acid battery including an electrode plate group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are stacked via a separator, an electrolytic solution, and a battery case in which the electrode plate group is housed.
The upper frame bone portion of the electrode plate located at both ends of the electrode plate connected to the at least one strap, with the length A between the outer ends of the ears at both ends of at least one of the positive and negative straps directly below the strap Less than the length B between the outer end faces of the
A porous layer is provided between at least one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate ,
The porous layer is a mat containing a resin as a main component .

本第二発明は、前記第一発明において、前記長さAと前記長さBとの差が1mm以上であることを特徴とする。
本第三発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群と、電解液と、前記極板群を収納した電槽を備えた鉛蓄電池であって、
正極ストラップ又は負極ストラップのうち少なくとも一方のストラップの直下における両端の耳の外端間の長さAが、前記少なくとも一方のストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板における上部枠骨部の積層方向外端間の長さBより小さく、
前記セパレータと前記正極板の間又は前記セパレータと前記負極板の間の少なくとも一方に多孔層が設けられており、
前記長さAと前記長さBとの差が1mm以上であることを特徴とする。
The second invention is characterized in that, in the first invention, a difference between the length A and the length B is 1 mm or more .
The third invention of the present invention is a lead storage battery including an electrode plate group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator, an electrolytic solution, and a battery case containing the electrode plate group,
The upper frame bone of the electrode plate located at both ends of the electrode plate connected to the at least one strap, with the length A between the outer ends of the ears at both ends of the positive electrode strap or the negative electrode strap directly below the at least one strap. Smaller than the length B between the lamination direction outer ends of the parts,
A porous layer is provided between at least one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate,
The difference between the length A and the length B is 1 mm or more .

本第四発明は、前記第一乃至第三発明のいずれかにおいて、前記セパレータと前記負極板の間に前記多孔層が設けられていることを特徴とし、本第五発明は、前記第一乃至第三発明のいずれかにおいて、前記セパレータと前記正極板の間及び前記セパレータと前記負極板の間の両方に前記多孔層が設けられていることを特徴とする。 The present fourth invention, in any one of the first to third invention, characterized that you have the porous layer is provided on the negative electrode plates and the separator, the fifth invention, the first to In any of the three inventions, the porous layer is provided on both of the separator and the positive electrode plate and between the separator and the negative electrode plate .

本第発明は、前記第一乃至第発明のいずれかにおいて、前記多孔層の厚みが0.1mm以上であることを特徴とし、本第発明は、前記第一乃至第発明のいずれかにおいて、前記多孔層の前記極板に当接する面積の50%を超える部分が、前記極板群の上部50%以内の領域に存在することを特徴とする。

The sixth invention is characterized in that, in any one of the first to fifth inventions , the thickness of the porous layer is 0.1 mm or more, and the seventh invention is any of the first to sixth inventions. in addition, the portion exceeding 50% of the contacting area plates of the porous layer, characterized that you present in a region within 50% above the electrode plate group.

本第発明は、前記第一乃至第発明のいずれかにおいて、前記鉛蓄電池は、極板上部における浸透短絡が抑制されたことを特徴とし、本第発明は、前記第一乃至第発明のいずれかにおいて、前記鉛蓄電池は、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池であることを特徴とする。 The eighth invention is characterized in that in the lead storage battery according to any one of the first to seventh inventions , the osmotic short circuit in the upper portion of the electrode plate is suppressed , and the ninth invention is characterized by the first to eighth inventions. In any of the inventions, the lead storage battery is a lead storage battery for an idling stop car.

本第一乃至第発明によれば、浸透短絡が抑制された鉛蓄電池を提供することができる。
本第及び第発明によれば、浸透短絡がより効果的に抑制された鉛蓄電池を提供することができる。
本第発明によれば、低温における高率放電性能を維持しつつ、浸透短絡が抑制された鉛蓄電池を提供することができる。
本第発明によれば、浸透短絡が抑制され、かつ、十分なPSOC寿命性能を備えたアイドリングストップ車用鉛蓄電池を提供することができる。
According to the first to eighth inventions, it is possible to provide a lead-acid battery in which the osmotic short circuit is suppressed.
According to the fifth and sixth inventions, it is possible to provide a lead-acid battery in which the osmotic short circuit is more effectively suppressed.
According to the seventh invention, it is possible to provide a lead-acid battery in which the osmotic short circuit is suppressed while maintaining the high rate discharge performance at low temperature.
According to the ninth aspect of the present invention, it is possible to provide a lead storage battery for an idling stop car with suppressed osmotic short circuit and sufficient PSOC life performance.

本発明、及び従来例における放電時の極間の硫酸比重勾配の概念図Conceptual diagram of sulfuric acid specific gravity gradient between poles at the time of discharge in the present invention and the prior art ストラップ直下の耳群長Aと上部極板群長Bの説明図Explanation of ear group length A and upper plate group length B just below the strap エキスパンドタイプの集電体の説明図An illustration of an expanded type current collector 鋳造タイプの集電体の説明図Illustration of cast type current collector 多孔層設置位置の説明図An illustration of the porous layer installation position 多孔層の厚み及び極板との当接比と、浸透短絡発生率との関係を示すグラフGraph showing the relationship between the thickness of the porous layer, the contact ratio with the electrode plate, and the occurrence rate of osmotic short circuit 多孔層の厚み及び極板との当接比と、低温高率放電性能の関係を示すグラフGraph showing the relationship between the thickness of the porous layer, the contact ratio with the electrode plate, and the low-temperature high-rate discharge performance

以下に、本発明の実施形態を示す。本発明の実施に際しては、当業者の常識及び先行技術の開示に従い、実施形態を適宜に変更できる。なお、以下、負極電極材料を負極活物質と呼び、正極電極材料を正極活物質と呼ぶ。また負極板は、負極集電体と負極活物質とから成り、正極板は、正極集電体と正極活物質(正極電極材料)とから成り、集電体以外の固形成分は活物質(電極材料)に属するものとする。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. In practicing the present invention, the embodiment can be appropriately modified in accordance with the common knowledge of the person skilled in the art and the disclosure of the prior art. Hereinafter, the negative electrode material is referred to as a negative electrode active material, and the positive electrode material is referred to as a positive electrode active material. The negative electrode plate comprises a negative electrode current collector and a negative electrode active material, the positive electrode plate comprises a positive electrode current collector and a positive electrode active material (positive electrode active material), and solid components other than the current collector are active material (electrode It belongs to material).

本発明に係る鉛蓄電池は、例えば、鉛を活物質とする負極板と、二酸化鉛を活物質とする正極板と、これら極板の間に介在する多孔性のセパレータとからなる極板群を備えたものであり、当該極板群が電槽内に収納され、希硫酸を主成分とする流動可能な電解液に浸漬されてなるものである。   The lead-acid battery according to the present invention includes, for example, an electrode plate group including a negative electrode plate containing lead as an active material, a positive electrode plate containing lead dioxide as an active material, and a porous separator interposed between these electrode plates. The electrode group is accommodated in the battery case, and is immersed in a flowable electrolytic solution mainly composed of dilute sulfuric acid.

前記負極板及び正極板は、Pb−Sb系合金やPb−Ca系合金、Pb−Ca−Sn系合金等からなる集電体の格子部にペースト状の活物質を充填して形成されたものである。これらの各構成部材は、目的・用途に応じて適宜公知のものから選択して用いることができる。   The negative electrode plate and the positive electrode plate are formed by filling a paste-like active material in a lattice portion of a current collector made of Pb-Sb alloy, Pb-Ca alloy, Pb-Ca-Sn alloy, etc. It is. Each of these constituent members can be appropriately selected from known ones in accordance with the purpose and application.

前記集電体は、図3に示すエキスパンドタイプの場合、活物質が充填される格子部、格子部の縁に連設された上部枠骨部、下部枠骨部、及び上部枠骨部から突出する耳を備える。図4に示す鋳造タイプである場合、さらに横枠骨部と下部枠骨部から突出する足を備える。   In the case of the expanded type shown in FIG. 3, the current collector protrudes from the lattice portion filled with the active material, the upper frame bone portion continuously connected to the edge of the lattice portion, the lower frame bone portion, and the upper frame bone portion Have an ear to In the case of the casting type shown in FIG. 4, the frame further includes a foot projecting from the lateral frame bone and the lower frame bone.

本発明におけるセパレータは、正極板と負極板とを隔離するものであり、液式鉛蓄電池のセパレータとして一般的に用いられているものを用いることができる。本発明においては、セパレータとして、たとえば、微細孔を有するポリオレフィンを主成分とするシート、樹脂やガラスの繊維を主成分とするマットを用いることができ、とくに、取扱い性やコストの面で、微細孔を有するポリエチレンを主成分とするシートを用いることが好ましい。微細孔を有するポリオレフィンを主成分とするシートは、樹脂やガラスの繊維を主成分とするマットと比べて、微細孔内部において鉛金属が析出する傾向があるので、本発明に用いる意義が大きい。セパレータの形状は、袋状であってもよいし、平板状であってもよい。袋状セパレータの場合、この袋内に正極板、負極板のいずれを収納してもよい。   The separator in the present invention separates the positive electrode plate and the negative electrode plate, and a separator generally used as a liquid lead-acid battery separator can be used. In the present invention, as the separator, for example, a sheet mainly composed of polyolefin having fine pores, or a mat mainly composed of fibers of resin or glass can be used, and in particular, it is fine in terms of handleability and cost. It is preferable to use a sheet having polyethylene as a main component having holes. A sheet mainly composed of a polyolefin having micropores tends to precipitate lead metal inside the micropores, as compared with a mat mainly composed of fibers of resin or glass, and therefore, it is significant in the present invention. The shape of the separator may be bag-like or flat. In the case of a bag-like separator, either the positive electrode plate or the negative electrode plate may be accommodated in the bag.

本発明において、正極板と前記負極板とは、セパレータを介して積層されており、正極板とセパレータの間、又はセパレータと負極板との間の少なくとも一方に多孔層を備えている。多孔層は、上部付近の極板の表面とセパレータの表面とを隔離する機能を有するものであればどのようなものでも良い。耐酸化性の観点から、本発明で用いられるセパレータと同様の材質のものを用いることが好ましい。本発明の多孔層は、多孔質であることが好ましく、多孔質とすることによって、孔が無いものと比べて、その内部における電解液の流動性を高めることができる。本発明の多孔層としては、具体的には、多孔質の合成樹脂膜又はガラス製のマットを用いることができる。ガラス製のマットは、電解液を保持し、拡散を適度に妨げる機能を有するから、充電時の硫酸の沈降による成層化を小さくできると考えられる。   In the present invention, the positive electrode plate and the negative electrode plate are laminated via a separator, and a porous layer is provided at least between the positive electrode plate and the separator or between the separator and the negative electrode plate. The porous layer may be anything as long as it has a function of separating the surface of the electrode plate near the top and the surface of the separator. From the viewpoint of oxidation resistance, it is preferable to use the same material as the separator used in the present invention. The porous layer of the present invention is preferably porous, and by making it porous, the flowability of the electrolyte solution in the interior can be improved as compared with the one without pores. As the porous layer of the present invention, specifically, a porous synthetic resin film or a mat made of glass can be used. Since the glass mat has a function of holding the electrolyte and appropriately preventing the diffusion, it is considered that the stratification due to the precipitation of sulfuric acid at the time of charge can be reduced.

本発明の鉛蓄電池は、正極ストラップ又は負極ストラップのうち少なくとも一方のストラップ直下の耳群長Aが、前記少なくとも一方のストラップに接続された極板の上部極板群長Bより小さい。この長さAは、図2に示すように、ストラップの下面に接する両端の耳の外端間の長さである。そして、長さBは、図2に示すように、ストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板の集電体の上部枠骨部の積層方向外端間の長さである。なお、長さA及び長さBは、極板群が電槽に収納され、かつ、化成された後であり、かつ、満充電の状態において測定された寸法とする。この寸法の測定は、極板群の積層方向の寸法を電槽収納時の寸法とほぼ同じにしさえすれば、極板群を電槽から出した状態で行うことができる。
本発明においては、A<Bとすることによってストラップを小形化することが可能となる。その結果、たとえば、材料コストを低減し、極板群のサイズが変わっても鋳型を変更することを不要とし、あるいは、より多くの活物質を充填することにより積層方向に長くなった極板群をJISD5301に規定されているような所定寸法の電槽内に収納することが可能になる、といった効果がある。また、本発明においては、長さAと長さBとの差は、1mm以上とすることができ、本発明の効果が顕著であることから3mm以上とすることが好ましい。
In the lead-acid battery of the present invention, the ear group length A immediately below at least one of the positive electrode strap and the negative electrode strap is smaller than the upper electrode plate group length B of the electrode plate connected to the at least one strap. This length A is a length between the outer ends of the ears at both ends in contact with the lower surface of the strap, as shown in FIG. The length B is, as shown in FIG. 2, the length between the lamination direction outer ends of the upper frame bone portions of the current collectors of the electrode plates located at both ends of the electrode plates connected to the strap. The length A and the length B are dimensions measured after the electrode plate group is stored in the battery case and formed, and in the fully charged state. The measurement of this dimension can be performed in a state in which the electrode plate group is taken out of the battery case, as long as the dimension in the stacking direction of the electrode plate group is substantially the same as the dimension when stored in the battery case.
In the present invention, by setting A <B, the strap can be miniaturized. As a result, for example, the material cost is reduced, and it is not necessary to change the mold even if the size of the electrode plate group changes, or the electrode plate group elongated in the stacking direction by being filled with more active material There is an effect that it becomes possible to store in a battery case of a predetermined size as defined in JIS D5301. In the present invention, the difference between the length A and the length B can be 1 mm or more, and preferably 3 mm or more because the effect of the present invention is remarkable.

本発明の多孔層は、セパレータと電極板との間に介在することによって、浸透短絡が発生することを抑制する効果がある。この効果は、電極表面とセパレータとが接触したり、電極板表面及びその近傍にあると推定される低比重領域にセパレータが接触したりすることを防止することに起因するものと考えられる。上記の効果は、長さAと長さBとの関係がA<Bとなっている場合に顕著に認められる。なぜなら、この場合においては、A≧Bの場合と比べて、極板上の浸透短絡が発生する頻度が高いからであり、すなわち、多孔層による浸透短絡抑制効果が明確に認められるからである。A≧Bの場合は、そもそもそのような浸透短絡がほとんど起こらないか低い頻度であり、極板群の上部の中でもとくに上端に近い付近で発生しているという現象はこれまで知られていないので、そのような認識のない製造者や使用者が、他の箇所での浸透短絡や故障要因と区別できる程度に、当該現象を認知することはないと考えられる。
本発明においては、多孔層を備え、かつ、A<Bとなっていることによって、極板上部における浸透短絡を抑制するとともに、ストラップを小形化できるという効果を同時に得ることができる。A<Bとすることによって極板上部のうちの上部枠骨周辺部という限られた箇所において浸透短絡が集中的に発生することは発明者が初めて見出した現象であるので、多孔層を用いることでそのような問題が改善できるという効果は発明者が初めて認識したものといえる。
The porous layer of the present invention has the effect of suppressing the occurrence of the permeation short circuit by being interposed between the separator and the electrode plate. This effect is considered to be caused by preventing the contact of the electrode surface with the separator, and the contact of the separator with the low specific gravity region assumed to be on the surface of the electrode plate and in the vicinity thereof. The above effect is remarkably recognized when the relationship between the length A and the length B is A <B. This is because, in this case, the frequency of occurrence of the osmotic short circuit on the electrode plate is higher than that in the case of A ≧ B, that is, the effect of suppressing the osmotic short circuit by the porous layer is clearly recognized. In the case of A 浸透 B, such an osmotic short circuit does not occur at all or infrequently, and the phenomenon that occurs in the upper part of the electrode group especially near the upper end has not been known so far. It is considered that the manufacturer or the user without such recognition does not recognize the phenomenon to such an extent that it can be distinguished from the osmotic short circuit and failure cause in other places.
In the present invention, by providing the porous layer and satisfying A <B, it is possible to simultaneously suppress the permeation short at the top of the electrode plate and to obtain the effect that the strap can be miniaturized. By setting A <B, it is a phenomenon which the inventor found for the first time that concentrated short circuit occurs intensively in a limited part of the upper frame bone peripheral part of the upper part of the electrode plate, so use a porous layer The effect that such a problem can be improved can be said to have been recognized by the inventor for the first time.

本発明は、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池に適用することが好ましい。なぜなら、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池は、PSOC条件下で使用されるので他の用途の電池と比べて浸透短絡が生じる確率が高く、その結果として、本発明を適用する意義が大きいからである。
また、本発明をアイドリングストップ車用の鉛蓄電池に適用することで初めて得られる効果もある。アイドリングストップ車用の鉛蓄電池は、非アイドリングストップ車用途のものと比べて、高い充電受入れ性能を達成するため多くの活物質が必要であり、その結果として、極板群の積層方向の寸法(たとえば長さB)は大きくなりがちである。このような極板群を用いた電池を製造する場合、A=BあるいはA>Bとしたときは、ストラップが大形化することとなるので、電槽に収納するのが困難となることがある。とくに、JISD5301に規定されている型式の電池は、電槽サイズに上限が設定されているため、ストラップが長すぎると実質的に電池を製造できなくなることもある。これに対して、A<Bとしたときは、ストラップを大形化する必要がないので、極板群の積層方向の寸法を大きくした場合でも、電槽に収納するのが困難という問題は解決可能となる。したがって、本発明においては、多孔層を備え、かつ、A<Bとの構成とし、さらにアイドリングストップ車用の鉛蓄電池として用いることによって、極板上部における浸透短絡を抑制する効果と、ストラップを小形化できる効果と、アイドリングストップ車用途に適した電極群を制限された電槽内の空間に収納できる設計が可能となる効果とを同時に得ることができる。すなわち、本発明を採用して初めて、極板上部における浸透短絡が抑制され、アイドリングストップ車用鉛蓄電池として十分な活物質量を備えた鉛蓄電池が製造可能となるのである。
The present invention is preferably applied to a lead storage battery for an idling stop vehicle. Because lead storage batteries for idling stop vehicles are used under PSOC conditions, there is a high probability that an osmotic short circuit will occur compared to batteries for other uses, and as a result, the significance of applying the present invention is great. .
In addition, there is also an effect obtained for the first time by applying the present invention to a lead storage battery for an idling stop car. Lead-acid batteries for idling stop cars require more active material to achieve higher charge acceptance performance than those for non-idling stop car applications, and as a result, the dimension in the stacking direction of the electrode plate group ( For example, length B) tends to be large. In the case of producing a battery using such an electrode plate group, when A = B or A> B, the strap becomes large in size, which makes it difficult to be stored in the battery case is there. In particular, since the upper limit of the battery size of the battery of the type specified in JIS D5301 is set, if the strap is too long, the battery may not be manufactured substantially. On the other hand, when A <B, there is no need to increase the size of the strap, so even if the dimension in the stacking direction of the electrode plate group is increased, the problem of difficulty in storing in the battery case is solved It becomes possible. Therefore, in the present invention, the porous layer is provided, A <B, and by using as a lead storage battery for an idling stop car, the effect of suppressing the osmotic short circuit in the upper part of the electrode plate and the strap are small. At the same time, it is possible to simultaneously obtain an effect that can be realized and an effect that enables a design in which an electrode group suitable for an idling stop car application can be accommodated in a limited space in a battery case. That is, only by adopting the present invention, the penetration short circuit in the upper part of the electrode plate is suppressed, and it becomes possible to manufacture a lead-acid battery having an active material mass sufficient as a lead-acid battery for an idling stop car.

本発明において多孔層としてガラス製マットを用いる場合、そのガラス繊維の平均繊維径は、1.2μm以上25μm以下とすることが好ましい。1.2μm以上とすることにより、高率放電性能と充電受入性が低下する傾向を抑制することができ、25μm以下とすることにより、寿命性能を大きく向上させることができる。   When a glass mat is used as the porous layer in the present invention, the average fiber diameter of the glass fiber is preferably 1.2 μm or more and 25 μm or less. By setting the thickness to 1.2 μm or more, it is possible to suppress the tendency of the high rate discharge performance and the charge acceptance to decrease, and by setting the size to 25 μm or less, the life performance can be greatly improved.

本発明において極板群を構成する複数の極板は、同極の極板の耳がCOS方式による溶接により接続されて一体とすることができる。複数の極板の耳を溶接一体化してなる部分がストラップであり、ストラップには、電槽内に複数のセル室が存在する場合、隣り合う電池セル間を接続するセル間接続部と、電池の端子と接続される極柱とがそれぞれ連設されている。電槽が単セル構造である場合は、ストラップに極柱が連接されている。   In the present invention, in the plurality of electrode plates constituting the electrode plate group, the ears of the electrode plates of the same polarity can be connected by welding according to the COS system to be integrated. A portion formed by welding and integrating the ears of a plurality of electrode plates is a strap, and in the strap, when there are a plurality of cell chambers in the battery case, an inter-cell connection portion for connecting adjacent battery cells, and a battery The pole terminals connected to the terminals of the are connected in series. When the battery case has a single cell structure, a pole post is connected to the strap.

ストラップ、セル間接続部、及び極柱は、例えば、Pb−Sn系合金や、Pb−Sb系合金などを用いて形成される。   The strap, the inter-cell connection portion, and the pole column are formed using, for example, a Pb--Sn alloy, a Pb--Sb alloy, or the like.

本発明においては、COS方式によるストラップ形成により、ストラップ直下の耳群長Aが、上部極板群長Bより小さく、セパレータと正極板の間、又はセパレータと負極板の間の少なくとも一方に多孔層が設けられている。耳群長Aは、図2に示すとおり、ストラップに接続された耳のうち両端に位置する耳における外側の端面間の長さである。上部極板群長Bは、図2に示すとおり、ストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板の上部枠骨部の積層方向外端間の長さである。   In the present invention, the ear group length A immediately below the strap is smaller than the upper electrode plate group length B by forming the strap by the COS system, and a porous layer is provided at least one of between the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate There is. Ear group length A is the length between the outer end faces of the ears located at both ends of the ears connected to the strap, as shown in FIG. The upper electrode plate group length B is a length between the lamination direction outer ends of upper frame bone portions of the electrode plates located at both ends of the electrode plates connected to the straps, as shown in FIG.

本発明が耐浸透短絡性能を向上させる作用・機序は、以下のように推察される。
PSOCで使用される鉛蓄電池においては、過放電状態になりやすく、極板の表面付近で放電反応により硫酸が消費され、電解液の低比重領域となっている。COS方式を採用した鉛蓄電池のストラップ直下の耳群長Aと上部極板群長BがA<Bであると、図1左図に示すように、極板上部において極間が狭くなりがちであるから、セパレータを低比重領域から離すことができない。低比重の電解液中では鉛イオンの量が増え、この鉛イオンが充電時に負極で還元・析出してデンドライトが成長し、セパレータ内に鉛が浸透する浸透短絡が加速する。本発明では、多孔層を設けることにより、図1右図に示すように、セパレータを極板表面付近の低比重領域から離すことができるから、セパレータ表面及び内部の鉛イオン濃度が上がりにくく、浸透短絡の発生を抑制することができると推察される。
The action and mechanism by which the present invention improves the permeation short circuit performance is presumed as follows.
In a lead storage battery used in PSOC, it is likely to be in an overdischarged state, and sulfuric acid is consumed near the surface of the electrode plate by a discharge reaction, resulting in a low specific gravity region of the electrolytic solution. If the ear group length A and the upper electrode plate group length B immediately below the strap of the lead storage battery adopting the COS system are A <B, as shown in the left diagram of FIG. Because of this, the separator can not be separated from the low specific gravity area. In an electrolyte of low specific gravity, the amount of lead ions increases, and the lead ions are reduced and precipitated at the negative electrode during charging to grow dendrites and accelerate the permeation short circuit in which lead penetrates into the separator. In the present invention, by providing the porous layer, as shown in the right figure in FIG. 1, the separator can be separated from the low specific gravity region near the electrode plate surface, so the lead ion concentration on the separator surface and inside is difficult to increase. It is presumed that the occurrence of a short circuit can be suppressed.

本発明において多孔層は、正極板とセパレータの間、及びセパレータと負極板との間の設けられていることが好ましい。セパレータの両側に設けることで、片側に設ける場合と比べて、耐浸透短絡性を向上することができる。これは、セパレータの位置を極間の中心付近に維持し、セパレータと正・負極板の反応面との間に距離が保たれるため、セパレータ内でのデンドライトの成長をより抑制し、耐浸透短絡性をより向上することができると推察される。   In the present invention, the porous layer is preferably provided between the positive electrode plate and the separator and between the separator and the negative electrode plate. By providing on both sides of the separator, the permeation short circuit resistance can be improved as compared to the case of providing on one side. This maintains the position of the separator near the center of the electrode and maintains the distance between the separator and the reaction surface of the positive and negative electrodes, thereby further suppressing the growth of dendrite in the separator and preventing permeation. It is presumed that the short circuitability can be further improved.

本発明において多孔層の厚みは、後述する実施例に示すように、浸透短絡を抑制する作用が確実に発揮されることから、0.05mm以上であることが好ましく、浸透短絡を抑制する効果が優れたものとなることから、0.1mm以上であることが好ましい。多孔層が薄すぎないことで、セパレータを低比重領域から適度の距離で離すことができたと推察される。また、極間に収めるためには、厚さが0.3mm以下であることが好ましい。厚さは、電池工業会規格SBA S 0406 に準じ、19.6KPaの圧力を加えた状態で測定する。   In the present invention, the thickness of the porous layer is preferably 0.05 mm or more because the effect of suppressing the osmotic short circuit is surely exhibited as shown in the examples described later, and the effect of suppressing the osmotic short circuit is It is preferable that it is 0.1 mm or more from which it becomes excellent. It is inferred that the separator can be separated from the low specific gravity area at an appropriate distance because the porous layer is not too thin. Moreover, in order to fit between electrodes, it is preferable that thickness is 0.3 mm or less. The thickness is measured in a state of applying a pressure of 19.6 KPa according to the battery industry standard SBA S 0406.

本発明において多孔層は、多孔層の前記極板に当接する面積の50%を超える部分が、前記極板群の上部50%以内の領域に存在することが好ましい。極板群の上部は、極板の格子部の高さを基準とする。したがって、多孔層の上記部分が、格子部の上部50%以内に対応する領域に存在することが好ましい。
なお、多孔層は、極板群の上部に限らず、どの領域に存在しても、耐浸透短絡性能に関して一定の効果を奏する。しかし、多孔層が上部に存在する方が、より効果があり、好ましい。これは、多孔層を極板群の上部に配置することによって、下部に配置した場合と比べて確実に、セパレータは電極板表面近傍の電解液の低比重領域から離すことができるからであり、また、成層化により、上部では下部よりも低比重領域となり、浸透短絡の発生がより起こりやすいためと考えられる。また、正極板の上部に多孔層を配置すると、極板上部のイオン伝導抵抗が増し、充放電が極板の上下を問わず均一に生じる状態へ近づき、これによって、正極板上部での活物質の軟化・脱落を抑制でき、また、電解液の成層化も抑制できると推察される。
In the present invention, in the porous layer, preferably, a portion exceeding 50% of the area of the porous layer in contact with the electrode plate is present in the region within the upper 50% of the electrode plate group. The upper part of the plate group is based on the height of the grid part of the plate. Therefore, it is preferable that the portion of the porous layer is present in the region corresponding to the upper 50% of the lattice portion.
The porous layer is not limited to the upper portion of the electrode plate group, and it has a certain effect on the permeation short circuit performance regardless of the region where it is present. However, it is more effective and preferable to have the porous layer at the top. This is because by disposing the porous layer in the upper part of the electrode plate group, the separator can be separated from the low specific gravity area of the electrolyte near the surface of the electrode plate more reliably than in the case of being disposed in the lower part. Moreover, it is considered that due to the stratification, the upper specific gravity region is lower than the lower specific gravity region and the occurrence of the osmotic short circuit is more likely to occur. In addition, when the porous layer is disposed on the upper part of the positive electrode plate, the ion conduction resistance at the upper part of the electrode plate is increased, and charging and discharging approaches uniformly occurring regardless of the upper and lower sides of the electrode plate. It is surmised that the softening and falling off of the electrolyte can be suppressed, and the stratification of the electrolytic solution can also be suppressed.

前記多孔層は、前記多孔層の前記極板に当接する面積の50%を超える部分が、前記極板群の上部40%以内の領域に存在することが好ましい。すなわち、多孔層の上記部分が、極板の格子部の上部40%以内に対応する領域に存在することが好ましい。具体的には、図5の右図に示すように、格子部の高さLに対する上部40%以内の領域全面に存在してもよいし、左図に示すように40%以内の領域の一部に存在してもよい。また、点線で示すように、多孔層の上記部分が上部40%以内の領域に存在すれば、上部40%以内の領域を超えて存在してもよいし、分散して設けてもよい。多孔層の上記部分が上部50%以内の領域に存在する場合も同様である。
極間に多孔層が存在する割合が低いと、極板表面の低比重領域からセパレータを離す効果が小さいから、浸透短絡を抑制する効果は減少すると考えられる。しかし、極間に多孔層が存在する割合が低い方が、極間の反応抵抗増が少ないから、初期性能の低下を小さくし、低温高率放電性能や充電受入性の低下を小さくすることができると推察される。
The porous layer preferably has a portion exceeding 50% of the area of the porous layer in contact with the electrode plate, in a region within the upper 40% of the electrode plate group. That is, it is preferable that the portion of the porous layer is present in the region corresponding to within the upper 40% of the grid portion of the electrode plate. Specifically, as shown in the right figure of FIG. 5, it may exist on the entire surface within the upper 40% of the height L of the lattice portion, or as shown in the left figure, it may be one of the areas within 40%. It may exist in the department. Further, as shown by the dotted line, if the above-mentioned portion of the porous layer is present in the region within the upper 40%, it may be present beyond the region within the upper 40% or may be provided in a dispersed manner. The same is true when the above portion of the porous layer is present in the region within the upper 50%.
If the ratio of existence of the porous layer between the electrodes is low, the effect of suppressing the osmotic short circuit is considered to be reduced because the effect of separating the separator from the low specific gravity region of the electrode plate surface is small. However, the lower the ratio of the porous layer between the electrodes, the smaller the increase in reaction resistance between the electrodes, so the decrease in initial performance is reduced, and the decrease in low-temperature high-rate discharge performance and chargeability is reduced. It is guessed that it can be done.

以下、本発明の実施例及び比較例を示す。
<実施例:A2〜A33電池>
(正極活物質)
ボールミル法による鉛酸化物、補強材の合成樹脂繊維、水及び硫酸を混合することによって正極ペーストを調製した。このペーストをアンチモンフリーのPb−Ca−Sn系合金から成るエキスパンドタイプの格子状の正極集電体に充填し、熟成、乾燥を施して、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.6mmの未化成の正極板を作製した。
Hereinafter, Examples and Comparative Examples of the present invention will be shown.
<Example: A2-A33 battery>
(Positive electrode active material)
The positive electrode paste was prepared by mixing lead oxide by a ball mill method, synthetic resin fiber of reinforcing material, water and sulfuric acid. This paste is filled in an expanded type grid-like positive electrode current collector made of an antimony-free Pb-Ca-Sn alloy, aged and dried to obtain a 100 mm wide, 110 mm high, 1.6 mm thick non-woven material. A positive electrode plate of formation was produced.

(負極活物質)
ボールミル法による鉛酸化物、鱗片状グラファイト、硫酸バリウム、リグニン、及び補強材の合成樹脂繊維、水及び硫酸を混合することによって負極ペーストを調製した。このペーストをアンチモンフリーのPb−Ca−Sn系合金から成るエキスパンドタイプの負極格子に充填し、熟成、乾燥を施して、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.3mmの未化成の負極板を作製した。また、鱗片状グラファイト、硫酸バリウム、リグニン及び合成樹脂繊維の混合量は、化成後でかつ満充電の状態で測定した時に、それぞれ、2mass%、0.6mass%、0.2mass%及び0.1mass%になるように調節した。
(Anode active material)
A negative electrode paste was prepared by mixing lead oxide, flaky graphite, barium sulfate, lignin, and synthetic resin fibers of a reinforcing material by a ball mill method, water and sulfuric acid. This paste is filled in an expanded type negative electrode grid made of an antimony-free Pb-Ca-Sn alloy, aged and dried to give an unformed negative electrode plate 100 mm wide, 110 mm high and 1.3 mm thick. Made. In addition, the mixing amounts of scale-like graphite, barium sulfate, lignin and synthetic resin fibers are 2 mass%, 0.6 mass%, 0.2 mass% and 0.1 mass%, respectively, when measured after formation and in a fully charged state. Adjusted to%.

(セパレータ)
ベース厚さが0.2mm、リブ高さが0.3mmのポリエチレンシートを基材とする合成樹脂製の袋状セパレータを用意し、この袋内に負極板を収納し、リブに正極板を対向させた。
(Separator)
A bag-shaped separator made of synthetic resin is prepared, which is based on a polyethylene sheet with a base thickness of 0.2 mm and a rib height of 0.3 mm, and the negative electrode plate is housed in this bag, and the positive electrode plate is opposed to the rib I did.

(電池構成)
前記正極板6枚と前記袋状セパレータに収納された前記負極板7枚とを負極板が外側になるように交互に積層した。表2に示すように、前記セパレータと前記正極板の間又は前記セパレータと前記負極板の間の一方又は両方に、同表に示す多孔層厚さのガラスマットを、同表の多孔層当接位置にて設置した。なお、ガラスマットは、格子部の全面積に対する当接面積比と、格子部の高さLに対する当接長さの比とが同じになる態様で設置した(図5右図参照。たとえば、格子上部からの面積比が40%という状態は、図5右図のように、極板の上部枠骨部の上端から下方向に40%の距離(下部枠骨部の下端までの距離を100%とする。)までの範囲にある極板の表面を全て覆うように設置した状態を意味する。)。
前記正極板同士の耳、及び前記負極板同士の耳をそれぞれCOS方式により正極ストラップ、負極ストラップで溶接してA<Bとなるように作製した極板群を、ポリプロピレン製の電槽に収納し、硫酸を加え、電槽化成を施して、化成後の電解液比重が1.285、5hR容量が30Ahの液式鉛蓄電池であるA2〜A33を作製した。なお、電槽内では6個の極板群が直列に接続されている。また、寸法を確認するための電池を別途作成し、電槽化成のあと、さらに満充電したあと、蓋を取り外して正極側及び負極側の耳群長A及び上部極板群長Bをそれぞれ測定した。正極側も負極側もA<Bとなっているものについては以下の表では「A<B」と表記した。正極側も負極側もA=Bになっているものについては以下の表では「A=B」と表記した。正極側も負極側もA>Bとなっているものについては以下の表では「A>B」と表記した。
(Battery configuration)
The six positive electrode plates and the seven negative electrode plates accommodated in the bag-like separator were alternately stacked so that the negative electrode plates were on the outside. As shown in Table 2, in one or both of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate, a glass mat having a porous layer thickness shown in the table is installed at the porous layer abutting position in the table. did. The glass mat was installed in such a manner that the ratio of the contact area to the total area of the grid and the ratio of the contact length to the height L of the grid are the same (see the right figure in FIG. 5. For example, the grid). When the area ratio from the top is 40%, the distance from the upper end of the upper frame to the lower 40% (the distance from the lower end of the lower frame to 100%) It means that it is installed so as to cover all the surface of the electrode plate in the range up to
An electrode plate group manufactured so that A <B is produced by welding the ears of the positive plates and the ears of the negative plates with the positive electrode strap and the negative electrode strap respectively according to the COS system is housed in a polypropylene battery case Sulfuric acid was added and battery case formation was performed to prepare liquid electrolyte lead-acid batteries A2 to A33, which are liquid lead-acid batteries having an electrolytic solution specific gravity of 1.285 and a 5 hR capacity of 30 Ah after the formation. In the battery case, six electrode plate groups are connected in series. In addition, a battery for checking the dimensions is separately prepared, and after battery formation, the battery is fully charged, and then the lid is removed to measure the ear group length A and the upper electrode plate group length B on the positive electrode side and the negative electrode side. did. About the thing from which the positive electrode side and the negative electrode side are set to A <B, it described with "A <B" in the following table | surfaces. About the thing from which the positive electrode side and the negative electrode side are set to A = B, it described with "A = B" in the following table | surfaces. About the thing from which the positive electrode side and the negative electrode side are set to A> B, it described with "A>B" in the following table | surfaces.

(低温高率放電性能試験)
満充電が完了した上記の液式鉛蓄電池を16時間以上−15℃±1℃の冷却室に置いた後、150Aの放電電流で端子電圧が6Vに低下するまでの放電時間を記録した(JIS D5301の高率放電特性試験に準拠)。
(Low temperature high rate discharge performance test)
After placing the above-mentioned liquid lead storage battery fully charged fully in the cooling chamber at -15 ° C ± 1 ° C for 16 hours or more, the discharge time until the terminal voltage dropped to 6 V was recorded at a discharge current of 150 A (JIS According to D5301's high rate discharge characteristics test).

(浸透短絡試験)
低温高率放電性能試験を行ったものとは別に新たに液式鉛蓄電池を作製し、25℃の恒温水槽中で、表1に示す工程1〜5を実行した後に電池を解体して短絡の有無を調べた。各実施例及び比較例について、それぞれ20個の鉛蓄電池を試験し、浸透短絡の発生率を評価した。
(Penetration short circuit test)
A liquid lead-acid battery is newly prepared separately from one which has been subjected to the low-temperature high-rate discharge performance test, and after performing steps 1 to 5 shown in Table 1 in a thermostatic water bath at 25 ° C. I checked the existence. Twenty lead-acid batteries were tested for each example and comparative example to evaluate the incidence of osmotic short circuit.

<比較例1>
ガラスマットを設置しない以外は、実施例と同様にして比較例1に係るA1電池を作製した。
Comparative Example 1
An A1 battery according to Comparative Example 1 was produced in the same manner as in the example except that the glass mat was not installed.

<比較例2,3>
極板の厚さを薄くし、A>B、又はA=Bとなるように極板群を作製した以外は、比較例1と同様にしてX電池、Y電池を作製した。
<Comparative Examples 2 and 3>
An X battery and a Y battery were produced in the same manner as in Comparative Example 1 except that the thickness of the electrode plate was reduced and the electrode plate group was produced such that A> B or A = B.

A1〜A33、及びX、Y電池の特性を表2に示す。
表2の「低温HR性能」は、上記の低温高率放電性能試験において、A1電池の放電時間を100%とした比を示す。「浸透短絡 発生率」は5%刻みの値を示す。
The characteristics of A1 to A33, and X and Y batteries are shown in Table 2.
“Low-temperature HR performance” in Table 2 indicates a ratio in which the discharge time of the A1 battery is 100% in the above-described low-temperature high-rate discharge performance test. “Permeation short circuit incidence rate” shows the value in 5% increments.

表2に示す結果から、セパレータと正極板の間又はセパレータと負極板の間の少なくとも一方に多孔層を設けたA2〜A33の電池は、多孔層を設けないA1電池と比べて浸透短絡の抑制に効果があることがわかる。なお、A32及びA33においても効果が得られたことは、下部にのみ多孔層を配置しても、上部におけるセパレータと極板との間隔を広げる作用があることを意味している。この理由は、ストラップと耳部との接点が支点として作用する状況下において、極板下部におけるセパレータと極板間との間隔が広がったことにともなって上部の間隔も広がったものと考えられる。そのため、多孔層は必ずしも上端付近に配置する必要が無く、どのような位置に配置されたとしても本発明の効果が得られると言える。
また、表2に示す結果から、セパレータと正極板の間又はセパレータと負極板の間の一方だけに多孔層を設けたA2〜A9の電池も、多孔層を設けないA1電池と比べて浸透短絡の抑制に効果があることがわかる。
また、表2に示す結果から、多孔層当接位置と多孔層厚さとが同じ条件のもの同士で比較した場合、A2〜A9の電池よりもセパレータと正極板間、セパレータと負極板間の両方に多孔層を設けたA10〜A31の電池の方が、より浸透短絡の抑制に効果があることがわかる。このことは、多孔層を両面に配置することによって、本発明の効果が顕著になることを意味するものである。
また、多孔層を上部から30%の範囲に設けたA18〜A21の電池は、下部から30%の範囲に多孔層を設けたA32、A33と比べて浸透短絡が抑制されていることがわかる。
From the results shown in Table 2, A2 to A33 batteries in which the porous layer is provided on at least one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate are effective in suppressing permeation short circuit as compared with the A1 battery in which the porous layer is not provided. I understand that. The effect obtained in A32 and A33 means that even when the porous layer is disposed only in the lower part, it has an effect of widening the distance between the separator and the electrode plate in the upper part. It is considered that the reason for this is that the distance between the separator and the electrode plate in the lower portion of the electrode plate is increased and the distance in the upper portion is also expanded under the situation where the contact between the strap and the ear acts as a fulcrum. Therefore, the porous layer does not have to be disposed near the upper end, and it can be said that the effects of the present invention can be obtained regardless of the position.
Further, from the results shown in Table 2, A2 to A9 batteries in which the porous layer is provided only on one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate are also effective in suppressing permeation shorting compared to the A1 battery in which the porous layer is not provided. I understand that there is.
Further, from the results shown in Table 2, when the porous layer contact position and the porous layer thickness are compared under the same conditions, both between the separator and the positive electrode plate, and between the separator and the negative electrode plate than the battery of A2 to A9. It can be seen that the batteries of A10 to A31 provided with the porous layer on are more effective in suppressing the permeation short circuit. This means that the effects of the present invention become remarkable by arranging the porous layers on both sides.
Further, it can be seen that in the batteries of A18 to A21 in which the porous layer is provided in the range of 30% from the upper part, the osmotic short circuit is suppressed as compared with A32 and A33 in which the porous layer is provided in the range of 30% from the lower part.

また、A2〜A31の電池をみると、極板上部からの多孔層の当接面積比が大きい電池の方が、浸透短絡の抑制により効果があるが、前記当接面積比が大きすぎない方が低温高率放電性能の維持に好ましいことがわかった。   Also, looking at the batteries A2 to A31, a battery with a large contact area ratio of the porous layer from the upper part of the electrode plate is effective in the suppression of permeation short circuit, but the contact area ratio is not too large Was found to be preferable for maintaining low temperature high rate discharge performance.

図6、図7は、セパレータと正極板間、及びセパレータと負極板間の両方に多孔層を設けた本発明の電池において、多孔層の厚み、及び当接面積比を変化させた場合の浸透短絡発生率、及び低温高率放電性能(A1電池に対する低温HR性能比)の変化を、多孔層を設けないA1電池の場合とともに示している。
図6からは、多孔層の厚みが0.1mm以上、極板上部からの当接面積比が20%以上の場合、浸透短絡発生率が30%以下と優れており、それ以上当接面積を増やしても、浸透短絡発生率の低減に大きな影響を与えないことがわかる。
一方、図7からは、極板上部からの当接面積比が40%以下であると、多孔層を設けないA1電池に対して90%以上の低温HR性能比を保持できることがわかる。したがって、多孔層は、厚みが0.1mm以上であることが好ましく、極板群の上部40%以内において設けられていることが好ましい。
6 and 7 show permeation when the thickness of the porous layer and the contact area ratio are changed in the battery of the present invention in which the porous layer is provided in both of the separator and the positive electrode plate and between the separator and the negative electrode plate. The changes in the short circuit incidence rate and the low temperature high rate discharge performance (low temperature HR performance ratio to the A1 cell) are shown together with the case of the A1 cell without the porous layer.
From FIG. 6, when the thickness of the porous layer is 0.1 mm or more and the contact area ratio from the top of the electrode plate is 20% or more, the occurrence rate of permeation short circuit is excellent as 30% or less, and the contact area It can be seen that increasing it does not significantly affect the reduction in the incidence of osmotic short circuit.
On the other hand, it can be seen from FIG. 7 that a low temperature HR performance ratio of 90% or more can be maintained for the A1 battery in which the porous layer is not provided when the contact area ratio from the top of the electrode plate is 40% or less. Accordingly, the porous layer preferably has a thickness of 0.1 mm or more, and is preferably provided within the upper 40% of the electrode plate group.

また、本発明の電池をアイドリングストップ車用の始動用鉛蓄電池として用いたときの効果を検証するため、本発明の実施例であるA23電池と多孔層を有しない点を除いてA23電池とほぼ同じ構成のA1電池とについて寿命試験を行いその結果を比較した。寿命試験は、各電池を40℃の恒温槽に入れて、以下の表3に記載された工程1〜10の内容を繰り返すことによっておこなった。各工程の条件は表3の試験条件欄のとおりである。寿命の評価は、端子電圧が10.5Vに到達した時のサイクル数を比較することによっておこなった。ここでのサイクル数は、工程1から工程5までを1回行うことを1サイクルとして数えることとした。なお、表3の充放電試験条件は、アイドリングストップ車に搭載された鉛蓄電池の代表的な充放電パターンであり、この試験を行うことによって、アイドリングストップ車用の鉛蓄電池としての寿命性能(いわゆるPSOC条件下での寿命性能)を評価することができる。この寿命試験の結果、A23電池の端子電圧が7.2Vに到達した時のサイクル数は、A1電池のそれと比べて約10%多い値であった。この結果から、多孔層を備え、かつ、A<Bとの構成とした鉛蓄電池をアイドリングストップ車用の鉛蓄電池として用いた場合、極板上部における浸透短絡を抑制する効果と、ストラップを小形化できる効果と、アイドリングストップ車用に求められる長寿命化の効果とを同時に得ることができるといえる。   In addition, in order to verify the effect when the battery of the present invention is used as a lead-acid battery for start-up for idling stop vehicles, it is substantially the same as the A23 battery except for the A23 battery which is an embodiment of the present invention. A life test was performed on the A1 battery of the same configuration, and the results were compared. The life test was performed by placing each battery in a 40 ° C. constant temperature bath and repeating the contents of steps 1 to 10 listed in Table 3 below. The conditions of each process are as the test condition column of Table 3. The life was evaluated by comparing the number of cycles when the terminal voltage reached 10.5 V. Here, the number of cycles is counted as one cycle of performing steps 1 to 5 once. The charge / discharge test conditions in Table 3 are representative charge / discharge patterns of the lead storage battery mounted on the idling stop car, and by performing this test, the life performance as a lead storage battery for the idling stop car (so-called Lifetime performance under PSOC conditions can be evaluated. As a result of the life test, the number of cycles when the terminal voltage of the A23 battery reached 7.2 V was about 10% more than that of the A1 battery. From this result, when a lead storage battery having a porous layer and having a configuration of A <B is used as a lead storage battery for an idling stop vehicle, the effect of suppressing the penetration short circuit in the upper part of the electrode plate and the strap are miniaturized. It can be said that it is possible to simultaneously obtain the effect that can be done and the effect of prolonging the life required for an idling stop car.

本発明は、ストラップの直下における耳群長Aが、上部極板群長Bより小さい場合に、セパレータと極板の距離を離し、浸透短絡を抑制することができるから、PSOCで使用される機会の多いIS用途の鉛蓄電池等への適用が期待される。   Since the present invention separates the distance between the separator and the electrode plate and suppresses the osmotic short circuit when the ear group length A immediately below the strap is smaller than the upper electrode plate group length B, the opportunity for use in PSOC It is expected to be applied to lead-acid batteries etc. for many IS applications.

A ストラップ直下の耳群長
B 両端に位置する極板における上部枠骨部の積方向外端間の長さ(上部極板群長)

Ear group length immediately below A strap B Length between stacked outer ends of upper frame bones in electrode plates located at both ends (upper electrode plate group length)

Claims (9)

正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群と、電解液と、前記極板群を収納した電槽を備えた鉛蓄電池であって、
正極ストラップ又は負極ストラップのうち少なくとも一方のストラップの直下における両端の耳の外端間の長さAが、前記少なくとも一方のストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板における上部枠骨部の積層方向外端間の長さBより小さく、
前記セパレータと前記正極板の間又は前記セパレータと前記負極板の間の少なくとも一方に多孔層が設けられており、
前記多孔層は樹脂を主成分とするマットであることを特徴とする鉛蓄電池。
A lead storage battery comprising: an electrode plate group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator; an electrolytic solution; and a battery case containing the electrode plate group,
The upper frame bone of the electrode plate located at both ends of the electrode plate connected to the at least one strap, with the length A between the outer ends of the ears at both ends of the positive electrode strap or the negative electrode strap directly below the at least one strap. Smaller than the length B between the lamination direction outer ends of the parts,
A porous layer is provided between at least one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate ,
The lead storage battery characterized in that the porous layer is a resin-based mat .
前記長さAと前記長さBとの差が1mm以上であることを特徴とする請求項1に記載の鉛蓄電池。The lead storage battery according to claim 1, wherein a difference between the length A and the length B is 1 mm or more. 正極板と負極板とをセパレータを介して積層した極板群と、電解液と、前記極板群を収納した電槽を備えた鉛蓄電池であって、A lead storage battery comprising: an electrode plate group in which a positive electrode plate and a negative electrode plate are laminated via a separator; an electrolytic solution; and a battery case containing the electrode plate group,
正極ストラップ又は負極ストラップのうち少なくとも一方のストラップの直下における両端の耳の外端間の長さAが、前記少なくとも一方のストラップに接続された極板のうち両端に位置する極板における上部枠骨部の積層方向外端間の長さBより小さく、The upper frame bone of the electrode plate located at both ends of the electrode plate connected to the at least one strap, with the length A between the outer ends of the ears at both ends of the positive electrode strap or the negative electrode strap directly below the at least one strap. Smaller than the length B between the lamination direction outer ends of the parts,
前記セパレータと前記正極板の間又は前記セパレータと前記負極板の間の少なくとも一方に多孔層が設けられており、A porous layer is provided between at least one of the separator and the positive electrode plate or between the separator and the negative electrode plate,
前記長さAと前記長さBとの差が1mm以上であることを特徴とする鉛蓄電池。The lead storage battery characterized in that a difference between the length A and the length B is 1 mm or more.
前記セパレータと前記負極板の間に前記多孔層が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The lead storage battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the porous layer is provided between the separator and the negative electrode plate. 前記セパレータと前記正極板の間及び前記セパレータと前記負極板の間の両方に前記多孔層が設けられていることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The lead storage battery according to any one of claims 1 to 3 , wherein the porous layer is provided both between the separator and the positive electrode plate and between the separator and the negative electrode plate. 前記多孔層の厚みが0.1mm以上であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The thickness of the said porous layer is 0.1 mm or more, The lead storage battery in any one of the Claims 1-5 characterized by the above-mentioned. 前記多孔層の前記極板に当接する面積の50%を超える部分が、前記極板群の上部50%以内の領域に存在することを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The lead according to any one of claims 1 to 6 , wherein a portion exceeding 50% of the area of the porous layer in contact with the electrode plate is present in a region within the upper 50% of the electrode plate group. Storage battery. 極板上部における浸透短絡が抑制されたことを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The lead storage battery according to any one of claims 1 to 7 , wherein an osmotic short circuit at the top of the plate is suppressed. アイドリングストップ車用の鉛蓄電池であることを特徴とする請求項1〜のいずれかに記載の鉛蓄電池。 The lead storage battery according to any one of claims 1 to 8 , which is a lead storage battery for an idling stop vehicle.
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