JP7005945B2 - 鉛蓄電池用電極格子 - Google Patents
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Description
鉛蓄電池の負極板は、負極格子(集電体)と、負極電極材料とで構成されている。大型の鉛蓄電池用の負極格子は、既に述べたように、鉛(Pb)または鉛合金の鋳造により形成される。
鉛蓄電池の正極板は、正極格子(集電体)と、正極電極材料とを具備する。正極格子は、負極格子と同様に形成すればよく、大型の鉛蓄電池用の正極格子は、鉛または鉛合金の鋳造により形成される。
電解液は、硫酸を含む水溶液であり、必要に応じてゲル化させてもよい。化成後で満充電状態の鉛蓄電池における電解液の20℃における比重は、例えば1.10~1.35g/cm3であり、1.20~1.35g/cm3であることが好ましい。
負極板と正極板との間には、通常、セパレータが配置される。セパレータには、不織布、微多孔膜などが用いられる。不織布は、繊維を織らずに絡み合わせたマットであり、繊維を主体とする。例えば、セパレータの60質量%以上が繊維で形成されている。繊維としては、ガラス繊維、ポリマー繊維、パルプ繊維などを用いることができる。不織布は、繊維以外の成分、例えば耐酸性の無機粉体、結着剤としてのポリマーなどを含んでもよい。微多孔膜は、繊維成分以外を主体とする多孔性のシートであり、例えば、造孔剤(ポリマー粉末、オイルなど)を含む組成物をシート状に押し出し成形した後、造孔剤を除去して細孔を形成することにより得られる。微多孔膜は、ポリマー成分を主体とするものが好ましい。ポリマー成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。
(1)正極板の作製
Pb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図1に示す構造を有する格子100Aを作製した。次に、鉛粉を含む正極ペーストを調製し、格子Aに正極ペーストを充填し、熟成乾燥し、未化成の正極板を作製した。格子の緒元は下記の通りである。
内骨の断面積S:2.5mm2
高さH:200mm
幅W:120mm
H/W:1.67
L1:15mm
L2:12mm
L1/L2:1.25
Rに占めるRxの割合:5%
Rabに占めるRxの割合:10%
Pb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図6に示す構造を有する格子100Rを作製した。次に、鉛粉、水、希硫酸、硫酸バリウム、カーボンブラックおよび有機防縮剤を混合して、負極ペーストを調製した。格子Rに負極ペーストを充填し、熟成乾燥し、未化成の負極板を得た。
未化成の負極板を、ガラスマットセパレータおよび正極板と積層し、未化成の負極板4枚と未化成の正極板3枚とで極板群を形成した。
75℃で定電流(0.1CA)による過充電試験を5日間行い、その後、2日間休止させる操作を4週間繰り返した。1週間毎に0.1CAで、以下の容量試験を実施し、下記(a)~(c)の項目について評価を行った。結果を表1に示す。なお、本明細書中、1CAとは電池の公称容量(Ah)と同じ数値の電流値(A)である。例えば、公称容量が30Ahの電池であれば、1CAは30Aであり、1mCAは30mAである。
定電流(0.1CA)で1.7V/セルまで放電し、その後、定電流(0.2C)で放電量の90%まで充電し、更に、定電流(0.05C)で放電量の45%(トータルで放電量の135%)まで充電した。
4週間の過充電試験を行った後、電池を解体し、格子の枠骨の第2方向(幅方向)へ最も膨らんでいる部分の寸法を各電池で測定し、初期寸法と比較して伸び率を求めた。伸び率は、後述の比較例1の正極板の格子Rを基準(100%)とし、相対値で求めた。
正極板の格子の膨張緩和領域を平面方向にスライスし、鋳巣の数を目視で計測した。鋳巣の数が最も少なかったものを100とし、以下の4段階で評価した。
◎:100以上110未満の場合
○:110以上140未満の場合
△:140以上170未満の場合
×:170以上200未満の場合
1週間毎に行った容量試験において容量が定格容量の70%以下になった時点を寿命と判断し、以下の3段階で評価した。
◎:4週間以上の場合
○:3週間以上4週間未満の場合
△:2週間以上3週間未満の場合
×:2週間未満の場合
格子Aと同じPb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図2に示す構造を有する格子100B(Rに占めるRxの割合:15%、Rabに占めるRxの割合:30%)を作製し、これを用いたこと以外、実施例1と同様に鉛蓄電池を作製し、評価した。
格子Aと同じPb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図3に示す構造を有する格子100C(Rに占めるRxの割合:30%、Rabに占めるRxの割合:60%)を作製し、これを用いたこと以外、実施例1と同様に鉛蓄電池を作製し、評価した。
格子Aと同じPb-Ca-Sn系合金を鋳造して、負極格子と同じく図6に示す構造を有する格子100R(Rに占めるRxの割合:0%)を作製し、これを正極格子として用いたこと以外、実施例1と同様に鉛蓄電池を作製し、評価した。
格子Aと同じPb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図7に示す構造を有する格子100D(Rに占めるRxの割合:50%、Rabに占めるRxの割合:100%)を作製し、これを用いたこと以外、実施例1と同様に鉛蓄電池を作製し、評価した。
格子Aと同じPb-Ca-Sn系合金を鋳造して、図8に示す構造を有する格子100E(Rに占めるRxの割合:50%、Rabに占めるRxの割合:100%)を作製し、これを用いたこと以外、実施例1と同様に鉛蓄電池を作製し、評価した。
Claims (5)
- 枠骨と、前記枠骨に設けられた耳と、前記枠骨の内側の網目状の内骨と、を有し、
前記枠骨は、前記耳と連続する上部要素と、前記上部要素と対向する下部要素と、前記上部要素と前記下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、
前記内骨は、前記上部要素から前記下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の前記側部要素から他方の前記側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、かつ前記枠骨で囲まれた領域Rが膨張緩和領域Rxを含み、
前記膨張緩和領域Rxにおいて、前記縦骨は、連続的であり、前記横骨は、非連続的で
あり、
前記枠骨の前記第1方向における高さHと、前記枠骨の前記第2方向における幅Wとが、H≧Wを満たし、
前記領域Rを、前記高さHの中間において、前記上部要素側の領域Rabと前記下部要素側の領域Rudとに2分割するとき、前記領域Rabにおける前記膨張緩和領域Rxの面積が、前記領域Rabの面積の80%以下に制限されており、
前記領域Rにおいて、前記縦骨の50%以上が、前記高さHの50%以上の長さを有し、
前記領域Rの50%以上において、前記縦骨と前記横骨とで形成される網目の前記第1方向の長さL1と前記第2方向の長さL2とが、L1≧L2を満たす、鉛蓄電池用電極格子。 - 枠骨と、前記枠骨に設けられた耳と、前記枠骨の内側の網目状の内骨と、を有し、
前記枠骨は、前記耳と連続する上部要素と、前記上部要素と対向する下部要素と、前記上部要素と前記下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、
前記内骨は、前記上部要素から前記下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の前記側部要素から他方の前記側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、かつ前記枠骨で囲まれた領域Rが膨張緩和領域Rxを含み、
前記膨張緩和領域Rxにおいて、前記縦骨は、連続的であり、前記横骨は、非連続的で
あり、
前記枠骨の前記第1方向における高さHと、前記枠骨の前記第2方向における幅Wとが、H≧Wを満たし、
前記領域Rを、前記高さHの中間において、前記上部要素側の領域Rabと前記下部要素側の領域Rudとに2分割するとき、前記領域Rabにおける前記膨張緩和領域Rxの面積が、前記領域Rabの面積の80%以下に制限されており、
前記領域Rにおいて、前記縦骨は100%連続的で、全ての前記縦骨が前記高さHとほぼ同じ長さである、鉛蓄電池用電極格子。 - 前記領域Rの50%以上において、前記縦骨と前記横骨とで形成される網目の前記第1方向の長さL1と前記第2方向の長さL2とが、L1≧L2を満たす、請求項2に記載の鉛蓄電池用電極格子。
- 前記領域Rabにおける前記膨張緩和領域Rxの面積が、前記領域Rabの面積の3%以上を占めている、請求項1~3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池用電極格子。
- 前記耳が、前記上部要素の前記一方の側部要素寄りに設けられており、
前記膨張緩和領域Rxが、前記領域Rabの前記他方の側部要素寄りに設けられている、請求項1~4のいずれか1項に記載の鉛蓄電池用電極格子。
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