JPH02177261A - 鉛蓄電池用負極 - Google Patents
鉛蓄電池用負極Info
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- JPH02177261A JPH02177261A JP63322434A JP32243488A JPH02177261A JP H02177261 A JPH02177261 A JP H02177261A JP 63322434 A JP63322434 A JP 63322434A JP 32243488 A JP32243488 A JP 32243488A JP H02177261 A JPH02177261 A JP H02177261A
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
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- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ｅ産業上の利用分野］
本発明は、鉛蓄電池の負極に関するものであり、特に急
速充放電を可能とし、また充放電サイクル数（耐久力）
の向上された負極に関する。
速充放電を可能とし、また充放電サイクル数（耐久力）
の向上された負極に関する。
［従来の技術］
鉛Ｍ電池は、出力密度が大きく、移動可能な電源として
用いることができるので、自動車エンジン始動用、フォ
ークリフト、横内運搬車などの動力源、電力８１″Ｒの
操作用電源等として、また需要に即応した電力の供給、
停止が可能なので据置の非常用電源や予備電源として用
いられでいる。
用いることができるので、自動車エンジン始動用、フォ
ークリフト、横内運搬車などの動力源、電力８１″Ｒの
操作用電源等として、また需要に即応した電力の供給、
停止が可能なので据置の非常用電源や予備電源として用
いられでいる。
又、エネルギーや環境問題を解決する目的で電力の負荷
１！！、電力貯蔵や電気自動車の動力源への二次電池の
要望が強くなりつつある。
１！！、電力貯蔵や電気自動車の動力源への二次電池の
要望が強くなりつつある。
二次蓄電池は。
（１）少量の作用物質で多くの電気量を供給できること
。
。
２）起電力が大きいこと。
３ 分極が小さいこと。
４）自己放電が少ないこと。
５）充放電の繰返しが可能であること。
６）材料が安価であること。
７）取扱いが容易であること。
などの要件を満たす必要があり、数多くの電池の提案が
なされてはいるが、現実には鉛Ｍ電池がその大部分を占
めている。
なされてはいるが、現実には鉛Ｍ電池がその大部分を占
めている。
［発明が解決しようとする課題］
二次電池は一次電池と異なって、充放電が可能な所が特
徴である。これらの中では鉛蓄電池は安定した品質、高
度の信頼性を有するため広く実用化されてはいるが、近
年において電力貯蔵ｆｉｔ力負荷平準化）や電気自動車
等の新しい需要分野が出現し、新型高性能の二次層電池
の開発が行なわれている。
徴である。これらの中では鉛蓄電池は安定した品質、高
度の信頼性を有するため広く実用化されてはいるが、近
年において電力貯蔵ｆｉｔ力負荷平準化）や電気自動車
等の新しい需要分野が出現し、新型高性能の二次層電池
の開発が行なわれている。
これら二次Ｍ電池のうち、最も代表的なものは正極作用
物質に二酸化鉛、負極作用物質に鉛、＠解［１こ硫酸を
用い、正負作用物質を隔離材を中間において対置させ１
合成樹脂製の電槽に収めた鉛ＭＭ池がある。もちろん大
グのもののｆｆ１ＷＪはゴムライニングされた金属製の
電槽になることもあるが、基本ＦＲ造は同一である。
物質に二酸化鉛、負極作用物質に鉛、＠解［１こ硫酸を
用い、正負作用物質を隔離材を中間において対置させ１
合成樹脂製の電槽に収めた鉛ＭＭ池がある。もちろん大
グのもののｆｆ１ＷＪはゴムライニングされた金属製の
電槽になることもあるが、基本ＦＲ造は同一である。
この電池の反応は、
放電
ＰｂＯ＊＋ Ｐｂ ＋ ２１ｔｘＳＯ４；＝ＰｔｌＳ０
４＋ ＰｂＳＯ４＋ ２ＨｚＯ（正極）（負極）
充電（正１１ｉ＋ ｆ負極）であり、 ［＃は放電に
より消耗し、その比重は低下する。
４＋ ＰｂＳＯ４＋ ２ＨｚＯ（正極）（負極）
充電（正１１ｉ＋ ｆ負極）であり、 ［＃は放電に
より消耗し、その比重は低下する。
この際作用物質は極板中に保持され、電流分布の均一化
や脱落防止がはかられでいる。
や脱落防止がはかられでいる。
鉛蓄電池といっても用途により使用状況が異なり、その
ため放電率や充放電寿命（耐久力）も大きく異なってく
る。したがって、使用態様に合致したタイプの蓄電池を
選択することが必要であるが、なかでも充放電性能や充
放電寿命（耐久力）は重要な因子である。
ため放電率や充放電寿命（耐久力）も大きく異なってく
る。したがって、使用態様に合致したタイプの蓄電池を
選択することが必要であるが、なかでも充放電性能や充
放電寿命（耐久力）は重要な因子である。
鉛Ｍ電池の使用初期は、充放電毎に漸次容量が増加して
いき、最高値に達した優は充放Ｎ毎に容量は減退し、終
には極めて小容量しか持たない様になって充放１４０命
は終了する。この充放電寿命（耐久力）が尽きる場合、
ＭＭ池構成の各部が一様に消耗することは稀で、大抵の
場合正極のみとか、負極のみとか、あるいは隔離板のみ
というように構成の一部の消耗によることが多い。
いき、最高値に達した優は充放Ｎ毎に容量は減退し、終
には極めて小容量しか持たない様になって充放１４０命
は終了する。この充放電寿命（耐久力）が尽きる場合、
ＭＭ池構成の各部が一様に消耗することは稀で、大抵の
場合正極のみとか、負極のみとか、あるいは隔離板のみ
というように構成の一部の消耗によることが多い。
−射的には正極の寿命がその蓄電池の存命と言われてい
るが、この改善のため継続的に研究がなされ、多くの改
良が進んでいるため、他の構成部分１例えば負極自身の
改良も必要となってきた。
るが、この改善のため継続的に研究がなされ、多くの改
良が進んでいるため、他の構成部分１例えば負極自身の
改良も必要となってきた。
１課題を解決するための手段］
鉛蓄電池用負極は１作用物質及びこれを保持するための
格子体からなっている。格子体は極板面における電流密
度をなるべく均一に保ち、電流を伝導する作用をなすも
のである。
格子体からなっている。格子体は極板面における電流密
度をなるべく均一に保ち、電流を伝導する作用をなすも
のである。
負極はこの格子体に作用物質とするペーストを担持させ
たものである。ペーストは主として鉛の？！ｒ種酸種物
化物なわちリサージＰｂＯ１鉛丹Ｐｂｓ Ｏ，、鉛ｔ＋
ｊ（ＰｂＯと金属鉛粉末の混合物）４をｉＩｌ量の硫酸
、Ｖｔ酸アンモン水溶液等で練ってペーストとし、格子
体に平均に塗り込む。
たものである。ペーストは主として鉛の？！ｒ種酸種物
化物なわちリサージＰｂＯ１鉛丹Ｐｂｓ Ｏ，、鉛ｔ＋
ｊ（ＰｂＯと金属鉛粉末の混合物）４をｉＩｌ量の硫酸
、Ｖｔ酸アンモン水溶液等で練ってペーストとし、格子
体に平均に塗り込む。
この場合、鉛酸化物等は硫酸と反応して＠酸鉛を生じ、
ペーストが硬化する。場合によっては更に硫酸溶液に浸
し、その表面に硫酸鉛皮膜を生成させることもある。
ペーストが硬化する。場合によっては更に硫酸溶液に浸
し、その表面に硫酸鉛皮膜を生成させることもある。
ついで、硫酸水溶液（化成液）中にて電流を通じてペー
スト中の硫酸鉛を負極板作用物質である海綿状鉛に１元
させ、負極板とする。
スト中の硫酸鉛を負極板作用物質である海綿状鉛に１元
させ、負極板とする。
充電
Ｐｂ５Ｏｎ ＋ ２ｅ−＝＝ニコル ＋ ＳＯ４”放
電 この負極板の作用物質は充放電サイクルによる脱落はな
く、むしろ作用物質の収縮とその硫酸化である。これは
前者は作用物質粒子の結晶が発達して、極板の多孔度を
減少せしめるものであり。
電 この負極板の作用物質は充放電サイクルによる脱落はな
く、むしろ作用物質の収縮とその硫酸化である。これは
前者は作用物質粒子の結晶が発達して、極板の多孔度を
減少せしめるものであり。
また後者は硫酸鉛の結晶が発達して、充電しても作用物
質に戻らないための作用物質の減少と極板抵抗の増大と
して現われてくる。
質に戻らないための作用物質の減少と極板抵抗の増大と
して現われてくる。
これらの防止のため、硫酸バリウム（エキスパンダー）
、リグニン系Ｉ＃質、カーボンブラック（アセチレン・
ブラック）（低温および高温での放電性能をよくするた
め）等を加えた作用物質が使用されており、一応の効果
があった。しかし耐久力のネックである正極の改良も相
当進んでおり、負極の改良も必要となりつつある。
、リグニン系Ｉ＃質、カーボンブラック（アセチレン・
ブラック）（低温および高温での放電性能をよくするた
め）等を加えた作用物質が使用されており、一応の効果
があった。しかし耐久力のネックである正極の改良も相
当進んでおり、負極の改良も必要となりつつある。
ここでアセチレン・ブラックは、直接充放電反応には無
関係ではあるが作用物質の結晶の発達の防止と、特に重
要な極板抵抗の増大防止の役割を担っている。
関係ではあるが作用物質の結晶の発達の防止と、特に重
要な極板抵抗の増大防止の役割を担っている。
従来使用されているアセチレン・ブラックは。
比較的安価であり、全体としては合格点を有する物質で
はあるが、より高品質、長寿命の要求に対して、アセチ
レン・ブラックに代わる高性能の炭素粉末が求められて
きた。
はあるが、より高品質、長寿命の要求に対して、アセチ
レン・ブラックに代わる高性能の炭素粉末が求められて
きた。
最近、微細形状を有する気相熱分解炭素繊維（以下ＶＧ
ＣＦという、）が大量にかつ安価に製造できる見通しが
ついてきた。
ＣＦという、）が大量にかつ安価に製造できる見通しが
ついてきた。
この製造法は、気体とした炭化水素を高温で熱分解して
炭素繊維を製造するものであって、主として直径０．１
〜０．５μｍ、長さ数μｍ−数１１００ＬＬの形をして
おり、ＶＧＣＦ生成後、そのまま使用することもあるが
普通は１０００〜１５００℃において熱処理したもの（
焼成品）。
炭素繊維を製造するものであって、主として直径０．１
〜０．５μｍ、長さ数μｍ−数１１００ＬＬの形をして
おり、ＶＧＣＦ生成後、そのまま使用することもあるが
普通は１０００〜１５００℃において熱処理したもの（
焼成品）。
及び２０００℃以上の高温で熱処理したもの（黒鉛代品
）の形で供給されている１本発明においてはどちらも使
用できる。特に繊維として曲がっていて１分枝を有する
ＶＧＣＦは負極作用物質用炭素粉末として好ましいもの
である。
）の形で供給されている１本発明においてはどちらも使
用できる。特に繊維として曲がっていて１分枝を有する
ＶＧＣＦは負極作用物質用炭素粉末として好ましいもの
である。
このＶＧＣＦとアセチレン・ブラックの物性を比較して
見ると第１表の如くなる。
見ると第１表の如くなる。
（以下余白）
第１表
量
木本１０ Ｋｇ／ ｃｓ”の圧力で加圧後、圧力を開放
した時の戻り量（以下余白） 通常は比表面積と保水性は相間するものであるが、ＶＧ
ＣＦは特異な形状をしているため、アセチレン・ブラッ
クに比して比表面積は小さいが高い保水性を有する。
した時の戻り量（以下余白） 通常は比表面積と保水性は相間するものであるが、ＶＧ
ＣＦは特異な形状をしているため、アセチレン・ブラッ
クに比して比表面積は小さいが高い保水性を有する。
本発明は、従来使用されてきたアセチレン・ブラックの
一部または全部なＶ Ｇ ＣＦ ｉ、：置き換えた鉛蓄
電池用負極に関するものである。負極作用物質に対して
ＶＧＣＦは０．１〜３．０重Ｎ１％含有させるものであ
るが１．０．１重１％以下では効果が充分発揮できず、
また３Ｎ１１％を越える含有量とする場合には１作用物
質である鉛酸化物の含有量を低下させることになる。
一部または全部なＶ Ｇ ＣＦ ｉ、：置き換えた鉛蓄
電池用負極に関するものである。負極作用物質に対して
ＶＧＣＦは０．１〜３．０重Ｎ１％含有させるものであ
るが１．０．１重１％以下では効果が充分発揮できず、
また３Ｎ１１％を越える含有量とする場合には１作用物
質である鉛酸化物の含有量を低下させることになる。
本発明の負極は充放電性能が優れ、そのうえ充放電寿命
（耐久力）も優れているので優れた正極と組み合わせる
ことにより更に優れたＭＭ池とすることが可能である。
（耐久力）も優れているので優れた正極と組み合わせる
ことにより更に優れたＭＭ池とすることが可能である。
［実施例Ｊ
次に本発明を実施例により、より具体的に説明する。負
極作用物質の配合を下記の通りにした。
極作用物質の配合を下記の通りにした。
３ｓ酸化ｊ［ｌｌ ９４重量％Ｊゲニン
２重量％ 硫酸バリウム ２重量％ 炭素本 ２重量％ 本アセチレン・ブラック、Ｖ Ｇ ＣＦまたはその混合
物 これに硫酸を加えて練り、内径８ｍｍφ、長さ１０ｃｍ
のガラスマッドチューブに充填圧１０Ｋｇ／ｃｍ’で２
５ｇ（理！！！ｊ！！電気量５．３Ａ−ｈｒ）充填し、
化成処理した後試験電極とした。この電極を第１図に示
す試験装置により耐久性のテストを行なった１条件とし
て温度２０℃、充電完了時の硫酸濃度２５重１％、出力
切り賛え式の定電流装置を用いて参照極との電圧差２．
１ボルトと１．７ボルトの間で’４Ｘ流値５Ａの充放電
のサイクルを行ない、そのときの充放電容量と充放電効
率〔放電容量（＾−ｈｒｌ ／充電容ｉｔ １Ａ−ｈｒ
） ］の変化を追跡した。結果を第２表に示す。
２重量％ 硫酸バリウム ２重量％ 炭素本 ２重量％ 本アセチレン・ブラック、Ｖ Ｇ ＣＦまたはその混合
物 これに硫酸を加えて練り、内径８ｍｍφ、長さ１０ｃｍ
のガラスマッドチューブに充填圧１０Ｋｇ／ｃｍ’で２
５ｇ（理！！！ｊ！！電気量５．３Ａ−ｈｒ）充填し、
化成処理した後試験電極とした。この電極を第１図に示
す試験装置により耐久性のテストを行なった１条件とし
て温度２０℃、充電完了時の硫酸濃度２５重１％、出力
切り賛え式の定電流装置を用いて参照極との電圧差２．
１ボルトと１．７ボルトの間で’４Ｘ流値５Ａの充放電
のサイクルを行ない、そのときの充放電容量と充放電効
率〔放電容量（＾−ｈｒｌ ／充電容ｉｔ １Ａ−ｈｒ
） ］の変化を追跡した。結果を第２表に示す。
なお、本実施例では過酸化鉛を使用したが、リサージ、
鉛丹、あるいは鉄粉等で置換できることはもちろんであ
る。
鉛丹、あるいは鉄粉等で置換できることはもちろんであ
る。
第２表
但し、各欄の左の数値が放電容量。
（電流ベース）を示す−
右の′ｅＩｉ値が充放電効率
本ＶＧＣＦ
木本ＶＧＣＦ
Ｂ
１５００℃焼成品
２３００℃焼成品
アセチレン・ブラック
（以下余白）
［′ｆｅ、明の効果］
以上の結果かられかるように負極作用物質としてＶＧＣ
Ｆを含有する負極は、アセチレン・ブラックを含有する
従来の負極に対して、充放電容量も大であり、また充放
電寿命（耐久力）も長いことが明らかである。
Ｆを含有する負極は、アセチレン・ブラックを含有する
従来の負極に対して、充放電容量も大であり、また充放
電寿命（耐久力）も長いことが明らかである。
今後、電力負荷平準化のための電力貯蔵、１ｆ気自動車
等の新規な需要に応える新しい鉛蓄電池の負極としで大
いに活用できるものである。
等の新規な需要に応える新しい鉛蓄電池の負極としで大
いに活用できるものである。
このような効果が発揮できるのは、ＶＧＣＦはアセチレ
ン・ブラックに比して導電性が良く、保水性（多量の電
解液を保持できること）、更には弾力性が高いことによ
り充放電の繰返しによる鉛＝硫酸鉛の体積変化がおきて
もＶＧＣＦ自体の導電性と弾力性により、負極作用物質
の結晶の発達防止及び極板抵抗の増加を防止するためと
考えられる。
ン・ブラックに比して導電性が良く、保水性（多量の電
解液を保持できること）、更には弾力性が高いことによ
り充放電の繰返しによる鉛＝硫酸鉛の体積変化がおきて
もＶＧＣＦ自体の導電性と弾力性により、負極作用物質
の結晶の発達防止及び極板抵抗の増加を防止するためと
考えられる。
第１図は実施例に使用した実験装置である。
１：負極作用物質
ｐｂ導電極
定電流装置
電圧計
ｐｂｏ、参照電極
ｐｂ相手極
硫酸電解液
Claims (3)
- （１）作用物質として、微細な気相法熱分解炭素繊維を
０．１〜３．０重量％含有することを特徴とする鉛蓄電
池用負極。 - （２）気相法熱分解炭素繊維が、１０００℃〜２０００
℃の温度にて熱処理されたものである請求項第１項の鉛
蓄電池用負極。 - （３）気相法熱分解炭素繊維が２０００℃以上の温度に
て熱処理されたものである請求項第１項の鉛蓄電池用負
極。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63322434A JP2729644B2 (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 鉛蓄電池用負極 |
Applications Claiming Priority (1)
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| JP63322434A JP2729644B2 (ja) | 1988-12-21 | 1988-12-21 | 鉛蓄電池用負極 |
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| JP2729644B2 JP2729644B2 (ja) | 1998-03-18 |
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| JP (1) | JP2729644B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002313332A (ja) * | 2001-04-18 | 2002-10-25 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 制御弁式鉛蓄電池 |
| US6946110B2 (en) * | 1999-03-25 | 2005-09-20 | Showa Denko K.K. | Carbon fibers, production process therefor and electrode for batteries |
| JP2010529619A (ja) * | 2007-06-06 | 2010-08-26 | ハモンド グループ，インク． | 高温での寿命が改良された鉛蓄電池膨張剤 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS48101523A (ja) * | 1972-04-10 | 1973-12-20 | ||
| JPS63248056A (ja) * | 1987-04-02 | 1988-10-14 | Asahi Chem Ind Co Ltd | 鉛蓄電池 |
-
1988
- 1988-12-21 JP JP63322434A patent/JP2729644B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS48101523A (ja) * | 1972-04-10 | 1973-12-20 | ||
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| JP2010529619A (ja) * | 2007-06-06 | 2010-08-26 | ハモンド グループ，インク． | 高温での寿命が改良された鉛蓄電池膨張剤 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2729644B2 (ja) | 1998-03-18 |
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