JPH0256858A - 鉛蓄電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、鉛蓄電池用活物質材料としての鉛粉粒子を改
良した鉛蓄電池に関するものである。

従来の技術 鉛蓄電池は安定な性能を有し、エネルギー貯蔵手段とし
て非常に優れている。しかし、他の蓄電池系に比較して
、エネルギー密度（ＷｈＡＣｌｉ）が劣るという欠点を
有している。これは活物質の利用率が悪いことによるも
のである。この活物質の利用率を向上させることが、鉛
蓄電池のエネルギー密度を向上させるために、最も効果
的であると考えられる。

鉛蓄電池の正極あるいは負極の活物質は、原料となる鉛
粉を正極あるいは負極用の添加物とともに、希硫酸また
はその他の練液と混合し、攪拌しながらペーストを作り
、このペーストを格子中に充填し、所定の乾燥、化成の
工程を経て作製されている。

化成の時、正極活物質は二酸化鉛ＰｂＯ２に変化し、負
極活物質は鉛ｐｂとなる。放電、充電反応は、下記の反
応式で示す通シである。放電反応は硫酸鉛ｐｂｓｏ４を
放電生成物としているっ放電反応が進行すると、硫酸鉛
ｐｂｓｏ４の結晶が成長し、電解液である硫酸Ｈ２ＳＯ
４の拡散の良い極板表面から集中的に生成されるため、
極板表面を覆うようになる。硫酸鉛ＰｂＥ３０ａは、鉛
ｐｂや二酸化鉛ＰｂＯ２よりも導電性が低いので、放電
反応の進行とともに、極板表面の電気抵抗が増大し、電
圧の降下が起こシ、放電の終了となる。このとき、極板
内部には、放電反応に関与できない未反応の活物質が残
存しているため、活物質の利用率は低くなる。このこと
が鉛蓄電池のエネルギー密度（Ｗｈ／に９Ｊを低下させ
る原因のひとつであると考えられる。

従来は、これを改良するために導電性物質（例えばカー
ボン等）を、鉛粉を希硫酸等と練合する時に添加し、混
合して極板の導電性を向上させるという方法がとられて
いた。

発明が解決しようとする課題 上記のように鉛蓄電池では、放電反応生成物の硫酸鉛ｐ
ｂｓｏ４が、正極、負極板表面を覆うために、極板表面
の電気抵抗が増大し、電圧の低が起こシ放電の終了とな
っていたが、極板の内部には放電反応に関与できなかっ
た未反応の活物質が存在していた。このため極板中の活
物質の利用率が低く、鉛蓄電池のエネルギー密度（Ｗｈ
　ＡＣｉｉ　）が低いという課題を有していた。

この課題を改良するために、鉛粉を練合する時に導電性
物質を添加し、極板の導電性を向上させていたが、この
方法では、導電性物質同士が凝集してしまい、鉛粉粒子
間に偏在してしまうため、極板の導電性の向上は多少み
られるが、放電反応は極板の内部まで広く行なわれては
おらず、極板中の導電性ネットワークはなお不均一であ
るという課題を残していた。

本発明は上記従来の課題を解決するもので、活物質の導
電性を上げて利用率を高くし、エネルギー密度（Ｗｈ／
Ｋｐ）を向上させ、更に、鉛粉粒子と導電性物質の結着
性を強くし、サイクル特性を向上させることを目的とす
るものである。

課題を解決するための手段 このような課題を解決するために、本発明の鉛蓄電池で
は表面層に導電性物質を埋設、又は固定化させた鉛粉粒
子を活物質材料として用いるものである。

作用 上記の構成のように、導電性物質を埋設、又は固定化さ
せた鉛粉粒子を鉛蓄電池の正極および負極の活物質とし
て用いれば、鉛粉粒子自体の導電性が向上しているため
、これを用いた活物質の導電性も向上する。又、鉛粉粒
子に導電性物質を埋設、又は固定化させているので、導
電性物質が凝集し、偏在してしまうことが無く、均一に
分散する。このため活物質の導電性ネットワークも良く
、放電反応生成物である硫酸鉛ＰｂＳＯ４が極板表面か
ら生成してきても、鉛粉粒子の表面層に導電性物質が付
着しているので、導電性の低下は抑制され、極板の電気
抵抗の増大も抑制される。このため、極板の内部まで放
電反応が起こり、未反応で残存していた活物質が減少す
る。すなわち活物質の利用率が高められ、電池のエネル
ギー密度（ｗｈ／Ｋｇ）を向上することとなる。

更に、導電性物質を鉛粉粒子に埋設、又は固定化させた
ため、鉛粉粒子と導電性物質の結着力は強く、充放電反
応を繰り返しても、導電性ネットワークも容易に壊れな
い。このためサイクル特性も向上することとなる。

実施例 以下本発明の一実施例について、図面を参照しながら説
明する。

第１図は本発明の実施例で、表面層に導電性物質を固定
化した鉛粉粒子の作製の概念図である。

第１図において、１は鉛粉粒子で表面は酸化されており
、６０％程度酸化鉛となっている。２は導電性物質とし
てのカーボン粉末粒子である。３は表面にカーボン粉末
粒子を固定化した鉛粉粒子である。先づ第一ステップと
して鉛粉粒子１に、カーボン粉末粒子２を付着させるた
め、底部には、水平方向に高速回転を行なう主軸を、又
側部には、主軸に対して垂直方向に高速回転を行なう副
軸を装着した混合機（図示していないが）を使用し、混
合分散処理を行なう。これは混合粉体を混合機中の回転
体を回転することによシ空気中でランダムに分散させ、
粉体量同士の接触摩擦により静電気を発生させ、それぞ
れの粒子に相反する電荷の静電気を帯電させる。この処
理により、粉体量同士の静電吸着が行なわれ、表面層に
カーボン粒子が付着した鉛粉粒子が得られる。次いで第
ニステップとしてこの付着したカーボン粒子を鉛粉粒子
の表面に強固に固定化するために、高速回転が可能な混
合機？用いて混合し、回転時の遠心力及び高速気流中の
衝撃力による機械的、熱的エネルギーによって、鉛粉粒
子１の表面層に付着しているカーボン粉末粒子２を鉛粉
粒子中へ打ち込み、埋設、固定化して、カーボン固定化
鉛粉粒子３を得る。

即ち先づ第一ステップの混合分散処理として、５．５μ
ｍの平均粒子径を有する鉛粉粒子１に、０．６μｍの平
均粒子径を有するカーボン粉末粒子２を混合分散処理を
行ない付着させた。鉛粉粒子１とカーボン粉末粒子２の
重量比を１００：１．２となるようにして混合機の主軸
の回転数を１ｏｏ。

ｒｐｍ、副軸の回転数を３００”Ｏｒｐｍ　　として、
６分間処理を行ない、カーボン粉末粒子を付着させた鉛
粉粒子を得た。

次いで得られた鉛粉粒子に付着しているカーボン粉末粒
子を固定化するために、高速回転が可能な混合機を用い
て、回転数を５ｏｏｏ　ｒｐｍ　　として、３分間処理
を行ない、カーボン粉末粒子を固定化させたカーボン固
定化鉛粉粒子を得た。この鉛粉粒子を鉛粉粒子大とする
。

この鉛粉粒子大を用いて、正極あるいは負極の添加物と
ともに、通常の方法によってペーストを作り、充填、乾
燥、化成の工程を経て、正極板と負極板を製作して鉛蓄
電池を組み立てた。

第２図は従来の方法により、鉛粉を練合するときに導電
性物質を添加した活物質の概念図である。

本発明のカーボン粉末粒子を固定化させた鉛粉粒子を用
いた活物質と、従来の添加法によシ作製した活物質をカ
ーボンの分布状態を面分析で確認すると、従来の活物質
ではカーボン粉末粒子が凝集して活物質中で偏在してい
るのに対して、本発明の活物質ではカーボン粉末粒子が
均一に分散しているのが確認できた。

第３図は本発明の一実施例における密閉形鉛蓄電池のセ
ルの断面の概略図を示すものである。第３図において、
４は正極板であシ、前記鉛粉粒子ムを活物質として用い
て作製したものであシ、鉛粉粒子ムは、正極活物質であ
る二酸化鉛ｐｂｏ２に変化しているっ５は負極板であシ
、４の正極板と同様に、前記鉛粉粒子大を用いて作製し
たものであり、鉛粉粒子大は負極活物質である多孔性鉛
となっている。６はセパレータであり、ガラス繊維を主
成分としており、７は耐硫酸性を有するポリプロピレン
製の電槽である。８は正極端子、９は負極端子、１ｏは
電槽上部に設けたガス抜き弁で、通常電槽内部を密閉構
造に保っている。電解液としては、比重１．３０の希硫
酸を使用した。この密閉形鉛蓄電池を電池人とする。

次に従来の添加法での活物質を用いて正極板。

負極板を作製し、容量が２０００ｍＡｈでるようにして
、第３図に示すように組み立てた。この密閉形鉛蓄電池
を電池Ｂとする。

本発明の正極板、負極板も、従来の正極板、負極板も共
に極板重量を一定にした。

コレらの電池人およびＢを０．ＩＣ（２００ｍム）の定
電流放電の比較を行なった。又、０．　Ｉ　Ｃ（２０Ｃ
Ｍ１人）の定電流放電と、ｏ、１Ｇ　（２００ｍＡ　）
の定電流充電１２０％を繰シ返し行ないサイクル寿命の
比較を行なった。

第４図は、電池人およびＢの放電容量を示す。

本発明電池Ａと、従来電池Ｂとを比較すると、定電流放
電での容量において、電池ムは電池Ｂに比べ、約２０％
多くなっている。活物質重量は電池人およびＢでは同量
としているので、電池人の利用率は電池Ｂに比べ約２０
％向上している。これらの電池人およびＢを放電後、極
板を取シ出しイオウＳの分布状態をＸ線マイクロで面分
析を行ない確認すると、電池Ｂでは極板の表面層に集中
的に分布し、極板内部には偏在していた。これに対し、
電池人では極板の内部まで広く分布している。

このことからも、カーボン粉末粒子を固定化させた鉛粉
粒子を用いることによシ、活物質が極板の内部まで反応
し、利用率が向上したことが確認できた。このように活
物質の利用率が２０％向上した結果、エネルギー密度（
Ｗｈ／Ｋｇ）も２０％向上が可能となった。

第６図は、電池ムおよびＢのサイクル寿命を示す。本発
明電池ムと、従来電池Ｂとを比較すると、電池Ｂのサイ
クル寿命は、初期放電容量の６０％となるのが約４５０
サイクルであるのに対して。

電池人では約４５０サイクルと寿命が延びている。

これは電池Ａの活物質に用いた鉛粉粒子は表面層にカー
ボン粉末粒子を固定化させているため、鉛粉粒子とカー
ボン粉末粒子の結着力は強く、充放電反応を繰り返して
も、導電性ネットワークも容易に壊れない。このため容
量を長く持続させることができ、サイクル特性が向上し
たものと考えられる。

発明の効果 以上のように本発明によれば、表面層に、導電性物質を
固定化させた鉛粉粒子を活物質材料として用いることに
より、活物質の導電性を向上させることができる。又、
活物質中での導電性物質は均一に分散しているため、活
物質の導電性ネットワークも良く、極板の内部まで反応
が進行し、活物質の利用率が向上する。このことから、
エネルギー密度（Ｗｈ／に９）を格段に向上させること
ができるという効果が得られる。

更に、導電性物質を鉛粉粒子の表面層に固定化させてい
るため、鉛粉粒子と導電性物質の結着力は強く、充放電
反応を繰り返しても、導電性ネットワークが容易に壊れ
ないためサイクル特性を向上できるという効果も得られ
る。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の実施例におけるカーボン固定化鉛粉粒
子の作製の概念図、第２図は従来のカーボン添加方法に
よる概念図、第３図は本発明の実施例における密閉形鉛
蓄電池の概要を示す断面略図、第４図は第３図に示す実
施例の密閉形鉛蓄電池および従来品の定電流放電曲線の
比較図、第６図は第３図に示す実施例の密閉形鉛蓄電池
および従来品の充放電サイクル寿命の比較図を示すもの
である。 １・・・・・・鉛粉粒子、２・・・・・・カーボン粉末
粒子、３・・・・・・カーボン固定化鉛粉粒子、４・・
・・・・正極板、５・・・・・・負極板、６・・・・・
・セパレータ、７・・・・・・電槽。 代理人の氏名　弁理士　粟　野　重　孝　ほか１名図 ！−・４石多Ｐ殖） 第３図 千−−−正碕棲 ５−　　負撮版 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 表面層に、導電性物質を埋設、又は固定化させた鉛粉粒
   子を活物質材料として用いることを特徴とする鉛蓄電池
   。