JPH10261432A - 鉛蓄電池の製造法 - Google Patents

鉛蓄電池の製造法

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JPH10261432A
JPH10261432A JP9062653A JP6265397A JPH10261432A JP H10261432 A JPH10261432 A JP H10261432A JP 9062653 A JP9062653 A JP 9062653A JP 6265397 A JP6265397 A JP 6265397A JP H10261432 A JPH10261432 A JP H10261432A
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JP
Japan
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electrode plate
lead
sulfuric acid
separator
active material
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Application number
JP9062653A
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English (en)
Inventor
Takeshi Hatanaka
剛 畑中
Katsuhiro Takahashi
勝弘 高橋
Yoshiaki Nitta
芳明 新田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH10261432A publication Critical patent/JPH10261432A/ja
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄型極板を捲回した極板群を用いる、高率放
電特性およびサイクル特性に優れた鉛蓄電池 を提供す
ることを目的とする。 【解決の手段】 PVDFを結着剤として用いて活物質
を芯材に塗着した正負極の薄型極板をセパレーターを介
して渦巻き状に極板群を構成し、この状態で簡易的な熟
成工程を施す鉛蓄電池の製造法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鉛蓄電池の製造法、
特に高率放電特性に優れた密閉形鉛蓄電池の製造法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、鉛蓄電池においてペースト式極板
が生産性に富む工業的製造法として最も普及している。
ペースト式極板は鉛または鉛合金製の鋳造またはエキス
パンド格子からなる集電体の空隙部に鉛粉に、希硫酸を
加えて混練したペーストを充填後、熟成・乾燥して未化
成極板を作製する。ペースト充填工程後に希硫酸に浸す
浸酸処理によって極板表面に硫酸鉛を生成させて強固に
したのちに乾燥する場合もある。次いで希硫酸電解液中
で充電して化成することによって正極および負極を活物
質化して極板を完成する。
【0003】鉛蓄電池用の鉛粉の主成分は一酸化鉛で金
属鉛を15〜35%含んでいる。鉛粉と希硫酸を混練したペ
ーストは生成する硫酸鉛が過剰に存在する一酸化鉛によ
って塩基性硫酸鉛になり適度の硬さと煎断強度を保つ。
熟成中の格子内ペーストは金属鉛の酸化と塩基性硫酸鉛
の結晶成長とともに部分的に水分が蒸発して粉体粒子相
互間が結着するセメンテーション現象が起こって硬化す
る。このペースト式極板は生産性とコストパフォーマン
スに優れ、極めて有効な工業的極板製造方法といえる。
【0004】近年、各種電動工具用、エンジン始動用、
電気自動車用等の高出力電源として非穿孔の鉛シートの
両面に活物質を薄く均一に塗着した薄型正負極板をセパ
レーターを介して渦巻き状に巻いた極版群からなる円筒
形密閉型鉛蓄電池が、米国特許第5,045,086号、第5,04
7,300号、第5,198,313等で提案されている。このような
薄型極板は、集電面積を大きくすると共に硫酸の拡散距
離を短縮することでハイレート放電での特性向上を目指
したものである。
【0005】このような薄型極版の場合、前記のような
ペーストではその粘度が高いために薄く均一に塗着する
ことはできない。そこで鉛粉を主原料とする粉末材料を
硫酸を全く用いず、水だけで練った粘性の低いスラリー
を鉛シートの両面に薄く塗着する方法がとられている。
【0006】上記のようにして作られた正負極板は、セ
パレーターとともに渦巻き状に群構成し、電槽ケースに
挿入してそのまま希硫酸中で電槽化成を行い電池を作製
している。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】熟成工程は電池の放電
特性を左右する重要な工程であるが、上記のような薄型
極板では硫酸を含まないスラリーを用いているため、従
来のペーストを用いる極板と同様な熟成処理は行えな
い。そのため放電容量の低下やサイクル劣化が問題とな
っているのが現状である。
【0008】上記の問題を解決するため、薄型極板を希
硫酸中に浸酸し硫酸を活物質層に含ませた後に、温度と
湿度を管理しながら鉛粉を硫酸と反応させる簡易的な熟
成工程が考えられる。しかし、この方法では鉛粉と硫酸
の反応による粒子の体積膨張によって芯材から活物質層
が脱落する。また、前述した鉛粉のセメンテーション反
応が起こるが、このように硬化した極板を渦巻き状に群
構成することは活物質層が割れたり、脱落して不可能で
ある。
【0009】本発明はこのような課題を解決し、高率放
電特性の向上とサイクル特性の向上の両立を図る、真に
高性能な鉛蓄電池を与えることを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、薄型極板を用
いた極板で簡易的な熟成工程を行うことによって上記の
課題を解決しようとするものである。すなわち、本発明
は鉛粉を主原料とする活物質原料粉末に、結着剤として
ポリフッ化ビニリデン(以下PVDFとする)、PVD
Fの溶媒としてN−メチルピロリドン(以下NMPとす
る)を加え練合した低粘度のペーストを、シート状の集
電体に薄く均一に塗着したのち溶媒を除いて極板を作製
する。次にこのようにして作製した正極板と負極板をセ
パレーターを介して捲回し群板群を構成する。これを比
重1.20〜1.40の希硫酸に浸酸し、セパレーターと活物質
層に硫酸を含ませた後、40℃〜80℃の恒温槽中で1
〜4時間乾燥する簡易的な熟成工程を行う。
【0011】上記製造法によれば、活物質と硫酸との反
応による集電体と活物質との間の剥離が、捲回により極
板群にかかる圧力とPVDFにより抑止され、良好な熟
成状態の極板群を得ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明による密閉形鉛蓄電池の製
造フローを図1に示す。本発明では活物質ペーストの作
製に結着剤としてPVDFを用いて、集電体である導電
性芯材に塗着することにより、捲回時の機械的ストレス
や浸酸時の活物質膨張に耐える機械的強度を確保してい
る。
【0013】さらに高率放電時の高容量化を達成するた
めに単に極板を薄型化するだけでなく、放電特性に大き
な影響を与える熟成工程を取り入れ、寿命と高率放電特
性に優れた密閉形鉛蓄電池を得ることができる。
【0014】
【実施例】以下本発明の実施例について図面を参照しな
がら説明する。
【0015】まず極板の作製であるが,本実施例では正
極板又は負極板原料として重量比で金属鉛25%、一酸
化鉛75%(酸化度75%)からなる鉛粉を用い、負極
にはこの他、重量比2%の硫酸バリウムと1%の炭素粉
末、0.5%のリグニンを添加して混合材を調製した。
ちなみに、正極用の添加剤としては上記のほかに、鉛丹
や塩基性硫酸鉛や二酸化鉛などの鉛化合物の添加が可能
である。
【0016】上記の原料粉末に、結着剤PVDFを溶媒
であるNMPで溶解し、PVDFのNMPに対する溶解
度が約10%の溶液を用いた。この溶液をPVDFが原
料粉末に対して3重量%になるように加え均一に練合し
ペーストとする。ただし、結着剤の濃度は必要とするペ
ーストの粘度に応じて適度に変えられる。
【0017】次に、得られたペーストをドクターブレー
ド法によって、鉛−スズ合金製で厚みが約50μmのシ
ート状芯材の両面に塗着した。この時の塗着量は、正極
では芯材1cm2当たり両面で理論容量30mAh、負極で
は同じく40mAhの塗着量を基準とした。これらの極板
を80℃に温度調整した乾燥機内に2時間放置しNMP
を除去する。溶解されていたPVDFは析出固化し活物
質原料粒子相互間および集電体と原料粒子間を結着して
いる。
【0018】これらの極板の断面図を図2(a)に、そし
て正面図を図2(b)に示す。ペースト1は導電性の芯材
2の全面に塗着するのではなく、図2に示すように一部
は芯材2を露出させておく。正極板および負極板の露出
部が互いに軸方向に対し反対方向になるよう捲回した状
態を図3に示す。
【0019】この正極3および負極板4を厚さ0.7mm
のガラスマットセパレータ5を介して渦巻き状に捲回
し、円筒形の極板群を構成する。この極板群の軸方向の
断面を図3に示す。このように正、負極シートのペース
トを塗着していない部分をそれぞれ逆方向に向けセパレ
ーターから露出させる。これは特表平5−503604
号公報に記載されている手法に準拠した。
【0020】この時の極板群にかかる捲回圧力は50kg
/dm2に調整した。なお用いた正極シートは幅50mm、
長さ170mmで理論容量2.6Ah、負極シートは幅50m
m、長さ220mm、理論容量4.4Ahで、公称容量1.2
Ahの正極容量制限電池となる。
【0021】密閉できる容器内に比重1.40の硫酸水
溶液を入れ、上記発電部全体を硫酸水溶液につけ真空含
浸によって液を十分に含ませ、常圧にもどし、さらに1
0分間浸漬した。これを取り出し、温度70℃で相対湿
度80〜100%の高温、高湿度に調整した環境に2時
間おいて熟成した。活物質合剤はPVDFによって物理
的に結着する事に加えて、熟成による造粒効果によって
より強固に結着した。
【0022】次に集電板の取り付けであるが、露出させ
ている正負極の芯材部分に鉛製の集電板をスポット溶接
で取り付ける。この集電板7は図4に示すように、発電
部の両端を完全に覆ってしまわず、後で電解液を注入す
るための隙間8と外部出力端子9を設けている。
【0023】熟成を終えた発電部をアクリル製の円筒形
外装ケースに挿入し、同じくアクリル製の中央に貫通孔
を持つ円盤で円筒外装ケースの両端に蓋をする。正極と
負極の外部出力端子はこの貫通孔からケース外に出す。
尚、正負いずれかの蓋には安全弁を取り付ける穴を設け
ておく。両出力端子と蓋の貫通孔との隙間はエポキシ樹
脂で埋める。
【0024】次に安全弁用に設けた穴から、希硫酸(比
重1.15)を注入し、0.4Cの定電流で7時間電槽化
成を行なった後、電池内の電解液を比重1.30の希硫
酸に置換し、安全弁を取り付けて密閉し、外径22mm、
高さ55mmの円筒形鉛蓄電池を作製した。
【0025】比較のために、本実施例とは上記の熟成工
程を行わないこと以外は、全く同様の工法で試作した電
池を従来例1とした。また本実施例と同様の活物質原料
粉末を、結着剤を用いずに水だけで混練したスラリーを
用い本実施例と同様の工程で作製した電池を従来例2と
した。さらに従来例2と同じスラリーを用い本実施例と
は熟成工程を行わないこと以外は同様の工法で作製した
電池を従来例3とした。
【0026】これらの電池をそれぞれ2Cの放電率で放
電した結果を図5に、5Cで放電した結果を図6に示
す。図から明らかなように本発明品の放電特性は、従来
例1、2および3に比べ大きく向上していることがわか
る。この理由は次のように考えられる。
【0027】従来例1に比べ、本発明品では熟成工程を
行っているため、活物質同士がセメンテーションによっ
てより強く結びつき導電ネットワークを形成しているた
め、特に高率放電での特性が優れると思われる。次に従
来例2では、結着剤を用いていないために、熟成工程で
鉛粉が塩基性硫酸鉛あるいは硫酸鉛に変化するときの活
物質の膨張によってストレスがかかり、芯材との結着性
が失われ集電能力がなく、また同じく結着剤を用いない
ために活物質同士の結着性が悪く導電性がないためと思
われる。さらに従来例3では、やはり結着剤がないため
に、芯材との結着性および活物質同士結着性が悪い上、
導電ネットワークの形成が本発明品に比べ劣っているも
のと思われる。
【0028】さらに、サイクル寿命を評価するため、本
発明品と従来例1,2,3の電池をそれぞれ1C放電
(CUT OFF1.7V)、1C定電流/2.35V
定電圧充電(1.5時間)の条件でサイクル特性を調査
した。サイクル寿命は放電容量が初期容量の50%まで
低下した時点を終点とした。その結果を表1に示す。
【0029】
【表1】
【0030】表1から、本発明品の優位性は明らかであ
る。この原因も上記に述べたとおり、活物質同士の導電
ネットワークおよび芯材との結着性にあると思われる。
この中で従来例2の結果が特に悪いのは結着剤が無いた
めに、電池完成前の熟成工程の段階で活物質と芯材との
脱離が起こったためと思われる。
【0031】一方、熟成の条件であるが、温度について
は40℃から80℃の範囲であることが好ましい。この
温度以下では、長時間熟成しても活物質のセメンテーシ
ョン効果が薄れ、かえって非常にもろい活物質層となっ
てしまい放電特性、サイクル特性ともに従来品に比べて
劣化してしまう。またこの温度以上で行うと放電容量の
劣化が著しいという結果が得られている。この理由はお
そらく高温では、4塩基性硫酸鉛が多く生成され、化成
時に放電反応に不利なαPbO2が多くなるためと思わ
れる。
【0032】次に湿度であるが、本発明品は薄型極板で
あるので恒温槽中では非常に乾燥しやすいため熟成中に
は環境を高湿度に保たなければならない。いろいろな条
件を試してみたところ熟成環境としては相対湿度80%
以上が好ましいことがわかった。
【0033】本実施例では、極板を円筒形に巻いた電池
について主に説明したが、図7に示すように、発電部の
断面が楕円形もしくは小判型に群構成した電池について
も同様の結果が得られている。請求項2に記載した電池
では外装ケースを矩形ないし楕円形にすることで円筒形
のものと比べ、電池を機器に内蔵したり組電池として使
用する場合に体積効率が良くなり円筒形に比べ有利とな
る。
【0034】なおこの角形電池の構成は前記実施例と同
様の方法で行った。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、優れた高
率放電特性とサイクル寿命とを兼ね備えた鉛蓄電池を得
ることができる
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による鉛蓄電池の製造フローチャート
【図2】本発明の製造法で用いられる薄型極板の正面図
および断面図
【図3】本発明による円筒形鉛蓄電池の極板群の断面図
【図4】本発明による円筒形電池と出力端子の斜視図
【図5】本発明による電池と従来例による電池との放電
特性比較を示す図
【図6】本発明による電池と従来例による電池との放電
特性比較を示す図
【図7】本発明による楕円形極板群の斜視図
【符号の説明】
1 活物質層 2 シート状集電体 3 正極 4 負極 5 セパレーター 6 捲芯空間 7 集電体 8 隙間 9 外部出力端子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉛粉または鉛丹を主成分とする粉末材料
    をポリフッ化ビニリデンを結着剤に用いて、導電性シー
    トからなる芯材の両面に塗着した正極および負極用極板
    をセパレーターを介して捲回してなる極板群を希硫酸に
    浸酸し、40℃〜80℃の恒温槽中で熟成・乾燥工程を
    経て、電槽化成し電池を作製することを特徴とする鉛蓄
    電池の製造法。
  2. 【請求項2】 正極および負極用極板をセパレーターを
    介して楕円状に捲回して極板群を構成した請求項1記載
    の鉛蓄電池の製造法。
JP9062653A 1997-03-17 1997-03-17 鉛蓄電池の製造法 Pending JPH10261432A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100888287B1 (ko) 2006-07-28 2009-03-11 주식회사 엘지화학 전해액 불활성 분말을 포함하고 있는 이차전지
CN108336423A (zh) * 2017-12-27 2018-07-27 广州倬粤动力新能源有限公司 传送式浸酸槽
CN108400391A (zh) * 2018-04-28 2018-08-14 界首市菁华科技信息咨询服务有限公司 一种快速充放电的密封高储能铅酸蓄电池的制备方法

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