JPH10302783A - 密閉形鉛蓄電池及びその製造法 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池及びその製造法

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JPH10302783A
JPH10302783A JP9108873A JP10887397A JPH10302783A JP H10302783 A JPH10302783 A JP H10302783A JP 9108873 A JP9108873 A JP 9108873A JP 10887397 A JP10887397 A JP 10887397A JP H10302783 A JPH10302783 A JP H10302783A
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JP
Japan
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positive electrode
active material
acid battery
sealed lead
lead
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JP9108873A
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English (en)
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Arihiko Takemasa
有彦 武政
Yukio Yoshiyama
行男 吉山
Koichi Fukui
浩一 福井
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Resonac Corp
Original Assignee
Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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    • 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
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】正極活物質の劣化を抑制することでトリクル充
電用途の鉛蓄電池を長寿命化する。 【解決手段】正極活物質における直径1〜5μmの範囲
の細孔の正極活物質1g当たりの容積が0.05ml以
上である極板を用いた密閉形鉛蓄電池を作製する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、密閉形鉛蓄電池及
びその製造法に関し、殊に密閉形鉛蓄電池のトリクル充
電性能の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から密閉形鉛蓄電池の活物質ペース
ト原料には若干の金属Pb粉を含んだPbO粉が用いら
れている。これに水及び硫酸を加えて混練することでペ
ースト状とし、これをPb−Ca−Sn合金等からなる
集電体格子に塗着、充填し、30〜50℃の雰囲気で2
0〜40時間熟成を行い、これを化成することで極板を
得ている。密閉形鉛蓄電池の用途の一つに停電時のバッ
クアップ用の電源がある。この種の電池は通常トリクル
充電により常に充電状態で待機している。この時正極か
ら発生する酸素ガスを負極で吸収させることで、密閉容
器内でのトリクル充電を可能にしている。停電時のバッ
クアップ電源用の鉛蓄電池の寿命原因は、正極集電格子
の腐食が主なものであった。正極集電格子の合金には主
にPb−Ca−Sn合金が使用されている。この合金を
正極集電格子に用いると、当該合金の金属組織の粒界に
沿って腐食が進行していくという特徴がある。上記金属
組織の粒界に沿った腐食を抑制するために合金中のCa
含有率を下げること、また特開平2−201871に開
示されているように合金中のSn含有率を上げることが
提案されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述したように合金組
成を改善することで正極集電格子の腐食を抑えることが
でき、電池の寿命は多少延びる。しかしながら多少電池
が長寿命化したことにより、寿命の主な原因が正極活物
質の劣化となり、そのため正極活物質の劣化について考
慮する必要が生じてきた。本発明が解決しようとする課
題は、正極活物質の劣化を抑制することでトリクル充電
用途の鉛蓄電池を長寿命化することである。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の鉛蓄電池は、正極活物質が直径1〜5μmの
範囲の細孔を実質的に均一に活物質重量1g当たり0.
05ml以上有することを特徴とする。正極活物質中に
直径1μm以上の比較的大きな細孔を実質的に均一に、
当該細孔の活物質重量1g当たりの所定容積以上有する
ことで、電解液である硫酸水溶液の活物質中における拡
散が良好となり、充放電反応が局部的に起こることを抑
制できる。これは一部の活物質に過渡な負荷をかけるこ
とを抑制することと同義であり、結果的に活物質全体の
劣化を抑制することとなる。また、正極活物質中に直径
5μm以下の細孔を実質的に均一に、当該細孔の活物質
重量1g当たりの所定容積以上有することで、活物質粒
子同士、活物質粒子と集電体の接着点数をある値以上維
持でき、正極の機械的強度を維持できる。このことは結
果的に物理的な活物質の劣化を抑制することと同義であ
る。上記直径5μm以下の細孔の正極活物質重量1g当
たりの所定容積とは0.05mlである。直径5μm以
下の細孔の正極活物質重量1g当たりの容積が0.05
mlを下回る比率で正極活物質が直径1〜5μmの範囲
の細孔を有していても、上述した直径1〜5μmの細孔
の利点を有効に生かすことができない。また上記直径1
〜5μmの細孔の正極活物質重量1g当たりの容積0.
05mlは、鉛蓄電池の充電状態における値である。正
極活物質1g当たりの細孔容積0.05ml以上の直径
1〜5μmの範囲の細孔の存在状態は、正極全体に実質
的に均一であるべきである。その理由は直径1〜5μm
の細孔が局在すると、その利点を有効に生かすことがで
きないためである。
【0005】上記本発明の構成を備えることで、トリク
ル充電用途の密閉形鉛蓄電池用正極活物質を長寿命化す
ることができる。しかし前記合金組成を改善した上で、
上記本発明の構成を備えることが好ましいのは言うまで
もない。
【0006】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態の一例
を示す。メジアン径1〜3μmのPbO粉1gに対し水
0.07gを加えて混練したものと、メジアン径6〜8
μmのPb34粉1gに対し35wt%の希硫酸水溶液
1.5gを加えて混練したものとをPbO:Pb34
9:1の割合で混合し、活物質ペーストを作製する。こ
の活物質ペーストをCa含有率が0.08wt%、Sn
含有率が1.3wt%のPb−Ca−Sn合金からなる
厚さ4mmの正極集電格子体に塗着、充填する。こうし
て正極板を得る。上記正極板を80℃の恒温槽で3時間
放置させる熟成工程を経て、その後50℃で20時間乾
燥させる。この正極板と、公知の手法による負極板とを
ガラス繊維製の不織布からなるセパレータを介して交互
に積層し、1セルが38Ahで、これを電池容器内で6
セル直列に接続した状態にする。その後電池容器内に3
8wt%の希硫酸水溶液を注入し、公知の方法で電槽化
成を実施し、12V−38Ahの規格の密閉形鉛蓄電池
を作製する。
【0007】この密閉形鉛蓄電池に対し、周囲温度60
℃で2.27V/セルで72時間トリクル充電を実施
し、その状態(充電状態)のまま密閉形鉛蓄電池を解体
し、正極板を取り出した。上記充電状態の正極板の活物
質部分の細孔分布を水銀圧入法により測定した。測定装
置は、(株)島津製作所製「全自動ポロシメータ Pore
Sizer 9310」である。充電状態の正極活物質は1μm
〜5μmの細孔が細孔全体の50〜60%を占めてお
り、当該細孔の正極活物質1g当たりの容積は0.05
4mlだった。また、正極板の各部分から無作為に正極
活物質を採取し、細孔分布を測定したところ、それら全
てが、1μm〜5μmの細孔が細孔全体の50〜60%
を占めており、当該細孔の正極活物質1g当たりの容積
は0.05ml以上を有していたことから、このような
細孔の存在状態は、正極全体に実質的に均一であること
がわかった。
【0008】
【実施例】
「実験1」発明の実施の形態に記載した密閉形鉛蓄電池
(実施例1)と、請求項1に記載した本発明の構成を備
えていない密閉形鉛蓄電池(比較例1、2)について比
較検討した。
【0009】(比較例1の密閉形鉛蓄電池の作製法)発
明の実施の形態で記載した、実施例1の密閉形鉛蓄電池
の正極板の作製法における、正極活物質ペーストの作製
条件を以下のように変えた。それ以外は実施例1と全く
同条件で作製した。メジアン径1〜3μmのPbO粉1
gに対し水0.06gを加えて混練したものに、その後
35wt%の希硫酸水溶液をPbO粉1gに対し、0.
15gを加えて更に混練した。
【0010】(比較例2の密閉形鉛蓄電池の作製法)発
明の実施の形態で記載した、実施例1の密閉形鉛蓄電池
の正極板の作製法における、正極活物質ペーストの作製
条件を以下のように変えた。それ以外は実施例1と全く
同条件で作製した。メジアン径1〜3μmのPbO粉1
gに対し、メジアン径6〜8μmのPb34粉0.1g
を混合し、そこにPbO粉1gに対し水0.07gを加
えて混練したものに、その後35wt%の希硫酸水溶液
をPbO粉1gに対し0.17gを加えて更に混練し
た。
【0011】これら比較例1、比較例2の密閉形鉛蓄電
池の正極活物質の細孔分布を測定した。測定条件は発明
の実施の形態に記載した細孔分布の測定条件と同条件で
ある。その結果を実施例1の密閉形鉛蓄電池の正極活物
質の細孔分布の測定結果と共に表1に示す。表1に示す
数字は、正極活物質における直径1〜5μmの範囲の細
孔の正極活物質1g当たりの容積(ml)である。
【0012】
【表1】
【0013】正極活物質の細孔は通常直径0.01〜1
0μm程度の範囲で分布している。比較例1、2の密閉
形鉛蓄電池の正極活物質の細孔は、直径0.1μm以上
1μm未満のものが多かった。実施例1の密閉形鉛蓄電
池の正極活物質の細孔は、直径1〜10μmが多く、特
に直径1〜5μmが多かった。
【0014】「実験2」上述した実施例1、比較例1、
比較例2の密閉形鉛蓄電池についてトリクル寿命試験を
実施した。試験条件を以下に説明する。60℃の恒温槽
に各電池を入れて2.27V/セルの定電圧でトリクル
充電を行う。そして2ヶ月に1度放電容量を測定する。
放電容量は周囲温度25℃で0.25CmAで終止電圧
1.7V/セルまで放電し、そのときの放電容量を測定
した。試験結果を図1に示す。縦軸は、満充電状態から
初期容量を測定した値をそれぞれ100としたときの放
電容量相対値である。実施例1の密閉形鉛蓄電池が、比
較例1、比較例2の密閉形鉛蓄電池に比して長寿命であ
ることがわかる。また、比較例1が比較例2よりも寿命
特性が優れている理由は、比較例1が比較例2に比べて
1〜5μmの細孔量が多いためであると考えられる。
【0015】本実験で用いた密閉形鉛蓄電池以外の数種
の密閉形鉛蓄電池について、本実験と同様の試験を実施
した。その結果、正極活物質における直径1〜5μmの
範囲の細孔の正極活物質1g当たりの容積と密閉形鉛蓄
電池の寿命特性とに相関関係があることを確認した。正
極活物質における直径1〜5μmの範囲の細孔の正極活
物質1g当たりの容積が大きいほど寿命特性が向上す
る。前記容積は正極活物質の0.05ml/g以上が長
寿命だった。
【0016】「実験3」正極集電格子の合金組成による
耐食性について試験した。試験に供する合金はPb−C
a−Sn合金である。この中でCa量、Sn量をそれぞ
れ変化させて試験に供した。試験方法は、ガラス容器内
に20℃における比重が1.300の硫酸水溶液を入
れ、そこに試験極として直径30mm、長さ50mmの
各組成の鉛合金棒を、対極として長さ50mm、幅30
mm、厚み1mmの純鉛板を、参照極として硫酸第一水
銀電極を浸漬する。この容器を60℃の恒温槽に入れ、
参照極に対し試験極に+1.3Vの電位を印加し、試験
極と対極間に流れた電流値(腐食電流)を測定する。そ
の状態を保持し、60日経過後の、トータルの電気量す
なわち腐食量を算出し、その結果を図2、図3に示し
た。図2は、鉛合金中のCa量を0.08〜0.1%と
してSn量を変化させたときの腐食量、図3は、鉛合金
中のSn量を1〜2%としてCa量を変化させたときの
腐食量を示している。この腐食量は、鉛合金中のCa量
が0.1wt%であり、Sn量が1wt%であるときの
腐食量を100としたときの相対値として示した。図
2、図3から、鉛合金中のCa量が0.08wt%以
下、Sn量が1.3wt%以上のときに耐食性が向上す
ることが理解できる。従ってこのような合金を正極集電
格子に使用することにより、正極集電格子の腐食による
密閉形鉛蓄電池の寿命特性低下を抑制することができる
ことがわかった。従って正極活物質における直径1〜5
μmの範囲の細孔の正極活物質1g当たりの容積を0.
05ml以上とし、更に正極集電格子の鉛合金組成のC
a量を0.08wt%以下、Sn量を1.3wt%以上
とすることが好ましい。
【0017】「実験4」前述した実施例1の密閉形鉛蓄
電池に用いた正極板の製造において、その熟成温度を変
えて、その後実施例1の製造における電槽化成と同条件
の化成充電を実施した各種正極板について、発明の実施
の形態に記載した測定法による細孔分布を測定し、表2
にその結果を示す。表中の数字は、正極活物質における
直径1〜5μmの範囲の細孔の正極活物質1g当たりの
容積(ml)である。
【0018】
【表2】
【0019】表2から、発明の実施の形態に記載した本
発明の密閉形鉛蓄電池に用いる正極板の製造において、
その熟成温度は80℃以上である必要があることがわか
る。
【0020】「実験5」前述した実施例1の密閉形鉛蓄
電池に用いた正極板の製造において、その活物質ペース
ト作製の際の出発原料であるPbO粉末粒径、Pb34
粉末粒径を変化させた際の、電槽化成後の正極活物質細
孔分布に与える影響を調べた。表3にPbO粉末粒径、
Pb34粉末粒径、正極活物質における直径1〜5μm
の範囲の細孔の正極活物質1g当たりの容積(ml)を
示す。
【0021】
【表3】
【0022】表3から、PbO粉末とPb34粉末との
配合比が発明の実施の形態に記載した場合、活物質ペー
スト作製の際の出発原料であるPbO粉末粒径が1〜3
μm、Pb34粉末粒径が6〜8μmのときに正極活物
質における直径1〜5μmの範囲の細孔の正極活物質1
g当たりの容積が、0.05ml以上であることがわか
る。
【0023】
【発明の効果】正極活物質の劣化を抑制することでトリ
クル充電用途の鉛蓄電池を長寿命化することができた。
【図面の簡単な説明】
【図1】トリクル寿命特性を示す図である。
【図2】鉛合金中のSn量と耐食性との関係を示す図で
ある。
【図3】鉛合金中のCa量と耐食性との関係を示す図で
ある。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】負極吸収式の密閉形鉛蓄電池において、集
    電格子体に保持された正極活物質が直径1〜5μmの細
    孔を実質的に均一に有し、当該細孔の活物質1g当たり
    の容積が0.05ml以上であることを特徴とする密閉
    形鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】正極集電格子体が、Ca含有率が0.08
    %以下、Sn含有率が1.3%以上のPb−Ca−Sn
    合金からなることを特徴とする請求項1記載の密閉形鉛
    蓄電池。
  3. 【請求項3】Ca含有率が0.08%以下、Sn含有率
    が1.3%以上のPb−Ca−Sn合金からなる正極集
    電格子体に、メジアン径1〜3μmのPbO粉を水で混
    練したものと、メジアン径6〜8μmのPb34粉を硫
    酸水溶液で混練したものを混合してなる活物質ペースト
    を塗着、充填し、その後80℃以上での熟成工程を経て
    得た正極板を用いることを特徴とする密閉形鉛蓄電池の
    製造法。
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