JPS5819864A - 鉛蓄電池用電極の製造法 - Google Patents

鉛蓄電池用電極の製造法

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JPS5819864A
JPS5819864A JP56120289A JP12028981A JPS5819864A JP S5819864 A JPS5819864 A JP S5819864A JP 56120289 A JP56120289 A JP 56120289A JP 12028981 A JP12028981 A JP 12028981A JP S5819864 A JPS5819864 A JP S5819864A
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Katsuhiro Takahashi
勝弘 高橋
Keiichi Watanabe
啓一 渡辺
Naoto Hoshihara
直人 星原
Hiroyuki Jinbo
裕行 神保
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/56Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of lead
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ペースト状やスフ 1J−状の練合物をグリ
ッドやクラッド用多孔性支持体に充填してなる鉛蓄電池
用電極の改良に関するものでアシ、フッ素樹脂のディス
パ・−ジョンとシリコーンの水性エマルジョンを練合物
中に共存させた練合物を支持体に充填し、乾燥すること
によって、寿命の改善をはかることを目的とする。
練合物を充填する電極の製法は、ペースト式電極などで
周知のように、比較的容易に高性能が得られることから
、現在もなお主流である。ところが−面では寿命に弱点
があり、とくに高容量化と長寿命化の両立に限界があっ
た。この問題の解決の1つに、ポリテトラフルオロエチ
レン、フルオロエチレンとフルオロプロピレンの共重合
体などのフッ素樹脂のディスパージョンを練合物中に添
加し練合する方法が提案され、本発明者らも電極として
の優れた特性を引き出すための具体的な条件を詳細に調
べ、明らかにし、実用化できる段階に到った。
ただし、フッ素樹脂のディスパージョンを加えた活物質
の練合物には、つぎのような性質があって、実際の製造
工程では、細部の条件に改善の余地がある。
3、・−二・ 第1には、練合中にフッ素樹脂が繊維化し、それらが互
いに交絡して網状体を形成し、これが補強の役割りをす
るのであるが、上記の練合物は強力なゴム状弾性を持つ
塑性物となり、これが強すぎて、グリッドへの平滑な塗
着が困難になる場合が多い。
第2には練合中に上記網状体が形成する反面、上記網状
体が切断され、練合物中に繊維が存在していても活物質
の粒子との結合が切れると保護の役割が低下する。
第3には、上記網状体の網目は活物質の粒子よりもはる
かに大であり、充放電時に活物質の微細化が起こるとそ
の粒子は上記網目をぬけて脱落しやすく、活物質粒子そ
のものの強度を高めることが必要になってくる。
本発明は、これらの課題に対して改善を与える効果的な
方法を提供するものである。
すなわち、鉛粉、水、硫酸を主体とする練合物を調整す
る段階で組成材料としてフッ素樹脂のディスパージョン
とシリコーンの水性エマルジョンを共存させて練合する
工程を経たのち充填、乾燥することを特徴とする。
ここで、シリコーンの水性エマルジョンは、一般にマス
ターエマルジョンと触媒が分離されて保管され用いる段
階で混合しキュアー反応を行なわせるのが普通であるが
、10’〜10’の長鎖の重合度を持つシリコーンゴム
を効率よく生成させるだめの条件は、200℃近くの高
い温度が必要で、必ずしも鉛蓄電池用活物質の練合に適
正な条件と一致しない場合が多い。この観点からゴム化
が中間段階まで進められたシリコーンゴムを安定化した
シリコーンの水性エマルジョン、すなわち−液性常温加
硫型シリコーンゴムエIルジョンを用いるのが適切であ
る。この場合は水を逸散するだけで、速やかに強力なゴ
ム状弾性を持つシリコーンの高分子集合体が生成する。
しかもこのメカニズムはまだ明らかにされていないが、
普通の架橋や縮合などによるシリコーンの結合反応とは
異なり、エマルジョン中のシリコーンゴム分子同志が水
の逸散の過程で接近し、何らかの結合力を持つとさ5、
−1 れていて、とくに架橋用の触媒も不要であるし、副反応
によるC02の発生やそれに伴う活物質化合物の変質も
ない。このような純粋に近い長鎖のシリコーンからは、
主にジメチルポリシロキサンなどポリシロキサン系の多
孔質の析出物が得られ、水性のエマルジョンであるから
、石油系オイルなどに分散された油性液体のように、活
物質中に残留して特性を劣化させる危険は全くない。
一般に、ペースト等の練合は、鉛粉、水を主成分とする
組成で予備練合し、これに比重1.20〜1.46の硫
酸を滴下しつつたとえば6分あるいは1時間以上と必要
に応じて時間をかけて練合し、硫酸の滴下終了後に、さ
らに仕上げの練合を行なうのが普通である。ここで、フ
ッ素樹脂ディスパージョンの混入時点については網状体
のでき方に特徴はあるものの任意であシ、また寿命向上
の効果は、フッ素樹脂の添加時期に対してシリコーンの
水性エマルジョンの添加時期も任意である。これはシリ
コーンの水性エマルジョンからのポリシロキサン系樹脂
の析出は水分の多い練合中には極点は、この性質に関連
し、一度生成した構造が練合中に破壊される現象の起こ
るフッ素樹脂のような危険性はシリコーンの水性エマル
ジョンにはなく、最後の乾燥時点で活物質粒子を単一に
あるいは複数個に亘って多孔質に被覆し、それらは弾力
的に連結され、あたかも連結するマイクロカプセルに包
含するように活物質を保護する。したがってフッ素樹脂
の網が粗であっても、活物質の微細化に対応できる構造
となる。さらに優れた点は、フッ素樹脂により形成され
た網状体の破壊の有無にかかわらず、フッ素樹脂の大き
な網の各所で、活物質の二次粒子群に密着して成長する
ポリシロキサン系高分子集合体の中に網の一部が取り込
まれ、固定され、全体としてミクロとマクロの構造を形
成する。
もう一つの効果は、フッ素樹脂ディスパージョンとシリ
コーンの水性エマルジョンの共存下において練合すると
、練合塑性物の弾性や粘性がフソ素樹脂のみを加えて練
合した場合に比べて低下し、塗着の作業性が向上する点
である。この効果は、とくにフッ素樹脂ディスパージョ
ンを添加する時点の直後かそれ以前の段階、すなわちフ
ッ素樹脂の網状化がまだ十分進行しない間にシリコーン
エマルジョンを添加することによる改善が大きい。
この現象については、フッ素樹脂の網状体も観察できる
ことから、単にフッ素樹脂の繊維化を抑制することでは
な−で、練合中に局所的にポリシロキサン系樹脂が析出
することと何らかの関係があると思われる。このような
局所的なシリコーン高分子ノ析出には、ポリエチレンオ
キサイドなど吸水性物質の共存が有効で、これらは寿命
にも良い影響を与え、多孔質な充填も可能にする。
以上のように、本発明は、フッ素樹脂ディスパージョン
を練合するときの作業性を改善するとともに、万−練合
中にフッ素樹脂の網状体が破壊されてもそれを最終的に
は、二次粒子群間に析出するポリシロキサン系樹脂の集
合体でつなぎ止め、さらに各活物質の微粒子は多孔質の
ポリシロキサン表樹脂の集合体で緻密に保護し、微小粒
子の保護とそれら粒子群間の保護を兼ね備える新しい構
造をつくることは明らかである。
なお、フッ素樹脂ディスパージョンの固形成分の鉛粉に
対する割合は任意ではあるが、水や硫酸の量にもよるが
あま重量を増すと充填性の悪化や急放電性の劣化を生じ
るので、0.05〜1重量%が現実的である。この範囲
では網状体の網目は比較的粗になりやすく、このような
領域で本発明の効果、すなわちシリコーンの水性エマル
ジョンを練合する場合の微細化粒子の脱落抑制の効果は
より顕著となる。またその時のシリコーンの水性エマル
ジョン中の固形分量は、鉛粉重量に対して0.06〜6
重量%が適切である。この値は、充填時に練合物中の水
分が若干電極外に放出され、エマルジョン状態で存在す
るシリコーン樹脂成分が系外に放出される状況で測定し
たものであり、充填前後のペースト密度差が0.2〜1
の範囲では0.06〜1重量%の低濃度、密度差が脱水
機や乾・布を押圧して1を越えるような場合には1〜6
重9べ一; 量チを加える方が、電圧降下を抑制しつつ寿命を向上す
るには良い。
もちろんフッ素樹脂のみを練合した完成したペースト極
にシリコーンエマルジョンを浸潤し乾燥して、後から微
細粒子を保護することが可能なように、本発明のフッ素
樹脂ディスパージョンとシリコーンの水性エマルジョン
の共存下で練合し塗着、乾燥した電極に、あとからシリ
コーンの水性エマルジョンを含浸、乾燥することにより
、構造を補修することはできる。ただし、練合中に局所
的に析出するポリシロキサン系樹脂の集合体は、活物質
粒子が成長してゆく過程で活物質内部にくい込んで形成
されているので、緩から補修されるポリシロキサン系高
分子の集合体と結合し、活物質の内部と外部から補強構
造が組立てられる。
なお、練合物中に吸水性化合物や長短の繊維、その他の
既存のペースト練合物を調整するための添加物を加える
ことは何ら差しつかえない。
以下、実施例によって本発明の効果を示す。
実施例1 1゜ 常法にしたがい、鉛粉(酸化度60〜90%)1初に対
し水200 CGを予備練合し、これに比重1.36の
硫酸100CCを約10−30分間にわたって滴下しつ
つ練合し、さらに6〜16分間仕上げの練合を行なった
ペーストを調整する段階で、ポリ四フッ化エチレン固形
分を鉛粉に対し0.5重量%含むようにフッ素樹脂の水
性ディスパージョンを予備練合時に加えた練合時に加え
た練合物(8)、シリコーンの水性エマルジョンとして
一液性常温加硫型シリコーンゴムエマルジョンをシリコ
ーン固形分として鉛粉に対して0.5重量%、ポリ四7
ツ化エチンンの水性ディスパージョンを樹脂分として鉛
粉に対して0.6重量%を予備練合時に添加したもの 
(ロ)、何も添加しない練合物Cをつくった。
評価の第1段として、ペーストの性状は、(8)は弾性
が強ぐスポンジ状となり、グリッドへの充填作業は困難
を極めた。(qは充填が容易であるが、グリッドの敷布
に付着し、電極を敷布から分離するのが困難であった。
(B)は(qよすやや固い感じで11  。
あるが、敷布からの分離はしやすく(3)と同じフッ素
樹脂量を持ち、弾性もあるが充填性は極めて良く、右前
れも良好であった。
ついで、上記ペーストを面積約148cdのエクスパン
ドグリッドに塗着し、常法により熟成、乾燥した正極板
を用いて、正極4枚、負極5枚で電池を構成し、電池寿
命を調べた。なお、本発明の効果をよシ明らかにするた
めに、従来の電池に用いるようなガラスマットを用いな
いで、ポリエチレン系多孔体を隔離板として用いた。
以上により得られた電池を2OAの電流で1時間の放電
、6Aで6時間の放電で繰シ返し、25サイクル毎に2
0Aで1.7V’Jで放電して調べたこの場合の初期容
量に対する容量維持率の変化を第1図に示す。この結果
よシ、寿命はA、  BいずれもCより優れ、中でも本
発明のBはAの電池よりも良い。この効果は、本発明で
はフッ素樹脂の大きな網状体で単に活物質が支えられる
だけでなく、活物質を多孔質に被覆するポリシロキサン
系樹脂がさらにフッ素樹脂網に局部的に結合し、ミクロ
やマクロの保護構造を形成していることに′よると考え
てよい。上記のような本質的な構造の差異は、ペースト
処方や充填手段、樹脂の添加量によって変わるものでは
なく、共通して得られるものである。ただ、電池の用途
によっては、高エネルギー密度、高出力性などいずれの
特性を指向するかによって電圧低下の許される場合と、
許されない場合がある。
実施例2 常法にしたがい、鉛粉I Kgに対し水200 CCを
予備練合する時に、添加順序として、まずシリコーン固
形分として鉛粉に対し、0.5重量%を含むように一液
性常温加硫型シリコーンエマルジョンを添加して約3分
量線合した後、ついでポリ四フフ化エチレンの水性ディ
スパージョンを固形分として鉛粉に対し0.6重量%含
むように添加して練合した練合物(P)、予備練合時に
、添加の順序として、まず最初にポリ四フッ化エチレン
の水性ディスパージョンを固形分として鉛粉に対し0.
5重量%添力牝、認識の添加練合を終了した後、シリコ
13、、−、 −ンの水性エマルジョンを固形分として鉛粉に対し0.
5重量%添加して練合したもの0、ポリ四フッ化エチレ
ンとシリコーンの量は(qに同じとし、予備練合時に同
時に練合したもの(6)を調整した。
ペーストの性状は、いずれのペーストもゴム状弾性はあ
るが、に)よシやや弱く、ペーストのすべりや充填性は
四よシはるかに改善された。中でも結果を第2図に示す
。この結果、(ト)、@は#丘とんど同様の寿命の経過
を示し、0はやや劣った。これらのことから、ポリ四フ
ッ化エチレンが網状体を形成する前にシリコーンのエマ
ルジョンを添加しておくことにより、ポリ四フフ化エチ
レンの網状体による練合物の流動性の減少の程度を抑制
し充填性を改善することがわかる。したがって完全に網
状体が形成された後でシリコーンの水性エマルジョンを
添加す、る0では、練合物の塑性を改善する程度は些少
でしか麦い。
4 ンの水性エマルジョ・ンからのシリコーンの高分子の析
出が練合中には極めて局゛部的でしか起こらず、寿命を
改善する段階は最終の乾燥段階であって、微細な粒子を
も被覆するシリコーンの保護構造とフッ素樹脂の網状体
による大きな網目とで構成される構造が類似しているこ
とたよるものと思われる。
また(P)、(R)がqに比べて寿命が若干優れるのは
、硫酸の添加前にシリコーンの水性エマルジョンが添加
されているこ七に関係し、練合中の鉛粉材料から鉛の硫
酸化物への活物質の変化、生長に並行。
して、生長過程の活物質粒子にくい込む形でシリコーン
が局所的に析出し、最終の乾燥時点で完成される本格的
な被覆層と接続して強力な保護構造をとるものと思われ
る。
なお、練合物中の液性によって若干性質が変わり、酸性
が強いと生成するシリコーンの高分子多孔体の結合力は
やや弱く、膨潤性を示し、高率放〜電性には好ましいが
、寿命はやや低下する。中性16 を示すので寿命の改善には、pH7以上であることが望
ましい。
以上のように、本発明はフッ素樹脂が練合中に網状体を
形成する性質とシリコーンの水性エマルジョンが湿潤状
態で活物質に接触したのち水の逸散過程で活物質を多孔
質につつむシリコーンの高分子の補強構造を形成する性
質が相互に作用し、いずれの単独の処理でも得られない
強力な活物質の保護構造を形成するものであって、正極
、負極に限らず、また適用する電極がどのような形状で
あっても、活物質を練合、調整して充填する電極に共通
にその寿命を向上するものである。
なお、充填量はこの実施例に限定されるものではなく、
寿命と急放電性などの観点から、用途に適切な条件を選
ぶことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図は各種の正極を用いた鉛蓄電池の充
放電に伴う容量維持率の変化を示す図である。 特開昭58− 19864(5) ¥41 図 サイクル表 (回) 25a 299−

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)鉛粉、水、硫酸を主成分とする練合物を調整する
    段階で、フッ素樹脂のディスパージョンおよびシリコー
    ンの水性エマルジョンを存在させて練合し、これを支持
    体に充填し、乾燥することを特徴とする鉛蓄電池用電極
    の製造法。
  2. (2)シリコーンの水性エマルジョンの添加時点が、フ
    ッ素樹脂のディスパージョンが添加され、練合が開始さ
    れる前である特許請求の範囲第1項記載の鉛蓄電池用電
    極の製造法。
  3. (3)最終練合状態における練合物のpHが7以上であ
    る特許請求の範囲第1項または第2項記載の鉛蓄電池用
    電極の製造法。
JP56120289A 1981-07-16 1981-07-30 鉛蓄電池用電極の製造法 Granted JPS5819864A (ja)

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JP56120289A JPS5819864A (ja) 1981-07-30 1981-07-30 鉛蓄電池用電極の製造法
US06/398,656 US4548835A (en) 1981-07-16 1982-07-15 Method for fabricating electrodes for use in lead storage batteries
EP82303760A EP0070718B1 (en) 1981-07-16 1982-07-16 Method for fabricating electrodes for use in lead storage batteries
DE8282303760T DE3277485D1 (en) 1981-07-16 1982-07-16 Method for fabricating electrodes for use in lead storage batteries

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61125684U (ja) * 1985-01-26 1986-08-07

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61125684U (ja) * 1985-01-26 1986-08-07
JPH0320550Y2 (ja) * 1985-01-26 1991-05-02

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