TWI673906B - 鉛蓄電池用正極板之製造方法 - Google Patents
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Abstract
為了提供一種不致使電池壽命縮短且能提高初始容量之鉛蓄電池。
將含鉛粉的原料混煉而得的正極活性物質糊填充於鉛合金製的格子基板而構成鉛蓄電池用正極板，該鉛粉含有以一氧化鉛為主成分之金屬鉛。鉛粉的中值粒徑調整成0.5~10μm。金屬鉛，在使用金屬顯微鏡觀察的情況，將金屬鉛粒的粒徑前10大的金屬鉛粒的粒徑之平均值(金屬鉛的平均粒徑T10)調整成10~35μm。
Description
本發明係關於將糊狀活性物質填充於鉛合金製的格子基板而構成之鉛蓄電池用正極板、以及具備有該正極板之鉛蓄電地。
日本特許第4293130號公報(專利文獻1)揭示一種鉛蓄電池用正極板，是將以鉛粉和鉛丹為主成分之正極活性物質原料利用稀硫酸進行混煉而成的正極活性物質糊，填充於鉛合金製的正極格子體而構成。在該鉛蓄電池用正極板，化成後的正極活性物質之多孔度調整為58%以上。
[專利文獻1]日本特許第4293130號公報
採用專利文獻1所揭示的正極板之習知鉛蓄電池，雖可將電池壽命延長某個程度，但存在初始容量降低的問題。就鉛蓄電池的一般特性而言有以下傾向，若想提高初始容量就會使電池壽命縮短，若想延長電池壽命就會使初
始容量降低。因此，在習知鉛蓄電池，難以兼顧初始容量和電池壽命雙方。
本發明之目的是為了提供一種能兼顧鉛蓄電池的初始容量和電池壽命之鉛蓄電池。
本發明所要改良的對象之鉛蓄電池用正極板，是將含鉛粉的原料混煉而得的正極活性物質糊填充於鉛合金製的格子基板而構成，該鉛粉含有以一氧化鉛為主成分之金屬鉛。在此之「以一氧化鉛為主成分之鉛粉」，是將作為鉛粉的原料之金屬鉛實施粉碎加工而得。在該鉛粉中存在有：金屬鉛的大部分在粉碎加工時被氧化之一氧化鉛、以及未被氧化之剩下的金屬鉛。
正極活性物質糊的原料，除了鉛粉還含有二氧化鉛、硫酸鉛及水。在此情況，將要混煉之二氧化鉛和硫酸鉛的莫耳比調整成1：2即可。藉由使用依該莫耳比調整後的二氧化鉛和硫酸鉛，理論上可製作出與使用鉛丹和稀硫酸作為原料的情況同樣的正極活性物質糊。
在本發明，構成正極活性物質糊的原料之鉛粉的中值粒徑調整為0.5~10μm。在此的「中值粒徑」，是指藉由粒度分布測定裝置所測定的鉛粉之粒度分布的中央值。在中值粒徑低於0.5μm的範圍，初始容量雖會變高，但電池壽命有縮短的傾向。此外，在中值粒徑超過10μm的範圍，電池壽命雖會變長，但初始容量有降低的傾向。
此外，在本發明，當將正極活性物質糊的原料中所含之金屬鉛利用金屬顯微鏡觀察的情況，將觀察到的金屬鉛粒的粒徑前10大的金屬鉛粒的粒徑之平均值定義為「金屬鉛的平均粒徑T10」時，該金屬鉛的平均粒徑T10調整成10~35μm。若金屬鉛的平均粒徑T10低於10μm，電池壽命會縮短，若金屬鉛的平均粒徑T10超過35μm，初始容量及電池壽命都無法提昇。
如此般，若使用其原料中的鉛粉之中值粒徑調整成0.5~10μm的範圍且鉛粉所含的金屬鉛之平均粒徑T10調整成10~35μm之正極活性物質糊而構成正極板，可提供一種不會縮短電池壽命且初始容量提高之鉛蓄電池。
又金屬鉛的平均粒徑T10較佳為調整成15~35μm。若使用其原料中的鉛粉所含的金屬鉛之平均粒徑T10調整成15~35μm的範圍的正極活性物質糊而構成鉛蓄電池用正極板，能使鉛蓄電池的初始容量和電池壽命雙方都提高。
如本發明般，在鉛粉的中值粒徑調整成0.5~10μm且金屬鉛的平均粒徑T10調整成10~35μm的條件下，鉛粉的比表面積調整成1.5~3.0m2/g。亦即，為了提供一種可維持鉛蓄電池的電池壽命並提高初始容量的鉛蓄電池用正極板，較佳為使用比表面積調整成1.5~3.0m2/g的範圍之鉛粉來製作鉛蓄電池用正極板。
此外，在鉛粉的中值粒徑調整成0.5~10μm且金屬鉛的平均粒徑T10調整成15~35μm的條件下，鉛粉的比表
面積調整成1.5~2.0m2/g。因此，為了使鉛蓄電池的初始容量和電池壽命雙方都提高，較佳為使用比表面積調整成1.5~2.0m2/g的範圍之鉛粉來製作鉛蓄電池用正極板。
又作為正極活性物質糊的原料之鉛粉，是使用經由球磨機實施粉碎加工後的粉體。具體而言，所使用的粉體，是一邊利用送風機將空氣送往球磨機的滾筒內，一邊將作為鉛粉的原料之鉛(以金屬鉛為主成分之鉛塊)在球磨機的滾筒內進行粉碎而製作成粉體，將該粉體進一步利用排風機收集。如此般通過將球磨機和送風機和排風機組合的製程，使得鉛粉的中值粒徑和金屬鉛的平均粒徑T10的調整變容易。
以下，針對本發明之鉛蓄電池用正極板及鉛蓄電池的實施形態詳細地說明。
首先，調整作為正極活性物質糊的原料之鉛粉。在鉛粉的調整中，將作為鉛粉的原料之鉛(以金屬鉛為主成分之鉛塊)藉由球磨機粉碎加工成粉體。該粉體，是一邊藉由球磨機進行粉碎加工，一邊使用送風機以既定的送風壓力將空氣送往消耗氧氣而成為負壓(約-1.5~-0.25kPa)之球磨機的滾筒內，將在球磨機的滾筒內所生成之鉛粉(含有以一氧化鉛為主成分之金屬鉛的鉛粉)利用排風機
以既定的排風壓力(約4.5~8.0kPa)吸引而收集。又球磨機的滾筒構成為，在粉碎加工時以既定的旋轉數旋轉，對應於粉碎加工時之滾筒內部的溫度上昇而從外部進行冷卻以使滾筒內保持在既定溫度範圍內。所收集的粉體，是測定中值粒徑及比表面積並確認金屬鉛的平均粒徑T10，僅採用各項目滿足既定條件的批次。
<中值粒徑的測定>
一邊藉由球磨機實施粉碎加工一邊利用排風機收集之鉛粉的中值粒徑(μm)，是使用雷射解析散射式(Microtrac法)的粒度分布測定裝置(日機裝株式會社製，IMT-3000)進行測定。在本例，是採用所測定的中值粒徑在0.5~10μm的數值範圍內(滿足鉛蓄電池的初始容量和電池壽命兼顧的條件)批次之鉛粉。
<比表面積的測定>
此外，所獲得的鉛粉的比表面積(m2/g)，是使用康塔社製的高速比表面積測定裝置(NOVA4200e)進行測定。在本例，是採用所測定的比表面積在1.5~3.0m2/g的數值範圍內(滿足鉛蓄電池的初始容量和電池壽命兼顧的條件)批次的鉛粉。
<金屬鉛之平均粒徑T10的確認>
此外，金屬鉛的平均粒徑T10(μm)的確認，是將含
鉛粉的原料中的金屬鉛藉由株式會社Nakaden製的顯微鏡(MX-1200II)觀察時，取金屬鉛粒之粒徑前10大的粒徑之平均值。在本例，以所確認之金屬鉛的平均粒徑T10成為10~35μm的數值範圍內的條件，進行原料的調整。
設鉛粉和鉛丹的混合物為100質量%，將調整粒徑等後的鉛粉85質量%、鉛丹15質量%進行混合，對於該混合物加入硫酸濃度32質量%的稀硫酸15.6質量%及水10質量%而進行混煉，藉此製作出正極活性物質糊。此外，設鉛粉為100質量%，在將粒徑等調整後的鉛粉100質量%中，取代鉛丹及稀硫酸而加入二氧化鉛5.2質量%、硫酸鉛13.3質量%及水11質量%進行混煉，藉此製作出正極活性物質糊亦可。在此情況，二氧化鉛和硫酸鉛的配合量，是以二氧化鉛和硫酸鉛的莫耳比成為1：2的方式進行調整。將該活性物質糊填充於鉛合金(鉛鈣錫合金)製的格子體，經由既定的熟成、乾燥製程而製作出未化成的糊式正極板。
將所製作的糊式正極板和另外準備之既定的糊式負極板，透過玻璃纖維不織布製的保持具進行積層而製作成12V-35Ah電極群。將該電極群插入ABS製的電槽後，在電槽內注入電解液。接著，以正極活性物質之理論容量
250%的帶電量進行90小時的電槽化成，製作成容量35Ah的鉛蓄電池。
藉由以下所示的實施例確認本例的鉛蓄電池的性能。在表1顯示出，實施例1~9及比較例1~8之鉛粉的調整條件及含鉛粉的原料之混煉條件。又在將鉛粉實施粉碎加工的情況，在比較例1是使用球磨機和超微粉碎機，除此以外的實施例及比較例是僅使用球磨機。此外，在比較例1是採用旋轉分批式，除此以外的實施例及比較例是採用連續式。其中的比較例8，進一步將鉛粉於高溫下進行燒成。
在表2顯示出，以表1所示的條件獲得之實施例及比較例之鉛粉的中值粒徑、鉛粉的比表面積及金屬鉛的平均粒徑T10，以及與其等對應之鉛蓄電池的初始容量及電池壽命的相對值。
又初始容量及電池壽命是依以下條件進行確認。
<初始容量的確認>
各實施例及比較例的初始容量，是以3C5A電流(105A)進行初始放電，測定迄終止電壓7.8V為止的放電時間，設放電時間11min的情況為100%，而以相對值表示。
<壽命特性的確認>
壽命特性，是以高效率放電時的耐久性(高效率壽命)的方式進行確認。具體而言，以與初始容量確認時同樣的條件進行放電後，以涓流充電電壓13.62V進行72小時充電後，於25℃氛圍氣中進行循環試驗，求出容量降低至初始值的80%為止之循環數，以標準品為100時的相對值表示。循環試驗，是在以130A進行15分放電後、以13.62V進行22小時充電的條件下進行，將該循環試驗反覆。壽命判定，是在放電末期電壓低於規定值11.4V時，或以每50循環1次的比例確認容量而在以終止電壓10.2進行放電時之容量成為初始值的80%時，將前述任一者較快到達時的循環數判定為壽命。
如表2所示般，當鉛粉的中值粒徑為0.5~10μm的範圍內且金屬鉛的平均粒徑T10為10~35μm的範圍內的情況，可知不致縮短電池壽命而能提高初始容量。此外，在此情況，可知鉛粉的比表面積為1.5~3.0m2/g。特別是，在鉛粉的中值粒徑為0.5~10μm的範圍內且金屬鉛的平均粒徑T10為15~35μm的範圍內的情況，可知初始容量變高且電池壽命也變長。此外，在此情況，可知鉛粉的比表面積為1.5~2.0m2/g。
以上是針對本發明的實施形態具體地說明，但本發明並不限定於這些實施形態及實驗例。亦即，上述實施形態及實驗例所記載的態樣，只要沒有特別記載，當然可根據
本發明的技術思想而進行變更。
像本發明這樣，若使用其原料之鉛粉的中值粒徑調整成0.5~10μm的範圍且鉛粉所含之金屬鉛的平均粒徑T10調整成10~35μm之正極活性物質糊而構成正極板，可提供一種能維持電池壽命且提高初始容量之鉛蓄電池。特別是，若使用其原料之鉛粉所含的金屬鉛之平均粒徑T10調整成15~35μm之正極活性物質糊而構成鉛蓄正極板，能使鉛蓄電池的初始容量和電池壽命雙方都提高。
Claims (2)
- 一種鉛蓄電池用正極板之製造方法，是將含鉛粉的原料混煉而得的正極活性物質糊填充於鉛合金製的格子基板而製造鉛蓄電池用正極板之方法，該鉛粉含有以一氧化鉛為主成分之金屬鉛，其特徵在於，前述鉛粉，是將鉛藉由球磨機粉碎加工後的粉體，前述粉體，是一邊使用送風機將空氣送往前述球磨機的滾筒內，一邊將前述鉛在前述滾筒內進行粉碎而藉由排風機予以收集，前述鉛粉的中值粒徑為0.5~10μm，前述鉛粉的比表面積為1.5~2.3m2/g，將前述金屬鉛利用金屬顯微鏡觀察的情況，在將前述金屬鉛粒的粒徑前10大的前述金屬鉛粒的粒徑之平均值定義為金屬鉛的平均粒徑T10時，前述金屬鉛的平均粒徑T10為10~30μm。
- 如申請專利範圍第1項所述之鉛蓄電池用正極板之製造方法，其中，前述原料進一步含有二氧化鉛、硫酸鉛及水，前述二氧化鉛和硫酸鉛的莫耳比為1：2。
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