WO2015092961A1 - 鉛蓄電池 - Google Patents

鉛蓄電池 Download PDF

Info

Publication number
WO2015092961A1
WO2015092961A1 PCT/JP2014/005282 JP2014005282W WO2015092961A1 WO 2015092961 A1 WO2015092961 A1 WO 2015092961A1 JP 2014005282 W JP2014005282 W JP 2014005282W WO 2015092961 A1 WO2015092961 A1 WO 2015092961A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
lattice
positive electrode
battery case
electrode plate
battery
Prior art date
Application number
PCT/JP2014/005282
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
道男 榑松
岡本　浩
朝州 新城
Original Assignee
パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by パナソニックＩｐマネジメント株式会社 filed Critical パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority to JP2015514256A priority Critical patent/JP5861077B2/ja
Publication of WO2015092961A1 publication Critical patent/WO2015092961A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/73—Grids for lead-acid accumulators, e.g. frame plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/745—Expanded metal
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a lead storage battery.
  • lead-acid batteries especially those having a sealed structure having a control valve keep the pressure inside the battery constant by a reaction in which the negative electrode plate absorbs oxygen gas generated from the positive electrode plate during charging.
  • a large amount of oxygen gas is generated from the positive electrode in a short time, so the gas absorption reaction in the negative electrode is not in time, the pressure in the battery case increases,
  • the side surface of the battery case (especially the short side surface parallel to the positive electrode plate or the negative electrode plate) is likely to be deformed.
  • Patent Document 1 the strength of the short side surface of the battery case is provided by providing vertical ribs and horizontal ribs so as to be combined in a lattice pattern outside the short side surface of the battery case. It is described that it can be made difficult to be deformed by increasing the height.
  • the expanded grid produced by the expanding method is used for the positive grid (negative grid) that is the current collector of the positive plate (negative plate), it is significantly lighter than when the cast grid produced by the casting method is used.
  • the expanded lattice does not have a vertical frame bone, so that the lattice bone provided in a mesh shape between the upper frame bone and the lower frame bone is easily extended. This phenomenon is particularly remarkable when the positive electrode lattice is an expanded lattice.
  • the technique of Patent Document 1 is used.
  • the present invention has been made in view of such problems, and it is an object of the present invention to suppress deformation of the short side surface of the battery case and internal short-circuit even in an environment where the lattice bone is easily stretched in a lead storage battery having a positive grid as an expanded grid. .
  • the present invention includes a positive electrode plate having a positive electrode grid and a positive electrode active material, a negative electrode plate having a negative electrode lattice and a negative electrode active material laminated via a separator, and at least one electrode plate group.
  • a plurality of ribs projecting from the side surface on the outer side of the side surface perpendicular to the stacking direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate, of the side surface of the battery case.
  • the positive electrode lattice is an expanded lattice having a plurality of meshes made of lattice bones below an upper frame bone, and the lattices in the battery case
  • the opening area per one is A
  • the opening area per one mesh in the positive electrode lattice is B
  • the ratio B / A of the opening areas is 0.4 or more and 1.5 or less. It relates to a lead storage battery.
  • the ratio B / A of the opening area is 0.7 or more and 1.2 or less.
  • the average value of the cross-sectional area of the lattice bone in the upper half of the positive electrode lattice is 1.21 mm 2 or more and 2.89 mm 2 or less.
  • the thickness of the side surface provided with the lattice in the battery case is 2.0 mm or more excluding the height of the rib.
  • a plate member is disposed in contact with the rib on the side surface of the battery case where the lattice is provided.
  • the positive grid is an expanded grid
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of the lead storage battery 1 of the present invention
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams schematically showing the main part thereof.
  • the lead storage battery of this embodiment includes an electrode plate group 1 in which a plurality of positive electrode plates 1 a and a plurality of negative electrode plates 1 b are stacked via a separator 1 c, and at least one electrode plate group 1. And a battery case 2 having cell chambers 2a (three in FIG. 1).
  • the battery case 2 has a rectangular parallelepiped shape, and the upper side is open.
  • a plurality of grids formed by intersecting a plurality of ribs 2b and 2c protruding from the side surface of the battery case 2 outside the side surface perpendicular to the stacking direction 10 of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b. Eyes 2d are provided.
  • the different polarities of the adjacent electrode plate groups 1 are connected to form a series connection. Further, the lid 3 covers the opening of the battery case 2, a predetermined amount of electrolyte is injected into each cell chamber 2 a, and charge / discharge at the beginning of the predetermined condition is performed, whereby the lead storage battery of this embodiment is completed.
  • the positive electrode plate 1a includes the positive electrode lattice 4 and the positive electrode active material shown in FIG.
  • the negative electrode plate 1b includes a negative electrode lattice and a negative electrode active material.
  • the positive electrode lattice 4 is an expanded lattice in which a plurality of meshes 4d including lattice bones 4c are provided below the upper frame bones 4a (between the upper frame bones 4a and 4b).
  • the mesh 4d is a region surrounded by the lattice bone 4c all around.
  • the ratio B / A of the opening areas is 0.4 or more. 1.5 or less, preferably 0.7 or more and 1.2 or less.
  • the “opening area” referred to here is, as shown in FIGS. 2 and 3, an area surrounded by the ribs 2b and 2c or an area surrounded by the lattice bone 4c and the rib 2b. 2c and the area of the complete hole portion excluding the width of the lattice bone 4c.
  • network 4d is not uniform, it can show using an average value.
  • the hole portion sandwiched between the upper frame bone 4a and the lattice bone 4c and the hole portion sandwiched between the lower frame bone 4b and the lattice bone 4c are not hole portions surrounded only by the lattice bone 4c. Therefore, it does not correspond to the mesh 4d referred to in the present embodiment.
  • the ratio B / A of the opening area A of the lattice 2d and the opening area B of the mesh 4d is set within an appropriate range, a light-weight expanded lattice is used as the positive lattice 4 and the lattice bone 4c is used in an environment where the lattice bone 4c tends to stretch.
  • the lattice 2d ribs 2b, 2c
  • the lattice 2d can appropriately support and support the positive electrode lattice 4 itself.
  • extension of the lattice 4c of the positive electrode lattice 4 in the stacking direction 10 can be suppressed.
  • the lattice bone 4c of the positive lattice 4 and the lattice 2d of the battery case 2 are obtained.
  • the (ribs 2b, 2c) begin to deviate significantly from the state of one-to-one correspondence when facing each other. That is, in the grid 4c of the positive grid 4, the number of portions that are not supported by the grid 2d (ribs 2b, 2c) of the battery case 2 is slightly increased, so the stretch in the stacking direction of the grid 4c of the positive grid 4 is slightly increased. It becomes difficult to suppress.
  • the ratio B / A is less than 0.4, the number of the lattice bones 4c of the positive electrode lattice 4 that is not supported by the lattice 2d (ribs 2b, 2c) of the battery case 2 increases significantly.
  • the elongation of the four lattice bones 4c in the stacking direction 10 cannot be suppressed.
  • an internal short circuit is likely to occur, and the deformation of the side surface perpendicular to the stacking direction of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b in the battery case 2 is slightly increased.
  • the ratio B / A exceeds 1.2 (the opening area A of the lattice 2d is smaller than the opening area B of the mesh 4d), the area of the lattice 2d occupying the short side surface of the battery case 2 is slightly growing. And the side surface orthogonal to the lamination direction of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b in the battery case 2 is partially thickened by the width of the ribs 2b and 2c constituting the lattice 2d, and the heat dissipation inside the battery is reduced. As a result, the lattice bone 4c is easily stretched (becomes stored in the battery).
  • the ratio B / A of the opening area described above needs to be 0.4 or more and 1.5 or less, and preferably 0.7 or more and 1.2 or less.
  • the average value of the cross-sectional area of the lattice bone 4c in the upper half of the positive electrode lattice 4 is preferably 1.21 mm 2 or more and 2.89 mm 2 or less.
  • the average value of the cross-sectional area of the lattice bone 4c in the upper half of the positive electrode lattice 4 is less than 1.21 mm 2 , that is, when the lattice bone 4c is thin, the lattice bone 4c lacks rigidity, and deformation such as elongation slightly occurs. It becomes easy.
  • the average value of the cross-sectional area of the lattice bone 4c in the upper half of the positive electrode lattice 4 is more than 2.89 mm 2 , that is, when the lattice bone 4c is thick, deformation of the lattice bone 4c becomes excessive because the rigidity is excessive. Although it is difficult to occur, it will be easier to maintain its shape if it is deformed. Therefore, an internal short circuit is somewhat likely to occur in both cases where the lattice bone 4c is too thin and too thick.
  • the “upper half of the positive electrode lattice 4” refers to a side including the upper frame bone 4a when the positive electrode lattice 4 is bisected in the height direction without including the upper frame bone 4a and the lower frame bone 4b.
  • the thickness of the side surface provided with the lattice 2d in the battery case 2 is 2.0 mm or more excluding the height of the ribs 2b and 2c.
  • the stacking direction 10 is formed on the side surface of the battery case 2 orthogonal to the stacking direction 10 of the positive electrode plate 1a and the negative electrode plate 1b even if the lattice 2d (ribs 2b, 2c) is provided.
  • the thickness of the side surface is 3 mm or less.
  • FIG. 1 shows only the case where the lattice 2d is rectangular, the lattice 2d is changed to another shape (for example, another polygon such as a triangle or a circle) by changing the line shape or direction of the ribs 2b and 2c. Needless to say, even in this case, the preferred range and effects of the present embodiment do not change.
  • another shape for example, another polygon such as a triangle or a circle
  • the composition of the positive electrode grid 4 is not particularly limited, but is preferably a lead-calcium-tin alloy.
  • the calcium content is preferably around 0.05% by weight, and the tin content is preferably around 1.6% by weight.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the main part of the second embodiment, and the other part is the same as FIG.
  • the lead member according to the present embodiment has a configuration in which the plate member 5 is disposed on the side surface of the battery case 2 where the lattice 2d is provided so as to be in contact with the ribs 2b and 2c so that the outer surface side of the side surface is covered with the plate member 5.
  • the storage battery has.
  • the lead storage battery of this embodiment has an adverse effect (environmental temperature further increased) when installed near a heat source (for example, an engine or a charger).
  • the lead acid battery produced in the present example is a D26L type lead acid battery defined in JIS D5301.
  • Each cell chamber accommodates seven positive electrode plates and eight negative electrode plates, and the negative electrode plates are accommodated in a bag-like polyethylene separator.
  • a plurality of lattices constituted by the intersection of ribs protruding from the short side surface outside the short side surface perpendicular to the stacking direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate Provided.
  • the height of the rib is unified to 3.5 mm and the width is 4.5 mm, and the opening area A of the lattice and the thickness of the short side surface excluding the height of the rib are appropriately set as shown in Table 1. It is changing.
  • the preferred width of the rib is 1.5 to 6.5 mm.
  • the positive electrode plate was prepared by kneading lead oxide powder with sulfuric acid and purified water to prepare a paste, and filling this paste into a positive electrode lattice (expanded lattice) made of a Pb alloy containing Ca and Sn.
  • a positive electrode lattice expanded lattice
  • Table 1 the opening area B of the mesh of the positive grid and the average value of the cross-sectional area of the lattice bone in the upper half of the positive grid are appropriately changed.
  • the negative electrode plate is prepared by adding an organic additive to lead oxide powder, kneading with sulfuric acid and purified water to create a paste, and filling this paste into a negative electrode lattice made of a Pb alloy containing Ca. did.
  • the negative electrode plate is accommodated in a polyethylene bag-shaped separator, and alternately stacked with the positive electrode plate, and the seven positive electrode plates and the eight negative electrode plates are interposed via the separator.
  • a stacked electrode plate group was prepared.
  • the electrode group was accommodated in six cell chambers formed by dividing the electrode group into six and the battery case into six, and the six cells were connected in series. Furthermore, an electrolytic solution made of dilute sulfuric acid having a density of 1.28 g / cm 3 was placed in the cell chamber for chemical conversion to obtain a lead storage battery.
  • the batteries A-1 to 7, the batteries B-1 to 7, and the batteries C-1 to 7 have different sizes of the opening area A of the lattice and the opening area B of the mesh, but the ratio B / When considered as a parameter A, there was a correlation between the amount of deformation on the short side and the incidence of internal short circuits.
  • the batteries A-1, B-1 and C-1 having a ratio B / A of less than 0.4 have a remarkably high internal short-circuit occurrence rate, and the amount of deformation between the short sides of the battery case is slightly larger. there were. This is because the number of points in the grid of the positive grid that cannot be supported by the grids (ribs) of the battery case increases significantly, so the extension of the grid of the grid of the positive grid in the stacking direction cannot be suppressed, and an internal short circuit occurs. It can be presumed that the deformation between the short sides of the battery case has become slightly larger as it becomes easier. This problem is reduced by setting the ratio B / A to 0.40 (batteries A-2, B-2, and C-2) that is 0.4 or more, and 0.70 (battery that is 0.7 or more). A-3, B-3 and C-3) were almost eliminated.
  • the ratio B / A of the opening area described above needs to be 0.4 or more and 1.5 or less, and preferably 0.7 or more and 1.2 or less.
  • the batteries D-1 to D-4 and the battery B-4 are compared.
  • Battery D-1 with an average value of the cross-sectional area of the lattice bone in the upper half of the positive grid less than 1.21 mm 2 and battery D-4 with an average value greater than 2.89 mm 2 are both likely to cause internal short circuits. It became. If the lattice bone is thin like the battery D-1, the rigidity is insufficient and deformation such as elongation is likely to occur. On the other hand, if the lattice bone is thick like the battery D-4, the rigidity is excessive and deformation such as elongation is likely to occur. Since it is easy to maintain its shape if it is difficult to deform, it can be inferred that both internal short circuits are slightly more likely to occur. This result shows that the average value of the cross-sectional area of the lattice bone in the upper half of the positive electrode lattice is preferably 1.21 mm 2 or more and 2.89 mm 2 or less.
  • Battery E-1 in which the thickness of the short side surface excluding the height of the rib was less than 2.0 mm resulted in a slightly large amount of deformation between the short side surfaces.
  • the thickness of the short side surface is small as in the battery E-1, the rigidity of the short side surface is small, and therefore the side surface perpendicular to the stacking direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate in the battery case is provided even if a lattice (rib) is provided. It can be inferred that the deformation of is slightly larger. From this result, it can be seen that the thickness of the side surface of the battery case where the grids are provided, excluding the height of the ribs, is preferably 2.0 mm or more.
  • a battery F-1 in which a plate member having a thickness of 3.5 mm was arranged on the short side so as to be in contact with the rib with respect to the battery B-4 was produced. Thereafter, the evaluations (2) and (3) were performed on the batteries B-4 and F-1 in the same manner as in Example 1. However, the ambient temperature of the battery was set to 75 ° C. in order to create a more severe environment.
  • the deformation amount of the short side surface of the battery B-4 deteriorated to 4 mm and the occurrence rate of internal short circuit was 3%.
  • the deformation amount of the short side surface is 2 mm due to the heat insulation effect by the space sandwiched between the short side surface of the battery case, the lattice (rib) and the plate member, the occurrence rate of internal short circuit It was confirmed that the amount was reduced to 1%.
  • the present invention is useful when a lead-acid battery having a specification using an expanded lattice as a positive electrode lattice is used at a high temperature.
  • Electrode plate group 1a Positive electrode plate 1b Negative electrode plate 1c Separator 2 Battery case 2a Cell chamber 2b, 2c Rib 2d Lattice 3 Lid 4 Positive electrode lattice 4a Upper frame bone 4b Lower frame bone 4c Lattice bone 4d Net 5 Plate member 10 Laminating direction

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

本発明の鉛蓄電池は、正極格子及び正極活物質を備えた正極板と、負極格子及び負極活物質を備えた負極板とを、セパレータを介して積層させた極板群と、少なくとも１つの極板群を収納するためのセル室を有する電槽と、を備え、電槽の側面のうち、正極板および負極板の積層方向と直交する側面の外側に、該側面から突き出した複数のリブが交差して構成されている複数の格子目が設けられており、正極格子は、上枠骨の下に格子骨からなる複数の網目を設けたエキスパンド格子であり、電槽における格子目１つ当たりの開口面積をＡ、正極格子における網目１つ当たりの開口面積をＢとしたときに、開口面積の比Ｂ／Ａが０．４以上１．５以下である。

Description

鉛蓄電池
　本発明は、鉛蓄電池に関する。
　鉛蓄電池の中でも特に制御弁を有する密閉構造を有するものは、充電時に正極板から発生する酸素ガスを負極板が吸収する反応により、電池内部の圧力を一定に保っている。ところが使用末期や急速な充電などの際には、正極板から短時間のうちに多量の酸素ガスが発生するため、負極板におけるガス吸収反応が間に合わず、電槽内の圧力が増加して、電槽の側面（特に正極板や負極板と平行な短側面）が変形しやすくなる。
　このような課題を解決するために、特許文献１では、電槽の短側面の外側に、格子目状に組み合わさるように縦リブと横リブとを設けることにより、電槽の短側面の強度を高めて変形しにくくできることが記されている。
実開平０４－０６１７５７号公報
　正極板（負極板）の集電体である正極格子（負極格子）に、エキスパンド工法により作製したエキスパンド格子を採用した場合、鋳造工法により作製した鋳造格子を採用した場合に比べて、格段に軽量化できるという利点がある。ところがエキスパンド格子は、鋳造格子とは異なり縦方向の枠骨がないので、上枠骨と下枠骨との間に網目状に設けられた格子骨が伸びやすくなる。この現象は特に、正極格子をエキスパンド格子とした場合に顕著である。そしてこの現象に注意を払わず、無作為に鉛蓄電池を構成し、格子骨が伸びやすい環境下（具体的には高温下）でこの鉛蓄電池を使用した場合、特許文献１の技術を以てしても、電槽の短側面の変形や内部短絡を防ぐことができないことがわかってきた。そしてこの課題は、制御弁を有する密閉構造の鉛蓄電池に限らず、正極格子をエキスパンド格子とした鉛蓄電池全般に広く発生することがわかってきた。
　本発明はかかる課題に鑑みなされたもので、正極格子をエキスパンド格子とした鉛蓄電池において、格子骨が伸びやすい環境下でも、電槽の短側面の変形や内部短絡を抑制することを目的とする。
　本発明は、正極格子及び正極活物質を備えた正極板と、負極格子及び負極活物質を備えた負極板とを、セパレータを介して積層させた極板群と、少なくとも１つの極板群を収納するためのセル室を有する電槽と、を備え、前記電槽の側面のうち、前記正極板および前記負極板の積層方向と直交する側面の外側に、該側面から突き出した複数のリブが交差して構成されている複数の格子目が設けられており、前記正極格子は、上枠骨の下に格子骨からなる複数の網目を設けたエキスパンド格子であり、前記電槽における前記格子目１つ当たりの開口面積をＡ、前記正極格子における前記網目１つ当たりの開口面積をＢとしたときに、開口面積の比Ｂ／Ａが０．４以上１．５以下であることを特徴とする鉛蓄電池に関する。
　ある好適な実施形態において、開口面積の比Ｂ／Ａは０．７以上１．２以下である。
　ある好適な実施形態において、正極格子の上半分における格子骨の断面積の平均値は１．２１ｍｍ2以上２．８９ｍｍ2以下である。
　ある好適な実施形態において、前記電槽における前記格子目が設けられた側面の厚みは、前記リブの高さを除いて２．０ｍｍ以上である。
　ある好適な実施形態において、電槽における格子目が設けられた側面には、リブに接するように板部材を配置している。
　本発明によれば、正極格子をエキスパンド格子とした場合でも、格子骨が伸びやすい環境下で電槽の短側面の変化や内部短絡を抑制できる、軽量で信頼性が高い鉛蓄電池が提供できるようになる。
本発明の鉛蓄電池の一実施形態を模式的に示した図 本発明の鉛蓄電池の一実施形態の要部を模式的に示した概観図 本発明の鉛蓄電池の一実施形態の要部を模式的に示した概観図 本発明の鉛蓄電池の他の一実施形態の要部を模式的に示した図
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の鉛蓄電池１の一実施形態を模式的に示した図であり、図２および図３はその要部を模式的に示した図である。
　図１に示すように、本実施形態の鉛蓄電池は、複数の正極板１ａと、複数の負極板１ｂとを、セパレータ１ｃを介して積層した極板群１と、少なくとも１つの極板群１を収納するためのセル室２ａ（図１では３つ）を有する電槽２とからなる。電槽２は直方体形状を有しており、上方が開口している。そして電槽２の側面のうち正極板１ａおよび負極板１ｂの積層方向１０と直交する側面の外側に、この側面から突出している複数のリブ２ｂ、２ｃが交差して構成されている複数の格子目２ｄが設けられている。電槽２のそれぞれのセル室２ａに極板群１を収納した後、隣り合う極板群１の異極性どうしを接続することで直列接続とする。さらに蓋３で電槽２の開口部を覆い、セル室２ａごとに所定量の電解液を注入し、所定条件の初めの充放電を行うことで、本実施形態の鉛蓄電池が完成する。
　正極板１ａは、図２に示す正極格子４と正極活物質とを備えている。同様に負極板１ｂは、負極格子と負極活物質とを備えている。本実施形態において、正極格子４は、上枠骨４ａの下（上枠骨４ａと下枠骨４ｂとの間）に格子骨４ｃからなる複数の網目４ｄを設けたエキスパンド格子である。網目４ｄは、全周囲を格子骨４ｃに囲まれた領域である。
　本実施形態では、電槽２における格子目２ｄ１つ当たりの開口面積をＡ、正極格子４における網目４ｄ１つ当たりの開口面積をＢとしたときに、開口面積の比Ｂ／Ａは０．４以上１．５以下、好ましくは０．７以上１．２以下である。
　なおここで言う「開口面積」とは、図２および図３に示すように、リブ２ｂ、２ｃにより周囲を囲まれた領域あるいは格子骨４ｃにより周囲を囲まれた領域であって、且つリブ２ｂ、２ｃや格子骨４ｃの幅を除いた、完全な空孔部分の面積を指す。また格子目２ｄや網目４ｄの開口面積が一様でない場合、平均値を用いて示すことができる。但し上枠骨４ａと格子骨４ｃとに挟まれた空孔部分や、下枠骨４ｂと格子骨４ｃとに挟まれた空孔部分は、格子骨４ｃのみに囲まれた空孔部分ではないので、本実施形態で言うところの網目４ｄには当たらない。
　発明者らが鋭意検討した結果、次の知見が得られた。格子目２ｄの開口面積Ａと網目４ｄの開口面積Ｂの比Ｂ／Ａを適正範囲にした場合、正極格子４として軽量なエキスパンド格子を用い、かつ格子骨４ｃが伸びやすい環境下で使用しても、格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）が正極格子４自体を適切に押さえつけて支えることができる。その結果、正極格子４の格子骨４ｃの積層方向１０への伸びが抑制できる。したがって、正極板１ａが積層方向１０に膨張することに起因する電槽２の短側面（正極板１ａおよび負極板１ｂの積層方向と直交する側面）の変形が抑制できるとともに、正極格子４の格子骨４ｃが積層方向１０に伸びて（膨張して）対極（負極板１ｂ）に達することに起因する内部短絡も抑制できる。本発明は、この知見を活用したものである。
　比Ｂ／Ａが０．７未満の場合（格子目２ｄの開口面積Ａが網目４ｄの開口面積Ｂに対して所定以上に大きい）、正極格子４の格子骨４ｃと電槽２の格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）とが、向かい合ったときの１対１に対応している状態から大きく外れ始める。すなわち、正極格子４の格子骨４ｃのうち、電槽２の格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）によって支えられなくなる箇所がやや増えるので、正極格子４の格子骨４ｃの積層方向への伸びがやや抑え難くなる。そしてこの比Ｂ／Ａが０．４未満になると、正極格子４の格子骨４ｃのうち、電槽２の格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）によって支えられなくなる箇所が顕著に増えるので、正極格子４の格子骨４ｃの積層方向１０への伸びが抑えられなくなる。その結果、内部短絡が起こりやすくなるとともに、電槽２における正極板１ａおよび負極板１ｂの積層方向と直交する側面の変形がやや大きくなる。
　比Ｂ／Ａが１．２超過の場合（格子目２ｄの開口面積Ａが網目４ｄの開口面積Ｂに対して所定以上に小さい）、電槽２の短側面に占める格子目２ｄの面積がやや大きくなる。そしてこの格子目２ｄを構成するリブ２ｂ、２ｃの幅の分だけ、電槽２における正極板１ａおよび負極板１ｂの積層方向と直交する側面が部分的に厚くなり、電池内部の放熱性が低下して（電池内部で蓄熱されるようになって）格子骨４ｃが伸びやすい環境となる。そしてこの比Ｂ／Ａが１．５超過になると、電槽２の短側面に占める格子目２ｄの面積が過剰になって、正極格子４の格子骨４ｃ自体が顕著に伸びやすい環境となる。その結果、内部短絡が起こりやすくなる。
　したがって、上述した開口面積の比Ｂ／Ａは０．４以上１．５以下とする必要があり、好ましくは０．７以上１．２以下となる。
　なお、正極格子４の上半分における格子骨４ｃの断面積の平均値は１．２１ｍｍ2以上２．８９ｍｍ2以下であることが好ましい。正極格子４の上半分における格子骨４ｃの断面積の平均値が１．２１ｍｍ2未満である、すなわち格子骨４ｃが細い場合は、格子骨４ｃの剛性が不足するため伸びなどの変形がやや起こりやすくなる。また、正極格子４の上半分における格子骨４ｃの断面積の平均値が２．８９ｍｍ2超である、すなわち格子骨４ｃが太い場合は、格子骨４ｃの剛性が過剰になるため伸びなどの変形が起こりにくいものの、変形すればその形状を維持しやすくなる。従って、格子骨４ｃが細すぎる場合および太すぎる場合のどちらの場合も内部短絡がやや発生しやすくなる。なお「正極格子４の上半分」とは、上枠骨４ａと下枠骨４ｂとを含まずに正極格子４を高さ方向で二分した場合の、上枠骨４ａを含む側を指す。
　また、電槽２における格子目２ｄが設けられた側面の厚さは、リブ２ｂ、２ｃの高さを除いて、２．０ｍｍ以上であることが好ましい。この厚さが２．０ｍｍ未満である場合、格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）を設けていても、電槽２における正極板１ａおよび負極板１ｂの積層方向１０と直交する側面に積層方向１０の力がかかった場合に、この側面の変形が大きくなってくる。ここで、セル室２ａの内容積が過度に小さくなることによる電池設計容量の低下を防ぐ観点から、一般的に側面の厚さは３ｍｍ以下であることが好ましい。
　図１には格子目２ｄが矩形の場合のみを示したが、リブ２ｂ、２ｃの線形状や方向を変えて格子目２ｄを別の形状（例えば、三角形など他の多角形や円形など）とした場合でも、本実施形態の好適範囲や効果が変わらないことは、言うまでもない。
　ここで正極格子４の組成は、特に限定はないものの鉛－カルシウム－スズ合金であることが好ましい。この組成において、カルシウムの含有量は０．０５重量％近傍が好ましく、スズの含有量は１．６質量％近傍が好ましい。
　（第２の実施形態）
　図４は、第２の実施形態の要部を模式的に示した図であり、要部以外は図１と同じである。電槽２における格子目２ｄが設けられた側面に、リブ２ｂ、２ｃに接するように板部材５を配置することにより、当該側面の外面側を板部材５により覆った構成を本実施形態の鉛蓄電池は有している。本実施形態の鉛蓄電池は、第１の実施形態で示した効果に加えて、熱源（例えばエンジンや充電器など）の傍に設置された際に、この熱源による悪影響（環境温度がさらに高くなって正極格子４の格子骨４ｃが伸びやすくなる）を排除できるという新たな効果を得ることができる。この効果は、電槽２の側面と格子目２ｄ（リブ２ｂ、２ｃ）と板部材５とに挟まれた空間による断熱効果によるものである。
　以上に述べてきた実施形態の効果を示すべく、各種の検討を行った結果を、以下に記す。
　（１）鉛蓄電池の作製
　本実施例で作製した鉛蓄電池は、ＪＩＳＤ５３０１に規定するＤ２６Ｌタイプの大きさの鉛蓄電池である。各セル室には、７枚の正極板と８枚の負極板とが収容され、負極板は、袋状のポリエチレン製のセパレータに収容されている。そして６つのセル室を有する電槽の側面のうち、正極板および負極板の積層方向と直交する短側面の外側に、該短側面から突き出しているリブの交差で構成される複数の格子目を設けている。ここでリブの高さは３．５ｍｍ、また幅は４．５ｍｍに統一し、格子目の開口面積Ａ、およびリブの高さを除いた短側面の厚さは、表１に示すように適宜変化させている。リブの幅は、１．５～６．５ｍｍが好適な範囲である。
　正極板は、酸化鉛粉を硫酸と精製水とで混練してペーストを作製し、ＣａとＳｎとを含むＰｂ合金からなる正極格子（エキスパンド格子）にこのペーストを充填して作製した。ここで、正極格子の網目の開口面積Ｂおよび正極格子の上半分における格子骨の断面積の平均値は、表１に示すように適宜変化させている。
　負極板は、酸化鉛粉に対し、有機添加剤等を添加して、硫酸と精製水とで混練してペーストを作成し、Ｃａを含むＰｂ合金からなる負極格子にこのペーストを充填して作製した。
　作製した正極板及び負極板を熟成乾燥させた後、負極板をポリエチレンの袋状のセパレータに収容し、正極板と交互に重ね、７枚の正極板と８枚の負極板とがセパレータを介して積層された極板群を作製した。この極板群を６つ、電槽を６つに仕切って形成された６つのセル室にそれぞれ収容し、６つのセルを直列接続した。さらに、密度が１．２８ｇ／ｃｍ3の希硫酸からなる電解液をセル室に入れて化成を行い、鉛蓄電池を得た。
　（２）短側面の変形量
　化成直後の鉛蓄電池を満充電状態にして、電槽の両側に位置する２つの短側面（正極板及び負極板の積層方向に垂直である電槽の側面）の中心部間の距離Ｌ１を測定した。その後、６０℃の気相雰囲気中で２５Ａの電流４分間放電し、引き続き充電電圧１４．８Ｖ（最大電流：２５Ａ）で１０分間充電するサイクルを４８０回繰り返してから、鉛蓄電池を満充電状態にして、電槽の両側に位置する２つの短側面の中心部間の距離Ｌ２を測定した。Ｌ２からＬ１を差し引いた寸法を、２つの短側面の間の変形量として表１に記す。
　（３）内部短絡
　表１に示したＡ－１～７，Ｂ－１～７，Ｃ－１～７，Ｄ－１～４，Ｅ－１～２の各電池を１００個ずつ用意し、（２）に記載した試験条件で充放電のサイクルを繰り返し、４８０回のサイクルを実施した後、電池を２５℃気相雰囲気中に５６時間放置し、その放置後５８２Ａで３０秒間放電する。３０秒目の電圧が７．２Ｖを下回ったものを、内部短絡が発生した電池であるとした。内部短絡の発生率を表１に記す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　電池Ａ－１～７、電池Ｂ－１～７および電池Ｃ－１～７は、それぞれ格子目の開口面積Ａの大きさも網目の開口面積Ｂの大きさも異なるが、これら開口面積の比Ｂ／Ａというパラメータとして考えた場合、短側面の変形量や内部短絡の発生率に相関性が見られた。
　まず比Ｂ／Ａが０．４未満の電池Ａ－１、Ｂ－１およびＣ－１は、内部短絡の発生率が顕著に高い上に、電槽の短側面間の変形量もやや大きめであった。これは、正極格子の格子骨のうち、電槽の格子目（リブ）によって支えられなくなる箇所が顕著に増えるので、正極格子の格子骨の積層方向への伸びが抑えられなくなり、内部短絡が起こりやすくなるとともに、電槽の短側面間の変形がやや大きくなったと推測できる。この不具合は、比Ｂ／Ａを０．４以上である０．４０（電池Ａ－２、Ｂ－２およびＣ－２）とすることで軽減し、０．７以上である０．７０（電池Ａ－３、Ｂ－３およびＣ－３）とすることでほぼ解消された。
　次に比Ｂ／Ａが１．５超過の電池Ａ－７、Ｂ－７およびＣ－７は、内部短絡の発生率が顕著に高かった。これは、短側面に占める格子目の面積が過剰になって（格子目を構成するリブの幅に相応して電槽の短側面における部分的に厚い部位の面積が増えて）、正極格子の格子骨が顕著に伸びやすい環境となり、内部短絡が起こりやすくなったと推測できる。この不具合は、比Ｂ／Ａを１．５以下である１．４９（電池Ａ－６、Ｂ－６およびＣ－６）とすることで軽減し、１．２以下である１．１９（電池Ａ－５、Ｂ－５およびＣ－５）とすることでほぼ解消された。
　以上の結果から、上述した開口面積の比Ｂ／Ａは、０．４以上１．５以下とする必要があり、０．７以上１．２以下が好ましいことがわかる。
　電池Ｄ－１～４および電池Ｂ－４を対比する。正極格子の上半分における格子骨の断面積の平均値が１．２１ｍｍ2未満である電池Ｄ－１も、２．８９ｍｍ2超過である電池Ｄ－４も、ともに内部短絡がやや発生しやすい結果となった。電池Ｄ－１のように格子骨が細いと剛性が不足するため伸びなどの変形がやや起こりやすくなる一方、電池Ｄ－４のように格子骨が太いと剛性が過剰になるため伸びなどの変形が起こりにくいものの変形すればその形状を維持しやすくなるので、ともに内部短絡がやや発生しやすくなったと推測できる。この結果から、正極格子の上半分における格子骨の断面積の平均値は１．２１ｍｍ2以上２．８９ｍｍ2以下が好ましいことがわかる。
　電池Ｅ－１～２および電池Ｂ－４を対比する。リブの高さを除いた短側面の厚さが２．０ｍｍ未満である電池Ｅ－１は、短側面間の変形量がやや大きい結果となった。電池Ｅ－１のように短側面の厚さが小さいと、短側面の剛性が小さいため、格子目（リブ）を設けていても、電槽における正極板および負極板の積層方向と直交する側面の変形がやや大きくなったと推測できる。この結果から、電槽における格子目が設けられた側面の、リブの高さを除いた厚さは２．０ｍｍ以上であることが好ましいことがわかる。
　電池Ｂ－４に対して、短側面に、リブに接するように厚さ３．５ｍｍの板部材を配置した電池Ｆ－１を作製した。その後、電池Ｂ－４およびＦ－１に対して、実施例１と同様、（２）（３）の評価を行った。但し、より過酷な環境にするため電池の雰囲気温度は７５℃とした。
　その結果、実施例１の場合と比べて正極格子の格子骨が伸びやすい環境になったために、電池Ｂ－４については短側面の変形量が４ｍｍ、内部短絡発生率が３％と悪化したが、板部材を設けた電池Ｆ－１は、電槽の短側面と格子目（リブ）と板部材とに挟まれた空間による断熱効果によって、短側面の変形量を２ｍｍ、内部短絡の発生率を１％にまで抑えられることが確認できた。
　以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。
　本発明は、正極格子としてエキスパンド格子を用いる仕様の鉛蓄電池を高温下で用いる場合に有用である。
　１　　　極板群
　１ａ　　正極板
　１ｂ　　負極板
　１ｃ　　セパレータ
　２　　　電槽
　２ａ　　セル室
　２ｂ、２ｃ　　リブ
　２ｄ　　格子目
　３　　　蓋
　４　　　正極格子
　４ａ　　上枠骨
　４ｂ　　下枠骨
　４ｃ　　格子骨
　４ｄ　　網目
　５　　　板部材
１０　　　積層方向

Claims (5)

  1. 　正極格子及び正極活物質を備えた正極板と、負極格子及び負極活物質を備えた負極板とを、セパレータを介して積層させた極板群と、
    　少なくとも１つの極板群を収納するためのセル室を有する電槽と、
    　を備え、
    　前記電槽の側面のうち、前記正極板および前記負極板の積層方向と直交する側面の外側に、該側面から突き出した複数のリブが交差して構成されている複数の格子目が設けられており、
    　前記正極格子は、上枠骨の下に格子骨からなる複数の網目を設けたエキスパンド格子であり、
    　前記電槽における前記格子目１つ当たりの開口面積をＡ、前記正極格子における前記網目１つ当たりの開口面積をＢとしたときに、開口面積の比Ｂ／Ａが０．４以上１．５以下であることを特徴とする、鉛蓄電池。
  2. 　開口面積の比Ｂ／Ａが０．７以上１．２以下であることを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
  3. 　前記正極格子の上半分における前記格子骨の断面積の平均値が１．２１ｍｍ2以上２．８
    ９ｍｍ2以下であることを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
  4. 　前記電槽における前記格子目が設けられた側面の厚みは、前記リブの高さを除いて２．０ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
  5. 　前記電槽における前記格子目が設けられた側面には、前記リブに接する板部材が配置されていることを特徴とする、請求項１記載の鉛蓄電池。
PCT/JP2014/005282 2013-12-18 2014-10-17 鉛蓄電池 WO2015092961A1 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015514256A JP5861077B2 (ja) 2013-12-18 2014-10-17 鉛蓄電池

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013260923 2013-12-18
JP2013-260923 2013-12-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015092961A1 true WO2015092961A1 (ja) 2015-06-25

Family

ID=53402348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2014/005282 WO2015092961A1 (ja) 2013-12-18 2014-10-17 鉛蓄電池

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP5861077B2 (ja)
WO (1) WO2015092961A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301100A (zh) * 2018-11-14 2019-02-01 江西京九电源（九江）有限公司 一种耐压性强的铅酸蓄电池槽

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106159278B (zh) * 2016-08-31 2018-07-10 淄博鑫旭电源科技有限公司 密闭式灌粉工装

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306437A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 密閉形鉛蓄電池及び密閉形鉛蓄電池ユニット
JP2002503021A (ja) * 1998-02-03 2002-01-29 ジーエヌビー・テクノロジーズ・インコーポレーテッド 再結合可能な密封型の鉛蓄電池用のプラスチック製容器
US6572999B1 (en) * 1999-04-01 2003-06-03 Olimpio Stocchiero Container for batteries with walls given increased rigidity
JP2003234105A (ja) * 2001-12-03 2003-08-22 Japan Storage Battery Co Ltd 蓄電池
WO2013073091A1 (ja) * 2011-11-17 2013-05-23 パナソニック株式会社 鉛蓄電池

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6286655U (ja) * 1985-11-20 1987-06-02
US5554463A (en) * 1995-06-02 1996-09-10 Pacesetter, Inc. Current collector having coined side edges for use in an electrochemical cell, and method of its production

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09306437A (ja) * 1996-05-09 1997-11-28 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 密閉形鉛蓄電池及び密閉形鉛蓄電池ユニット
JP2002503021A (ja) * 1998-02-03 2002-01-29 ジーエヌビー・テクノロジーズ・インコーポレーテッド 再結合可能な密封型の鉛蓄電池用のプラスチック製容器
US6572999B1 (en) * 1999-04-01 2003-06-03 Olimpio Stocchiero Container for batteries with walls given increased rigidity
JP2003234105A (ja) * 2001-12-03 2003-08-22 Japan Storage Battery Co Ltd 蓄電池
WO2013073091A1 (ja) * 2011-11-17 2013-05-23 パナソニック株式会社 鉛蓄電池

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109301100A (zh) * 2018-11-14 2019-02-01 江西京九电源（九江）有限公司 一种耐压性强的铅酸蓄电池槽

Also Published As

Publication number Publication date
JP5861077B2 (ja) 2016-02-16
JPWO2015092961A1 (ja) 2017-03-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2013046499A1 (ja) エネルギー貯蔵用鉛蓄電池
WO2014162674A1 (ja) 鉛蓄電池
JP2014157703A (ja) 鉛蓄電池
JP6045329B2 (ja) 鉛蓄電池
JP2017063001A (ja) 鉛蓄電池
US20110250500A1 (en) Positive active material for a lead-acid battery
JPWO2018229875A1 (ja) 液式鉛蓄電池
JP5861077B2 (ja) 鉛蓄電池
US20170309873A1 (en) Power storage device
JP6525167B2 (ja) 鉛蓄電池
JPWO2012153464A1 (ja) 鉛蓄電池用負極および鉛蓄電池
JP6398111B2 (ja) 鉛蓄電池
CN107112598A (zh) 铅蓄电池
JP2002164080A (ja) 鉛蓄電池
Cao et al. Li-ion capacitors using carbon-carbon electrodes
JP6255696B2 (ja) 鉛蓄電池
JP2007305370A (ja) 鉛蓄電池
JP6572711B2 (ja) 鉛蓄電池
JP6175930B2 (ja) 鉛蓄電池
JP6205811B2 (ja) 鉛蓄電池
JP2014078325A (ja) 鉛蓄電池
WO2015159478A1 (ja) 鉛蓄電池
JP2009146727A (ja) 制御弁式鉛蓄電池
JP2016171018A (ja) 鉛蓄電池
JP5471039B2 (ja) 鉛蓄電池用正極板及び鉛蓄電池

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2015514256

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 14871058

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14871058

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1