JP2000251896A - 鉛蓄電池及びその製造方法 - Google Patents

鉛蓄電池及びその製造方法

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Arihiko Takemasa
有彦 武政
Koichi Fukui
浩一 福井
Shinichi Sano
伸一 佐野
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Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Abstract

(57)【要約】 【課題】活物質の利用率が高く、長寿命な鉛蓄電池を提
供する。 【解決手段】シリカ粉末の表面にアセチレンブラックを
吸着させた導電性添加剤を作製する。前記導電性添加剤
をペースト状活物質に添加して混練する。該ペースト状
活物質を鉛合金製の格子体に充填し、熟成、乾燥してペ
ースト負極板を作製して鉛蓄電池に用いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は鉛蓄電池に関するも
のであり、詳細には活物質利用率の向上及びサイクル寿
命の向上を目的とするものである。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池は安価で信頼性が高いという特
長を有するため、自動車用電池や無停電電源装置等の産
業機器用の電源として広く使用されている。近年、鉛蓄
電池の低コスト化がきわめて強く要求されている。そし
て、鉛蓄電池のコスト低減には、活物質として用いられ
ている鉛量を低減することが有効である。すなわち、低
減した鉛量で従来程度の電気量を取り出すには、活物質
の利用率を向上させる必要がある。
【0003】活物質として用いられている鉛の利用率を
向上させるためには、電極の活物質層を多孔質化させる
ことにより反応表面積を増加させるための改良や、充放
電反応に関与する硫酸イオンを、電極の内部までより多
く供給するための改良などが検討されている。
【0004】電極の活物質層の反応表面積を増加させる
手段として、多孔度の向上、比表面積の増加、電極板の
薄板化及び高比重の電解液の使用などの検討がされてき
た。そして、活物質層の多孔度の向上や比表面積の増加
には、一酸化鉛の粉末を主成分とし希硫酸で混練して作
製するペースト状活物質中の水分量を増加させたり、前
記ペースト状活物質中に造孔剤を添加(特開平04-36655
1号公報)するなどの手法が用いられている。また、正
極活物質層の比表面積を増加する方法としては、化成時
に使用する希硫酸の濃度を高くする方法が用いられてい
る。
【0005】しかしながら、これらの方法を用いて作製
した鉛蓄電池は、一般的に寿命が短くなるという問題点
がある。特に、ペースト状活物質中の水分量を多くしす
ぎると、ペースト状活物質が軟らかくなるために格子体
への充填が困難になるという問題点や、活物質と集電体
である鉛合金性の格子体との密着性が悪くなるために、
格子体から活物質が脱落して短期間に寿命に至るという
問題点が認められている。
【0006】一方、ペースト状活物質中にシリカ粉末な
どの電解液を保持できる安定な粉末を混ぜることによ
り、ペースト状活物質中の水分量が多い場合にも、その
粘度を高くすることができる。しかしながら、ペースト
状活物質中へシリカなどの粉末を添加した電極を使用す
ると、活物質粒子間の導電性ネットワークが低下するた
め、高率放電特性が低下するという問題が認められてい
る。
【0007】また、活物質の利用率を向上させる手段と
して、カーボンやグラファイトなどの炭素粉末を活物質
層に添加する試みが行われている。しかしながら、カー
ボンやグラファイトなどの炭素粉末を活物質中に通常の
手段で混合した場合には、使用中にこれらの粉末が活物
質から脱離して、それらの添加の効果が失われること
や、これらの炭素粉末がセパレータ中に移動することに
よって、正極と負極間との短絡を起こす場合が認められ
ている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は活物質
の利用率が高く、長寿命な鉛蓄電池を提供することであ
る。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、第一の発明は、ペースト式正極板又はペースト
式負極板を用いる鉛蓄電池において、前記ペースト式正
極板又はペースト式負極板は、珪素を主成分とする多孔
質体の表面に導電性粉末を坦持させた導電性添加剤を含
有していることを特徴し、第二の発明は、前記珪素を主
成分とする多孔質体は、シリカ粉末、ガラス繊維又はガ
ラス粉末からなる群から選ばれた少なくとも一つである
ことを特徴とし、第三の発明は、前記導電性粉末として
炭素粉末を用いることを特徴とし、第四の発明は、前記
炭素粉末としてアセチレンブラックを用いることを特徴
としている。
【0010】第五の発明は、炭素粉末と水との懸濁液
に、珪素を主成分とする多孔質体を加えて混練し、乾燥
させて導電性添加剤を作製し、該導電性添加剤をペース
ト状活物質に添加し、該ペースト状活物質をペースト式
正極板又はペースト式負極板の作製に用いることを特徴
とする鉛蓄電池の製造方法に関するものである。第六の
発明は、前記炭素粉末としてアセチレンブラックを用い
ることを特徴とし、第七の発明は、前記珪素を主成分と
する多孔質体は、シリカ粉末、ガラス繊維又はガラス粉
末からなる群から選ばれた少なくとも一つであることを
特徴とする鉛蓄電池の製造方法に関するものである。
【0011】
【発明の実施の形態】本発明は、シリカ粉末、ガラス繊
維又はガラス粉末などの多孔質な物質の表面にアセチレ
ンブラックやグラファイトなどの導電性物質を担持した
もの(以下、導電性添加剤と呼ぶ)を、鉛蓄電池のペー
スト式正極板又はペースト式負極板に含有させることを
特徴としている。以下に示すように3種類の異なる坦体
を用いて導電性添加剤を作製した。
【0012】1.アセチレンブラックを坦持したシリカ
粉末の作製 平均粒子径が10μmの多孔質なシリカ粉末と、平均粒子
径が0.7μmのアセチレンブラックを用いた。精製水に前
記アセチレンブラックを50重量部溶解させて懸濁液を作
製し、この懸濁液にシリカ粉末を100重量部加えて混合
して、シリカ粉末の表面にアセチレンブラックが吸着さ
せた後、水分を蒸発させてアセチレンブラックを坦持し
たシリカ粉末を作製した。
【0013】2.アセチレンブラックを坦持したガラス
繊維の作製 直径が0.7μm、長さが0.3mmのガラス繊維と、平均粒
子径が0.7μmのアセチレンブラックを用いて、アセチレ
ンブラックを坦持したガラス繊維を作製した。その他の
作製条件は前記したものである。
【0014】3.アセチレンブラックを坦持したガラス
粉末の作製 平均粒子径が10μmのガラス粉末と、平均粒子径が0.7
μmのアセチレンブラックを用いて、アセチレンブラッ
クを坦持したガラス粉末を作製した。その他の作製条件
は前記したものである。
【0015】4.負極の作製 一酸化鉛を主成分とする鉛粉、硫酸バリウム、リグニン
を混ぜ合わせ、この混合物に水と希硫酸を添加して混練
し、従来から使用されているペースト状活物質を作製す
る。なお、該ペースト状活物質中の水分量を10wt.%又は
12wt.%の2種類とした。このペースト状活物質をPb-Ca-
Sn合金製の格子体に充填し、40℃、湿度95wt.%以上の環
境で40h熟成し、次いで60℃で乾燥して未化成の負極板
を得た。なお、後述するように、前記したペースト状活
物質中に上記した、シリカ粉末、ガラス繊維及びガラス
粉末にアセチレンブラックを坦持した導電性添加剤を添
加してその効果を測定した。
【0016】5.密閉型鉛電池の作製・試験 作製したペースト式負極板と、従来から使用している未
化成のペースト式正極板とをガラス繊維製の不織布より
なるリテーナを介して積層して電極群とし、それをAB
S製の電槽に組み込んだ後、電解液を注入する。そし
て、周囲温度25℃、充電量250%、化成時間48hの条件で
電槽化成を行い、公称容量が12V-7Ahの密閉型鉛蓄電池
を作成した。
【0017】電槽化成後の密閉型鉛蓄電池は、周囲温度
が25±2℃で、3CA(21A)の定電流で終止電圧1.6V/セル
まで放電して容量を測定する。その後、1.2Aの定電流で
終止電圧1.7V/セルまで放電、充電は2.45V/セルの定電
圧で16h(ただし、制限電流1.4A)の条件を繰り返し
て、充放電サイクル試験をした。そして、放電時の容量
が4Ahまで低下したときのサイクル数を寿命とした。
【0018】
【実施例】(実施例1)上記したように陰極に用いるペ
ースト状活物質中の水分量を12wt.%とし、該ペースト状
活物質に前記したシリカ粉末にアセチレンブラックを坦
持した導電性添加剤を添加して作製したペースト式負極
板を用いた。なお、上記した一酸化鉛を主成分とする鉛
粉の重量に対して、導電性物質としてシリカ粉末にアセ
チレンブラックを坦持した粉末を1.5wt%添加した。
【0019】(実施例2)上記したように陰極に用いる
ペースト状活物質中の水分量を12wt.%とし、該ペースト
状活物質に前記したガラス繊維にアセチレンブラックを
坦持した導電性添加剤を添加して作製したペースト式負
極板を用いた。なお、上記した一酸化鉛を主成分とする
鉛粉の重量に対して、導電性物質としてガラス繊維にア
セチレンブラックを坦持した粉末を1.5wt%添加した。
【0020】(実施例3)上記したように陰極に用いる
ペースト状活物質中の水分量を12wt.%とし、該ペースト
状活物質に前記したガラス粉末にアセチレンブラックを
坦持した導電性添加剤を添加して作製したペースト式負
極板を用いた。なお、上記した一酸化鉛を主成分とする
鉛粉の重量に対して、導電性物質としてガラス粉末にア
セチレンブラックを坦持した粉末を1.5wt%添加した。
【0021】(比較例1)上記したように陰極に用いる
ペースト状活物質中の水分量を12wt.%とし、導電性添加
剤を用いないで作製したペースト式負極板を用いた。
【0022】(比較例2)上記したように陰極に用いる
ペースト状活物質中の水分量を10wt.%とし、導電性添加
剤を用いないで作製したペースト式負極板を用いた。
【0023】(比較例3)上記したように陰極に用いる
ペースト状活物質中の水分量を12wt.%とし、該ペースト
状活物質にシリカ粉末とアセチレンブラックとを別々に
加えて作製したペースト式負極板を用いた。なお、上記
したペースト状活物質中の一酸化鉛を主成分とする鉛粉
の重量に対して、シリカ粉末を1.0wt.%、アセチレンブ
ラックを0.5wt.%添加した。
【0024】上記したそれぞれの密閉型鉛蓄電池に対し
て、(比較例1)の放電容量を100とした場合の比率
(以下、放電用容量比と呼ぶ)及びサイクル寿命につい
て試験した結果を表1に示す。(本発明1〜3)は、
(比較例1〜3)に比べて放電用容量比が約20%向上す
る。したがって、従来と同一容量の電池を作製する場合
には、活物質の重量を約20%減らすことができる。ま
た、サイクル寿命において優れていることがわかる。本
発明では、シリカ粉末などの電解液を保持できる物質に
アセチレンブラックを担持して使用しているため、硫酸
イオンの拡散や集電性能が向上するとともに、短絡が起
こりにくくなったためと考えられる。
【0025】なお、本実施例では負極中に、シリカ粉
末、ガラス繊維又はガラス粉末の表面にアセチレンブラ
ックを坦持させた導電性添加剤を使用した場合を示した
が、アセチレンブラックの替わりにグラファイトなどの
炭素粉末を使用した場合も同様の効果が得られた。上記
した導電性添加剤を正極中に添加した場合にも同様な効
果が得られた。また、本実施例では密閉型鉛蓄電池に用
いた例を示したが、液式の鉛蓄電池に用いた場合にも同
様の効果が認められた。
【0026】
【表1】
【0027】
【発明の効果】上記したように、本発明を用いた密閉型
鉛蓄電池は従来品に比べて、3CA放電容量が約20%増加し
ている。また、本発明を用いた密閉型鉛蓄電池は、サイ
クル寿命性能も向上するなどの点において優れたもので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA02 AA04 BA01 BA03 BB02 BB04 BB15 BC01 BC02 BC04 BC05 5H016 AA02 BB02 BB06 BB09 CC03 EE01 EE04

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ペースト式正極板又はペースト式負極板を
    用いる鉛蓄電池において、前記ペースト式正極板又はペ
    ースト式負極板は、珪素を主成分とする多孔質体の表面
    に導電性粉末を坦持させた導電性添加剤を含有している
    ことを特徴とする鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】前記珪素を主成分とする多孔質体は、シリ
    カ粉末、ガラス繊維又はガラス粉末からなる群から選ば
    れた少なくとも一つであることを特徴とする請求項1記
    載の鉛蓄電池。
  3. 【請求項3】前記導電性粉末として炭素粉末を用いるこ
    とを特徴とする請求項1又は2記載の鉛蓄電池。
  4. 【請求項4】前記炭素粉末としてアセチレンブラックを
    用いることを特徴とする請求項3記載の鉛蓄電池。
  5. 【請求項5】炭素粉末と水との懸濁液に、珪素を主成分
    とする多孔質体を加えて混練し、乾燥させて導電性添加
    剤を作製し、該導電性添加剤をペースト状活物質に添加
    し、該ペースト状活物質をペースト式正極板又はペース
    ト式負極板の作製に用いることを特徴とする鉛蓄電池の
    製造方法。
  6. 【請求項6】前記炭素粉末としてアセチレンブラックを
    用いることを特徴とする請求項5記載の鉛蓄電池の製造
    方法。
  7. 【請求項7】前記珪素を主成分とする多孔質体は、シリ
    カ粉末、ガラス繊維又はガラス粉末からなる群から選ば
    れた少なくとも一つであることを特徴とする請求項5又
    は6記載の鉛蓄電池の製造方法。
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