JP2022175783A - bipolar lead acid battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、双極型鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to bipolar lead-acid batteries.
近年、太陽光や風力等の自然エネルギを利用した発電設備が増えている。このような発電設備においては、発電量を制御することができないことから、蓄電池を利用して電力負荷の平準化を図るようにしている。すなわち、発電量が消費量よりも多いときには差分を蓄電池に充電する一方、発電量が消費量よりも小さいときには差分を蓄電池から放電するようにしている。上述した蓄電池としては、経済性や安全性等の観点から、鉛蓄電池が多用されている。このような従来の鉛蓄電池としては、例えば、下記特許文献1に記載された双極型鉛蓄電池が知られている。 In recent years, the number of power generation facilities using natural energy such as sunlight and wind power is increasing. In such power generation equipment, since the amount of power generation cannot be controlled, a storage battery is used to level the power load. That is, when the amount of power generation is greater than the amount of consumption, the storage battery is charged with the difference, and when the amount of power generation is less than the amount of consumption, the difference is discharged from the storage battery. As the storage battery described above, a lead-acid battery is often used from the viewpoint of economy, safety, and the like. As such a conventional lead-acid battery, for example, a bipolar lead-acid battery described in Patent Document 1 below is known.
この双極型鉛蓄電池は、額縁形で樹脂製のフレームの内側に、樹脂製の基板が取り付けられている。基板の両面には鉛層が配置されている。基板の一面の鉛層には、正極用活物質層が隣接し、他面の鉛層には、負極用活物質層が隣接している。また、額縁形で樹脂製のスペーサを有し、その内側には、電解液を含浸させたガラスマットが配設されている。そして、フレームとスペーサとを交互に複数積層し、フレームとスペーサとの間が接着剤等で接着されている。また、基板に設けた貫通穴を介して、基板の両面の鉛層が接続されている。 This bipolar lead-acid battery is frame-shaped and has a resin substrate attached to the inside of a resin frame. A lead layer is placed on both sides of the board. The positive electrode active material layer is adjacent to the lead layer on one surface of the substrate, and the negative electrode active material layer is adjacent to the lead layer on the other surface. A frame-shaped spacer made of resin is provided, and a glass mat impregnated with an electrolytic solution is disposed inside the spacer. A plurality of frames and spacers are alternately laminated, and the frames and spacers are adhered with an adhesive or the like. Also, the lead layers on both sides of the substrate are connected via through holes provided in the substrate.
すなわち、特許文献1に記載された双極型鉛蓄電池は、鉛または鉛合金からなる正極用鉛箔の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛または鉛合金からなる負極用鉛箔の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および正極と負極との間に介在するセパレータ(ガラスマット)を備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、を有する。 That is, the bipolar lead-acid battery described in Patent Document 1 includes a positive electrode in which a positive electrode active material layer is disposed on one surface of a positive electrode lead foil made of lead or a lead alloy, and a negative electrode lead foil made of lead or a lead alloy. a plurality of cell members which are stacked with a gap therebetween, and which include a negative electrode having a negative electrode active material layer disposed on one surface thereof, and a separator (glass mat) interposed between the positive electrode and the negative electrode; and a plurality of space forming members that form a plurality of spaces for individually accommodating the cell members.
また、空間形成部材は、セル部材の正極側および負極側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体(二極式プレートおよび端部プレートの枠部とスペーサ)と、を含んでいる。さらに、セル部材と空間形成部材の基板とが交互に積層状態で配置され、隣り合うセル部材の間に配置された基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、貫通穴の中で、隣り合うセル部材の正極用鉛箔と負極用鉛箔とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続され、隣接する枠体が接合されている。 In addition, the space forming member includes a substrate covering at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member, and a frame surrounding the side surface of the cell member (frames and spacers of the bipolar plates and the end plates). I'm in. Further, the cell members and the substrates of the space forming members are alternately arranged in a stacked state, and the substrates arranged between the adjacent cell members have through holes extending in a direction intersecting the plate surface. Among them, the positive electrode lead foil and the negative electrode lead foil of adjacent cell members are electrically connected to electrically connect the plurality of cell members in series, and the adjacent frames are joined.
鉛蓄電池の劣化原因の一つに、正極集電板の腐食がある。電池使用期間が長くなるほど、正極集電板の腐食は進行し、腐食が進むと正極活物質の保持ができなくなり、電池としての性能が低下してしまう。それだけでなく、腐食によって脱落した正極材(正極集電板または正極活物質)が負極に接してしまった場合、短絡の可能性もある。
特に、バイポーラ鉛蓄電池の場合、電流分布が面での反応となるため、電荷移動抵抗を考慮する必要がなく、集電板を薄くすることが可能であるが、正極と負極との距離が近いため、正極集電板の腐食が多いと致命的な欠陥が生じる恐れがあることから、正極集電板の腐食を抑制する必要がある。しかし、耐食性の高い鉛合金は活物質と反応しにくいことから、耐食性の高い鉛合金からなる鉛箔は活物質層との密着性に劣るものとなっている。
One of the causes of deterioration of lead-acid batteries is corrosion of the positive current collector plate. Corrosion of the positive electrode current collecting plate progresses as the battery usage period becomes longer, and as the corrosion progresses, the positive electrode active material cannot be retained, and the performance as a battery deteriorates. In addition, if the positive electrode material (positive current collecting plate or positive electrode active material) falling off due to corrosion comes into contact with the negative electrode, a short circuit may occur.
In particular, in the case of bipolar lead-acid batteries, the current distribution is a surface reaction, so there is no need to consider charge transfer resistance, and it is possible to make the current collector thinner, but the distance between the positive electrode and the negative electrode is short. Therefore, if the positive electrode current collector plate is heavily corroded, fatal defects may occur. Therefore, it is necessary to suppress the corrosion of the positive electrode current collector plate. However, lead alloys with high corrosion resistance do not easily react with the active material, so that lead foils made of lead alloys with high corrosion resistance are inferior in adhesion to the active material layer.
本発明の課題は、耐食性の高い鉛合金からなる鉛箔を集電板として備えた双極型蓄電池において、耐食性の高い鉛合金からなる鉛箔と活物質層との密着性を向上させることである。 An object of the present invention is to improve the adhesion between a lead foil made of a highly corrosion-resistant lead alloy and an active material layer in a bipolar storage battery including a lead foil made of a highly corrosion-resistant lead alloy as a current collector. .
前述した課題を解決するための本発明の第一態様は、以下の構成(1)~(4)を有する双極型蓄電池である。
(1)鉛または鉛合金からなる正極用鉛箔の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛または鉛合金からなる負極用鉛箔の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、を有する。
A first aspect of the present invention for solving the aforementioned problems is a bipolar storage battery having the following configurations (1) to (4).
(1) A positive electrode in which a positive electrode active material layer is arranged on one surface of a positive electrode lead foil made of lead or a lead alloy, and a negative electrode active material layer is arranged on one surface of a negative electrode lead foil made of lead or a lead alloy. and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. , and a plurality of space forming members.
(2)前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極側および前記負極側の両方を覆う合成樹脂製の基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む。前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置されている。隣接する前記枠体が接合されている。 (2) The space forming member includes a synthetic resin substrate that covers both the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member, and a frame that surrounds the side surface of the cell member. The cell members and the substrates of the space forming members are alternately stacked. Adjacent frames are joined together.
(3)前記正極用鉛箔および前記負極用鉛箔は粒状組織である部分を有する。前記正極用鉛箔の前記正極用活物質層との界面および前記負極用鉛箔の前記負極用活物質層との界面の少なくともいずれかは、前記粒状組織に形成された部分を有するとともに、「JIS B 0601:2013の付属書JA」の規定による十点平均粗さ(RzJIS)が50μm以上であり、前記規定による最大高さ粗さ(Rz)が、前記粒状組織を構成する粒子の平均粒子径の1/2よりも小さい。 (3) The positive electrode lead foil and the negative electrode lead foil have a portion with a granular structure. At least one of the interface of the positive electrode lead foil with the positive electrode active material layer and the interface of the negative electrode lead foil with the negative electrode active material layer has a portion formed in the granular structure, and " JIS B 0601:2013 Annex JA” has a ten-point average roughness (RzJIS) of 50 μm or more, and the maximum height roughness (Rz) according to the above-mentioned regulation is the average particle size of the particles constituting the granular structure. Less than 1/2 the diameter.
(4)隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴の中で、隣り合う前記セル部材の前記正極用鉛箔と前記負極用鉛箔とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されている。 (4) The substrate disposed between the adjacent cell members has a through hole extending in a direction intersecting the plate surface, and the positive electrode lead foil of the adjacent cell member is located in the through hole. and the negative electrode lead foil are electrically connected to electrically connect the plurality of cell members in series.
本発明の双極型鉛蓄電池は、耐食性の高い鉛合金からなる鉛箔(集電板)と活物質層との密着性に優れたものとなることが期待できる。 The bipolar lead-acid battery of the present invention can be expected to have excellent adhesion between the lead foil (current collector) made of a highly corrosion-resistant lead alloy and the active material layer.
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。 Embodiments of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the embodiments shown below. In the embodiments shown below, technically preferred limitations are made for implementing the present invention, but the limitations are not essential to the present invention.
〔全体構成〕
先ず、この実施形態の双極(バイポーラ)型鉛蓄電池の全体構成について説明する。
図1に示すように、この実施形態の双極型鉛蓄電池100は、複数のセル部材110と、複数枚のバイプレート(空間形成部材)120と、第一のエンドプレート(空間形成部材)130と、第二のエンドプレート(空間形成部材)140を有する。図1ではセル部材110が三個積層された双極型鉛蓄電池100を示しているが、セル部材110の数は電池設計により決定される。また、バイプレート120の数はセル部材110の数に応じて決まる。
〔overall structure〕
First, the overall configuration of the bipolar lead-acid battery of this embodiment will be described.
As shown in FIG. 1, a bipolar lead-
セル部材110の積層方向をZ方向(図1及び図2の上下方向)とし、Z方向に垂直な方向をX方向とする。
セル部材110は、正極111、負極112、およびセパレータ(電解質層)113を備えている。セパレータ113には電解液が含浸されている。正極111は、正極用鉛箔(正極用集電板)111a,111aaと正極用活物質層111bを有する。負極112は負極用鉛箔(負極用集電板)112a,112aaと負極用活物質層112bを有する。セパレータ113は、正極111と負極112との間に介在している。セル部材110において、正極用鉛箔111a,111aa、正極用活物質層111b、セパレータ113、負極用活物質層112b、および負極用鉛箔112a,112aaは、この順に積層されている。
The stacking direction of the
The
Z方向の寸法(厚さ)は、正極用鉛箔111aの方が負極用鉛箔112aより大きく(厚く)、正極用活物質層111bの方が負極用活物質層112bより大きい(厚い)。
複数のセル部材110は、Z方向に間隔を開けて積層配置され、この間隔の部分にバイプレート120の基板121が配置されている。つまり、複数のセル部材110は、バイプレート120の基板121を間に挟んだ状態で積層されている。
Regarding the dimension (thickness) in the Z direction, the positive
A plurality of
複数枚のバイプレート120と第一のエンドプレート130と第二のエンドプレート140は、複数のセル部材110を個別に収容する複数の空間(セル)Cを形成するための部材である。
図2に示すように、バイプレート120は、平面形状が長方形の基板121と、基板121の四つの端面を覆う枠体122と、基板121の両面から垂直に突出する柱部123とからなり、基板121と枠体122と柱部123は一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板121の各面から突出する柱部123の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。
The plurality of
As shown in FIG. 2, the
Z方向において、枠体122の寸法は基板121の寸法(厚さ)より大きく、柱部123の突出端面間の寸法は枠体122の寸法と同じである。そして、複数のバイプレート120が枠体122および柱部123同士を接触させて積層することにより、基板121と基板121との間に空間Cが形成され、互いに接触する柱部123同士により、空間CのZ方向の寸法が保持される。
In the Z direction, the dimension of the
正極用鉛箔111a,111aa、正極用活物質層111b、負極用鉛箔112a,112aa、負極用活物質層112b、およびセパレータ113には、柱部123を貫通させる貫通穴111c,111d,112c,112d,113aがそれぞれ形成されている。
バイプレート120の基板121は、板面を貫通する複数の貫通穴121aを有する。基板121の一面に第一の凹部121bが、他面に第二の凹部121cが形成されている。第一の凹部121bの深さは第二の凹部121cより深い。第一の凹部121bおよび第二の凹部121cのX方向およびY方向の寸法は、正極用鉛箔111aおよび負極用鉛箔112aのX方向およびY方向の寸法に対応させてある。
A
バイプレート120の基板121は、Z方向で、隣り合うセル部材110の間に配置されている。バイプレート120の基板121は、セル部材110の正極111の側と、その隣のセル部材110の負極112の側と、の両方を覆う基板である。バイプレート120の基板121の第一の凹部121bに、セル部材110の正極用鉛箔111aが接着剤層150を介して配置されている。つまり、基板121の正極111の側の面(第一の凹部121bの底面)に接着剤で正極用鉛箔111aが固定されている。
また、バイプレート120の基板121の第二の凹部121cに、セル部材110の負極用鉛箔112aが接着剤層150を介して配置されている。つまり、基板121の負極112の側の面(第二の凹部121cの底面)に接着剤で負極用鉛箔112aが固定されている。
バイプレート120の基板121の貫通穴121aに導通体160が配置され、導通体160の両端面は、正極用鉛箔111aおよび負極用鉛箔112aと接触し、結合されている。つまり、導通体160により正極用鉛箔111aと負極用鉛箔112aとが電気的に接続されている。その結果、複数のセル部材110の全てが電気的に直列に接続されている。
Further, the negative
図1に示すように、第一のエンドプレート130は、セル部材110の正極側を覆う基板131と、セル部材110の側面を囲う枠体132と、基板131の一面(最も正極側に配置されるバイプレート120の基板121と対向する面)から垂直に突出する柱部133とからなる。基板131の平面形状は長方形であり、基板131の四つの端面が枠体132で覆われ、基板131と枠体132と柱部133が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板131の一面から突出する柱部133の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部133と接触させるバイプレート120の柱部123に対応させる。
As shown in FIG. 1, the
Z方向において、枠体132の寸法は基板131の寸法(厚さ)より大きく、柱部133の突出端面間の寸法は枠体132の寸法と同じである。そして、最も外側(正極側)に配置されるバイプレート120の枠体122および柱部123に対して、枠体132および柱部133を接触させて積層することにより、バイプレート120の基板121と第一のエンドプレート130の基板131との間に空間Cが形成され、互いに接触するバイプレート120の柱部123と第一のエンドプレート130の柱部133とにより、空間CのZ方向の寸法が保持される。
In the Z direction, the dimension of the
最も外側(正極側)に配置されるセル部材110の正極用鉛箔111aa、正極用活物質層111b、およびセパレータ113には、柱部133を貫通させる貫通穴111c,111d,113aがそれぞれ形成されている。
第一のエンドプレート130の基板131の一面に凹部131bが形成されている。凹部131bのX方向の寸法は、正極用鉛箔111aaのX方向の寸法に対応させてある。第一のエンドプレート130の基板131の一面に配置された正極用鉛箔111aaのZ方向の寸法は、バイプレート120の基板121の一面に配置された正極用鉛箔111aのZ方向の寸法よりも大きい。
Through-
A
第一のエンドプレート130の基板131の凹部131bに、セル部材110の正極用鉛箔111aaが接着剤層150を介して配置されている。つまり、基板131の正極111の側の面(凹部131bの底面)に接着剤で正極用鉛箔111aaが固定されている。
また、第一のエンドプレート130は、凹部131b内の正極用鉛箔111aaと電気的に接続された正極端子を備えている。
The positive electrode lead foil 111aa of the
The
第二のエンドプレート140は、セル部材110の負極側を覆う基板141と、セル部材110の側面を囲う枠体142と、基板141の一面(最も負極側に配置されるバイプレート120の基板121と対向する面)から垂直に突出する柱部143とからなる。基板141の平面形状は長方形であり、基板141の四つの端面が枠体142で覆われ、基板141と枠体142と柱部143が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板141の一面から突出する柱部143の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部143と接触させるバイプレート120の柱部123に対応させる。
The
Z方向において、枠体142の寸法は基板131の寸法(厚さ)より大きく、二つの柱部143の突出端面間の寸法は枠体142の寸法と同じである。そして、最も外側(負極側)に配置されるバイプレート120の枠体122および柱部123に対して、枠体142および柱部143を接触させて積層することにより、バイプレート120の基板121と第二のエンドプレート140の基板141との間に空間Cが形成され、互いに接触するバイプレート120の柱部123と第二のエンドプレート140の柱部143とにより、空間CのZ方向の寸法が保持される。
In the Z direction, the dimension of the
最も外側(負極側)に配置されるセル部材110の負極用鉛箔112aa、負極用活物質層112b、およびセパレータ113には、柱部143を貫通させる貫通穴112c,112d,113aがそれぞれ形成されている。
第二のエンドプレート140の基板141の一面に凹部141bが形成されている。凹部141bのX方向およびY方向の寸法は、負極用鉛箔112aaのX方向およびY方向の寸法に対応させてある。第二のエンドプレート140の基板141の一面に配置された負極用鉛箔112aaのZ方向の寸法は、バイプレート120の基板121の他面に配置された負極用鉛箔112aのZ方向の寸法よりも大きい。
Through-
A
第二のエンドプレート140の基板141の凹部141bに、セル部材110の負極用鉛箔112aaが接着剤層150を介して配置されている。つまり、基板141の負極112の側の面(凹部141bの底面)に接着剤で負極用鉛箔112aaが固定されている。
また、第二のエンドプレート140は、凹部141b内の負極用鉛箔112aaと電気的に接続された負極端子を備えている。
The negative electrode lead foil 112aa of the
The
なお、上記説明から分かるように、バイプレート120は、セル部材110の正極側および負極側の両方を覆う基板121と、セル部材110の側面を囲う枠体122と、を含む空間形成部材である。第一のエンドプレート130は、セル部材110の正極側のみ(正極側および負極側の一方)を覆う基板131と、セル部材110の側面を囲う枠体132と、を含む空間形成部材である。
As can be seen from the above description, the
また、第二のエンドプレート140は、セル部材110の負極側のみ(正極側および負極側の一方)を覆う基板141と、セル部材110の側面を囲う枠体142と、を含む空間形成部材である。つまり、基板121,131,141は、セル部材110の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板であり、基板121はセル部材110の正極の側および負極の側の両方を覆う基板である。また、バイプレート120の基板121は、セル部材110同士の間に配置された基板である。
The
〔集電板の構成〕
バイプレート120の凹部121bに配置される正極用鉛箔111aは、例えば、厚さが0.5mm未満(例えば0.1mm以上0.4mm以下)であり、錫(Sn)の含有率が1.0質量%以上2.0質量%以下であり、カルシウム(Ca)の含有率が0.005質量%以上0.030質量%以下であり、残部が鉛(Pb)と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延シートの熱処理材で形成されている。この熱処理材の組織は粒状組織となっている。
[Structure of current collector]
The positive
第一のエンドプレート130の凹部131bに配置される正極用鉛箔111aaは、例えば、厚さが0.5mm以上1.5mm以下であり、正極用鉛箔111aと同じ熱処理材で形成されている。
また、正極用鉛箔111a,111aaの正極用活物質層111bとの界面は、「JIS B 0601:2013の付属書JA」の規定による十点平均粗さ(RzJIS)が50μm以上であり、上記規定による最大高さ粗さ(Rz)が、正極用鉛箔111a,111aaの粒状組織を構成する粒子の平均粒子径の1/2よりも小さくなっている。
The positive electrode lead foil 111aa arranged in the
In addition, the interface between the positive electrode lead foils 111a and 111aa and the positive electrode
バイプレート120の凹部121cに配置される負極用鉛箔(負極用集電板)112aの厚さは、例えば、0.05mm以上0.3mm以下である。負極用鉛箔112aをなす合金は、例えば、錫(Sn)の含有率が0.5質量%以上2質量%以下の鉛合金である。
第二のエンドプレート140の凹部141bに配置される負極用鉛箔(負極用集電板)112aは、例えば、厚さが0.5mm以上1.5mm以下であり、錫(Sn)の含有率が0.5質量%以上2質量%以下の鉛合金からなる。
The thickness of the negative electrode lead foil (negative electrode collector plate) 112a arranged in the
The negative electrode lead foil (negative electrode current collector plate) 112a arranged in the
〔作用、効果〕
実施形態の双極型鉛蓄電池100では、正極用鉛箔111a,111aaが上記鉛合金からなる圧延シートの熱処理材であることから、正極用鉛箔111a,111aaは粒状組織を有する。よって、正極用鉛箔111a,111aaは、耐食性に優れたものであるとともに、正極用活物質層111bとの界面が粒状組織の面となっている。また、正極用鉛箔111a,111aaの正極用活物質層111bとの界面は、上記規定による十点平均粗さ(RzJIS)が50μm以上(構成a)であり、上記規定による最大高さ粗さ(Rz)が、正極用鉛箔111a,111aaの粒状組織を構成する粒子の平均粒子径(A)の1/2よりも小さい(構成b)。
[Action, effect]
In the bipolar lead-
このように、正極用鉛箔111a,111aaは、耐食性の高い鉛合金からなる鉛箔であるが、正極用活物質層111bとの界面が上記構成aと構成bの両方を満たすことで、正極用活物質層111bとの密着性が高いものとなっている。これに伴い、正極用鉛箔111a,111aaから正極用活物質が脱落しにくくなることで、高い電池性能が維持されるとともに短絡が防止されるため、双極型鉛蓄電池100の寿命向上効果が期待できる。
As described above, the positive electrode lead foils 111a and 111aa are lead foils made of a highly corrosion-resistant lead alloy. It has high adhesion to the
これに対して、正極用鉛箔111a,111aaの正極用活物質層111bとの界面の、上記規定による十点平均粗さ(RzJIS)が50μm未満であると、正極用活物質層111bとの密着性が著しく低いものとなる。また、正極用鉛箔111a,111aaの上記規定による最大高さ粗さ(Rz)がA/2以上であると、正極用鉛箔111a,111aaが腐食し易くなるため、貫通が生じやすくなる。
On the other hand, if the ten-point average roughness (RzJIS) defined above at the interface between the positive electrode lead foils 111a and 111aa and the positive electrode
なお、上記実施形態の双極型鉛蓄電池100では、正極用鉛箔111a,111aaが粒状組織を有する耐食性の高い鉛合金からなり、その正極用活物質層111bとの界面が上記構成aと構成bの両方を満たすものとされている。しかし、負極用鉛箔112a,112aaが粒状組織を有する耐食性の高い鉛合金からなり、その負極用活物質層112bとの界面が上記構成aと構成bの両方を満たすものとされていれば、負極についても同様の作用、効果(活物質が脱落しにくくなることで、高い電池性能が維持されるとともに短絡が防止される)が得られるものとなる。
In the bipolar lead-
また、鉛箔の金属組織が粒状組織であっても、活物質層との界面の十点平均粗さ(RzJIS)が大きすぎる(表面が粗すぎる)と、部分的に鉛箔が薄くなる箇所が生じることで、電池動作時に鉛箔に貫通が生じる危険性が高くなるため、RzJISは50μm以上70μm以下であることが好ましい。同様の理由から、最大高さ粗さ(Rz)は、十点平均粗さ(Rz)よりも大きくかつ平均粒子径の1/7以上1/2以下が好ましい。 In addition, even if the metal structure of the lead foil is a granular structure, if the ten-point average roughness (RzJIS) of the interface with the active material layer is too large (the surface is too rough), the lead foil is partially thinned. , the risk of the lead foil penetrating during battery operation increases. For the same reason, the maximum height roughness (Rz) is preferably larger than the ten-point average roughness (Rz) and 1/7 or more and 1/2 or less of the average particle diameter.
[鉛箔の準備]
表1に示すNo.1~No.6の鉛箔を準備した。各鉛箔の厚さは全て0.35mmとした。
<サンプルNo.1>
サンプルNo.1の鉛箔は、カルシウム(Ca)の含有率が0.030質量%、錫(Sn)の含有率が2.0質量%、残部が鉛(Pb)と不可避的不純物である鉛合金の圧延シートを、310℃で5分間、大気雰囲気下で熱処理をしたものである。
[Preparation of lead foil]
Lead foils No. 1 to No. 6 shown in Table 1 were prepared. The thickness of each lead foil was set to 0.35 mm.
<Sample No.1>
The lead foil of sample No. 1 has a calcium (Ca) content of 0.030% by mass, a tin (Sn) content of 2.0% by mass, and the balance is lead (Pb), which is an unavoidable impurity. A rolled sheet of the alloy was heat-treated at 310° C. for 5 minutes in an air atmosphere.
サンプルNo.1の鉛箔について、電子顕微鏡で、シート面に垂直で圧延方向と平行な断面を撮影した。その顕微鏡写真を図3に示す。この画像から分かるように、その組織は粒状組織であり、その平均粒子径は160μmであった。
「JIS B 0601:2013の付属書JA」の規定に基づいて、サンプルNo.1の鉛箔の表面状態を計測したところ、十点平均粗さ(RzJIS)は20μmであり、最大高さ粗さ(Rz)は30μmであった。
For the lead foil of sample No. 1, a cross section perpendicular to the sheet surface and parallel to the rolling direction was photographed with an electron microscope. A micrograph thereof is shown in FIG. As can be seen from this image, the texture was granular and the average particle size was 160 µm.
When the surface condition of the lead foil of sample No. 1 was measured based on the provisions of "JIS B 0601: 2013 Annex JA", the ten-point average roughness (RzJIS) was 20 μm, and the maximum height roughness (Rz) was 30 μm.
<サンプルNo.2>
サンプルNo.1と同じ方法で作製した鉛箔の一方の面を、800番の紙やすりで擦って、十点平均粗さ(RzJIS)が30μmで、最大高さ粗さ(Rz)が45μmとなるようにした。これをサンプルNo.2の鉛箔とした。なお、作製した鉛箔は、No.1の鉛箔と同様に、粒状組織を有し、その平均粒子径は160μmであった。
<Sample No.2>
One surface of the lead foil prepared in the same manner as sample No. 1 was rubbed with 800 sandpaper, and the ten-point average roughness (RzJIS) was 30 μm and the maximum height roughness (Rz) was 45 μm. I made it so that This was used as sample No. 2 lead foil. The lead foil thus produced had a granular structure and an average particle size of 160 μm, like the lead foil of No. 1.
<サンプルNo.3>
サンプルNo.1と同じ方法で作製した鉛箔の一方の面を、80番の紙やすりで擦って、十点平均粗さ(RzJIS)が50μmで、最大高さ粗さ(Rz)が60μmとなるようにした。これをサンプルNo.3の鉛箔とした。なお、作製した鉛箔は、No.1の鉛箔と同様に、粒状組織を有し、その平均粒子径は160μmであった。
<Sample No.3>
One surface of the lead foil prepared in the same manner as sample No. 1 was rubbed with No. 80 sandpaper, and the ten-point average roughness (RzJIS) was 50 μm and the maximum height roughness (Rz) was 60 μm. I made it so that This was used as sample No. 3 lead foil. The lead foil thus produced had a granular structure and an average particle size of 160 μm, like the lead foil of No. 1.
<サンプルNo.4>
サンプルNo.1と同じ方法で作製した鉛箔の一方の面を、80番の紙やすりで擦って、十点平均粗さ(RzJIS)が50μmで、最大高さ粗さ(Rz)が70μmとなるようにした。これをサンプルNo.4の鉛箔とした。なお、作製した鉛箔は、No.1の鉛箔と同様に、粒状組織を有し、その平均粒子径は160μmであった。
<Sample No.4>
One side of the lead foil prepared in the same manner as Sample No. 1 was rubbed with No. 80 sandpaper, and the ten-point average roughness (RzJIS) was 50 μm and the maximum height roughness (Rz) was 70 μm. I made it so that This was used as sample No. 4 lead foil. The lead foil thus produced had a granular structure and an average particle size of 160 μm, like the lead foil of No. 1.
<サンプルNo.5>
サンプルNo.1と同じ方法で作製した鉛箔の一方の面を、40番の紙やすりで擦って、十点平均粗さ(RzJIS)が70μmで、最大高さ粗さ(Rz)が110μmとなるようにした。これをサンプルNo.5の鉛箔とした。なお、作製した鉛箔は、No.1の鉛箔と同様に、粒状組織を有し、その平均粒子径は160μmであった。
<Sample No.5>
One side of the lead foil prepared in the same manner as sample No. 1 was rubbed with No. 40 sandpaper, and the ten-point average roughness (RzJIS) was 70 μm and the maximum height roughness (Rz) was 110 μm. I made it so that This was used as sample No. 5 lead foil. The lead foil thus produced had a granular structure and an average particle size of 160 μm, like the lead foil of No. 1.
<サンプルNo.6>
サンプルNo.6の鉛箔は、カルシウム(Ca)の含有率が0.030質量%、錫(Sn)の含有率が2.0質量%、残部が鉛(Pb)と不可避的不純物である鉛合金の圧延シートであって、熱処理を施していないものであり、その一方の面を、80番の紙やすりで擦って、十点平均粗さ(RzJIS)が50μmで、最大高さ粗さ(Rz)が70μmとなるようにしたものである。
<Sample No.6>
The lead foil of sample No. 6 has a calcium (Ca) content of 0.030% by mass, a tin (Sn) content of 2.0% by mass, and the balance being lead (Pb) and lead as an unavoidable impurity. It is a rolled sheet of an alloy that has not been heat treated, and one surface of it is rubbed with No. 80 sandpaper to obtain a ten-point average roughness (RzJIS) of 50 μm and a maximum height roughness ( Rz) is set to 70 μm.
サンプルNo.6の鉛箔を、紙やすりで擦る前に、電子顕微鏡で、シート面に垂直で圧延方向と平行な断面を撮影した。その顕微鏡写真を図4に示す。この画像から分かるように、その組織は縞状組織である。 Before rubbing the lead foil of sample No. 6 with sandpaper, a cross section perpendicular to the sheet surface and parallel to the rolling direction was photographed with an electron microscope. A micrograph thereof is shown in FIG. As can be seen from this image, the texture is striped texture.
[腐食試験]
No.1~No.6の各鉛箔について、以下の方法で腐食試験を行った。
各鉛箔を幅15mm、長さ70mmの試験片に切断して、比重1.28の60℃硫酸に入れ、1350mVの定電位(vs:Hg/Hg2SO4)で28日間連続の陽極酸化を行った後、生成酸化物を除去した。そして、試験前後に質量を測定し、その値から試験による質量の減少量を算出し、試験片の全表面積当たりの質量減少量を腐食量とした。また、腐食試験後の断面(シート面に垂直で圧延方向と平行な断面)を電子顕微鏡(倍率400倍)で観察し、鉛箔に貫通が生じているか否かを調べた。
[Corrosion test]
Corrosion tests were conducted on each lead foil No. 1 to No. 6 by the following method.
Each lead foil was cut into a test piece of width 15 mm and length 70 mm, placed in 60° C. sulfuric acid having a specific gravity of 1.28, and anodized continuously for 28 days at a constant potential of 1350 mV (vs: Hg/Hg 2 SO 4 ). After performing, the produced oxide was removed. Then, the mass was measured before and after the test, the amount of decrease in mass due to the test was calculated from the measured value, and the amount of decrease in mass per total surface area of the test piece was taken as the amount of corrosion. In addition, the cross section after the corrosion test (the cross section perpendicular to the sheet surface and parallel to the rolling direction) was observed with an electron microscope (magnification: 400) to examine whether or not the lead foil had penetrated.
[活物質層の剥離試験]
〔バイプレートの作製〕
ABS樹脂の射出成形により図1に示す形状のバイプレート120を作製した。バイプレート120の基板121の厚さは2mmである。凹部121bおよび凹部121cの底面は、一辺が10.0cmの正方形であり、凹部121bおよび凹部121cの深さは0.37mmである。
[Peeling Test of Active Material Layer]
[Production of biplate]
A
〔エンドプレートの作製〕
ABS樹脂の射出成形により図1に示す形状の第一のエンドプレート130および第二のエンドプレート140を作製した。第一のエンドプレート130の基板131および第二のエンドプレート140の141の厚さは10mmである。凹部131bおよび凹部141bの底面は、一辺が10.0cmcmの正方形であり、深さは1.52mmである。
[Preparation of end plate]
A
〔双極型鉛蓄電池の組み立て〕
凹部121bおよび凹部121cに配置する正極用鉛箔111aおよび負極用鉛箔112aとして、サンプルNo.1~No.6の各鉛箔を一辺が9.0cmの正方形に切り出したものを用いた。これ以外は全て同じにして、図1に示す構造を有し、公称電圧が6VであるNo.1~No.6の双極型鉛蓄電池を、通常の方法で組み立てた。つまり、正極用鉛箔および負極用鉛箔の各活物質層側の面の表面状態以外は、各双極型鉛蓄電池で同じ構成とした。
[Assembly of bipolar lead-acid battery]
As the positive
正極用活物質層111bは、厚さ1.8mmで正極用鉛箔111a,111aaの表面に形成した。負極用活物質層112bは、厚さ1.6mmで負極用鉛箔112a,112aaの表面に形成した。セパレータ113は、ガラス繊維からなるものを用いた。電解液としては、通常用いられている濃度の希硫酸を用いた。
The positive electrode
〔活物質層の剥離状態の観察〕
組み立てられたNo.1~No.6の双極型鉛蓄電池に対して通常の条件で化成を行った後に、各双極型鉛蓄電池を解体して、正極用鉛箔111aを正極用活物質層111bから剥がし、正極用鉛箔111aの正極用活物質層111b側の面を顕微鏡で観察した。この観察により、正極用鉛箔111aに活物質が残っているかどうかを調べた。活物質の残りが有れば、耐食性の高い鉛合金からなる正極用鉛箔111aに対する正極用活物質層111bの密着性が優れていると判断できる。
[Observation of Peeling State of Active Material Layer]
After forming the assembled bipolar lead-acid batteries No. 1 to No. 6 under normal conditions, each bipolar lead-acid battery is disassembled, and the positive
[評価]
腐食試験と剥離試験の結果を、鉛箔の表面状態とともに表1に示す。
[evaluation]
Table 1 shows the results of the corrosion test and the peel test together with the surface condition of the lead foil.
表1の結果から以下のことが分かる。
No.1~No.5の鉛箔は、粒状組織の鉛合金からなるため耐食性が高い。しかし、No.1とNo.2の鉛箔は、「Rz<A/2」を満たすものの、「RzJIS≧50μm」を満たさないため、活物質層の密着性が低いものとなった。また、No.5の鉛箔は、「RzJIS≧50μm」を満たすものの、「Rz<A/2」を満たさないため鉛箔に貫通が生じた。これに対して、No.3~No.4の鉛箔は、「Rz<A/2」と「RzJIS≧50μm」の両方を満たすため、活物質層の密着性も高く、鉛箔に貫通が生じないものであった。
The results in Table 1 reveal the following.
Lead foils No. 1 to No. 5 are made of a lead alloy with a granular structure and have high corrosion resistance. However, although the lead foils of No. 1 and No. 2 satisfied "Rz<A/2", they did not satisfy "Rz JIS≧50 μm", so that the adhesion of the active material layer was low. Further, the lead foil of No. 5 satisfies "RzJIS≧50 μm", but does not satisfy "Rz<A/2", so that the lead foil penetrates. On the other hand, the lead foils of No. 3 and No. 4 satisfy both "Rz<A/2" and "RzJIS≧50μm", so the adhesion of the active material layer is high, and the lead foil does not penetrate. It did not occur.
さらに、No.6の鉛箔は、縞状組織の鉛合金からなるため耐食性が低いものであった。
よって、No.3~No.4の鉛箔を正極用鉛箔として用いた双極型鉛蓄電池によれば、正極用鉛箔から正極用活物質が脱落しにくくなることで、高い電池性能が維持されるとともに短絡が防止されて、No.1、No.2、No.6の鉛箔を正極用鉛箔として用いた双極型鉛蓄電池よりも寿命が向上すると推定される。
Furthermore, the lead foil of No. 6 was low in corrosion resistance because it was made of a lead alloy with a striped structure.
Therefore, according to the bipolar lead-acid battery using No.3 to No.4 lead foil as the positive electrode lead foil, the positive electrode active material is less likely to fall off from the positive electrode lead foil, thereby maintaining high battery performance. It is presumed that short-circuiting is prevented, and that the life of the bipolar lead-acid battery using No. 1, No. 2, and No. 6 lead foils as positive electrode lead-acid batteries is improved.
100 双極(バイポーラ)型鉛蓄電池
110 セル部材
111 正極
112 負極
111a 正極用鉛箔
111aa 正極用鉛箔(正極用集電板)
111b 正極用活物質層
112a 負極用鉛箔
112aa 負極用鉛箔(負極用集電板)
112b 負極用活物質層
113 セパレータ
120 バイプレート
121 バイプレートの基板(隣り合うセル部材の間に配置された基板)
121a 基板の貫通穴
121b 基板の第一の凹部
121c 基板の第二の凹部
122 バイプレートの枠体
130 第一のエンドプレート
131 第一のエンドプレートの基板
132 第一のエンドプレートの枠体
140 第二のエンドプレート
141 第二のエンドプレートの基板
142 第二のエンドプレートの枠体
150 接着剤層
160 導通体
C セル(セル部材を収容する空間)
REFERENCE SIGNS
111b Active material layer for
112b Negative electrode
121a Substrate through
Claims (1)
前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
を有し、
前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、隣接する前記枠体が接合され、
前記正極用鉛箔および前記負極用鉛箔は粒状組織である部分を有し、
前記正極用鉛箔の前記正極用活物質層との界面および前記負極用鉛箔の前記負極用活物質層との界面の少なくともいずれかは、前記粒状組織に形成された部分を有するとともに、「JIS B 0601:2013の付属書JA」の規定による十点平均粗さ(RzJIS)が50μm以上であり、前記規定による最大高さ粗さ(Rz)が、前記粒状組織を構成する粒子の平均粒子径の1/2よりも小さく、
隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴の中で、隣り合う前記セル部材の前記正極用鉛箔と前記負極用鉛箔とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されている双極型鉛蓄電池。
A positive electrode in which a positive electrode active material layer is arranged on one surface of a positive electrode lead foil made of lead or a lead alloy, a negative electrode in which a negative electrode active material layer is arranged on one surface of a negative electrode lead foil made of lead or a lead alloy, and a plurality of cell members stacked with a gap therebetween, and a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode;
a plurality of space forming members that form a plurality of spaces for individually accommodating the plurality of cell members;
has
The space forming member includes a substrate covering at least one of the positive electrode side and the negative electrode side of the cell member, and a frame surrounding the side surface of the cell member,
the cell members and the substrates of the space forming members are alternately arranged in a laminated state, and the adjacent frames are joined together;
The positive electrode lead foil and the negative electrode lead foil have a portion that is a granular structure,
At least one of the interface of the positive electrode lead foil with the positive electrode active material layer and the interface of the negative electrode lead foil with the negative electrode active material layer has a portion formed in the granular structure, and " JIS B 0601:2013 Annex JA” has a ten-point average roughness (RzJIS) of 50 μm or more, and the maximum height roughness (Rz) according to the above-mentioned regulation is the average particle size of the particles constituting the granular structure. smaller than 1/2 the diameter,
The substrate disposed between the adjacent cell members has a through hole extending in a direction intersecting the plate surface, and the positive electrode lead foil and the negative electrode of the adjacent cell members are located in the through hole. a bipolar lead-acid battery in which the plurality of cell members are electrically connected in series by conducting with the lead foil for the battery.
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