JP7314950B2 - 鉛蓄電池用セパレータおよび鉛蓄電池 - Google Patents
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Description
電解液は、硫酸を含む水溶液であり、Alイオンを含んでもよい。電解液は、必要に応じてゲル化させてもよい。また、電解液は、Naイオンを含んでもよく、その他の添加剤を含んでもよい。
鉛蓄電池の正極板には、ペースト式とクラッド式がある。
ペースト式正極板は、正極集電体と、正極電極材料とを具備する。正極電極材料は、正極集電体に保持されている。ペースト式正極板では、正極電極材料は、正極板から正極集電体を除いたものである。正極集電体は、負極集電体と同様に形成すればよく、鉛または鉛合金の鋳造や、鉛または鉛合金シートの加工により形成することができる。
正極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する正極活物質(二酸化鉛もしくは硫酸鉛)を含む。正極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤を含んでもよい。
クラッド式正極板は、芯金が挿入されたチューブに鉛粉または、スラリー状の鉛粉を充填し、複数のチューブを連座で結合することにより形成される。
鉛蓄電池の負極板は、負極集電体と、負極電極材料とで構成されている。負極電極材料は、負極板から負極集電体を除いたものである。負極集電体は、鉛(Pb)または鉛合金の鋳造により形成してもよく、鉛または鉛合金シートを加工して形成してもよい。加工方法は、例えば、エキスパンド加工や打ち抜き(パンチング)加工が挙げられる。負極集電体として負極格子を用いると、負極電極材料を担持させ易いため好ましい。
鉛蓄電池は、さらに、正極板と負極板との間に介在する繊維マットを備えていてもよい。繊維マットは、セパレータとは異なり、シート状の繊維集合体を含む。このような繊維集合体は、電解液に不溶な繊維が絡み合ったシートが使用される。このようなシートには、例えば、不織布、織布、編み物などがある。繊維マットの例えば60質量%以上が繊維で形成されている。
鉛蓄電池1は、極板群11と電解液(図示せず)とを収容する電槽12を具備する。電槽12内は、隔壁13により、複数のセル室14に仕切られている。各セル室14には、極板群11が1つずつ収納されている。電槽12の開口部は、負極端子16および正極端子17を具備する蓋15で閉じられる。蓋15には、セル室毎に液口栓18が設けられている。補水の際には、液口栓18を外して補水液が補給される。液口栓18は、セル室14内で発生したガスを電池外に排出する機能を有してもよい。
なお、本明細書中、鉛蓄電池の満充電状態とは、JIS D 5301:2006の定義によって定められる。より具体的には、鉛蓄電池を、定格容量に記載の数値の1/20の電流で、15分ごとに測定した充電中の端子電圧または温度換算した電解液密度が3回連続して一定値を示すまで充電した状態を満充電状態とする。なお、充電は、鉛蓄電池の電解液が規定の液面まで満たされた状態で行われる。
(i)サンプルの採取
まず、既化成の満充電状態の鉛蓄電池を解体し、セパレータを回収する。次に、回収したセパレータを純水中に1時間浸漬し、セパレータ中の硫酸を除去する。その後、セパレータを25℃環境下で16時間以上静置し、乾燥させる。乾燥後のセパレータを所定サイズに裁断して測定試料とする。
セパレータ中のNa含有量は、誘導結合プラズマ発光分光分析法(ICP-AES)により分析することで得られる。具体的には、まず、約15cm2の測定試料を白金坩堝中に入れ、ブンゼンバーナーで白煙が出なくなるまで加熱する。次に、電気炉(酸素気流中、550℃)で、試料を約1時間加熱して灰化する。灰化後の試料に、30%硝酸溶液を5mL加え、更に50%フッ化水素酸溶液を2mL加えて攪拌し、灰分を酸に完全に溶解させる。次に、灰分の酸溶液にイオン交換水を加え、定容後、ICP発光分析装置でNa濃度を測定する。測定装置には、例えばサーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社製のiCAP7400を用い得る。なお、測定試料の質量、使用酸量等は、セパレータに含まれるNa含有量により適宜変更してよい。
短冊状(20mm×5mm)に切断したセパレータ(測定試料)を用いて、水銀圧入法によって細孔分布を測定する。測定装置には、例えば株式会社島津製作所製のオートポアIV9510を用い得る。
電解液中のAlイオン濃度は、既化成の満充電状態の鉛蓄電池から取り出した電解液をICP-AESにより分析することで求められる。具体的には、既化成の満充電状態の電池から電解液を計量採取し、イオン交換水を加えて希釈し、ICP発光分析装置でAlイオン濃度を求める。
定格電圧12Vの鉛蓄電池を準備し、JIS D5301:2006に準じて測定する。具体的には、充電完了後、1~5時間休止させた電池を、最低25時間または中央にあるいずれかのセルの電解液温度が-18℃±1℃になるまで、-18℃±1℃の冷却室に置いて冷却する。冷却終了後2分以内に、電池を予め定められた「定格コールドクランキング電流(Icc)」で30秒間放電する。放電電流は、放電の間、Icc±0.5%の範囲内で一定に保つ。放電開始後30秒目の端子電圧(V1)が7.2V~8.0Vであることを確認する。このとき、コールドクランキング電流(CCA)は、以下の式で求められる(日本蓄電池工業会規格:SBA1003-1991参照)。
定格電圧12Vの鉛蓄電池を、25℃の恒温水槽中で、下記工程1~4で示す手順で充放電するサイクル(約1月)を繰り返す。
次いで、鉛蓄電池の開回路電圧(OCV)を測定する。浸透短絡が発生していなければ、開回路電圧(OCV)は試験開始時まで戻るが、浸透短絡が発生すると開回路電圧が低下するので、浸透短絡の発生を確認できる。開回路電圧が11Vを下回るまでのサイクル数を比較することにより、耐浸透短絡性を評価する。
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(1)負極板の作製
鉛酸化物、カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニン、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して負極ペーストを調製した。負極ペーストをアンチモンフリーのPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成、乾燥し、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.3mの未化成の負極板を得た。カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニンおよび合成樹脂繊維の量は、既化成の満充電の状態で測定したときに、それぞれ0.3質量%、2.1質量%、0.1質量%および0.1質量%になるように調節した。
鉛酸化物、補強材である合成樹脂繊維、水および硫酸を混合して正極ペーストを調製した。正極ペーストをアンチモンフリーのPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成、乾燥し、幅100mm、高さ110mm、厚さ1.6mmの未化成の正極板を得た。
ポリエチレン100質量部と、Na含有量を制御したシリカ粒子160質量部と、造孔剤(パラフィン系オイル)80質量部と、微量の浸透剤を含む樹脂組成物をシート状に押し出し成形する。造孔剤を部分的に除去することにより、様々なベース厚み(下記表1では「T」と表示する)と、様々なNa含有量を有する微多孔膜を準備した。次に、シート状の微多孔膜を二つ折りにして袋を形成し、端部に溶着部を形成して、図1に示すような袋状セパレータA1~A24およびB1~B5を得た。
未化成の各負極板を、袋状セパレータに収容し、セル当たり未化成の負極板7枚と未化成の正極板6枚とで極板群を形成した。正極板の耳同士および負極板の耳同士をそれぞれキャストオンストラップ(COS)方式で正極棚部および負極棚部と溶接した。極板群をポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液を注液して、電槽内で化成を施して、定格電圧12Vおよび定格容量が30Ah(定格容量に記載の数値の1/5の電流で放電するときの容量)の液式の鉛蓄電池A1~A24およびB1~B5を組み立てた。なお、電槽内では6個の極板群が直列に接続されている。
記述の手順で、実施例9の電池A9のセパレータのLog微分細孔容積分布を求めた。結果(Log微分細孔容積(dV/dlogD)と細孔径(Pore diameter)との関係)を図3に示す。また、比較例3の電池B3のセパレータのLog微分細孔容積分布を求めた。結果を図4に示す。
記述の手順で、A1~A24およびB1~B5のそれぞれについて浸透短絡が発生するまでのサイクル数を求め、比較例3の電池B3を基準値100として指数化した。
記述の手順で、A1~A24およびB1~B5のそれぞれについてCCAを求め、比較例3の電池B3を基準値100として指数化した。
Claims (5)
- ポリオレフィンとシリカとを含み、
Na含有量が1000μg/cm3以下である、鉛蓄電池用セパレータ。 - Na含有量が500μg/cm3以下である、請求項1に記載の鉛蓄電池用セパレータ。
- 電極板と対向する要部のベース部の厚みが0.15mm以上、0.25mm以下である、請求項1または2に記載の鉛蓄電池用セパレータ。
- 正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に介在するセパレータと、電解液とを備え、
前記セパレータは、ポリオレフィンとシリカとを含み、かつNa含有量が1000μg/cm3以下である、鉛蓄電池。 - 前記電解液がAlイオンを0.02mol/L以上、0.2mol/L以下の濃度で含む、請求項4に記載の鉛蓄電池。
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