JPH10247491A - 鉛蓄電池およびその製造法 - Google Patents

鉛蓄電池およびその製造法

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JPH10247491A
JPH10247491A JP9065322A JP6532297A JPH10247491A JP H10247491 A JPH10247491 A JP H10247491A JP 9065322 A JP9065322 A JP 9065322A JP 6532297 A JP6532297 A JP 6532297A JP H10247491 A JPH10247491 A JP H10247491A
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JP
Japan
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active material
lead
electrode plate
positive electrode
material layer
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JP9065322A
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English (en)
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Masahiko Onari
雅彦 小斉
Shoji Yasukawa
祥二 安川
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】使用開始初期から充分な容量を取り出すことが
でき、なおかつ、長寿命な鉛蓄電池を提供する。 【解決手段】未化成正極板の活物質の表面層を四塩基性
硫酸鉛とし、中央部の活物質層を三塩基性硫酸鉛を主体
とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は鉛蓄電池の改良およ
びその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、鉛蓄電池は自動車用や産業用をは
じめとしてあらゆる分野で用いられている。その中で自
動車用電池は最も需要が高く、軽量化、コストダウン
化、メンテナンスフリー化、長寿命化、品質の安定化が
求められている。
【0003】現在、鉛蓄電池に用いられている格子合金
は鉛−アンチモン系と鉛−カルシウム−錫系(以後、鉛
−カルシウム系と呼ぶ)に大別でき、鉛蓄電池の特性は
これらの格子合金によって著しく異なることが知られて
いる。すなわち、鉛−アンチモン系合金の正極格子を用
いた鉛蓄電池は深い充放電サイクルに優れた特性を示す
が、自己放電が大きい欠点がある。一方、鉛−カルシウ
ム系合金の正極格子を用いた鉛蓄電池は自己放電が少な
い、使用中の減液が少ないため補水の必要がないなどの
メンテナンスフリー特性に優れているものの、充放電サ
イクルを繰り返すと比較的早期に放電容量が低下するこ
とがあるという欠点がある。
【0004】一般に鉛蓄電池の容量低下は、充放電サイ
クル中に正極活物質粒子が粗大化して粒子間の接合性が
低下するために起ることが知られている。この現象は活
物質の軟化と呼ばれ、特に極板表面の活物質層から起こ
り、次第に内部の活物質へ拡大していくことが知られて
いる。また、活物質の軟化は正極格子合金中のアンチモ
ンが少なくなるほど起こりやすく、アンチモンが正極活
物質の劣化に何らかの影響をおよぼしているものと考え
られている。
【0005】従来、鉛蓄電池はつぎのように製造されて
いる。すなわち、鉛合金製格子に、酸化度(一酸化鉛の
重量%)60〜95%の鉛粉を希硫酸でペースト状に練
ったものを充填し、熟成および乾燥を施して未化成極板
とする。これらを用いて組み立てた電池を正極活物質の
理論電気量比200〜400%の電気量で電槽化成して
充電済み電池とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】特に鉛−カルシウム系
合金を正極格子として用いたときなどに、上述した熟成
工程を改良し、たとえば、高温高湿熟成を施すことによ
り未化成活物質中に四塩基性硫酸鉛を生成させる方法な
どが提案されている。これまでの熟成生成物である三塩
基性硫酸鉛に比べて四塩基性硫酸鉛の結晶は大きいこと
から、この方法によれば、四塩基性硫酸鉛の強固な骨格
を保った二酸化鉛が化成時に形成されるために優れた寿
命性能が得られるという利点がある。しかし、四塩基性
硫酸鉛の粗大な結晶は化成性に劣り、すなわちその結晶
内部まで二酸化鉛に化成されないことから、充分な初期
性能が得られないという欠点がある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は上述したような
問題点を解決するもので、表面の活物質層が四塩基性硫
酸鉛を含み、中央部の活物質層は三塩基性硫酸鉛を主体
とする未化成正極板を用いたことを特徴とするものであ
る。これにより、鉛蓄電池の充放電サイクル使用中の容
量低下を抑制し、寿命性能に優れた鉛蓄電池を提供する
ものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明による鉛蓄電池は、表面の
活物質層が四塩基性硫酸鉛を含み、中央部の活物質層は
三塩基性硫酸鉛を主体とする未化成正極板を用いたこと
を特徴とするものである。これにより、四塩基性硫酸鉛
の生成による寿命性能の向上という効果を得るととも
に、活物質表面層の細孔直径を内部の細孔直径よりも大
きくすることができ、電解液の活物質内部への拡散性を
向上させ、優れた放電容量を得るものである。また、そ
の製造法としては鉛合金製正極格子に、鉛酸化物および
希硫酸を均一に練合して得られた鉛蓄電池用正極ペース
トを充填し、当該充填済み極板を希硫酸に浸した後、熟
成を施すことによって極板の表面の活物質層に四塩基性
硫酸鉛を生成させ、中央部の活物質層は三塩基性硫酸鉛
を主体とさせた未化成正極板を用いることを特徴とする
ものである。
【0009】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
【0010】まず、ボールミル式鉛粉を水と希硫酸とで
均一に混練して正極ペーストを作製した。なお、この正
極ペースト中の硫酸根量は鉛粉重量比で5%とした。こ
れらのペーストを常法によって通常のPb−Ca−Sn
合金を用いた鋳造格子に充填した。
【0011】当該充填済み極板の両面から比重1.15の希
硫酸をシャワー状に浴びせ、ぺースト表面を希硫酸と反
応させた。なお、希硫酸シャワーを用いる代わりに、充
填済み極板を希硫酸中に浸してもよい。
【0012】一方、比較のため上記希硫酸処理を施さな
い極板も作製した。
【0013】上記2種類の極板を40℃、50℃、60
℃および70℃の異なる温度の熟成室中で24時間熟成
を施した。なお、熟成室中の相対湿度はいずれの温度に
おいても100%とした。熟成後の極板を50℃乾燥室
中(相対湿度25%)で3日間乾燥し、表1に示す8種
類の未化成正極板を得た。
【0014】
【表1】 ここで用いた、極板の大きさは高さ125mm、幅10
8mm、厚さ2.2mmで、化成後活物質密度は約3.7g
/cm3となるようにした。これらの未化成正極板4枚/セ
ルと、Pb−Ca−Sn合金格子を用いた通常の未化成
負極板5枚/セルとを微細ガラス繊維マットを介して積
層し、JISD5301に規定される自動車用電池36
B20(5時間率容量:28Ah)を組み立てた。な
お、この電池はいわゆるリテイナー式密閉形鉛蓄電池で
ある。ついで、これらの電池に電槽化成を施し、5hR
放電試験を繰り返し行った。5hR放電試験は5.6A
で終止電圧10.5Vまで放電して放電容量を調べ、
2.8Aで放電電気量の135%まで充電する充放電サ
イクルを繰り返した。試験温度は25℃とした。
【0015】図1にこれらの電池の5hR放電容量の推
移を示す。ペースト充填後に希硫酸シャワーを施さなか
った従来処方による正極板を用いた電池では、熟成温度
が60℃以下であれば(〓1〜3)充分な初期容量を示
すものの比較的早期に容量が低下し、70℃で熟成した
もの(〓4)は初期容量が小さいものの優れた寿命性能
を示した。一方、ペースト充填後の極板を希硫酸シャワ
ーした正極板では、熟成温度が50および60℃のもの
(〓6および7)は1サイクル目の放電容量が公称容量
程度であったが、その後大きく容量増加し、かつ優れた
寿命性能を示した。ただし、40℃(〓1,5)および
70℃(〓4,8)の熟成を施したものは、ペースト充
填後の希硫酸処理の有無にかかわらずそれぞれ同様の容
量推移を示した。
【0016】このように充放電サイクル中の容量推移が
大きく異なった原因を調査するために、これらの未化成
正極板の断面を観察・調査した。これらの未化成正極板
の観察結果の概要を図2(a)〜(e)に示す。図2は本実
施例に用いた正極板中の活物質組成の分布を示した概略
図である。
【0017】ペースト充填後に希硫酸シャワーを施さな
かった極板のうち、熟成温度が60℃以下の極板(〓1
〜3)は図2(a)に示すように活物質全体の組成が主に
3PbO・PbSO4・H2Oとt-PbOからなっていた。また、70℃
で熟成した極板(〓4)は図2(b)に示すように活物質
全体の組成が主に4PbO・PbSO4とt-PbOからなっていた。
【0018】一方、ペースト充填後に希硫酸シャワーを
施した極板では、熟成温度が40℃のもの(〓5)は図2
(c)に示すように極板表面の活物質層がPbO・PbSO4と3Pb
O・PbSO4・H2Oとt-PbOからなり、中央の活物質層が3PbO・P
bSO4・H2Oとt-PbOからなっていた。熟成温度を50およ
び60℃とした極板(〓6,7)では図2(d)に示すよう
に極板表面の活物質層は4PbO・PbSO4と3PbO・PbSO4・H2Oと
t-PbOからなり、中央部は3PbO・PbSO4・H2Oとt-PbOからな
っていた。熟成温度を70℃とした極板(〓8)では図2
(e)に示すように極板表面の活物質層は4PbO・PbSO4とPb
O・PbSO4とt-PbOからなり、中央部は4PbO・PbSO4とt-PbO
からなっていた。
【0019】上記観察結果を表2にまとめる。なお、表
2においてPbO・PbSO4、3PbO・PbSO4・H2Oおよび4PbO・PbSO
4の略号としてそれぞれ1BS、3BSおよび4BSを用いた。こ
れらの観察結果と電池の寿命性能との関係から次のこと
がわかった。
【0020】
【表2】 充分な初期容量を有するが早期に容量が低下した極板
(〓1〜3,5)の特徴は極板表面および中央部の活物
質が両者ともに3PbO・PbSO4・H2O(3BS:三塩基性硫酸鉛)か
らなることであり、初期容量は小さいが長寿命であった
極板(〓4,8)の特徴は極板表面および中央部の活物
質が両者ともに4PbO・PbSO4(4BS:四塩基性硫酸鉛)からな
ることであった。一方、充分な初期容量を有しかつ長寿
命であった極板(〓6,7)の特徴は極板表面の活物質
が4PbO・PbSO4(4BS:四塩基性硫酸鉛)からなり、中央部の
活物質は3PbO・PbSO4・H2O(3BS:三塩基性硫酸鉛)からなる
ことであった。なお、PbO・PbSO4(1BS:一塩基性硫酸鉛)
およびt-PbOの存在はあまり電池性能に影響しないよう
であった。
【0021】これらのことから、本発明により表面の活
物質層が四塩基性硫酸鉛を含み、中央部の活物質は三塩
基性硫酸鉛を主体とする未化成正極板を用いた鉛蓄電池
(〓6,7)の初期容量および寿命性能がともに優れた
のは次の理由によるものと考えられる。すなわち、未化
成活物質の大部分を占める中央部の活物質層が化成性に
優れる三塩基性硫酸鉛からなるために充分な初期性能が
得られ、しかも活物質の軟化が起こりやすい表面層に四
塩基性硫酸鉛を配したことによって長寿命化がはかれた
ものと思われる。
【0022】また、本発明品の正極板の表面層と中央部
の活物質をそれぞれ採取して水銀圧入法による細孔分布
測定を行った結果を図3に示す。表面層と中央部の全細
孔量(すなわち、多孔度)はほぼ同じであったが、細孔
直径は大きく異なり、表面層では5〜50μmの比較的
大きな細孔が多く、中央部では0.2〜10μmの比較
的小さな細孔が大部分であった。これらの細孔径の違い
は未化成活物質組成の違いに起因するもので、通常数μ
m 以下の結晶サイズである三塩基性硫酸鉛を主体とす
るものを化成すると0.2〜10μmの微細な細孔径の
活物質が得られ、一方、通常数十μm 以上の結晶サイ
ズである四塩基性硫酸鉛を含むものを化成すると5〜5
0μm の大きな細孔を有する活物質が得られることが
わかっている。
【0023】通常正極板の放電容量は活物質内部への硫
酸イオンの拡散速度によって律速されることから、例え
ば活物質の多孔度が大きい(細孔量が大きい)ほどその
拡散速度が大きく放電容量が増大することは知られてい
る。しかし、多孔度が同じ場合でも細孔径が大きいほ
ど、硫酸イオンの拡散速度は大きいはずである。したが
って、特に硫酸バルクに近い極板表面の細孔径を大きく
することによって活物質内部まで硫酸イオンの拡散を助
けることは初期性能の向上に非常に有効である。
【0024】つまり、図1に示した本発明品(〓6,
7)の放電容量の推移が他に比べて非常に良好であった
こと、すなわち非常に高容量で推移したことは、単に寿
命性能が向上したためだけではなく、上述のように極板
表面の活物質の細孔直径が内部のそれよりも大きかった
ためでもあるといえる。
【0025】なお、四塩基性硫酸鉛が生成した熟成温度
は格子近傍部では50℃以上であったのに対し、その他
の部分では70℃であった。このように、四塩基性硫酸
鉛の生成温度がその生成部位によって異なったのは、ペ
ースト中の硫酸量の違いに起因しているものと考えられ
る。すなわち、ペースト充填後に希硫酸シャワーを施し
た場合、極板表面の硫酸量が比較的多くなり、そのこと
が他の部分よりも四塩基性硫酸鉛の生成温度を低くした
ものと考えられる。
【0026】
【発明の効果】以上、実施例で述べたように、本発明に
よる鉛蓄電池を用いれば、鉛蓄電池の寿命性能を向上さ
せることができるだけでなく、高容量化もはかることが
でき、その工業的価値は甚だ大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】5hR放電容量の推移を示すグラフである。
【図2】正極板中の活物質組成の分布を示す概略図であ
る。
【図3】本発明品の正極活物質の細孔分布を示す図であ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】表面の活物質層の細孔直径が内部の細孔直
    径に比べて大きい正極板を用いることを特徴とする鉛蓄
    電池。
  2. 【請求項2】表面の活物質層が四塩基性硫酸鉛を含み、
    中央部の活物質層は三塩基性硫酸鉛を主体とする未化成
    正極板を用いたことを特徴とする請求項1記載の鉛蓄電
    池。
  3. 【請求項3】鉛合金製正極格子に、鉛酸化物および希硫
    酸を均一に練合して得られた鉛蓄電池用正極ペーストを
    充填し、当該充填済み極板を希硫酸に浸した後、熟成を
    施すことによって極板の表面の活物質層に四塩基性硫酸
    鉛を生成させ、中央部の活物質層は三塩基性硫酸鉛を主
    体とさせた未化成正極板を用いることを特徴とする、鉛
    蓄電池の製造法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013054865A (ja) * 2011-09-01 2013-03-21 Gs Yuasa Corp 鉛蓄電池
CN110444829A (zh) * 2018-05-04 2019-11-12 东南大学 一种用硫酸铅和氧化铅制备碱式硫酸铅及其电极的方法
CN110943204A (zh) * 2019-12-30 2020-03-31 湖南丰日电源电气股份有限公司 一种长寿命、低能耗、高效率、低成本的新型蓄电池
CN114122334A (zh) * 2021-10-28 2022-03-01 天能电池集团股份有限公司 一种梯度型铅蓄电池正极板及蓄电池

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