JP2010020932A - Negative electrode composition for secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高エネルギー密度でありかつ安価なコストで製造できる二次電池用負極組成物に関する。 The present invention relates to a negative electrode composition for a secondary battery that has a high energy density and can be produced at low cost.
従来、種々の二次電池が知られており、例えば、安価なものとしては鉛蓄電池があり、高エネルギー密度のものとしてはリチウムイオン電池がある。いうまでもなく、安価であることと高エネルギー密度であることを兼ね備えた二次電池が理想的である。特に、蓄電池による発進駆動を行うハイブリッド自動車や電気自動車のような用途では、安価で高エネルギー密度の蓄電池に対する要望が大きい。蓄電池の価格は、その材料コストに最も大きく依存する。例えば、ハイブリッド自動車では、高価なニッケル水素蓄電池が使用されているが、ニッケル水素蓄電池の正極に使われるニッケルや負極に使用される貴金属は非常に高価な材料である。また、リチウムイオン電池も高価な材料を用いることを余儀なくされている。 Conventionally, various secondary batteries are known. For example, there are lead storage batteries as inexpensive ones and lithium ion batteries as high energy density ones. Needless to say, a secondary battery that is both inexpensive and has a high energy density is ideal. In particular, there is a great demand for an inexpensive and high energy density storage battery in applications such as a hybrid vehicle or an electric vehicle that performs start-up drive by the storage battery. The price of a storage battery is most dependent on its material cost. For example, in a hybrid vehicle, an expensive nickel metal hydride storage battery is used, but nickel used for the positive electrode of the nickel metal hydride storage battery and noble metal used for the negative electrode are very expensive materials. In addition, lithium-ion batteries are also forced to use expensive materials.
一方、従来の鉛蓄電池は、鉛を酸化した鉛粉と言われる活物質原料に希硫酸を添加してペースト状態とし、このペーストを格子状の集電体に充填する製造方法が一般的である。その後、これを化成することで、正極は二酸化鉛、負極は海綿状鉛と言われる活物質を含むものとなる。これらの活物質は電池が放電されると硫酸鉛(放電活物質)へと変化する。放電活物質への変化に伴い体積が増加するために活物質における多孔質構造の孔が小さくなり、電解液の活物質への拡散が困難となる。 On the other hand, a conventional lead-acid battery generally has a manufacturing method in which dilute sulfuric acid is added to an active material raw material called lead powder obtained by oxidizing lead to form a paste, and this paste is filled in a grid-shaped current collector. . Then, by forming this, the positive electrode contains an active material called lead dioxide and the negative electrode contains spongy lead. These active materials change to lead sulfate (discharge active material) when the battery is discharged. Since the volume increases with the change to the discharge active material, the pores of the porous structure in the active material become small, and the diffusion of the electrolytic solution into the active material becomes difficult.
また、電気的絶縁物である硫酸鉛へ変化することで電気抵抗が増大する。一般的には、硫酸鉛が70%を越えると電気抵抗は急激に増加する。従って、活物質を70%以上放電させること、つまり活物質の利用率を70%以上とすることは、理論的に不可能とされてきた。実際には、放電電流の大きさにも影響されるので、低率放電の利用率は一般的には40%程度、高率放電の利用率は20%程度が現状である。 Moreover, electrical resistance increases by changing to lead sulfate which is an electrical insulator. Generally, when lead sulfate exceeds 70%, the electrical resistance increases rapidly. Therefore, it has been theoretically impossible to discharge the active material by 70% or more, that is, to make the utilization factor of the active material 70% or more. Actually, since it is also influenced by the magnitude of the discharge current, the utilization rate of low rate discharge is generally about 40%, and the utilization rate of high rate discharge is about 20%.
活物質の利用率を上げるためには、組成物の嵩密度、すなわち、多孔度を上げることが必要条件であるが、背反事項として充放電サイクル寿命が激減することが従来から知られており、多孔度を上げ活物質の利用率を向上させるということは、至難の技とされ、未解決のままである。 In order to increase the utilization rate of the active material, it is a necessary condition to increase the bulk density of the composition, that is, the porosity, but it is conventionally known that the charge / discharge cycle life is drastically reduced as a contradiction, Increasing the porosity and improving the utilization rate of the active material is a difficult technique and remains unsolved.
鉛蓄電池は、原料が安価である点では好ましいが、活物質の利用率が低いために鉛の使用量を増やさざるを得ず、その結果、ただでさえ密度の大きい鉛の重量がさらに増えてエネルギー密度の低下を招いている。現状の鉛蓄電池のエネルギー密度では、ハイブリッド車や電気自動車には不十分であり使用できない。 Lead-acid batteries are preferred in that they are inexpensive, but because the active material utilization rate is low, the amount of lead used has to be increased, resulting in a further increase in the weight of lead that is even dense. The energy density is reduced. The current energy density of lead-acid batteries is insufficient for hybrid vehicles and electric vehicles and cannot be used.
特許文献1では、鉛蓄電池の長寿命化を目的とし、鉛粉と、鉛粉に対して13重量%の希硫酸と、鉛粉に対して12重量%の水に、負極添加剤として、鉛粉に対して0.1〜0.3重量%のDBP吸油量100〜300ml/100gの非晶質炭素及び/又は鉛粉に対して0.4〜0.6重量%のリグニンスルホン酸ナトリウムを添加、混練して作製した負極ペーストを開示する。
安価であることと高エネルギー密度であることを兼ね備えた二次電池が要望されているが、従来これらは背反的関係にある概念とされており、未だ実現されていない。特許文献1は、鉛蓄電池の長寿命化を目的としている。従って、特許文献1の技術では、活物質の利用率の改善はなく、高エネルギー密度を得られる70%を超える活物質の利用率は実現されない。 There is a demand for a secondary battery that is both inexpensive and has a high energy density, but these have been considered to have a contradictory relationship and have not yet been realized. Patent Document 1 aims at extending the life of lead-acid batteries. Therefore, in the technique of Patent Document 1, there is no improvement in the utilization factor of the active material, and the utilization factor of the active material exceeding 70% at which a high energy density can be obtained is not realized.
上記の通り、鉛蓄電池のエネルギー密度が低い主要な原因は、放電において活物質の電気抵抗が増大するために利用率を70%以上とすることができないことである。加えて、大電流で放電する使用形態では利用率はさらに低下する。また、活物質の利用率と寿命は背反的関係にあるとされている。つまり、利用率を上げると、充放電サイクル寿命が低下するという致命的な問題も存在する。 As described above, the main cause of the low energy density of the lead storage battery is that the utilization factor cannot be increased to 70% or more because the electrical resistance of the active material increases during discharge. In addition, the utilization factor is further reduced in the usage mode in which discharging is performed with a large current. Moreover, it is said that the utilization factor and lifetime of an active material have a contradictory relationship. That is, when the utilization rate is increased, there is a fatal problem that the charge / discharge cycle life is reduced.
一方、リチウムイオン電池のコストが高いのはその必須材料に起因するため、コスト低減は困難である。 On the other hand, the high cost of a lithium ion battery is due to its essential materials, so it is difficult to reduce the cost.
以上により、本発明は、鉛蓄電池と同程度のコストの原材料を用いて、高エネルギー密度が得られる蓄電池すなわち二次電池を提供することを目的とする。より具体的には、二次電池の負極板について低コストの原材料により活物質の利用率を向上させた二次電池用負極組成物を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a storage battery, that is, a secondary battery that can obtain a high energy density by using a raw material having a cost comparable to that of a lead storage battery. More specifically, it aims at providing the negative electrode composition for secondary batteries which improved the utilization factor of the active material with the low-cost raw material about the negative electrode plate of a secondary battery.
上記の目的を達成するために本発明は以下の構成を提供する。
請求項1に係る二次電池用負極組成物は、金属酸化物を主体として成る活物質原料と、粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンを該活物質原料1モルに対し全吸油量が1.7ミリリットル以上となる量を含有する混練物であることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following configurations.
The negative electrode composition for a secondary battery according to claim 1 comprises an active material raw material mainly composed of a metal oxide and carbon containing about 50% of particles having a particle diameter of about 20 nanometers or less in 1 mol of the active material raw material. On the other hand, it is a kneaded product containing an amount that gives a total oil absorption of 1.7 ml or more.
請求項2に係る二次電池用負極組成物は、金属酸化物を主体として成る活物質原料と、粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンを該活物質原料に対して3.5×10−1質量パーセント以上含有する混練物であることを特徴とする。 A negative electrode composition for a secondary battery according to claim 2 comprises an active material raw material mainly composed of a metal oxide and carbon containing about 50% of particles having a particle diameter of about 20 nanometers or less with respect to the active material raw material. It is a kneaded product containing 3.5 × 10 −1 mass percent or more.
請求項3に係る二次電池用負極組成物は、金属酸化物を主体として成る活物質原料と、粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンを含有する混練物が乾燥され未化成状態における嵩密度が2.2×10−1ミリリットル/グラム以上となる量の該カーボンを含有することを特徴とする。 A negative electrode composition for a secondary battery according to claim 3 is obtained by drying a kneaded material containing an active material raw material mainly composed of a metal oxide and carbon containing approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 20 nanometers or less. The carbon is contained in such an amount that the bulk density in the unformed state is 2.2 × 10 −1 milliliter / gram or more.
請求項4に係る二次電池用負極組成物は、請求項1〜3のいずれかにおいて、前記カーボンはアセチレンブラックであることを特徴とする。 A negative electrode composition for a secondary battery according to a fourth aspect is characterized in that in any one of the first to third aspects, the carbon is acetylene black.
請求項5に係る二次電池用負極組成物は、請求項1〜4のいずれかにおいて、前記混練物は、前記カーボンを水とポリビニルアルコール水溶液とで混練して生成された一次混練物と、前記活物質原料とを混練して生成された混練物であることを特徴とする。 The negative electrode composition for a secondary battery according to claim 5 is any one of claims 1 to 4, wherein the kneaded product is a primary kneaded product produced by kneading the carbon with water and a polyvinyl alcohol aqueous solution, It is a kneaded material produced by kneading the active material raw material.
請求項6に係る二次電池用負極組成物は、請求項5において、前記ポリビニルアルコール水溶液は、溶解温度40℃及び溶解時間30分の条件下での水に対する溶解量が略1質量パーセント以下であるポリビニルアルコールを水に分散させ、略60℃以上に加熱して略完全に溶解させたものであることを特徴とする。 The negative electrode composition for a secondary battery according to a sixth aspect is the negative electrode composition for a secondary battery according to the fifth aspect, wherein the polyvinyl alcohol aqueous solution has a dissolution amount in water of approximately 1 mass percent or less under conditions of a dissolution temperature of 40 ° C and a dissolution time of 30 minutes. It is characterized in that a certain polyvinyl alcohol is dispersed in water and heated to about 60 ° C. or higher to be dissolved almost completely.
請求項7に係る二次電池用負極組成物は、請求項5において、前記ポリビニルアルコール水溶液は、鹸化度98モル%以上でかつ重合度1.7×103以上のポリビニルアルコールを水に分散させ、略60℃以上に加熱して略完全に溶解させたものであることを特徴とする。 A negative electrode composition for a secondary battery according to a seventh aspect is the negative electrode composition for a secondary battery according to the fifth aspect, wherein the polyvinyl alcohol aqueous solution is obtained by dispersing polyvinyl alcohol having a saponification degree of 98 mol% or more and a polymerization degree of 1.7 × 10 3 or more in water. It is characterized by being substantially completely dissolved by heating to about 60 ° C. or higher.
本発明では、二次電池用負極組成物により利用率を向上させるために、電解液(希硫酸)と活物質とが十分に接触でき、電気抵抗の増大を招来しない構成を実現した。具体的には、負極板において導電性ネットワークを形成し、そのネットワークが電解液を担持するための無数の孔を有することで、負極板の嵩密度を高める。つまり、多孔度を向上させることで、負極板内に存在する電解液の量を増加させるとともに、負極板外からの電解液の浸透拡散を容易にすることで、活物質に対して電解液が十分に供給できるように構成した。具体的には、粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンを活物質原料に含有させることが好適である。カーボン含有量は、該活物質原料1モルに対し全吸油量が1.7ミリリットル以上となる量とする。 In the present invention, in order to improve the utilization rate by the negative electrode composition for secondary batteries, a configuration in which the electrolytic solution (dilute sulfuric acid) and the active material can be sufficiently brought into contact with each other and an increase in electrical resistance is not realized. Specifically, a conductive network is formed in the negative electrode plate, and the network has innumerable holes for supporting the electrolytic solution, thereby increasing the bulk density of the negative electrode plate. In other words, by increasing the porosity, the amount of the electrolyte present in the negative electrode plate is increased, and the penetration of the electrolyte from the outside of the negative electrode plate is facilitated. It constituted so that it could fully supply. Specifically, it is preferable that carbon containing approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 20 nanometers or less is contained in the active material raw material. The carbon content is such that the total oil absorption is 1.7 ml or more per mole of the active material raw material.
負極板では、粒子連鎖構造物質であるカーボンを含有させることにより導電性ネットワークを形成することができる。粒子連鎖構造物質とは、複数の粒子状物質が互いに融着し全体として鎖状に延びた状態の物質をいう。このようなカーボンは連鎖状に連なる粒子における個々の粒子が粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンが好適である。カーボン含有量は、該活物質原料に対して3.5×10−1質量パーセント以上とする。 In the negative electrode plate, a conductive network can be formed by containing carbon which is a particle chain structure material. The particle chain structure material refers to a material in which a plurality of particulate materials are fused to each other and extend in a chain shape as a whole. Such carbon is preferably carbon in which individual particles in the chain-like particles contain approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 20 nanometers or less. The carbon content is 3.5 × 10 −1 mass percent or more with respect to the active material raw material.
上記のような微細粒子径のカーボンにより形成された導電性ネットワークに活物質原料である鉛粉が均一に分散し、導電性ネットワークと共存して配置される。粒子連鎖構造物質であるカーボンは互いに縦横に絡み合うことでネットワーク状になると同時に、粒子径が小さいほど導電性ネットワークはより発達し、かつ、無数の孔を形成して多孔質構造となる。これらの孔は、十分な量の電解液を保有することができる。加えて、カーボンにより良好な導電性を維持できる。放電持には、これらの孔に保有された希硫酸が、分散した活物質原料へ持続的に供給されることになる。この結果、導電性ネットワークは、放電終了時直前の電気抵抗の急激な増大を防止できる。
また、このような微細粒子径のカーボンにより形成された導電性ネットワークに活物質原料である鉛粉が均一に分散し、鉛蓄電池の負極として使用すると電池の容量の増大となる。
Lead powder, which is an active material raw material, is uniformly dispersed in a conductive network formed of carbon having a fine particle diameter as described above, and is arranged together with the conductive network. Carbon, which is a particle chain structure substance, is entangled vertically and horizontally to form a network, and at the same time, the smaller the particle diameter, the more the conductive network develops, and an infinite number of pores are formed to form a porous structure. These holes can hold a sufficient amount of electrolyte. In addition, good conductivity can be maintained with carbon. In order to maintain the discharge, the dilute sulfuric acid retained in these holes is continuously supplied to the dispersed active material raw material. As a result, the conductive network can prevent a rapid increase in electrical resistance immediately before the end of discharge.
Further, lead powder as an active material raw material is uniformly dispersed in a conductive network formed of carbon having such a fine particle diameter, and when used as a negative electrode of a lead storage battery, the capacity of the battery increases.
また、粒子径略20ナノメートル以下の粒子を略50%を含むカーボンを含有する混練物が乾燥され未化成状態における嵩密度が2.2×10−1ミリリットル/グラム以上となる量のカーボンを含有することで十分な量の電解液を保有することができる。 Further, a kneaded product containing carbon containing approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 20 nanometers or less is dried, and an amount of carbon that has a bulk density of 2.2 × 10 −1 milliliter / gram or more in an unformed state. By containing it, a sufficient amount of electrolyte can be retained.
さらに、カーボンを水とポリビニルアルコール水溶液とで混練して生成された一次混練物と、前記活物質原料とを混練して生成された混練物は、カーボンがより均一に分散し、導電性ネットワークの形成を助長し、この混練物を使用した負極の活物質利用率が大幅に向上する。 Furthermore, the primary kneaded material produced by kneading carbon with water and an aqueous polyvinyl alcohol solution and the kneaded material produced by kneading the active material raw material have a more uniformly dispersed carbon, The formation is promoted, and the active material utilization rate of the negative electrode using this kneaded product is greatly improved.
また、ポリビニルアルコールは、カーボンの導電性を確保しながら混練物の分散剤として効果を発揮するとともに、負極ペーストの極板への付着性も向上させることができる。
ポリビニルアルコール水溶液は、溶解温度40℃及び溶解時間30分の条件下での水に対する溶解量が1質量パーセント以下であるポリビニルアルコールを水に分散させ、略60℃以上に加熱して略完全に溶解させたものが好適である。
In addition, polyvinyl alcohol exhibits an effect as a dispersant for the kneaded material while ensuring the conductivity of carbon, and can also improve the adhesion of the negative electrode paste to the electrode plate.
Polyvinyl alcohol aqueous solution is a solution in which polyvinyl alcohol having a dissolution amount in water of 1 mass percent or less under conditions of a dissolution temperature of 40 ° C. and a dissolution time of 30 minutes is dispersed in water, and heated to about 60 ° C. or more to be almost completely dissolved. What was made to be suitable is suitable.
また、ポリビニルアルコール水溶液は、鹸化度98モル%以上でかつ重合度1.7×103以上のポリビニルアルコールを水に分散させ、略60℃以上に加熱して略完全に溶解させたものが好適である。 The polyvinyl alcohol aqueous solution is preferably one in which polyvinyl alcohol having a saponification degree of 98 mol% or more and a polymerization degree of 1.7 × 10 3 or more is dispersed in water and heated to about 60 ° C. or more to be dissolved almost completely. It is.
鉛粉を低減できることにより蓄電池のコストをさらに低減でき、エネルギー密度を大幅に向上できる。この結果、同じ電池容量において従来の蓄電池より軽量化が可能となる。これらにより、ハイブリッド自動車用蓄電池及び電気自動車用として極めて好適なものとなる。活物質利用率の大幅な向上は、過去百年近くに亘り不可能とされてきたが、本発明によりそれが始めて可能となった。その工業的価値は極めて高いと云える。 By being able to reduce lead powder, the cost of the storage battery can be further reduced, and the energy density can be greatly improved. As a result, the weight can be reduced as compared with the conventional storage battery with the same battery capacity. As a result, the battery becomes extremely suitable for a hybrid vehicle storage battery and an electric vehicle. Although significant improvements in active material utilization have been impossible over the past hundred years, the present invention has made it possible for the first time. It can be said that its industrial value is extremely high.
また、本発明の負極組成物を使用することにより、従来は不可能とされていた充放電サイクル寿命を格段に向上させた鉛蓄電池を製造することができた。 Moreover, by using the negative electrode composition of the present invention, it was possible to produce a lead-acid battery with a significantly improved charge / discharge cycle life that had been impossible in the past.
先ず、本発明の実施形態の概要を説明する。詳細については、以下の各実施例にて説明する。
本発明による二次電池用負極組成物(「負極組成物」または「組成物」と略称する)は、実質的には鉛蓄電池を対象とする。負極組成物は、活物質原料を主要成分としその他の必要な成分を添加してペースト状の混練物としたものである。この混練物を格子状集電体である負極板に充填及び熟成・乾燥し(未化成状態)、その後この負極板を蓄電池に組み込み、化成工程を行うことにより鉛蓄電池として完成する。
First, an outline of an embodiment of the present invention will be described. Details will be described in the following embodiments.
The negative electrode composition for secondary batteries according to the present invention (abbreviated as “negative electrode composition” or “composition”) is substantially intended for lead-acid batteries. The negative electrode composition is a paste-like kneaded product in which an active material raw material is a main component and other necessary components are added. This kneaded product is filled, aged and dried (unformed state) in a negative electrode plate which is a grid-shaped current collector, and then this negative electrode plate is incorporated into a storage battery and a conversion process is performed to complete a lead storage battery.
負極組成物である混練物は、金属及びその金属の酸化物を含む活物質原料と、カーボンとを含有する。活物質原料は鉛粉とする。そして、カーボンは、活物質原料1モルに対し全吸油量が1.7ml以上となる量とする。「全吸油量」とは、組成物中に含まれるカーボンと活物質原料の相対的含有量の関係において、活物質原料1モル当たりに対するカーボン含有量におけるカーボンのもつ吸油量全体であり(後述する計算式で詳細を示す)、カーボン特性の指標であるDBP吸油量とは異なる値である。混練用の媒体としては、水である。 The kneaded material which is a negative electrode composition contains the active material raw material containing the metal and the oxide of the metal, and carbon. The active material raw material is lead powder. And carbon is made into the quantity from which a total oil absorption becomes 1.7 ml or more with respect to 1 mol of active material raw materials. The “total oil absorption amount” is the total oil absorption amount of carbon in the carbon content per mole of the active material raw material in the relationship between the relative content of carbon and the active material raw material contained in the composition (described later) This is a value different from the DBP oil absorption, which is an indicator of carbon characteristics). The kneading medium is water.
本発明の負極組成物の多孔度の目安としては、格子状集電体に充填され乾燥された後の未化成状態にて、その嵩密度が2.2×10−1ml/g以上である。 As a measure of the porosity of the negative electrode composition of the present invention, the bulk density is 2.2 × 10 −1 ml / g or more in an unformed state after being filled in a grid-like current collector and dried. .
さらに、上記の組成物に対しポリビニルアルコール(PVA)を含有させることが好適である。ポリビニルアルコールは、カーボン等の分散性向上を目的として添加するが、混練物を格子状集電体に充填したときにその付着強度を高めることにも寄与する。 Furthermore, it is preferable to contain polyvinyl alcohol (PVA) in the above composition. Polyvinyl alcohol is added for the purpose of improving the dispersibility of carbon or the like, but also contributes to increasing the adhesion strength when the kneaded product is filled in a grid-like current collector.
本発明による負極組成物は、次の製造工程(具体的には、混練物の作製工程)によって生成されたものである。第1の混練工程では、カーボンをポリビニルアルコール水溶液と水とともに混練し、第1の混練物を生成する。次に、第2の混練工程では、第1の混練物に対し活物質原料、その他添加物を加えてさらに混練し、第2の混練物を生成する。得られた第2の混練物が、上記の負極組成物である。従来の負極組成物では、このような2工程での混練は行っていなかった。本発明では、2工程の混練工程を経ることによって好適な嵩密度、吸油量及び利用率をもつ負極組成物を得ることができた。 The negative electrode composition according to the present invention is produced by the following production process (specifically, a kneaded material production process). In the first kneading step, carbon is kneaded together with an aqueous polyvinyl alcohol solution and water to produce a first kneaded product. Next, in the second kneading step, an active material raw material and other additives are added to the first kneaded material and further kneaded to produce a second kneaded material. The obtained 2nd kneaded material is said negative electrode composition. The conventional negative electrode composition has not been kneaded in such two steps. In the present invention, a negative electrode composition having a suitable bulk density, oil absorption amount, and utilization rate can be obtained through two kneading steps.
本発明による負極活物質の利用率は、格子状集電体を用いた場合、0.06A放電約40時間率放電(低率放電)では70%以上、6A放電約10分間率放電(高率放電)では40%以上であった。低率放電及び高率放電におけるどの放電率においても、従来の鉛蓄電池に比べて利用率が格段に向上した。集電体としては、従来通りの格子を用いることが可能であり、あるいは、鉛シートのようなシート状物に混練物を塗布することも可能である。格子状集電体に充填する場合は、ある程度の粘性が必要なので、混練媒体である水の量をその他の成分に対して少なく設定してペースト状の混練物とする。一方、シートに塗布する場合は、水の量を多くして粘性を低くしスラリー状の混練物とする。極板に適用する前の混練物がペーストであってもスラリーであっても、本発明の効果は同様に得られる。 The utilization rate of the negative electrode active material according to the present invention is 70% or more for 0.06A discharge about 40 hour rate discharge (low rate discharge) and 6A discharge about 10 minute rate discharge (high rate) when a grid-like current collector is used. The discharge was 40% or more. At any discharge rate in the low rate discharge and the high rate discharge, the utilization rate was remarkably improved as compared with the conventional lead acid battery. As the current collector, a conventional lattice can be used, or the kneaded material can be applied to a sheet-like material such as a lead sheet. When filling the grid-like current collector, a certain degree of viscosity is required, so that the amount of water as the kneading medium is set to be small relative to the other components to obtain a paste-like kneaded product. On the other hand, when applying to a sheet | seat, the quantity of water is increased and viscosity is made low and it is set as a slurry-like kneaded material. Whether the kneaded product before application to the electrode plate is a paste or a slurry, the effects of the present invention can be obtained similarly.
格子状集電体にペーストを充填した極板は、基本的には、従来の鉛蓄電池の全用途に用いることができ、しかも同じ電池容量においてより軽量とすることができる。シート状にした極板を用いた鉛蓄電池は、円筒形状の電池を形成できる。その場合、極板をスパイラルに巻くことにより高率放電に優れ、耐振動性の強い電池となる。これは、特にハイブリッド自動車用、電気自動車用として適している。ハイブリッド自動車では、現在、ニッケル水素電池やリチウムイオン電池が使用されあるいは検討されているが、いずれもコストが高いという問題があった。本発明による鉛蓄電池は、それらより格段に低コストであるため実用化に適している。 The electrode plate in which the grid current collector is filled with the paste can basically be used for all uses of the conventional lead-acid battery, and can be lighter in the same battery capacity. A lead-acid battery using a sheet electrode can form a cylindrical battery. In that case, by winding the electrode plate in a spiral, a battery having excellent high-rate discharge and strong vibration resistance is obtained. This is particularly suitable for hybrid vehicles and electric vehicles. Currently, nickel-metal hydride batteries and lithium ion batteries are being used or studied in hybrid vehicles, but both have the problem of high costs. The lead-acid battery according to the present invention is suitable for practical use because it is much cheaper than those.
以上のように、本発明による負極組成物を用いた鉛蓄電池は、大電流による放電が可能なこと、長寿命であること、活物質利用率が高いこと、低コストであることに加えて、リチウムイオン電池やニッケル・水素電池に比べて充放電の管理が簡易である。その最適な用途は、自動車用途におけるエンジンと蓄電池のハイブリッド的な使い方である。この用途では、自動車の制動時の回生電力を蓄電池へ充電し、発進時には蓄電池から電力を取り出すことで、ガソリンの消費を節減する。自動車企業では、省エネルギーや排ガス減少により環境的に好ましいことから、現在及び将来的にハイブリッド自動車に注力しており、本発明の産業上の利用性は極めて高いといえる。 As described above, the lead-acid battery using the negative electrode composition according to the present invention is capable of discharging with a large current, has a long life, has a high active material utilization rate, and is low in cost. Compared to lithium ion batteries and nickel / hydrogen batteries, charge / discharge management is simpler. Its optimal use is the hybrid use of engine and storage battery in automotive applications. In this application, regenerative electric power during braking of an automobile is charged into a storage battery, and electric power is taken out from the storage battery at the time of starting, thereby reducing gasoline consumption. Since automobile companies are environmentally favorable due to energy saving and exhaust gas reduction, they are focusing on hybrid cars now and in the future, and it can be said that the industrial applicability of the present invention is extremely high.
また、一般的な蓄電池はフロート充電使用されることも多い。これは、停電発生の非常時に蓄電池から負荷へ給電するシステムであり、一般的には10分間率程度で放電されるケースが多い。このような蓄電池として従来の鉛蓄電池と用いると、短時間放電すなわち大電流放電となるので、元々高くない活物質利用率がさらに低下する。従って、大きな定格容量の鉛蓄電池を用意しなければならず、大きくかつ重いものとなる。本発明の負極組成物を用いた鉛蓄電池は、活物質利用率が従来の鉛蓄電池の約2倍以上と高く、かつ大電流による放電が可能で、軽量とすることができる。 Moreover, a general storage battery is often used for float charging. This is a system that supplies power from a storage battery to a load in the event of a power failure, and is generally discharged at a rate of about 10 minutes. When such a storage battery is used with a conventional lead storage battery, a short-time discharge, that is, a large current discharge is generated, so that the active material utilization rate which is not originally high further decreases. Therefore, a lead storage battery having a large rated capacity must be prepared, which is large and heavy. The lead storage battery using the negative electrode composition of the present invention has an active material utilization rate as high as about twice or more that of a conventional lead storage battery, can be discharged by a large current, and can be lightweight.
本発明による二次電池用負極組成物は、実質的には鉛蓄電池を対象とする。負極組成物は、活物質原料である鉛粉を主要成分としその他の必要な成分を添加してペースト状の混練物としたものであり、さらにこれを極板に充填し熟成・乾燥したものを含む。
このペースト状の混練物を格子状集電体に充填し、熟成及び乾燥し(未化成状態)、その後この負極板を蓄電池ケースに組み込み、化成工程を行うことにより活物質原料が活物質となり、鉛蓄電池として完成する。従って、本出願の特許請求の範囲及び明細書における「活物質原料」は、未化成状態のものを指す。そして、「活物質原料」とは、化成されて目的物である活物質となる原料をいう。
また、上記のとおりペーストは負極組成物であるが、負極組成物であるペーストが格子集電体(格子極板)に充填され乾燥されたもの、さらには化成されたものも総称して負極組成物若しくは組成物と言い又は負極板若しくは極板という場合がある。すなわち、負極板、極板は格子自体を意味する場合と負極組成物が充填されたものを意味する場合がある。
The negative electrode composition for a secondary battery according to the present invention is substantially intended for a lead storage battery. The negative electrode composition is a paste-like kneaded product with lead powder as an active material raw material as the main component and other necessary components added, and this is filled in an electrode plate and aged and dried. Including.
The paste-like kneaded product is filled into a grid-shaped current collector, aged and dried (unformed state), and then the negative electrode plate is incorporated into a storage battery case, and a chemical conversion process is performed, whereby the active material raw material becomes an active material, Completed as a lead-acid battery. Therefore, the “active material raw material” in the claims and the specification of the present application refers to the raw material. The “active material raw material” refers to a raw material that is formed into an active material that is a target product.
Further, as described above, the paste is a negative electrode composition, but the paste as the negative electrode composition is filled in a grid current collector (lattice electrode plate) and dried, and further, the formed one is also collectively referred to as a negative electrode composition. It may be referred to as a product or a composition, or a negative electrode plate or an electrode plate. That is, the negative electrode plate and the electrode plate may mean the lattice itself or the one filled with the negative electrode composition.
以下、格子状集電体を用いた負極板に適用した場合における本発明の各実施例を説明する。 Hereinafter, each example of the present invention when applied to a negative electrode plate using a grid-like current collector will be described.
実施例1では、表1における負極組成物によりペーストNo.1〜11を調製し、該ペーストを充填した負極板により後述する各種の試験を行なった。
<試料の調製>
表1は、試験に供した負極組成物の成分組成を示す一覧である。
表1における組成物において、カーボンであるアセチレンブラック−1とアセチレンブラック−2は選択的に配合するものとして、両方同時には使用しない。
表1における鉛粉、PVA−124水溶液(濃度6%)、リグニン、BaSO4(硫酸バリウム)及び水に対しアセチレンブラック−1又はアセチレンブラック−2が配合される。
したがって、各種試験結果は、アセチレンブラック−1を使用したものとアセチレンブラック−2を使用したものとの2種類となる。これらが、本発明のペーストNo.3〜11である。
ペーストNo.1は従来技術によるものであり比較例とする。
ペーストNo.2はカーボン(アセチレンブラック−1又はアセチレンブラック−2)を使用しない。したがって、PVA−124水溶液(濃度6%)を使用しない。また、従来技術における硫酸を配合しない比較例である。
ここで、PVA−124水溶液(濃度6%)の濃度6%とは、水94gに対し6gのPVA−124粉末を溶解させたものを意味する。PVA水溶液の製造方法は実施例4で説明する。なお、PVAとは、ポリビニルアルコールの略称であり、番号は品番を示す。
In Example 1, paste Nos. 1 to 11 were prepared from the negative electrode composition shown in Table 1, and various tests described later were performed using the negative electrode plate filled with the paste.
<Preparation of sample>
Table 1 is a list showing the component composition of the negative electrode composition subjected to the test.
In the composition in Table 1, acetylene black-1 and acetylene black-2, which are carbon, are selectively blended and are not used at the same time.
Acetylene black-1 or acetylene black-2 is blended with lead powder, PVA-124 aqueous solution (concentration 6%), lignin, BaSO 4 (barium sulfate) and water in Table 1.
Therefore, there are two types of test results, one using acetylene black-1 and the other using acetylene black-2. These are the paste Nos. Of the present invention. 3-11.
Paste No. 1 is based on the prior art and is used as a comparative example.
Paste No. 2 does not use carbon (acetylene black-1 or acetylene black-2). Therefore, the PVA-124 aqueous solution (concentration 6%) is not used. Moreover, it is a comparative example which does not mix | blend sulfuric acid in a prior art.
Here, the concentration 6% of the PVA-124 aqueous solution (concentration 6%) means that 6 g of PVA-124 powder is dissolved in 94 g of water. A method for producing the PVA aqueous solution will be described in Example 4. PVA is an abbreviation for polyvinyl alcohol, and the number indicates a product number.
ペーストとは、表1の成分で構成される組成物を混練した後の、乾燥前のペースト状態の混練物を意味する。ただし、負極組成物の嵩密度を測定する場合は、極板に充填し、熟成・乾燥を行なう。活物質利用率を測定する場合は、さらに化成を行なう。 The paste means a kneaded product in a paste state before kneading after kneading the composition composed of the components shown in Table 1. However, when measuring the bulk density of the negative electrode composition, the electrode plate is filled and aged and dried. When measuring the active material utilization, chemical conversion is further performed.
表1において、鉛粉の量を一定とし、カーボン量を変化させる。カーボン量の変化に伴い、PVA−124水溶液量及び水の量を変化させる。 In Table 1, the amount of lead powder is made constant and the amount of carbon is changed. As the amount of carbon changes, the amount of aqueous PVA-124 solution and the amount of water are changed.
鉛粉は、活物質の主要成分であり、鉛の酸化度は約75〜80%である。
カーボンについて、アセチレンブラック−1は、DBP吸油量220ml/100g、アセチレンブラック−2は、DBP吸油量160ml/100g(いずれも電気化学工業製)のものを使用した。ポリビニルアルコール(株式会社クラレ製)は、PVA−124であり鹸化度98モル%〜99モル%、重合度2400のものを用いた。
Lead powder is a main component of the active material, and the oxidation degree of lead is about 75 to 80%.
As for carbon, acetylene black-1 with a DBP oil absorption of 220 ml / 100 g and acetylene black-2 with a DBP oil absorption of 160 ml / 100 g (both manufactured by Denki Kagaku Kogyo) were used. Polyvinyl alcohol (manufactured by Kuraray Co., Ltd.) was PVA-124 having a saponification degree of 98 mol% to 99 mol% and a polymerization degree of 2400.
図8に、アセチレンブラック−1及びアセチレンブラック−2のカーボン粒子の累積粒度分布を示す。AB−1はアセチレンブラック−1、AB−2は、アセチレンブラック−2の累積曲線である。
この曲線は、粒子径が最小のものから粒子径の頻度の累積を開始し、最大粒子径の粒子径の頻度を累積して終了し、すべて累積して100%となる。
アセチレンブラック−1は、粒子径略20ナノメートル以下の粒子が略50%存在する。
アセチレンブラック−2は、粒子径略28ナノメートル以下の粒子が略50%存在する。
後に示す図3及び図4において、粒子径の小さいものが多く分布するアセチレンブラック−1の方が、活物質利用率が高い。
In this curve, the accumulation of the frequency of the particle diameter is started from the particle having the smallest particle diameter, and the accumulation of the frequency of the particle diameter of the maximum particle diameter is completed, and the accumulation is 100%.
Acetylene black-1 has approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 20 nanometers or less.
Acetylene black-2 has approximately 50% of particles having a particle diameter of approximately 28 nanometers or less.
3 and 4 to be described later, acetylene black-1 in which many particles having a small particle size are distributed has a higher active material utilization rate.
実施例1では、表1の組成物から成るペーストを作製し、(1)鉛粉充填量(g)、(2)嵩密度(ml/g)及び(3)活物質利用率(%)を測定し、これらの関係を明らかにする。 In Example 1, a paste comprising the composition of Table 1 was prepared, and (1) lead powder filling amount (g), (2) bulk density (ml / g), and (3) active material utilization rate (%). Measure and clarify these relationships.
<負極板の製造方法>
表1におけるペーストNo.3〜11は、カーボン、PVA−124水溶液及び水を混合し30分間混練し、その後、この混練物に鉛粉を混合し、さらにリグニン及び硫酸バリウム(BaSO4)を添加し、さらに混練を30分間行った。
<Method for producing negative electrode plate>
Paste Nos. 3 to 11 in Table 1 were mixed with carbon, a PVA-124 aqueous solution and water and kneaded for 30 minutes, then mixed with lead powder and further added with lignin and barium sulfate (BaSO 4 ). Further, kneading was performed for 30 minutes.
比較例として作製したペーストNo.1は、鉛粉、リグニン、硫酸バリウム、水及び硫酸を表1の量にて混合し単純に混練したものであり、ペーストNo.2は、鉛粉、リグニン、硫酸バリウム及び水を表1の量にて混合し単純に混練したものである。 Paste No. 1 produced as a comparative example is a mixture of lead powder, lignin, barium sulfate, water and sulfuric acid mixed in the amounts shown in Table 1 and simply kneaded. Paste No. 2 is composed of lead powder, lignin, Barium sulfate and water are mixed in the amounts shown in Table 1 and simply kneaded.
このようにして作製したペーストを厚さ2mmの格子状集電体に充填し、その後、湿度98%、温度45℃で24時間熟成し、その後、60℃で24時間乾燥して、厚さ2.2mmの負極板を形成した。 The paste thus produced was filled into a 2 mm thick grid-like current collector, then aged at 98% humidity and a temperature of 45 ° C. for 24 hours, and then dried at 60 ° C. for 24 hours to obtain a thickness of 2 A 2 mm negative electrode plate was formed.
次に、この負極板1枚の両側に微細ガラス繊維セパレータを当接し、さらにその外側に1枚づつ正極板を当接した。このような構成とすることで、活物質の理論容量は、正極が大過剰となるため、目的とする負極活物質の利用率を評価できる。これらの極板群を電槽に挿入し、電槽と極板群の隙間にはABS樹脂製スペーサを装填した。電槽に比重1.223の希硫酸を注入して、正極理論容量の300%の電気量を流して、化成をおこなった。化成後の電解液の比重は1.320とした。 Next, a fine glass fiber separator was brought into contact with both sides of the single negative electrode plate, and further, one positive electrode plate was brought into contact with the outside thereof. With such a configuration, the theoretical capacity of the active material has a large excess of the positive electrode, and thus the utilization rate of the target negative electrode active material can be evaluated. These electrode plate groups were inserted into the battery case, and an ABS resin spacer was loaded in the gap between the battery case and the electrode plate group. Dilute sulfuric acid having a specific gravity of 1.223 was injected into the battery case, and 300% of the theoretical capacity of the positive electrode was passed to conduct chemical conversion. The specific gravity of the electrolytic solution after chemical conversion was set to 1.320.
その後、上記の電槽に挿入した極板群について容量試験を行った。容量試験は、0.06A(アンペア)と6Aの2種類とした。0.06Aは約40時間率の低率放電であり、6Aは約10分間率の高率放電である。それぞれの放電終止電圧はセル当たり、1.7V(ボルト)と1.2Vとした。温度は25℃である。 Then, the capacity | capacitance test was done about the electrode group inserted in said battery case. Two types of capacity tests, 0.06 A (ampere) and 6 A, were used. 0.06A is a low rate discharge with a rate of about 40 hours, and 6A is a high rate discharge with a rate of about 10 minutes. The respective discharge end voltages were 1.7 V (volt) and 1.2 V per cell. The temperature is 25 ° C.
<試験結果>
(1)鉛粉充填量について
表2に鉛粉充填量の測定結果を示す(同一調製ペーストを4サンプル)。図1は表2をグラフ化したものである。従来技術であるペーストNo.1の鉛粉充填量は表2の最右欄に示す。
なお、鉛粉充填量とは、上記のように調製されたペーストを負極板である格子に充填し、熟成・乾燥した状態の負極板に充填された鉛粉の質量(g)を言う。
負極板である格子に充填されたペーストには当然表1の成分が含まれるが、質量比が比較的多い水分は乾燥されるので含まれず、質量のほとんどが鉛粉である。
鉛粉充填量を測定する目的は、従来技術では極板に充填される組成物はほとんどが鉛粉であるのに対し、本発明では、負極組成物に嵩高いカーボンを含有させることによって減少する鉛粉の充填量をみるためである。
すなわち、カーボン自体の質量(g)は小さいが、嵩高いため負極組成物の体積が増加し、格子に充填される鉛粉量が減少するからである。
<Test results>
(1) About lead powder filling amount Table 2 shows the measurement results of the lead powder filling amount (four samples of the same prepared paste). FIG. 1 is a graph of Table 2. Paste no. The lead powder filling amount of 1 is shown in the rightmost column of Table 2.
The lead powder filling amount refers to the mass (g) of the lead powder filled in the negative electrode plate in a state of being aged and dried after filling the paste prepared as described above into the lattice which is the negative electrode plate.
The paste filled in the grid which is the negative electrode plate naturally contains the components shown in Table 1. However, moisture having a relatively large mass ratio is not contained because it is dried, and most of the mass is lead powder.
The purpose of measuring the amount of lead powder filling is reduced by adding bulky carbon to the negative electrode composition, whereas the composition filled in the electrode plate is mostly lead powder in the prior art. This is to check the amount of lead powder filled.
That is, although the mass (g) of carbon itself is small, it is bulky, so the volume of the negative electrode composition increases and the amount of lead powder filled in the lattice decreases.
図1において、カーボン量が0gで●印のプロットは従来技術であるペーストNo.1の比較例データ、同じくカーボン量が0gで◆印のプロットはペーストNo.2の比較例データである。
本発明のペーストNo.3〜11は、カーボン量が0gでなく、◆印及び黒色の四角印のプロットである。
◆印のプロットは、アセチレンブラック−1(AB−1)、黒色の四角印プロットは、アセチレンブラック−2(AB−2)である。
In FIG. 1, the plot of the mark ● with the carbon amount of 0 g is the comparative example data of Paste No. 1, which is the prior art, and the plot of the ◆ mark with the carbon amount of 0 g is the comparative example data of Paste No. 2.
Paste Nos. 3 to 11 of the present invention have a carbon amount of not 0 g but are plots of ◆ and black square marks.
The ♦ mark plot is acetylene black-1 (AB-1), and the black square mark plot is acetylene black-2 (AB-2).
本発明であるペーストNo.3〜11の鉛粉充填量は、比較例のペーストNo.1及び2より鉛粉充填量が少なく、さらに、カーボン量が増加するに従い、鉛粉の充填量が減少している。
(1)最もカーボン量が多い(8.6g)本発明のペーストNo.7は、従来技術のペーストの鉛粉充填量の約45%
(2)最もカーボン量が少ない(0.7g)本発明のペーストNo.3は、従来技術のペーストの鉛粉充填量の約95%
(3)その次にカーボン量が少ない(1.4g)ペーストNo.4においては、従来技術のペーストの鉛粉充填量の約87%
Paste No. 1 according to the present invention. The lead powder filling amount of 3 to 11 is the paste No. of Comparative Example. The amount of lead powder filling is smaller than 1 and 2, and the amount of lead powder filling decreases as the amount of carbon increases.
(1) The largest amount of carbon (8.6 g) Paste No. 7 of the present invention is about 45% of the lead powder filling amount of the paste of the prior art.
(2) Paste No. 3 of the present invention with the least amount of carbon (0.7 g) is about 95% of the lead powder filling amount of the paste of the prior art.
(3) Next, the amount of carbon is the smallest (1.4 g). No. 4, about 87% of the lead powder filling amount of the prior art paste
本発明のペーストにおいて鉛粉充填量が減少した原因は、カーボンが嵩高く、鉛粉の質量に比較し少ない質量のカーボン量であってもペーストの体積が大幅に増加したためである。 The reason why the lead powder filling amount is reduced in the paste of the present invention is that the volume of the paste is greatly increased even when the carbon is bulky and the amount of carbon is smaller than that of the lead powder.
(2)嵩密度について
表3に嵩密度の測定結果を示す。図2は表3をグラフ化したものである。従来技術の嵩密度は表3の最右欄に示す。
嵩密度とは、質量密度の逆数であり、単位は「ml/g」で表され、同一質量(g)で体積(ml)を比較する場合使用される。
嵩密度を測定する目的は、従来技術では極板に充填される組成物はほとんどが鉛粉であるのに対し、本発明では、負極組成物に嵩高いカーボンを含有させることによって、多孔度が高まる様子をみるためである。
すなわち、多孔度が大きいほど活物質(鉛)の近傍に硫酸を多く蓄え、放電特性が良好となる。
(2) About bulk density Table 3 shows the measurement results of the bulk density. FIG. 2 is a graph of Table 3. The bulk density of the prior art is shown in the rightmost column of Table 3.
The bulk density is the reciprocal of the mass density, the unit is represented by “ml / g”, and is used when comparing the volume (ml) with the same mass (g).
The purpose of measuring the bulk density is that, in the prior art, most of the composition filled in the electrode plate is lead powder, whereas in the present invention, the porosity is increased by adding bulky carbon to the negative electrode composition. This is to see how it increases.
That is, the greater the porosity, the more sulfuric acid is stored in the vicinity of the active material (lead) and the better the discharge characteristics.
図2において、カーボン量が0gで●印のプロットは従来技術であるペーストNo.1の比較例データ、同じくカーボン量が0gで◆印のプロットはペーストNo.2の比較例データである。
本発明のペーストNo.3〜11は、カーボン量が0gでなく、◆印及び黒色の四角印のプロットである。
◆印のプロットは、アセチレンブラック−1(AB−1)、黒色の四角印プロットは、アセチレンブラック−2(AB−2)である。
In FIG. 2, the plot of ● with a carbon amount of 0 g is the comparative example data of Paste No. 1, which is a conventional technology, and the plot of ◆ with the carbon amount of 0 g is the comparative example data of Paste No. 2.
Paste Nos. 3 to 11 of the present invention have a carbon amount of not 0 g but are plots of ◆ and black square marks.
The ♦ mark plot is acetylene black-1 (AB-1), and the black square mark plot is acetylene black-2 (AB-2).
本発明のペーストNo.3〜11は、比較例のペーストより嵩密度が高く、さらに、カーボン量が増加するに従い、嵩密度が高くなっている。
(1)最もカーボン量が多い(8.6g)本発明のペーストNo.7は、従来技術のペーストの嵩密度の約160%
(2)最もカーボン量が少ない(0.7g)本発明のペーストNo.3は、従来技術のペーストの嵩密度の約110%
(3)その次にカーボン量が少ない(1.4g)本発明のペーストNo.4は、従来技術のペーストの嵩密度の約130%
なお、嵩密度の測定方法は、後述する。
The paste Nos. 3 to 11 of the present invention have a higher bulk density than the paste of the comparative example, and the bulk density increases as the amount of carbon increases.
(1) Paste No. 7 of the present invention having the largest amount of carbon (8.6 g) is about 160% of the bulk density of the paste of the prior art.
(2) Paste No. 3 of the present invention with the least amount of carbon (0.7 g) is about 110% of the bulk density of the prior art paste.
(3) Next, the amount of carbon is the smallest (1.4 g). The paste No. 4 of the present invention is about 130% of the bulk density of the paste of the prior art.
A method for measuring the bulk density will be described later.
(3)活物質利用率について
表4及び表5に活物質利用率の測定・計算結果を示す。図3は表4を、図4は表5をグラフ化したものである。従来技術のペーストNo.1の活物質利用率は表4、表5の最右欄に示す。
表4は低率放電0.06A、表5は高率放電6Aである。
活物質利用率は、如何に少ない活物質で蓄電池の容量を確保できるかをみる重要な指標で、特に鉛蓄電池においては、活物質原料が鉛であるため、鉛蓄電池の軽量化を図るうえで最重要課題である。
(3) About active material utilization rate Table 4 and Table 5 show the measurement and calculation results of the active material utilization rate. FIG. 3 is a graph of Table 4, and FIG. 4 is a graph of Table 5. Prior art paste no. The active material utilization rate of 1 is shown in the rightmost column of Tables 4 and 5.
Table 4 shows the low rate discharge 0.06A, and Table 5 shows the high rate discharge 6A.
The active material utilization rate is an important index that shows how much capacity the storage battery can be secured with less active material. Especially in lead storage batteries, the active material material is lead, so it is important to reduce the weight of lead storage batteries. It is the most important issue.
図3及び図4において、カーボン量が0gで●印のプロットは従来技術であるペーストNo.1の比較例データ、同じくカーボン量が0gで◆印のプロットはペーストNo.2の比較例データである。
本発明のペーストNo.3〜11は、カーボン量が0gでなく、◆印及び黒色の四角印のプロットである。
◆印のプロットは、アセチレンブラック−1(◆:AB−1)、黒色の四角印プロットは、アセチレンブラック−2(AB−2)である。
3 and 4, the carbon amount is 0 g and the ● mark plot is the comparative example data of Paste No. 1, which is the prior art, and the carbon amount is 0 g and the ◆ mark plot is the comparative example data of Paste No. 2. is there.
Paste Nos. 3 to 11 of the present invention have a carbon amount of not 0 g but are plots of ◆ and black square marks.
The asterisk plot is acetylene black-1 (♦: AB-1), and the black square plot is acetylene black-2 (AB-2).
本発明のペーストNo.3〜11は、比較例のペーストより活物質利用率が高く、さらに、カーボン量が増加するに従い、活物質利用率がいっそう高くなっている。以下、利用率を比較する。
(A)低率放電である0.06Aにおいて
(1)最もカーボン量が多い(8.6g)本発明のペーストNo.7は、従来技術のペーストの活物質利用率の約154%
(2)最もカーボン量が少ない(0.7g)本発明のペーストNo.3は、従来技術のペーストの活物質利用率の約110%
(3)その次にカーボン量が少ない(1.4g)本発明のペーストNo.4は、従来技術のペーストの活物質利用率の約124%
(B)高率放電である6Aにおいて
(1)最もカーボン量が多い(8.6g)本発明のペーストNo.7は、従来技術のペーストの活物質利用率の約250%
(2)最もカーボン量が少ない(0.7g)本発明のペーストNo.3は、従来技術のペーストの活物質利用率の約120%
(3)その次にカーボン量が少ない(1.4g)本発明のペーストNo.4は、従来技術のペーストの活物質利用率の約150%
The paste Nos. 3 to 11 of the present invention have higher active material utilization than the comparative paste, and the active material utilization is further increased as the amount of carbon increases. Hereinafter, the utilization rate will be compared.
(A) At 0.06A, which is a low rate discharge (1) The amount of carbon is the largest (8.6 g), and paste No. 7 of the present invention is about 154% of the active material utilization rate of the prior art paste.
(2) Paste No. 3 of the present invention with the least amount of carbon (0.7 g) is approximately 110% of the active material utilization rate of the prior art paste.
(3) Next, the amount of carbon is the smallest (1.4 g). The paste No. 4 of the present invention is about 124% of the active material utilization rate of the paste of the prior art.
(B) In 6A, which is a high rate discharge (1) The amount of carbon is the largest (8.6 g), and paste No. 7 of the present invention is about 250% of the active material utilization rate of the conventional paste
(2) Paste No. 3 of the present invention with the least amount of carbon (0.7 g) is about 120% of the active material utilization of the paste of the prior art.
(3) Next, the amount of carbon is the smallest (1.4 g). The paste No. 4 of the present invention is about 150% of the active material utilization rate of the paste of the prior art.
<利用率について>
前述したように、原料である鉛粉は主体が酸化鉛であるが、酸化されていない金属状態の鉛も含む。酸化鉛が電解液の硫酸と反応して、化成により活物質である鉛に変化する。このようにしてできた鉛が活物質とみなされている。すると、元来含まれていた金属鉛を活物質とみなすかどうかは議論の分かれるところである。ここでは、原料に元来含まれていた金属鉛も活物質となったとして、放電における活物質の利用率を計算した。
<利用率計算方法>
格子集電体に充填された鉛粉の重量をEとすると、
F=E×207/223×(1/3.866)
ここで、Fは鉛粉が化成によりすべて鉛に変化したと仮定した場合の容量、つまり理論容量であり、207は鉛の分子量、223は酸化鉛(PbO)の分子量であり、3.866は鉛がすべて放電して硫酸鉛に変化したと仮定した場合に、1アンペアーアワー(Ah)を放電するに必要な鉛量である。活物質の利用率(%)は、
活物質の利用率(%)=負極の放電容量(実測値)/F×100
として算出することができる。
本発明において化成後は全て鉛になるとして計算したが、実際には、鉛粉中に最初から存在した金属鉛が活物質として使用されるかどうかは不明であるので、前述した活物質の利用率を少なめに計算したこととなる。
すなわち、金属鉛の利用率への寄与が低い場合、本発明の活物質の利用率はこの実施例で示すものより更に高い値となる。
<About utilization rate>
As described above, lead powder as a raw material is mainly lead oxide, but also includes lead that is not oxidized and in a metallic state. Lead oxide reacts with sulfuric acid in the electrolytic solution, and changes to lead as an active material by chemical conversion. Lead thus produced is regarded as an active material. Whether or not the metal lead originally contained is regarded as an active material is debated. Here, the utilization rate of the active material in the discharge was calculated on the assumption that the metal lead originally contained in the raw material became an active material.
<Utilization rate calculation method>
If the weight of the lead powder filled in the grid current collector is E,
F = E × 207/223 × (1 / 3.866)
Here, F is a capacity when it is assumed that the lead powder is all changed to lead by chemical conversion, that is, a theoretical capacity, 207 is a molecular weight of lead, 223 is a molecular weight of lead oxide (PbO), and 3.866 is Assuming that all of the lead has been discharged and changed to lead sulfate, this is the amount of lead necessary to discharge 1 ampere hour (Ah). The active material utilization rate (%) is
Utilization rate of active material (%) = negative electrode discharge capacity (actual value) / F × 100
Can be calculated as
In the present invention, it was calculated that all lead would be converted to lead after chemical conversion, but in fact, it is unclear whether or not the metallic lead existing from the beginning in the lead powder is used as the active material. This means that the rate was calculated slightly.
That is, when the contribution to the utilization ratio of metallic lead is low, the utilization ratio of the active material of the present invention is higher than that shown in this example.
本発明のペーストを使用した高率放電特性を示す表5及び図4を参照すると、アセチレンブラック−1(◆:AB−1)0.7gを使用したペーストNo.3の活物質利用率において、従来技術のペーストNo.1の活物質利用率の約120%である。すなわち、従来技術を約20%上回ることになる。
従来技術を使用する範疇で20%もの活物質利用率の向上は通常有り得ない。これは、従来技術を超越する発明によって為し得るものである。
Referring to Table 5 and FIG. 4 showing the high rate discharge characteristics using the paste of the present invention, in the active material utilization rate of paste No. 3 using 0.7 g of acetylene black-1 (◆: AB-1), Prior art paste no. The active material utilization rate of 1 is about 120%. That is, it is about 20% higher than the prior art.
In the category of using the conventional technology, an improvement of the active material utilization rate of 20% is usually not possible. This can be achieved by an invention that transcends the prior art.
ここで、アセチレンブラック−1を含有した負極組成物において、活物質原料である鉛粉1モルに対し全吸油量がどれくらいであるか計算する。
使用した鉛粉200gは、酸化鉛150gと金属鉛50gからなるので、それぞれの分子量223と207より、酸化鉛は150/223=0.673(モル)、金属鉛は、50/207=0.242(モル)となる。つまり、鉛粉の全モル量は、0.673+0.242=0.915(モル)となる。
アセチレンブラック−1:0.7gの吸油量は、220ml/100g×0.7g=1.54mlとなる。
鉛粉0.915モルに対するカーボンの全吸油量が、1.54mlであるから、1モル当たりに換算した吸油量は、1.54(ml)/0.915(モル)=1.683(ml/モル)となる。上記の説明を計算式で表すと、以下のとおりである。(途中で四捨五入しないで、一挙に計算した場合)
220(ml/100g)×0.7(g)/(150(g)/223+50(g)/207)=1.685(ml/モル)
酸化鉛成分を80%とし、鉛成分を20%とした場合は、以下の式で示される。
220(ml/100g)×0.7(g)/(160(g)/223+40(g)/207)=1.691(ml/モル)
両者の平均値は、(1.685+1.691)/2=1.688
したがって、鉛粉1モルに対して、全吸油量が1.7ml以上となる量のアセチレンブラック−1を含有させることにより、本発明が従来技術を20%以上、上回ることになる。
Here, in the negative electrode composition containing acetylene black-1, the total oil absorption amount is calculated with respect to 1 mol of lead powder as an active material raw material.
Since 200 g of the lead powder used is composed of 150 g of lead oxide and 50 g of metal lead, 150/223 = 0.673 (mol) of lead oxide and 50/207 = 0. 242 (mol). That is, the total molar amount of the lead powder is 0.673 + 0.242 = 0.915 (mol).
The amount of oil absorption of acetylene black-1: 0.7 g is 220 ml / 100 g × 0.7 g = 1.54 ml.
Since the total oil absorption amount of carbon with respect to 0.915 mol of lead powder is 1.54 ml, the oil absorption amount converted per mol is 1.54 (ml) /0.915 (mol) = 1.683 (ml). / Mol). The above description can be expressed by the following formula. (When calculation is performed at once without rounding off)
220 (ml / 100 g) × 0.7 (g) / (150 (g) / 223 + 50 (g) / 207) = 1.485 (ml / mol)
When the lead oxide component is 80% and the lead component is 20%, it is expressed by the following formula.
220 (ml / 100 g) × 0.7 (g) / (160 (g) / 223 + 40 (g) / 207) = 1.661 (ml / mol)
The average value of both is (1.685 + 1.691) /2=1.688.
Therefore, the present invention exceeds the prior art by 20% or more by containing acetylene black-1 in an amount such that the total oil absorption is 1.7 ml or more per 1 mol of lead powder.
また、上記、アセチレンブラック−1が0.7gのときの嵩密度は、表3により、0.220ml/gであり、鉛粉200gに対するアセチレンブラック−1:0.7gは、0.7(g)/200(g)×100(%)=0.35(%)として、0.35質量%となる。 Moreover, according to Table 3, the bulk density when acetylene black-1 is 0.7 g is 0.220 ml / g, and acetylene black-1: 0.7 g with respect to 200 g of lead powder is 0.7 (g ) / 200 (g) × 100 (%) = 0.35 (%), and becomes 0.35 mass%.
上記(1)、(2)、(3)の試験結果について考察する。
負極組成物にカーボンを添加することにより、鉛粉充填量が減少するとともに、嵩密度が増す。嵩密度が増すことにより、活物質周辺に硫酸が豊富となり活物質利用率が向上する。すなわち、鉛粉を削減しつつ、活物質利用率の向上がある。鉛蓄電池の主要成分である鉛を削減しコストを低減させながら、電池性能を向上させることができる。
The test results of (1), (2) and (3) will be considered.
By adding carbon to the negative electrode composition, the lead powder filling amount decreases and the bulk density increases. By increasing the bulk density, sulfuric acid is abundant around the active material and the active material utilization rate is improved. That is, there is an improvement in the active material utilization rate while reducing lead powder. Battery performance can be improved while reducing lead, which is a major component of lead-acid batteries, and reducing costs.
嵩密度が小さい場合には、活物質が放電をするのに必要な電解液(希硫酸)を極板外からより多く供給する必要があるが、嵩密度が大きい場合は電解液を活物質の近傍から供給できるため、より放電しやすくなる。従って、図4及び図5に示す結果となったものである。利用率は、電池のエネルギー密度を向上させる上で、絶対に必要な項目である。また、利用率が高ければ、電池の活物質を少なくすることができるので、コスト低減の意義も大きい。 When the bulk density is small, it is necessary to supply more electrolyte solution (dilute sulfuric acid) necessary for the active material to discharge from the outside of the electrode plate. Since it can supply from the vicinity, it becomes easier to discharge. Therefore, the results shown in FIGS. 4 and 5 are obtained. The utilization factor is an absolutely necessary item for improving the energy density of the battery. Moreover, since the active material of a battery can be decreased if a utilization factor is high, the significance of cost reduction is also great.
<寿命試験結果>
充放電サイクルを繰り返すことによるサイクル寿命試験は、次の条件で行った。
(a)放電:7A
(b)放電終止電圧:1.5V/セル
(c)充電:2.45V、5時間
(d)電池極板構成:正極3枚、負極4枚
充電量は放電量に対して、概略105%であった。温度は25℃である。
サイクル寿命試験結果を表6に示す。
<Life test results>
The cycle life test by repeating the charge / discharge cycle was performed under the following conditions.
(A) Discharge: 7A
(B) End-of-discharge voltage: 1.5 V / cell (c) Charge: 2.45 V, 5 hours (d) Battery electrode plate configuration: 3 positive electrodes, 4 negative electrodes Charge amount is approximately 105% of discharge amount Met. The temperature is 25 ° C.
The cycle life test results are shown in Table 6.
本発明のペーストNo.3〜11は、充放電600サイクルを確認し、まだ寿命が尽きていない。 Paste Nos. 3 to 11 of the present invention have confirmed 600 charge / discharge cycles and have not yet reached the end of their lives.
従来技術のペーストNo.1は、400サイクルで寿命が尽きた。これは、負極組成物にカーボンを含有させたためであると考察する。 Prior art paste no. 1 was exhausted at 400 cycles. This is considered to be because carbon was contained in the negative electrode composition.
実施例2は、ポリビニルアルコールの種類により電池(負極板)の寿命の変化を試験したものである。
表7は、ポリビニルアルコールの種類と組成物の成分を一覧にしたものである。
Table 7 lists the types of polyvinyl alcohol and the components of the composition.
ペーストは、従来技術のペーストNo.1、種類の異なるPVAとカーボンを配合したペーストNo.12〜15である。なお、カーボンはアセチレンブラック−2を使用した。
表7の成分において、PVA(g)は粉末のPVA自体の質量であり、組成物の調製においては、PVAを水に溶かし濃度約6%水溶液にしてから使用する。PVA水溶液の製造方法は実施例4において説明する。
なお、本実施例2における表7の組成物からペーストの製造、格子への充填、熟成・乾燥から化成に至るまでの電池としての製造方法は、実施例1と同一であり、重複する説明は省略する。
The paste is a paste no. 1. Paste No. 1 containing different types of PVA and carbon. 12-15. The carbon used was acetylene black-2.
In the components of Table 7, PVA (g) is the mass of the powdered PVA itself. In the preparation of the composition, PVA is dissolved in water to obtain an aqueous solution having a concentration of about 6%. A method for producing an aqueous PVA solution is described in Example 4.
In addition, the manufacturing method as a battery from manufacture of a paste from the composition of Table 7 in this Example 2 to filling of a lattice, ripening / drying to chemical conversion is the same as that of Example 1, and redundant description is omitted. Omitted.
<試験結果>
表8には、表7に対応するペーストによる負極板を使用した電池のサイクル寿命を示す。
<Test results>
Table 8 shows the cycle life of the battery using the negative electrode plate made of the paste corresponding to Table 7.
PVA−117、PVA−124は鹸化度が共に98モル%〜99モル%であり、重合度は、それぞれ1700、2400である。鹸化度が高く重合度が大きいほど難水溶性である。
サイクル寿命については、鹸化度が高いほど良い結果がでている。鹸化度が98モル%〜99モル%のPVA−117、PVA−124を使用したそれぞれペーストNo.12、13はサイクル寿命が600サイクル以上で寿命が尽きていないが、鹸化度が87モル%〜89モル%と低いPVA−217、PVA−224を使用したそれぞれペーストNo.14、15はサイクル寿命が300サイクルで寿命が尽きた。従来技術のペーストを使用したものより、サイクル寿命が劣化する。
PVA-117 and PVA-124 both have a saponification degree of 98 mol% to 99 mol%, and the polymerization degrees are 1700 and 2400, respectively. The higher the degree of saponification and the higher the degree of polymerization, the less water-soluble.
Regarding the cycle life, the higher the degree of saponification, the better. Each paste No. using PVA-117 and PVA-124 having a saponification degree of 98 mol% to 99 mol% was used. Nos. 12 and 13 had a cycle life of 600 cycles or more and the lifetime was not exhausted. However, paste Nos. 12 and 13 using PVA-217 and PVA-224 having a low saponification degree of 87 mol% to 89 mol%, respectively. Nos. 14 and 15 had a cycle life of 300 cycles, and the lifetime was exhausted. Cycle life is worse than that using prior art pastes.
カーボンを分散するPVAは、難水溶性のPVAを用いることが好適である。
鹸化度の高いPVAは、分子中に酢酸基をほとんど含有しないため、難水溶性となる。逆に酢酸基を含有した鹸化度の低いPVAは水に溶け易く、該PVAに含まれる酢酸基は電池に悪影響を及ぼす。特に、電池の充放電時は電池極板の温度が上昇するので該PVAに含まれる酢酸基が速く多く電解液に溶け出し、電池の寿命を縮める。
The PVA in which carbon is dispersed is preferably a poorly water-soluble PVA.
PVA having a high degree of saponification is hardly water-soluble because it contains almost no acetic acid group in the molecule. Conversely, PVA containing acetic acid groups and having a low saponification degree is easily soluble in water, and acetic acid groups contained in the PVA have an adverse effect on the battery. In particular, when the battery is charged and discharged, the temperature of the battery electrode plate rises, so that a large amount of acetic acid groups contained in the PVA dissolves in the electrolyte solution, thereby shortening the battery life.
表8のサイクル寿命試験の結果でも、難水溶性のPVA−117とPVA−124を用いたものは、水溶性の高いPVA−217、PVA−214を用いたものに比べて、良好なサイクル寿命が得られ、水溶性の高いPVA−217、PVA−214を用いたものはサイクル寿命が短い。
なお、サイクル寿命試験の方法は、実施例1と同様であり、重複する説明を省略する。
Even in the results of the cycle life test shown in Table 8, those using poorly water-soluble PVA-117 and PVA-124 have better cycle life than those using PVA-217 and PVA-214 having high water solubility. And those using PVA-217 and PVA-214 with high water solubility have a short cycle life.
Note that the cycle life test method is the same as that of the first embodiment, and a duplicate description is omitted.
実施例3では、PVA−124、PVA−117とアセチレンブラック−1、アセチレンブラック−2との4通りの組み合わせにより以下の試験を実施した。
ペーストは酸化鉛を主体とする鉛粉200gにアセチレンブラック、PVA、水およびリグニンや硫酸バリウム等により構成される。ここでは試験を単純化して、アセチレンブラックとPVAおよび水の3者の関係において、難溶な性質であるPVAを30分間で溶解するための水の温度を求めた。
実際のペーストの混練においてはカーボン量が変わることで、PVAは水に対して表9及び表10のPVA水溶液濃度(%)で使用されるので、PVAを溶解して、カーボン量に対する必要なPVA濃度の水溶液をつくるために、必要な水の温度を求めるための実験を行なった。
PVA−124を使用したものを表9に示し、PVA−117を使用したものを表10に示す。
The paste is composed of 200 g of lead powder mainly composed of lead oxide, acetylene black, PVA, water, lignin, barium sulfate, and the like. Here, the test was simplified to obtain the temperature of water for dissolving PVA, which is a hardly soluble property, in 30 minutes in the relationship between acetylene black, PVA and water.
In the actual paste kneading, the amount of carbon changes, so that PVA is used at the PVA aqueous solution concentration (%) in Table 9 and Table 10 with respect to water. An experiment was conducted to determine the temperature of water required to produce a concentrated aqueous solution.
Those using PVA-124 are shown in Table 9, and those using PVA-117 are shown in Table 10.
試験に供したポリビニルアルコール(いずれも株式会社クラレ製)は、粉体として市販されている。表8に示すように、それぞれ鹸化度と重合度の異なるものである。
PVA−117、PVA−124は、他の2種に比べて鹸化度が98モル%〜99モル%と高く、重合度はそれぞれ1700と2400である。
PVA−217とPVA−224は、鹸化度が87モル%〜89モル%と低く、重合度はそれぞれ1700と2400である。鹸化度が高い程、難水溶性である。
Polyvinyl alcohol subjected to the test (all manufactured by Kuraray Co., Ltd.) is commercially available as a powder. As shown in Table 8, the saponification degree and the polymerization degree are different from each other.
PVA-117 and PVA-124 have a saponification degree as high as 98 mol% to 99 mol% as compared with the other two types, and the polymerization degrees are 1700 and 2400, respectively.
PVA-217 and PVA-224 have a saponification degree as low as 87 mol% to 89 mol% and polymerization degrees of 1700 and 2400, respectively. The higher the degree of saponification, the less water-soluble.
図5は表9をグラフ化し、図6は表10をグラフ化したものである。
図5及び図6を参照して説明する。
横軸はカーボン(アセチレンブラック−1又はアセチレンブラック−2)量であり、負極組成物に必要なカーボン量から必要なポリビニルアルコール量を得る。また、カーボン量に応じて、必要な水の量が求められる。したがって、カーボン量を変数としたPVAと水の量が求められる。これにより、PVA濃度が決まる。
負極組成物の作製においては、カーボン量が多くなると混練に必要な水の割合が相対的少なくなる。
PVA量は、カーボン量に対して一定の割合で混合されるから、カーボン量が多くなると、水の量に対するPVA量は多くなり、PVA水溶液の濃度は高くなる。PVAの濃度が高くなると、これに応じて必要とする最低溶解温度が高くなる。これが横軸にカーボン量をとったことを意味するところである。
FIG. 5 is a graph of Table 9, and FIG. 6 is a graph of Table 10.
This will be described with reference to FIGS.
The horizontal axis represents the amount of carbon (acetylene black-1 or acetylene black-2), and the necessary amount of polyvinyl alcohol is obtained from the amount of carbon necessary for the negative electrode composition. Moreover, the amount of water required is calculated | required according to the amount of carbon. Therefore, the amount of PVA and water with the amount of carbon as a variable is required. This determines the PVA concentration.
In the production of the negative electrode composition, as the amount of carbon increases, the proportion of water necessary for kneading decreases relatively.
Since the amount of PVA is mixed at a constant ratio with respect to the amount of carbon, as the amount of carbon increases, the amount of PVA relative to the amount of water increases and the concentration of the PVA aqueous solution increases. As the concentration of PVA increases, the minimum melting temperature required accordingly increases. This means that the amount of carbon is taken on the horizontal axis.
図5及び図6に示す結果から、横軸のカーボン量が多くなると、PVAの溶解に必要な水の温度を上げなくてはならないことが分かる。従って、PVAを比較的短時間で水に溶解させてPVA水溶液にするには溶解させる水の温度を上げなくてはならない。 From the results shown in FIGS. 5 and 6, it can be seen that as the amount of carbon on the horizontal axis increases, the temperature of water required for dissolving PVA must be increased. Therefore, in order to dissolve PVA in water in a relatively short time to form a PVA aqueous solution, the temperature of the water to be dissolved must be increased.
実施例4は、表11のペーストNo.16〜18に示されるようPVAの溶解温度を変えてPVA水溶液を製造した場合のPVA溶解結果と、このPVA水溶液を使用した場合の活物質利用率を試験したものである。
表11には、ペースト組成物の成分とPVAの溶解方法とこれに基づく溶解結果が示されている。
表11の成分において、PVAは粉末のPVA自体の質量であり、組成物の調製においては、PVAを水に溶かし濃度約6%水溶液にするため、水の質量とPVA質量の和に対してPVA質量を6%混合させてPVA水溶液を製造する。このため表11の水80.8gの一部は、PVA水溶液にも配分され、残りは、カーボンとPVA水溶液を混練する水に使用される。
なお、本実施例4における表11の組成物からペーストの製造、格子への充填、熟成・乾燥から化成に至るまでの電池としての製造方法は、実施例1と同一であり、重複する説明は省略する。また、活物質利用率を測定するための容量試験も実施例1と同一である。
表12は、表11により製造された負極板を電池にしたときの活物質利用率が示されている。
In Example 4, paste No. 1 in Table 11 was used. The PVA dissolution results when the PVA aqueous solution was produced by changing the dissolution temperature of PVA as shown in 16 to 18 and the active material utilization when this PVA aqueous solution was used were tested.
Table 11 shows the components of the paste composition, the PVA dissolution method, and the dissolution results based on this.
In the components of Table 11, PVA is the mass of the powder PVA itself, and in the preparation of the composition, PVA is dissolved in water to give an aqueous solution with a concentration of about 6%. A PVA aqueous solution is produced by mixing 6% by mass. Therefore, a part of 80.8 g of the water in Table 11 is also distributed to the PVA aqueous solution, and the rest is used for the water for kneading the carbon and the PVA aqueous solution.
In addition, the manufacturing method as a battery from manufacture of a paste from the composition of Table 11 in this Example 4 to filling of a lattice, aging / drying to chemical conversion is the same as that of Example 1, and overlapping explanation Omitted. The capacity test for measuring the active material utilization rate is also the same as in Example 1.
Table 12 shows the active material utilization when the negative electrode plate manufactured according to Table 11 is used as a battery.
表11の成分におけるカーボンは、アセチレンブラック−1であり、ポリビニルアルコールは、PVA−124である。
表11のペーストNo.16は、水の質量とPVA質量の和に対してPVAの質量6%を分散させ、溶解温度90℃で5時間溶解させたもので完全に溶解し、ペーストNo.17は、同様に分散させ溶解温度50℃で5時間溶解させ約1/3の溶解、ペーストNo.18は、同様に分散させ溶解温度25℃で5時間溶解させたがほとんど溶解しなかったものである。
The carbon in the components of Table 11 is acetylene black-1, and the polyvinyl alcohol is PVA-124.
Paste No. in Table 11 No. 16 was obtained by dispersing 6% of PVA with respect to the sum of the mass of water and the mass of PVA and dissolving it at a dissolution temperature of 90 ° C. for 5 hours. No. 17 was similarly dispersed and dissolved at a dissolution temperature of 50 ° C. for 5 hours to dissolve about 1/3. No. 18 was similarly dispersed and dissolved at a dissolution temperature of 25 ° C. for 5 hours, but hardly dissolved.
図7は、表12をグラフ化したものであり、白抜きの各図形で示されるプロットマークは低率放電0.06A、黒塗りの各図形で示されるプロットマークは高率放電6Aで、それぞれ5サンプル(5種類の図形で示される。)存在する。
横軸は、PVA溶解温度(℃)であり3ポイント存在する。縦軸は活物質利用率(%)を示す。
溶解温度の高いものは、活物質利用率が高く、サンプル間のバラツキが小さいが、溶解温度の低いものは、活物質利用率が低く、サンプル間のバラツキが大きい。これらのバラツキは、高率放電において顕著である。
これらの原因は、水の温度が低いとPVAの溶解度が低くなり、カーボンをコーティングするPVA量が少なくなる。したがって、カーボンの分散状態が均一とならず、ある程度良好に分散するカーボンと、これに至らないカーボンが存在し、活物質利用率にバラツキが生じるためである。
FIG. 7 is a graph of Table 12. Plot marks indicated by white graphics are low-rate discharge 0.06A, and plot marks indicated by solid black graphics are high-rate discharge 6A. There are 5 samples (indicated by 5 types of figures).
The horizontal axis is the PVA melting temperature (° C.), and there are 3 points. The vertical axis represents the active material utilization rate (%).
Those having a high melting temperature have a high active material utilization rate and small variations between samples, while those having a low melting temperature have a low active material utilization rate and large variations between samples. These variations are significant in high rate discharge.
These causes are that when the temperature of water is low, the solubility of PVA becomes low, and the amount of PVA for coating carbon decreases. Therefore, the carbon dispersion state is not uniform, and there is carbon that disperses satisfactorily to some extent and carbon that does not reach this, and the active material utilization rate varies.
上記の結果から、PVAの溶解温度は、50℃を超える60℃以上の温度が好ましく、さらに好ましくは略90℃以上である。 From the above results, the melting temperature of PVA is preferably a temperature of 60 ° C. or higher exceeding 50 ° C., more preferably about 90 ° C. or higher.
実施例2において、難水溶性のPVA−117とPVA−124をカーボンの分散剤として用いることの利点(長寿命)が判明したが、これらのPVAは常温の水では溶解し難い(同じ溶解濃度に達するのに時間がかかる)。従って、難水溶性のPVAを用いてPVA水溶液を作製するには、PVAを水に分散させてから加熱(50℃超、さらには90℃程度)して完全に溶解させ、その後、冷却(自然冷却で常温にする)したPVA水溶液を、負極組成物の作製に使用することが、効果的である。一旦、加熱して完全に溶解させた場合、冷却してもPVAは水溶した状態のままであり、また、このPVA水溶液は新たな水と混合しても、溶解が損なわれることはない。
実施例1で、この方法によりPVA水溶液、濃度6%を製造した。
In Example 2, although the advantage (long life) of using poorly water-soluble PVA-117 and PVA-124 as a carbon dispersant was found, these PVA hardly dissolve in water at room temperature (the same dissolution concentration). It takes time to reach). Therefore, in order to prepare a PVA aqueous solution using poorly water-soluble PVA, PVA is dispersed in water and then heated (above 50 ° C. or even about 90 ° C.) to be completely dissolved, and then cooled (naturally It is effective to use a PVA aqueous solution (which is cooled to room temperature) for the preparation of the negative electrode composition. Once heated and completely dissolved, the PVA remains in a water-soluble state even when cooled, and even if this PVA aqueous solution is mixed with fresh water, the dissolution is not impaired.
In Example 1, an aqueous PVA solution with a concentration of 6% was produced by this method.
最後に、負極組成物の特性を示すために、未化性の極板について、嵩密度を測定した。嵩密度の測定方法を表13に示す。
未化成負極組成物の嵩密度は次式で算出される。
未化成負極組成物の嵩密度=未化成負極組成物の体積/未化成負極組成物の重量
=(D−B)/(C−A)
Finally, in order to show the characteristics of the negative electrode composition, the bulk density of the non-chemical electrode plate was measured. Table 13 shows a method for measuring the bulk density.
The bulk density of the unformed negative electrode composition is calculated by the following formula.
Bulk density of unformed negative electrode composition = volume of unformed negative electrode composition / weight of unformed negative electrode composition
= (D−B) / (C−A)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2014056676A (en) * | 2012-09-11 | 2014-03-27 | Toyota Motor Corp | Method of manufacturing negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery |
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2008
- 2008-07-08 JP JP2008178155A patent/JP2010020932A/en active Pending
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