[go: up one dir, main page]

WO2020080422A1 - 鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法 - Google Patents

鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020080422A1
WO2020080422A1 PCT/JP2019/040718 JP2019040718W WO2020080422A1 WO 2020080422 A1 WO2020080422 A1 WO 2020080422A1 JP 2019040718 W JP2019040718 W JP 2019040718W WO 2020080422 A1 WO2020080422 A1 WO 2020080422A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
positive electrode
current collector
bone
electrode plate
electrode material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/040718
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
一樹 関家
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GS Yuasa International Ltd
Original Assignee
GS Yuasa International Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GS Yuasa International Ltd filed Critical GS Yuasa International Ltd
Priority to EP19872468.4A priority Critical patent/EP3855536A4/en
Priority to CN201980068577.7A priority patent/CN112868116A/zh
Priority to JP2020553247A priority patent/JP7248034B2/ja
Publication of WO2020080422A1 publication Critical patent/WO2020080422A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06Lead-acid accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/14Electrodes for lead-acid accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/56Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of lead
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/68Selection of materials for use in lead-acid accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/66Selection of materials
    • H01M4/68Selection of materials for use in lead-acid accumulators
    • H01M4/685Lead alloys
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72Grids
    • H01M4/73Grids for lead-acid accumulators, e.g. frame plates
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/82Multi-step processes for manufacturing carriers for lead-acid accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a lead storage battery and a method for manufacturing the same.
  • Lead-acid batteries are used for various purposes such as in-vehicle use and industrial use.
  • improvement in life performance in a partially charged state (PSOC) is required as the use of idling-stop vehicles expands.
  • a lead-acid battery comprises a group of electrode plates in which positive electrode plates and negative electrode plates are alternately laminated with separators in between.
  • the electrode plate is composed of a current collector and an electrode material held by the current collector.
  • a punching grid formed by press punching as a current collector has less restriction on the grid design than the expanded grid, and has an advantage that a grid design having excellent conductivity can be selected.
  • Patent Document 1 discloses a lead grid plate obtained by press-punching a rolled plate of a lead alloy, in which the thickness of the internal vertical and horizontal bars is smaller than the thickness of the outer frame and the outer frame has a thickness of 0. It is proposed that the thickness of the crosspiece is 8 to 1.5 mm and the thickness of the crosspiece is 0.6 to 0.8 mm. In addition, the thickness of the internal vertical and horizontal bars is obtained by deforming the inner frame of the lead grid plate made by press-punching a 1.2 to 1.5 mm thick lead alloy rolled plate in the thickness direction. Is proposed to be set within the range of 0.6 to 0.8 mm.
  • Patent Document 2 discloses a positive electrode plate for a lead storage battery, which is obtained by filling an active material paste into a lattice body containing Sb and having Sb unevenly distributed on the surface portion, and the lattice body surface on the side where Sb is unevenly distributed. It is proposed that the active material paste on the side be filled higher than the surface of the lattice, or higher than the surface of the lattice by 0.5 mm or more.
  • Patent Document 3 discloses a liquid lead-acid battery in which the ratio (Vp +) of the total volume Vp + Vn of the total pore volume Vp of the positive electrode active material and the total pore volume Vn of the negative electrode active material to the volume Ve of the electrode plate group.
  • Vn) / Ve is 0.27 to 0.32
  • the ratio Vp / Ve of the total pore volume Vp of the positive electrode active material to the volume Ve of the electrode plate group is 0.13 to 0.15. is suggesting.
  • the antimony content of the positive electrode active material be 0.04 to 0.25 mass%.
  • JP-A-51-60936 Japanese Patent Laid-Open No. 10-275618 JP, 2015-38860, A
  • the positive electrode current collector if the binding property between the positive electrode material and the current collector is low, cracks are likely to occur in the positive electrode material during aging of the positive electrode plate. As a result, when the battery is assembled, the positive electrode material is easily peeled off from the grid and is likely to fall off, resulting in a defective electrode plate.
  • a lead-acid battery using a punched current collector for the positive electrode has a lower binding property between the positive electrode material and the grid than the expanded grid, and is likely to cause electrode plate defects.
  • One aspect of the present invention is a lead-acid battery including a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution, wherein the positive electrode plate is a current collector.
  • a positive electrode material held by the current collector The current collector has a frame bone, an ear provided on the frame bone, and an internal bone inside the frame bone,
  • the frame bone includes an upper element continuous with the ear, a lower element facing the upper element, and a pair of side elements connecting the upper element and the lower element, and the internal bone is A vertical bone extending in a first direction from the upper element toward the lower element, and a horizontal bone extending in a second direction from the one side element toward the other side element,
  • a striped pattern of metallic fibrous tissue is seen, and the outer peripheral region of the cross section has a first portion in which the fibrous tissue extends along the contour of the cross section, and And a second part other than the one part,
  • the ratio of the length of the contour corresponding to the second portion to the entire length of the contour of the outer peripheral region of the longitudinal bone (second portion ratio) R, the corrosion rate and the elongation in the height direction of the lattice (deformation amount) It is a graph which shows a relationship.
  • a lead storage battery includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution.
  • the positive electrode plate includes a current collector and a positive electrode material held by the current collector.
  • the current collector has a frame bone, an ear provided on the frame bone, and an internal bone inside the frame bone.
  • the internal bone may be mesh-like.
  • the frame bone comprises an upper element continuous with the ear, a lower element facing the upper element, and a pair of side elements connecting the upper element and the lower element.
  • the internal bone comprises a longitudinal bone extending in a first direction from the upper element toward the lower element, and a transverse bone extending in a second direction from one side element toward the other side element.
  • the first direction is a direction parallel to the side element
  • the second direction is a direction parallel to the upper element and the lower element.
  • the current collector is also referred to as a grid body.
  • the skeleton of the current collector or the lattice is not limited to the lattice or the mesh.
  • the longitudinal bone may extend parallel to the side element or may extend obliquely to the side element.
  • the vertical bone may have a linear shape, a curved shape, or may have some bending. That is, the vertical bones may extend so that the vector in the first direction is larger than the vector in the second direction.
  • the frame bone may have a rectangular shape.
  • the transverse bone may extend parallel to the upper element or the lower element, or may extend obliquely to the upper element or the lower element. Further, the horizontal bone may have a linear shape, a curved shape, or a slight bend. That is, the transverse bone may extend so that the vector in the second direction is larger than the vector in the first direction.
  • the cross section of the vertical bone perpendicular to the first direction that is, the cross section of the vertical bone parallel to the upper element and parallel to the thickness direction of the current collector (hereinafter, also referred to as cross section C) has a metal fibrous structure. Stripes are visible.
  • the outer peripheral region of the cross section C is composed of a first portion in which the fibrous tissue (direction of stripes) extends along the contour of the cross section C (hereinafter, also referred to as the contour C), and a second portion other than the first portion. ing.
  • the contour of the cross section C means a line corresponding to the outer surface of the longitudinal bone.
  • the outer peripheral region of the cross section C is a peripheral region along the contour of the cross section C and has a depth of at least 55 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or more from the line corresponding to the outer surface.
  • Stripe pattern may not be observed in the second part, and stripe pattern extending in the depth direction of the outer peripheral region may be observed.
  • the ratio R of the contour (hereinafter, also referred to as the second contour portion) corresponding to the second portion in the entire length of the contour C (hereinafter, also referred to as the second portion ratio R) is 30% or more.
  • the ratio of the contour (hereinafter, also referred to as the first contour portion) corresponding to the first portion to the entire length of the contour C (hereinafter, also referred to as the first portion ratio) is less than 70%.
  • the thickness of the overpaste of the positive electrode material with respect to the current collector is 0.20 mm or more.
  • the positive electrode material is less likely to crack when the positive electrode plate is aged. As a result, manufacturing defects due to cracks in the positive electrode material at the time of aging are suppressed, and the lead-acid battery has a long life even under use conditions that are assumed to be used in the partially charged state (PSOC). .
  • PSOC partially charged state
  • the thickness of the overpaste refers to the shortest distance from the surface of the current collector (vertical bone) to the outer surface of the positive electrode material.
  • FIG. 6 shows a cross-sectional view of the positive electrode plate in a state in which the positive electrode current collector holds the positive electrode material.
  • the cross-sectional shape of the vertical bone is preferably octagonal, and can take any shape. Therefore, it is possible that the distance from the surface of the longitudinal bone to the outer surface of the positive electrode material is not constant.
  • the thickness of the over paste refers to the shortest distance from the surface of the longitudinal bone to the outer surface of the positive electrode material (that is, the thickness at the place where the paste becomes thinnest).
  • the distance D Y to the front surface 42 (back surface of the outer surface 41) is the thickness of the overpaste on the cross section C.
  • the thickness of the overpaste with respect to the current collector is obtained by averaging the distances D X and D Y in a plurality of cross sections in which the positions of the plurality of vertical bones in the first direction are different.
  • the positive electrode plate is divided into three parts in the vertical direction (first direction), and an upper region of the frame bone on the upper element side, a lower region of the frame bone on the lower element side, and a middle portion between the upper region and the lower region. Divide into three areas. Further, each of the three divided positive electrode plates is divided into four in the left-right direction (second direction), so that a total of 12 electrode plate pieces are divided. From the four electrode plate pieces corresponding to the upper area, the four electrode plate pieces corresponding to the middle area, and the four electrode plate pieces corresponding to the lower area, one electrode plate piece each is arranged in the left-right direction of the electrode plate piece. Are selected arbitrarily so as to have different positions, and a total of three electrode plate pieces are selected.
  • the cross-sections C of the three vertical bones are arbitrarily selected, and a total of nine cross-sections C of the vertical bones are selected.
  • the nine selected cross sections are observed with a microscope, and the shortest distances D X and D Y are obtained. Then, by taking the average of the shortest distances at a total of 18 positions on both sides of the positive electrode plate, the thickness of the over paste with respect to the current collector is obtained.
  • disassemble the fully charged lead-acid battery after chemical conversion or during use preferably at the beginning of use
  • the whole positive electrode plate is impregnated with a vinyl ester resin or an epoxy resin and cured. A predetermined portion is cut in the cured state, and the cut cross section is polished.
  • a fully charged lead acid battery is a fully charged lead acid battery already formed. As long as the lead storage battery is fully charged, it may be charged immediately after the formation or after a lapse of time from the formation.
  • the lead storage battery in use (preferably in the initial stage of use) may be fully charged after formation.
  • the battery in the initial stage of use means a battery that has not deteriorated so much after the start of use and has not deteriorated so much.
  • a fully charged state of a lead storage battery means, in the case of a liquid type battery, a current (A) 0.2 times the number described as the rated capacity (Ah) in a water tank at 25 ° C ⁇ 2 ° C. After constant current charging until 2.5V / cell is reached, a constant current charging is performed for 2 hours at a current (A) 0.2 times the number described as the rated capacity (Ah). .
  • the fully charged state means that the current (A) is 0.2 times the number described as the rated capacity (Ah) in the air chamber at 25 ° C ⁇ 2 ° C.
  • the second partial ratio R is increased, the striped pattern of the metallic fibrous structure is not seen, and the cross section perpendicular to the fiber length of the fibrous structure is seen.
  • the cross section of the fibrous tissue perpendicular to the fiber length has many grain boundaries.
  • the larger the first partial ratio the more the growth of the current collector is suppressed, and the dropout of the electrode material during overcharge tends to be suppressed.
  • the first portion has a lower binding property with the electrode material than the second portion. Therefore, the larger the first partial ratio, the lower the binding property between the electrode material and the current collector.
  • the positive electrode material is likely to crack during aging of the positive electrode plate.
  • the positive electrode material is likely to be peeled off from the current collector and fall off, resulting in a defective electrode plate.
  • the inventors of the present application set the thickness of the overpaste to be 0.20 mm or more, and more preferably 0.21 mm or more, so that after the maturing of the positive electrode plate, the thickness of the overpaste is less than 0.20 mm. It has been found that the defect rate of the is drastically reduced.
  • the thickness of the overpaste of the positive electrode material is controlled to be a certain value or more. This enhances the binding property between the positive electrode material and the binding property as the electrode plate. Further, by increasing the amount of the positive electrode material, the water evaporation of the electrode plate during aging becomes slower. This may improve the binding force between the current collector and the positive electrode material and suppress cracking of the positive electrode material. It is considered that the synergistic effect of these factors significantly reduced the defect rate.
  • the thickness of the overpaste of the positive electrode material is controlled to a certain value or more, and the second partial ratio R is controlled to a certain ratio or more (the first partial ratio is less than a certain ratio).
  • a lead storage battery having a positive electrode plate having a low defect rate and suitable for use in PSOC is provided.
  • the first and second parts differ in the mode of corrosion progress.
  • corrosion of the current collector preferentially progresses in a cross section perpendicular to the fiber length of the fibrous tissue exposed on the outer surface.
  • the fibrous metal tissue extends in the plane direction of the inner bone. That is, the crystal grain boundaries extend longer in the plane direction of the internal bone than in the depth direction of the internal bone. Therefore, the corrosion layer formed in the first portion of the outer peripheral region is formed along the surface direction of the internal bone and is unlikely to be formed deep inside the internal bone.
  • the corrosion layer formed along the outer surface of the first portion of the outer peripheral region has low bonding strength with the current collector (inner bone).
  • the corrosion layer when gas is generated at the interface between the current collector (the outer surface of the first portion of the outer peripheral region) and the corrosion layer, the corrosion layer is relatively easily separated from the current collector.
  • the fibrous metal tissue extends in the depth direction of the inner bone. That is, the crystal grain boundaries extend longer in the depth direction of the internal bone than in the plane direction of the internal bone. Therefore, the corrosion layer formed along the outer surface of the second portion of the outer peripheral region has high bonding strength with the current collector (inner bone). Even if gas is generated at the interface between the current collector (second portion of the outer peripheral region) and the corrosion layer, the corrosion layer is difficult to separate from the current collector, and stresses the internal bone to deform the internal bone.
  • the corrosion layer is less likely to peel off than in the first portion where the fibrous metal tissue extends in the plane direction of the inner bone.
  • the longitudinal bone corrosion is shallow and easy to progress, and the elongation of the current collector due to the shallow corrosion is small.
  • the longitudinal bone is likely to corrode deeply in a wedge shape, and the elongation of the current collector due to the deep corrosion is likely to be large.
  • the larger the first partial ratio is, the more the elongation of the current collector is suppressed and the dropout of the electrode material tends to be suppressed.
  • the extension of the current collector is suppressed even during overcharge, and thus the fall of the positive electrode material can be suppressed.
  • the degree of progress of corrosion tends to be uniform throughout the inner bone.
  • uneven distribution of corroded portions can be suppressed, and extension of the current collector in one direction can be suppressed.
  • cross section G the cross section perpendicular to the second direction of the transverse bone, that is, the cross section parallel to the side elements and parallel to the thickness direction (hereinafter, also referred to as cross section G)
  • the striped pattern of the metal fibrous tissue is almost observed.
  • a cross section perpendicular to the fiber length of the fibrous tissue is generally seen.
  • the outer peripheral area of the cross section G generally the entire circumference corresponds to the second portion of the cross section C. That is, the outer peripheral region of the cross section G is composed of a fibrous structure extending substantially in the second direction all around. Therefore, in the outer peripheral region of the cross section G, the elongation of the current collector is suppressed even if the amount of corrosion is the same.
  • the second partial ratio R increase the first partial ratio
  • the second partial ratio R is (the higher the first partial ratio is)
  • the second partial ratio is high. Therefore, there is a trade-off relationship between the extension of the current collector and the reduction of electrode plate defects.
  • lead-acid batteries are often used in an under-charged state and are rarely charged to an over-charged state or a fully-charged state in applications such as idling stop vehicles that are expected to be used in PSOCs. From this point of view, it is considered that the corrosion of the positive electrode current collector and the elongation of the current collector are not a problem, and it is not necessary to make the second partial ratio R excessively small.
  • the defective rate of the positive electrode plate can be reduced, and the PSOC can be reduced.
  • the lead-acid battery is configured to be suitable for use in.
  • the second partial ratio R is high, the positive electrode current collector is likely to expand due to corrosion, but by increasing the thickness of the over paste to 0.20 mm or more, it becomes difficult for the electrolytic solution to penetrate to the surface of the current collector, and corrosion will occur. Is alleviated. This can prevent the positive electrode material from falling off due to elongation.
  • the second fraction ratio is 30% or more and 60% or less (the first fraction ratio is more than 40% and less than 70%) to reduce the defect rate of the positive electrode plate during manufacturing.
  • the first fraction ratio is more than 40% and less than 70%
  • the second partial rate is 30% or more and 40% or less (the first partial rate is more than 60% and less than 70%)
  • the first partial rate is more than 60% and less than 70%
  • the present invention is useful in the case of a punched current collector as described above.
  • the punched current collector is preferably a punched grid of a drawn sheet of lead or lead alloy (also referred to as a rolled plate).
  • the stretched sheet may be a uniaxially stretched sheet or a biaxially stretched sheet.
  • the positive electrode material may contain antimony (Sb). It was found that the defect rate of the positive electrode plate can be further reduced by including Sb in the positive electrode material.
  • Sb antimony
  • the positive electrode material preferably contains 0.01 to 0.2 parts by mass of Sb with respect to 100 parts by mass of the positive electrode material. If the Sb content in the positive electrode material is 0.01% by mass or more, a remarkable effect of reducing defects can be obtained. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the liquid reduction amount, the Sb content in the positive electrode material is preferably 0.2% by mass or less. These Sb contents are contents in the positive electrode material after chemical conversion, and are contents in terms of Sb element.
  • the mass of the positive electrode material is the mass when the positive electrode material taken out from the fully charged lead storage battery is washed and dried, and the Sb content refers to the ratio of the mass of Sb in the positive electrode material. It is possible that Sb exists in the form of a compound (for example, an oxide or a sulfuric acid compound), but in that case also, the Sb content is calculated by considering only the mass of Sb contained in the compound. And The content of Sb in the positive and negative electrode materials is determined by decomposing the fully charged lead-acid battery after formation or during use (preferably in the initial stage of use), washing the taken out electrode plate with water, drying and collecting the electrode material, and crushing it. The sample is dissolved in concentrated nitric acid and ICP (Inductively Coupled Plasma) emission analysis is performed to obtain the value.
  • ICP Inductively Coupled Plasma
  • the positive electrode plate may include a mat attached to the exposed surface of the positive electrode material.
  • the mat reduces the rate of water evaporation during aging and suppresses the occurrence of cracks in the positive electrode plate, and after aging the positive electrode plate, the mat of the positive electrode plate is completed until the assembly of the battery is completed (formation is completed). It protects the positive electrode plate from vibrations and the like that accompany transportation, and prevents the growth of cracks and the falling of the positive electrode material that occurred during aging. Further, the mat prevents the positive electrode material from falling off due to softening of the positive electrode active material or corrosion of the positive electrode current collector even when the battery is used.
  • the first partial rate and the second partial rate can be intentionally controlled.
  • the second partial ratio R (first partial ratio) can be arbitrarily controlled by the speed of the press, the pressure of the press, the shape of the mold, and the like. That is, the deformation of the longitudinal bone by the press working is not a sufficient condition for making the second partial ratio R small (the first partial ratio is large), but it is necessary to appropriately control the press working conditions.
  • the fact that the fibrous structure (direction of stripes) is along the contour of the cross section C means the following state.
  • the inside of the frame bone of the lattice body is divided into three equal parts into an upper region on the upper element side of the frame bone, a lower region on the lower element side of the frame bone, and a middle region between the upper region and the lower region.
  • four rows having a cross section C perpendicular to the first direction are formed in the plurality of vertical bones. That is, one row having a cross section C is formed in each of the upper region and the lower region, and two rows having a cross section C are formed in the middle region.
  • the division line is entirely formed so that the cross section C is formed in the vertical bone portion between the intersections as much as possible.
  • the current collector may be partially moved to divide it into three. When dividing the inside of the frame bone of the current collector into three, the dimensions of the ears or feet are not taken into consideration.
  • the portion in which the fringes of the fibrous tissue form an angle of less than 45 ° with the contour of the cross section C is the first portion.
  • a tangent line S1 of the point P is drawn, and a perpendicular line L of the tangent line S1 is drawn so as to pass through the point P.
  • a tangent line S2 of a stripe existing at a depth of 55 ⁇ m from the point P on the perpendicular L and intersecting the perpendicular L is drawn at the intersection.
  • the angle ⁇ between the tangent line S2 and the tangent line S1 is less than 45 °
  • the point P constitutes the first contour portion corresponding to the first portion.
  • the length of the first contour portion is specified, and the ratio of the first contour portion to the entire length of the contour C is obtained as the first partial ratio.
  • the angle ⁇ is 45 ° or more, the point P constitutes the second portion.
  • the first partial rate is obtained in all the selected cross-sections C, and the average value is calculated.
  • the second partial rate (%) is a value obtained by subtracting 100 from the average value of the first partial rate (%).
  • the average should be calculated excluding the cross section, and the cutting position of the vertical bone may be shifted so that the node deviates.
  • the current collector before being filled with the electrode material may be used.
  • the fully charged battery is disassembled, the electrode plate is taken out, washed with water to remove the electrolytic solution, and dried.
  • the electrode material is removed from the electrode plate, and the electrode material adhering to the surface of the current collector is removed with mannite.
  • a vinyl ester resin or an epoxy resin may be dipped in the entire prepared current collector to cure the resin, and then the current collector may be cut together with the cured resin.
  • the state of the metallographic structure in the cross section C may be observed by photographing the cross section of the current collector by etching and then using a microscope.
  • the thickness of the first portion may be 55 ⁇ m or more. Further, even if the outer peripheral region looks like the first part at first glance, if the thickness of the region where the striped pattern of the fibrous tissue is observed is less than 55 ⁇ m, it is regarded as the second part, not the first part.
  • the first portion having a thickness of 55 ⁇ m or more has a sufficient action of suppressing the intrusion of corrosion into the inside. In this case, the intrusion of corrosion into the inner bone is likely to be highly uniform. Therefore, the elongation of the current collector is remarkably suppressed, and the detachment of the electrode material is remarkably suppressed.
  • the thickness of the first portion is preferably 100 ⁇ m or more from the viewpoint of further improving the suppression of intrusion of vertical bone into the inside.
  • the thickness of the first portion in cross section C may be measured as follows. First, a tangent line S1 is drawn at an arbitrary point P1 on the first contour portion, and a perpendicular line L of the tangent line S1 is drawn so as to pass through the point P1. Next, a tangent line S2 of a stripe that intersects the perpendicular line L is continuously drawn at a point Px that moves from the point P1 to a depth of Q ⁇ m on the perpendicular line L. At this time, when the angle between the tangent line S1 and the tangent line S2 is continuously 45 ° or less, it can be said that the thickness of the first portion immediately below the point P1 is Q ⁇ m or more.
  • the thickness of the inner bone may be, for example, 0.7 mm to 3 mm.
  • the bone width of the internal bone may be, for example, 0.7 mm to 3 mm.
  • the shape of the cross section C is not particularly limited, but is preferably an octagon.
  • the interior angle of the apex does not become too small, and the effect of suppressing corrosion near the apex is enhanced.
  • a vertical bone having an octagonal cross section C for example, a vertical bone having a rectangular cross section C may be deformed.
  • the method of deforming the longitudinal bone is not particularly limited, but for example, the inner bone may be pressed. At that time, the press conditions of the internal bone may be appropriately selected so that the second partial ratio R is 30% or more (the first partial ratio is less than 70%).
  • the octagon does not have to be a strict octagon in the mathematical sense, and the vertices may be slightly rounded or each side may be slightly curved.
  • the method for manufacturing a lead storage battery according to the embodiment of the present invention includes, for example, a step of preparing a current collector, and a step of obtaining a positive electrode plate including the current collector and a positive electrode material, and preparing the current collector.
  • the thickness of the overpaste for the current collector of the positive electrode material is set to 0.20 mm or more.
  • the step of obtaining the current collector includes a step of forming an intermediate lattice body having a plurality of intermediate bones formed in a lattice shape by punching, and a thickness direction of the intermediate lattice body with respect to the intermediate lattice body. And press forming the inner bone to form at least a part of the inner bone.
  • the press working in at least a part of the plurality of intermediate bones, at least one end portion in the bone width direction is thinner than the central portion in the bone width direction intersecting the extending direction of the intermediate bones, and the second Deformation may be included so that the partial rate R is 30% or more.
  • an intermediate grid body in which the rolled plate is processed into a predetermined shape (preferably a grid shape) is obtained.
  • the intermediate bone forms a lattice of the intermediate lattice body.
  • the second portion ratio R can be adjusted by deforming the cross-sectional shape of the intermediate bone by pressing.
  • an intermediate lattice body in which the bone width of the intermediate bone is narrowed may be formed during punching of a rolled plate.
  • the second partial ratio R can also be adjusted by adjusting the ratio U of the length of the bone width of the intermediate bone to the thickness of the intermediate bone (thickness of the rolled plate). Further, the second partial ratio R can be controlled to an arbitrary value by combining either one or both of press working and adjustment of the ratio U.
  • the positive electrode plate is obtained by filling the thus obtained current collector (intermediate grid) with the positive electrode paste and then aging it.
  • the positive electrode paste may contain Sb.
  • the positive electrode paste is such that the shortest distance from the surface of the current collector to the outer surface of the positive electrode material (the positive electrode paste after aging and chemical formation) is 0.20 mm or more (more preferably 0.21 mm or more). Adjust the filling amount of.
  • the step of obtaining the positive electrode plate may include a step of filling the current collector (intermediate grid) with the positive electrode paste and an aging step.
  • the aging of the positive electrode plate can be performed at room temperature or at a higher temperature and higher humidity.
  • a mat covering the positive electrode paste may be attached to the positive electrode plate, and aging may be performed in a state where the mat is attached to the positive electrode plate.
  • the aged positive electrode plate and the negative electrode plate are alternately laminated with a separator interposed therebetween to obtain an electrode plate group.
  • the electrode plate group is inserted into the battery case, and the inside of the battery case is filled with the electrolytic solution so that the electrode plate group is immersed in the electrolytic solution. Thereby, a lead storage battery is manufactured.
  • FIGS. 1A and 1B are plan views showing appearances of current collectors 100A and 100B that form a positive electrode plate in a lead-acid battery according to one embodiment and another embodiment of the present invention, respectively.
  • Each of the current collectors 100A and 100B has a frame bone 110 and a mesh-shaped internal bone 120 inside the frame bone 110.
  • the frame bone 110 has an upper element 111 continuous with the ear 130, a lower element 112 facing the upper element 111 and continuous with the lower protrusion 132, and a pair of side elements 113 connecting the upper element 111 and the lower element 112. , 114.
  • the broken line indicates the boundary that divides the inner bone into three parts, the upper region, the middle region, and the lower region.
  • the current collector 100A of FIG. 1A has a lower protrusion (also referred to as a foot) 132 that is continuous with the lower element 112.
  • the transverse bone extends obliquely with respect to the upper element or the lower element.
  • LH represents the inner length of each longitudinal bone per lattice
  • LW represents the inner length of each transverse bone per lattice.
  • the current collectors 100A and 100B are, for example, punched grids of a drawn sheet of lead or lead alloy, and the drawing direction is the direction indicated by the arrow MD in FIGS. 1A and 1B.
  • a cross section C of the vertical bone 120A is a cross section taken along the line IIa-IIa in FIG. 1
  • a cross section G of the horizontal bone 120B is a cross section taken along the IIb-IIb line.
  • the metal structure of the stretched sheet easily forms a layered or fibrous structure extending in the stretching direction. Therefore, the cross section C has a striped pattern.
  • a pattern may be formed by cutting a layered or fibrous structure.
  • FIG. 2A is an example of a photograph of a cross section C of the vertical bone 120A, and the cross section has an octagonal shape and a striped pattern of a metal fibrous tissue is seen.
  • FIG. 2B is a conceptual diagram of an example of an octagonal cross section C imitating FIG. 2A.
  • FIG. 3 is an example of a photograph of a cross section G of the transverse bone 120B, and a pattern of a cross section perpendicular to the fiber length of the metal fibrous structure can be seen in the cross section.
  • most of the left and right sides of the octagonal cross section C is the second portion 220, and the other outer peripheral region is the first portion 210.
  • the fringes of fibrous tissue form an angle ⁇ 1 of less than 45 ° with the contour of section C (line S1).
  • the fringe (tangent S2) has an angle ⁇ 2 that exceeds 45 ° with the contour (line S1) of the cross section C.
  • the outermost layer of the second portion 220 has a region in which a striped pattern of fibrous tissue having a thickness of less than about 55 ⁇ m is observed, but such a thin portion constitutes the first portion 210. do not do.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram of a cross section C showing the progress of corrosion of the internal bone.
  • the portion where the shallow corrosion layer is formed is the first portion in which the fibrous structure extends along the contour of the outer peripheral region, and even if the corrosion progresses, the corrosion layer is unlikely to be formed deep.
  • peeling tends to occur near the interface between the current collector and the electrode material. Therefore, it is considered that the stress that the current collector is about to deform is easily relieved.
  • the portion where the wedge-shaped deep corrosion layer is formed is the second portion.
  • the current collector is likely to be unevenly deformed, the current collector is elongated, and the electrode material is likely to drop off. By thickening the overpaste, the electrolytic solution can be prevented from entering the surface of the current collector, corrosion can be mitigated, and the elongation of the current collector can be suppressed.
  • a positive electrode plate of a lead acid battery includes the above-described current collector and a positive electrode material held by the current collector.
  • the current collector forming the positive electrode is preferably a positive electrode grid.
  • the positive electrode material is obtained by removing the positive electrode current collector from the positive electrode plate.
  • another mat-shaped attaching member may be attached to the separator. In this case, the sticking member is included in the separator. The thickness of the attaching member is included in the thickness of the separator.
  • the lead or lead alloy used for the positive electrode current collector a Pb-Ca-based alloy or a Pb-Ca-Sn-based alloy is preferable from the viewpoint of corrosion resistance and mechanical strength, and lead having a purity of three-nine or higher may be used.
  • the positive electrode current collector may have lead alloy layers having different compositions, and may have a plurality of alloy layers.
  • the positive electrode material contains a positive electrode active material (lead dioxide or lead sulfate) that develops capacity by a redox reaction.
  • the positive electrode material may contain an additive, if necessary.
  • the positive electrode material may contain antimony (Sb) as an additive.
  • Sb antimony
  • the Sb content in the positive electrode material after chemical conversion is preferably 0.01 to 0.2 mass% in terms of Sb element.
  • additives containing antimony include antimony metal (Sb), antimony trioxide (Sb 2 O 3 ), antimony tetroxide, antimony oxide such as antimony pentoxide, and antimony sulfate (Sb 2 (SO 4 ) 3 ).
  • Sb antimony metal
  • Sb 2 O 3 antimony trioxide
  • Sb tetroxide antimony oxide
  • antimony oxide such as antimony pentoxide
  • the density of the positive electrode material may be, for example, 3.6 g / cm 3 or more. From the viewpoint of ensuring a sufficient initial capacity, the positive electrode material density is preferably 4.8 g / cm 3 or less.
  • the density of the positive electrode material means the bulk density of the positive electrode material in a fully charged state after chemical conversion, and is measured as follows. After formation or during use (preferably at the beginning of use), the fully charged battery is disassembled, and the obtained positive electrode plate is washed with water and dried to remove the electrolytic solution in the positive electrode plate. (The washing with water is carried out by pressing a pH test paper against the surface of the washed electrode plate until it is confirmed that the color of the test paper does not change. However, the time for washing with water is within 2 hours. Is dried for about 6 hours at 60 ° C. ⁇ 5 ° C.
  • the adhesive member is removed from the electrode plate by peeling.
  • the positive electrode material is removed from the positive electrode plate. Separate and obtain an unground measurement sample. After putting the sample in a measuring container and evacuating, the mercury was filled at a pressure of 0.5 psia or more and 0.55 psia or less ( ⁇ 3.45 kPa or more and 3.79 kPa or less) to measure the bulk volume of the positive electrode material, The bulk density of the positive electrode material is obtained by dividing the mass of the measurement sample by the bulk volume. The volume obtained by subtracting the volume of mercury injected from the volume of the measurement container is the bulk volume.
  • the density of the positive electrode material can be measured using an automatic porosimeter (Autopore IV9505) manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the unformed positive electrode plate is obtained by filling a positive electrode current collector with a positive electrode paste, aging and drying. After that, an unformed positive electrode plate is formed.
  • the positive electrode paste is prepared by kneading lead powder, additives, water, sulfuric acid and the like. As described above, the filling amount of the positive electrode paste is adjusted so that the positive electrode paste is over-pasted to a certain thickness or more based on the surface of the positive electrode current collector.
  • the negative electrode plate of the lead storage battery is composed of a current collector and a negative electrode material.
  • the current collector forming the negative electrode is preferably a negative electrode grid.
  • the negative electrode material is obtained by removing the negative electrode current collector from the negative electrode plate.
  • the negative electrode grid for a large lead-acid battery may be formed by casting lead (Pb) or a lead alloy. A punched grid or an expanded grid may be used as the negative grid.
  • the lead or lead alloy used for the negative electrode current collector Pb-Ca based alloy, Pb-Ca-Sn based alloy, pure lead and the like are preferably used. These lead or lead alloy may further contain Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, Cu and the like as additional elements.
  • the negative electrode current collector may have a plurality of lead alloy layers having different compositions.
  • the negative electrode material contains, as an essential component, a negative electrode active material (lead or lead sulfate) that develops a capacity by a redox reaction, and may contain additives such as an organic shrinkage inhibitor, a carbonaceous material, and barium sulfate.
  • a negative electrode active material lead or lead sulfate
  • the negative electrode active material in the charged state is spongy lead, but the unformed negative electrode plate is usually produced by using lead powder.
  • At least one selected from the group consisting of lignins and / or synthetic organic stabilizers may be used as the organic stabilizer.
  • lignins include lignin and lignin derivatives.
  • the lignin derivative include lignin sulfonic acid or salts thereof (alkali metal salts such as sodium salts).
  • the synthetic organic anti-shrink agent is an organic polymer containing elemental sulfur, and generally contains a plurality of aromatic rings in the molecule and also contains elemental sulfur as a sulfur-containing group.
  • the sulfur-containing groups a stable form of a sulfonic acid group or a sulfonyl group is preferable.
  • the sulfonic acid group may be present in an acid form or in a salt form such as Na salt.
  • a condensate of a compound having a sulfur-containing group and an aromatic ring with an aldehyde compound is preferable.
  • the aromatic ring include a benzene ring and a naphthalene ring.
  • the plurality of aromatic rings may be linked by a direct bond or a linking group (for example, an alkylene group, a sulfone group, etc.). Examples of such a structure include biphenyl, bisphenylalkane, and bisphenylsulfone.
  • Examples of the compound having an aromatic ring include compounds having the above aromatic ring and a hydroxy group and / or an amino group.
  • the hydroxy group or amino group may be directly bonded to the aromatic ring, or may be bonded as an alkyl chain having a hydroxy group or amino group.
  • the compound having an aromatic ring is preferably a bisphenol compound, a hydroxybiphenyl compound, a hydroxynaphthalene compound, a phenol compound or the like.
  • the compound having an aromatic ring may further have a substituent.
  • the organic anti-shrink agent may contain one kind of the residue of these compounds, or may contain plural kinds thereof.
  • bisphenol compound bisphenol A, bisphenol S, bisphenol F and the like are preferable.
  • the sulfur-containing group may be directly bonded to the aromatic ring contained in the compound, for example, may be bonded to the aromatic ring as an alkyl chain having a sulfur-containing group.
  • a condensation product of an aldehyde compound with a compound having an aromatic ring as described above and a monocyclic aromatic compound (aminobenzenesulfonic acid, alkylaminobenzenesulfonic acid, phenolsulfonic acid or a substituted product thereof) is used.
  • a monocyclic aromatic compound aminobenzenesulfonic acid, alkylaminobenzenesulfonic acid, phenolsulfonic acid or a substituted product thereof.
  • the content of the organic anti-shrink agent contained in the negative electrode material is, for example, preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.02% by mass or more, and further preferably 0.05% by mass or more. On the other hand, 1.0 mass% or less is preferable, 0.8 mass% or less is more preferable, and 0.5 mass% or less is further preferable. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined.
  • the content of the organic anti-shrink agent contained in the negative electrode material is the content in the negative electrode material collected by the method described below from the already-formed fully charged lead storage battery.
  • carbon black As the carbonaceous material contained in the negative electrode material, carbon black, graphite, hard carbon, soft carbon or the like can be used.
  • carbon black include acetylene black, furnace black and lamp black.
  • Furness black includes Ketjen black (trade name).
  • the graphite may be any carbon material having a graphite type crystal structure, and may be either artificial graphite or natural graphite.
  • the content of the carbonaceous material in the negative electrode material is, for example, preferably 0.05% by mass or more, and more preferably 0.2% by mass or more. On the other hand, 4.0 mass% or less is preferable, 3 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or less is further preferable. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined.
  • the content of barium sulfate in the negative electrode material is, for example, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more, and further preferably 1.3% by mass or more. On the other hand, 3.0 mass% or less is preferable, 2.5 mass% or less is more preferable, and 2 mass% or less is further preferable. These lower limit values and upper limit values can be arbitrarily combined.
  • the lead-acid battery after chemical formation should be fully charged and then disassembled to obtain the negative electrode plate to be analyzed.
  • the obtained negative electrode plate is washed with water and dried to remove the electrolytic solution in the negative electrode plate.
  • the washing with water is carried out by pressing a pH test paper against the surface of the washed negative electrode plate until it is confirmed that the color of the test paper does not change.
  • the time for washing with water is within 2 hours. Is dried in a reduced pressure environment for about 6 hours at 60 ° C. ⁇ 5 ° C. After drying, when the negative electrode plate includes a sticking member, the sticking member is removed from the negative electrode plate by peeling.
  • the negative electrode An unground sample S is obtained by separating the negative electrode material from the plate.
  • the UV-Visible absorption spectrum of the filtrate to be analyzed The content of the organic shrinkproofing agent in the negative electrode material is quantified using the spectral intensity and the calibration curve prepared in advance. Unable to rigorously specify the structural formula of the organic shrinkage agent to be analyzed, if the calibration curve of the same organic shrinkage agent cannot be used, UV-visible absorption spectrum similar to the organic shrinkage agent to be analyzed, infrared spectrum, A calibration curve is prepared using an organic shrinking agent that is available, showing an NMR spectrum and the like.
  • the dispersion liquid is subjected to suction filtration using a membrane filter whose mass has been measured in advance, and the membrane filter is dried together with the filtered sample in a drier at 110 ° C ⁇ 5 ° C.
  • the sample filtered out is a mixed sample of carbonaceous material and barium sulfate.
  • the mass (A) of the mixed sample is measured by subtracting the mass of the membrane filter from the total mass of the dried mixed sample and the membrane filter.
  • the dried mixed sample is put into a crucible together with a membrane filter, and is burnt at a temperature of 700 ° C. or higher.
  • the remaining residue is barium oxide.
  • the mass of barium oxide is converted into the mass of barium sulfate to obtain the mass (B) of barium sulfate.
  • the mass B is subtracted from the mass A to calculate the mass of the carbonaceous material.
  • the negative electrode plate can be formed by filling a negative electrode current collector with a negative electrode paste, aging and drying to prepare an unformed negative electrode plate, and then forming the unformed negative electrode plate.
  • the negative electrode paste is prepared by adding water and sulfuric acid to lead powder and various additives and kneading. In the aging step, it is preferable to age the unformed negative electrode plate at room temperature or at a higher temperature and higher humidity.
  • the formation can be performed by charging the electrode plate group while immersing the electrode plate group including the unformed negative electrode plate in the electrolytic solution containing sulfuric acid in the battery case of the lead storage battery. However, the formation may be performed before the lead storage battery or the electrode plate group is assembled. By formation, spongy lead is produced.
  • the electrolytic solution is an aqueous solution containing sulfuric acid, and may be gelled if necessary.
  • the specific gravity of the electrolytic solution in the lead storage battery in a fully charged state after formation is, for example, 1.20 to 1.35, and preferably 1.25 to 1.32.
  • a separator is usually arranged between the negative electrode plate and the positive electrode plate.
  • a nonwoven fabric, a microporous membrane, or the like is used for the separator.
  • a non-woven fabric is a mat in which fibers are entwined without being woven, and the fibers are the main components. For example, 60 mass% or more of the separator is formed of fibers.
  • the non-woven fabric may include components other than fibers, such as acid-resistant inorganic powder and a polymer as a binder.
  • the microporous membrane is a porous sheet mainly composed of components other than fiber components.
  • a composition containing a pore-forming agent (polymer powder, oil, etc.) is extruded into a sheet, and then the pore-forming agent is removed. It is obtained by forming pores.
  • the microporous membrane preferably has a polymer component as a main component.
  • polymer component polyolefins such as polyethylene and polypropylene are preferable.
  • the separator may be formed in a bag shape.
  • the bag-shaped separator may house the positive electrode plate or the negative electrode plate.
  • the bag-shaped separator accommodates the positive electrode plate, it is possible to suppress a lower short circuit that occurs when the positive electrode material that has fallen off from the current collector and is deposited on the bottom of the container contacts the negative electrode plate.
  • the bag-shaped separator accommodates the negative electrode plate, it is possible to suppress a short circuit due to the positive electrode current collector extending and penetrating the separator.
  • the expansion of the positive electrode current collector does not pose a problem, and thus the positive electrode packaging is also acceptable.
  • the mat may be provided on the positive electrode plate.
  • the mat is attached to the exposed surface of the positive electrode material and has a function of slowing the water evaporation rate during aging of the positive electrode plate and suppressing cracking of the positive electrode material. Further, after the aging of the electrode plate, until the assembly of the battery is completed (until the formation is completed), the positive electrode plate can be protected from vibration and the like accompanying transportation of the positive electrode plate, and the positive electrode material can be prevented from falling off. Furthermore, the mat can exert an effect of preventing the positive electrode material from falling off due to the softening of the positive electrode active material and the corrosion of the positive electrode current collector even after the battery is assembled and actually used.
  • the mat like the separator, is made of a porous material.
  • a woven fabric or a non-woven fabric can be used for the mat.
  • Nonwoven fabric is a mat in which fibers are intertwined without being woven.
  • Woven or non-woven fabrics are mainly composed of fibers. For example, 60% by mass or more of the porous layer is formed of fibers.
  • the fibers constituting the woven or non-woven fabric glass fibers, polymer fibers (polyolefin fibers, acrylic fibers, polyester fibers such as polyethylene terephthalate fibers, etc.), pulp fibers and the like can be used. Of these, glass fibers (for example, non-woven fabric containing glass fibers) are preferable.
  • Nonwoven fabrics containing glass fibers have the same electrical resistance and density as non-woven fabrics containing polyethylene fibers, are relatively inexpensive, and are easy to manufacture.
  • the woven or non-woven fabric may contain components other than fibers, for example, acid-resistant inorganic powder, a polymer as a binder, and the like.
  • the mat may be composed of one piece of woven cloth or non-woven cloth, or may be composed of a plurality of woven cloth or non-woven cloth stacked on each other.
  • the thickness of the mat is, for example, 5 ⁇ m to 600 ⁇ m.
  • the thickness of the porous layer is the thickness when pressurized at 19.6 kPa in a dry state containing no electrolytic solution.
  • the thickness of the mat is preferably 10 ⁇ m to 500 ⁇ m. By setting the thickness of the mat to 10 ⁇ m or more, the effect of suppressing cracks generated in the positive electrode material can be sufficiently obtained.
  • the thickness of the porous layer is 500 ⁇ m or less, the increase in internal resistance due to the arrangement of the mat and the resulting decrease in battery performance (PSOC life performance, charge acceptance performance, etc.) are suppressed. Further, the thickness of the positive electrode plate does not become too thick, which does not hinder the insertion of the electrode plate group into the battery case.
  • the thickness of the mat is obtained by the following procedure. Disassemble the lead-acid battery, take out the positive electrode plate, and peel the mat from the positive electrode plate. Then, the mat is washed with water to remove sulfuric acid and dried. A laminate was formed by stacking 10 mats, the thickness of the laminate was measured under a pressure of 19.6 KPa, and the value obtained by dividing the thickness of the laminate by 10 was taken as the thickness per porous layer. Ask.
  • FIG. 5 shows an external appearance of an example of the lead storage battery according to the embodiment of the present invention.
  • the lead storage battery 1 includes a battery case 12 that contains an electrode plate group 11 and an electrolytic solution (not shown).
  • the inside of the battery case 12 is partitioned into a plurality of cell chambers 14 by partition walls 13.
  • One electrode plate group 11 is housed in each cell chamber 14.
  • the opening of the battery case 12 is closed by a lid 15 having a negative electrode terminal 16 and a positive electrode terminal 17.
  • the lid 15 is provided with a liquid port stopper 18 for each cell chamber. When replenishing water, the liquid port plug 18 is removed to replenish the replenishing water.
  • the liquid port plug 18 may have a function of discharging the gas generated in the cell chamber 14 to the outside of the battery.
  • the electrode plate group 11 is configured by laminating a plurality of negative electrode plates 2 and positive electrode plates 3 with separators 4 interposed therebetween.
  • the bag-shaped separator 4 that accommodates the negative electrode plate 2 is shown, but the form of the separator is not particularly limited.
  • the negative electrode shelf 6 for connecting the plurality of negative electrode plates 2 in parallel is connected to the through-connecting body 8 and the positive electrode shelf for connecting the plurality of positive electrode plates 3 in parallel. 5 is connected to the positive pole 7.
  • the positive pole 7 is connected to a positive terminal 17 outside the lid 15.
  • the negative pole 9 is connected to the negative shelf 6 and the through-connector 8 is connected to the positive shelf 5.
  • the negative pole 9 is connected to a negative terminal 16 outside the lid 15.
  • Each penetrating body 8 passes through a through hole provided in the partition wall 13 to connect the electrode plate groups 11 of the adjacent cell chambers 14 in series.
  • FIG. 5 shows an example of a liquid type battery (vent type battery), but the lead storage battery may be a control valve type battery (VRLA type).
  • VRLA type control valve type battery
  • (A) PSOC life performance According to SBA S 0101: 2014, the lead storage battery is charged and discharged under idling stop conditions. Specifically, in the case of a battery having a 5 hour rate capacity of 30 Ah, the following (a) to (c) are regarded as one cycle at 25 ° C ⁇ 2 ° C until the discharge end voltage becomes 1.2 V / cell or less. Repeat to find the number of cycles at this time. It should be noted that during charging / discharging, a rest of 40 to 48 hours is performed every 3600 cycles.
  • Corrosion rate (%) ⁇ (mass of positive electrode current collector before overcharge test-mass of positive electrode current collector with corrosion layer removed by mannite treatment after overcharge test) ⁇ (positive electrode current collector before overcharge test Body mass) ⁇ ⁇ 100
  • One aspect of the present invention is a lead acid battery including a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolytic solution
  • the positive electrode plate includes a current collector, and a positive electrode material held by the current collector
  • the current collector has a frame bone, an ear provided on the frame bone, and an internal bone inside the frame bone
  • the frame bone includes an upper element continuous with the ear, a lower element facing the upper element, and a pair of side elements connecting the upper element and the lower element
  • the internal bone includes a longitudinal bone extending in a first direction from the upper element toward the lower element, and a horizontal bone extending in a second direction from the one side element toward the other side element.
  • a striped pattern of metallic fibrous tissue is seen,
  • the outer peripheral region of the cross section is composed of a first portion in which the fibrous tissue extends along the contour of the cross section, and a second portion other than the first portion,
  • the ratio R of the length of the contour corresponding to the second portion to the total length of the contour of the cross section is 30% or more,
  • the thickness of the overpaste of the positive electrode material with respect to the current collector is 0.20 mm or more.
  • the positive electrode material preferably contains 0.01 to 0.2% by mass of Sb.
  • the thickness of the overpaste is preferably 0.21 mm or more.
  • the ratio R is 30% or more and 60% or less.
  • the positive electrode plate includes a mat attached to an exposed surface of the positive electrode material.
  • the cross section is preferably octagonal.
  • the current collector is a punched current collector of a drawn sheet of lead or lead alloy.
  • the thickness of the internal bone is preferably 0.7 mm or more.
  • the thickness of the internal bone is preferably 3 mm or less.
  • the bone width of the internal bone is preferably 0.7 mm or more.
  • the bone width of the internal bone is preferably 3 mm or less.
  • the density of the positive electrode material is preferably 3.6 g / cm 3 or more.
  • the density of the positive electrode material is preferably 4.8 g / cm 3 or less.
  • the step of preparing the current collector includes a step of preparing a rolled plate and a step of performing processing including punching on the rolled plate to obtain the current collector having the ratio R of 30% or more.
  • a method of manufacturing a lead storage battery wherein in the step of obtaining the positive electrode plate, the thickness of the overpaste of the positive electrode material with respect to the current collector is 0.20 mm or more.
  • the step of obtaining the current collector includes a step of forming an intermediate grid body having a plurality of intermediate bones formed in a grid shape by the punching process, and the intermediate grid.
  • the specifications of the current collector X1 are as follows. Thickness of inner bone (thickness of rolled sheet before punching): 0.95 mm Frame bone height H: 115 mm Width of frame bone W: 101 mm Second partial ratio R of section C: 17% (first partial ratio: 83%) Shape of section C: octagon
  • An unformed negative electrode plate is housed in a bag-shaped separator and laminated with a positive electrode plate to form an electrode plate group with 7 unformed negative electrode plates and 6 unformed positive electrode plates.
  • the electrode group is housed in a polypropylene battery case together with an electrolytic solution (sulfuric acid having a specific gravity of 1.28 at 20 ° C), is subjected to chemical conversion in the battery case, and is a liquid type with 2 V and a rated 5 hour rate capacity of 30 Ah.
  • the lead-acid battery A1 is manufactured.
  • a positive electrode paste containing antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) as an additive is prepared, and the lattice part is filled with the positive electrode paste.
  • an additive whose Sb content is adjusted so that the amount of Sb contained in the positive electrode material is 0.1 part by mass in terms of the element is used, with the positive electrode material after chemical conversion being 100 parts by mass.
  • a lead storage battery A2 is produced in the same manner as the battery A1 except for this.
  • a lead storage battery A3 As the positive electrode collector, an expanded lattice X2 made of Pb-Ca-Sn alloy is used. In the fully charged state after chemical formation, the shortest distance from the surface of the positive electrode current collector to the outer surface of the positive electrode material (the thickness of the over paste) is adjusted to be 0.19 mm.
  • a lead storage battery A3 is manufactured in the same manner as the battery A1 except for the above.
  • the specifications of the positive electrode plate using the expanded lattice X2 are as follows. Non-expanded thickness of expanded lattice (thickness of ears): 1.00 mm Height of electrode plate: 115mm Width of electrode plate: 101mm
  • ⁇ Battery A4> In Battery A3, a positive electrode paste containing antimony trioxide (Sb 2 O 3 ) as an additive is prepared, and the lattice portion is filled with the positive electrode paste.
  • As the additive an additive whose Sb content is adjusted so that the amount of Sb contained in the positive electrode material is 0.1 parts by mass in terms of the element, with 100 parts by mass of the positive electrode material after chemical conversion being used.
  • a lead storage battery A4 is manufactured in the same manner as the battery A3 except for the above.
  • Table 1 shows the results of evaluation of PSOC life performance and electrode plate failure of batteries A1 to A4.
  • the PSOC life performance is shown as a relative value when the PSOC life cycle number in the battery A1 is 100.
  • the electrode plate defect rate is shown as a relative value with the number of cracks in the battery A1 being 100.
  • the batteries A1 and A2 formed by punching out the positive electrode current collector have improved PSOC life performance as compared with the batteries A3 and A4 in which the positive electrode current collector is an expanded lattice, but the electrode plate failure rate is high. Is increasing.
  • the inclusion rate of Sb in the positive electrode material reduces the electrode plate defect rate.
  • the electrode plate defect rate is significantly reduced by the inclusion of Sb.
  • the improvement rate of the electrode plate defect rate due to the inclusion of Sb is not as large as in the expanded grid.
  • ⁇ Batteries B1 to B29> In the battery A1, the second partial ratio R of the cross section C, the thickness of the over paste, and the Sb addition amount are changed. A plurality of lead storage batteries (batteries B1 to B29) having different combinations of the second partial ratio R, the thickness of the over paste, and the Sb addition amount are prepared, and the electrode plate defect rate is evaluated.
  • Batteries C1 to C10 >> In the battery A3 in which the positive electrode current collector is an expanded grid, the thickness of the overpaste and the amount of Sb added are changed. A plurality of lead storage batteries (batteries C1 to C10) having different combinations of the thickness of the over paste and the amount of Sb added are manufactured, and the electrode plate defect rate is evaluated.
  • Fig. 7 shows the relationship between the thickness of the overpaste and the electrode plate defect rate. As shown in FIG. 7, irrespective of the presence or absence of Sb and the value of the second partial ratio R, when the second partial ratio R is 30% or more, the thickness becomes 0 as the thickness of the overpaste increases. The defect rate tends to decrease sharply at the boundary of 0.2 mm.
  • the second partial ratio R to 30% or more and the overpaste thickness to 0.20 mm or more, it is possible to realize a lead-acid battery with reduced electrode plate defects even in the punched current collector. More preferably, by setting the overpaste thickness to 0.21 mm or more, it is possible to realize a lead storage battery in which electrode plate defects are significantly reduced.
  • FIG. 8 shows the relationship between the second partial rate R and the electrode plate defective rate.
  • the higher the second partial rate the lower the electrode plate defective rate.
  • the degree of reduction in the electrode plate defective rate changes drastically in the region where the second partial rate is 30 to 40%. Even if the second partial ratio is increased from 40% to a high value exceeding 40%, the effect of improving the electrode plate defective rate due to this is slight.
  • the higher the second partial ratio R is, the more easily the current collector extends due to corrosion when used in an overcharged state. From the viewpoint of suppressing the elongation of the current collector while maintaining a low electrode plate defect rate, it can be said that it is preferable to limit the second partial rate to a certain rate or less (for example, 60% or less).
  • Battery D1 >> In the battery of Example 2 (battery B13) in which the second portion ratio was 40%, the thickness of the overpaste was 0.21 mm, and Sb was not added, a mat of glass fiber (thickness 100 ⁇ m was formed before the step of aging the positive electrode plate). ) Is attached to the exposed surface of the positive electrode material. Then, with the mat attached, aging and drying are performed, the electrode plate group is inserted into a battery case, and chemical formation is performed. Except for this, the battery D1 was prepared in the same manner as the battery B13, and the electrode plate defective rate was evaluated.
  • the electrode plate defective rate of the battery B13 is 5.3 (relative value with the battery A1 being 100) (see Table 2).
  • the electrode plate defect rate of the battery D1 is 0.49, which is remarkably improved by providing the mat.
  • Table 2 shows the electrode plate defective rates of the batteries B1 to B29 and the battery D1 together with the second partial rate R, the thickness of the over paste, the Sb content, and the presence or absence of the mat.
  • Table 3 shows the electrode plate defect rates of the batteries C1 to C10 together with the overpaste thickness, the Sb content, and the presence or absence of a mat.
  • a test battery E1 is manufactured using a positive electrode current collector that does not carry a positive electrode material as a positive electrode plate.
  • the positive electrode current collector X1 in the battery A1 is used as the positive electrode current collector.
  • the test battery E1 is composed of one positive electrode current collector, two already formed negative electrode plates sandwiching the positive electrode current collector, and an electrolytic solution.
  • the negative electrode plate is housed in the bag-shaped separator.
  • As the electrolytic solution sulfuric acid having a specific gravity of 1.28 at 20 ° C. is used.
  • the positive electrode current collector in which the second partial ratio R of the cross section C is changed is adjusted by adjusting the press working condition of the inner bone.
  • test batteries E2 to E6 having different second partial ratios R were produced in the same manner as the test battery E1, and together with the test battery E1, the corrosion rate and the elongation of the current collector were measured. evaluate.
  • FIG. 9 shows the relationship between the second portion rate, the corrosion rate, and the elongation amount (deformation amount) of the frame bone in the height direction. From FIG. 9, the corrosion rate is substantially constant in the range of the second partial rate of 17% to 65%. On the other hand, the elongation in the height direction of the skeleton decreases with the decrease of the second partial ratio from 65%, but hardly changes at 40% or less, and is substantially constant in the range of 17% to 40%. Is.
  • the positive electrode plate may come into contact with the negative electrode strap (corresponding to the negative electrode shelf 6 in FIG. 5), and a short circuit may occur.
  • the thickness of the overpaste is set to be thicker than 0.20 mm to prevent the electrolytic solution from penetrating to the surface of the current collector, thereby alleviating the corrosion and removing the positive electrode material. Can be suppressed.
  • the distance from the lower surface of the negative electrode strap to the top of the positive electrode plate is generally about 10 mm, so if the extension of the positive electrode current collector is less than about 6 mm, the positive electrode plate and the negative electrode A short circuit due to contact with the strap can be suppressed.
  • the second partial ratio is 60% or less (more preferably 56% or less)
  • the elongation of the positive electrode current collector is 6 mm or less, and thus short circuit due to contact between the positive electrode plate and the negative electrode strap is suppressed. it can.
  • the second partial ratio is set to 40% or less.
  • the elongation due to corrosion of the positive electrode current collector is suppressed. This suppresses the fall of the positive electrode material from the positive electrode current collector. Further, a short circuit between the positive electrode plate and the negative electrode strap is suppressed regardless of the position of the negative electrode strap.
  • Table 4 shows the corrosion rate of the batteries E1 to E6 and the evaluation result of the height elongation together with the value of the second partial rate R.
  • the lead-acid battery grid according to the present invention is applicable to control valve type and liquid type lead-acid batteries, and is used for starting power sources for automobiles, motorcycles, etc., and industrial power storage devices for electric vehicles (forklifts, etc.) It can be suitably used as a power source.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

集電体と、集電体に保持された正極電極材料と、を備えた正極板の集電体が、枠骨と、枠骨に設けられた耳と、枠骨の内側の内骨と、を有し、枠骨は、耳と連続する上部要素と、上部要素と対向する下部要素と、上部要素と下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、内骨は、上部要素から下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の側部要素から他方の側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、縦骨の第1方向に垂直な断面において、金属の繊維状組織の縞模様が見られ、断面の外周領域は、繊維状組織が断面の輪郭に沿って伸びる第1部分と、第1部分以外の第2部分と、で構成され、断面の輪郭の全長に占める第2部分に対応する輪郭の長さの割合が、30%以上であり、正極電極材料の集電体に対するオーバーペーストの厚みが0.20mm以上である、鉛蓄電池。

Description

鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法
 本発明は、鉛蓄電池とその製造方法に関する。
 鉛蓄電池は、車載用、産業用の他、様々な用途で使用されている。なかでも、車載用の鉛蓄電池については、アイドリングストップ車両の利用拡大に伴い、部分充電状態(PSOC)での寿命性能の向上が要求されている。
 鉛蓄電池は、正極板と負極板とがセパレータを介して交互に積層された極板群を具備する。電極板は、集電体と、集電体に保持された電極材料とで構成されている。集電体として、プレス打ち抜き加工により形成した打ち抜き格子は、格子デザインの制約がエキスパンド格子と比べて少なく、導電性に優れた格子デザインを選択できる利点がある。
 特許文献1は、鉛合金の圧延板をプレス打ち抜きしてなる鉛格子板において、内部の縦および横の桟の厚さを外枠の厚さよりも薄くし、かつ外枠の厚さが0.8~1.5mm、内部の桟の厚さが0.6~0.8mmの範囲にすることを提案している。また、厚さ1.2~1.5mmの鉛合金の圧延板をプレス打ち抜きしてなる鉛格子板の内部枠に対して厚さ方向に変形を加えて内部の縦及び横の桟の厚さを0.6~0.8mmの範囲に設定することを提案している。
 特許文献2は、Sbを含有し、かつSbが表面部に偏在している格子体に、活物質ペーストを充填してなる鉛蓄電池用正極板において、Sbが偏在している側の格子体表面側の活物質ペーストを、格子体表面より高く充填することや、格子体表面より0.5mm以上高く充填することを提案している。
 特許文献3は、液式鉛蓄電池において、正極活物質の総細孔容積Vpと負極活物質の総細孔容積Vnとの合計体積Vp+Vnの、極板群の体積Veに対する比(Vp+Vn)/Veが、0.27~0.32であり、正極活物質の総細孔容積Vpの極板群の体積Veに対する比Vp/Veが、0.13~0.15であることを提案している。また、正極活物質のアンチモン含有量を0.04~0.25質量%とすることが提案されている。
特開昭51-60936号公報 特開平10-275618号公報 特開2015-38860号公報
 正極集電体において、正極電極材料と集電体の結着性が低いと、正極板の熟成時において正極電極材料に亀裂が生じ易い。この結果、電池の組立時に正極電極材料が格子から剥離し脱落し易く、極板不良になり易い。
 特に、正極に打ち抜き集電体を用いた鉛蓄電池は、エキスパンド格子と比べて、正極電極材料と格子の結着性が低く、極板不良が生じ易い。
 本発明の一側面は、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、を備えた鉛蓄電池であって、前記正極板は、集電体と、前記集電体に保持された正極電極材料と、を備え、
 前記集電体は、枠骨と、前記枠骨に設けられた耳と、前記枠骨の内側の内骨と、を有し、
 前記枠骨は、前記耳と連続する上部要素と、前記上部要素と対向する下部要素と、前記上部要素と前記下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、前記内骨は、前記上部要素から前記下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の前記側部要素から他方の前記側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、前記縦骨の前記第1方向に垂直な断面において、金属の繊維状組織の縞模様が見られ、前記断面の外周領域は、前記繊維状組織が前記断面の輪郭に沿って伸びる第1部分と、前記第1部分以外の第2部分と、で構成され、
 前記断面の輪郭の全長に占める前記第2部分に対応する輪郭の長さの割合Rが、30%以上であり、前記正極電極材料の前記集電体に対するオーバーペーストの厚みが0.20mm以上である、鉛蓄電池に関する。
 本発明によれば、製造不良の少ない鉛蓄電池を実現できる。
本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池で用いる集電体の外観を示す平面図である。 別の実施形態に係る鉛蓄電池で用いる集電体の外観を示す平面図である。 縦骨の第1方向に垂直な断面写真である。 断面Cの概念図である。 繊維状組織の断面が見られる内骨の断面写真である。 内骨の腐食の進行状態を示す断面概念図である。 鉛蓄電池の外観を示す斜視図である。 正極電極材料がオーバーペーストされた正極板の断面を示す模式図である。 オーバーペーストの厚みと、極板不良率との関係を示すグラフである。 縦骨の断面の外周領域の輪郭の全長に占める第2部分に対応する輪郭の長さの割合(第2部分率)Rと、極板不良率との関係を示すグラフである。 縦骨の断面の外周領域の輪郭の全長に占める第2部分に対応する輪郭の長さの割合(第2部分率)Rと、腐食率および格子の高さ方向の伸び(変形量)との関係を示すグラフである。
 本発明の一態様に係る鉛蓄電池は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に介在するセパレータと、電解液と、を備える。正極板は、集電体と、集電体に保持された正極電極材料と、を備える。集電体は、枠骨と、枠骨に設けられた耳と、枠骨の内側の内骨と、を有する。内骨は網目状であってもよい。枠骨は、耳と連続する上部要素と、上部要素と対向する下部要素と、上部要素と下部要素とを連結する一対の側部要素とを具備する。内骨は、上部要素から下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の側部要素から他方の側部要素に向かう第2方向に延びる横骨とを具備する。第1方向とは、側部要素に平行な方向であり、第2方向とは、上部要素および下部要素に平行な方向である。なお、集電体は、格子体とも称する。ただし、集電体もしくは格子体の骨格は、格子状もしくは網目状に限定されるものではない。
 縦骨は、側部要素と平行に延びていてもよく、側部要素に対して斜め方向に延びていてもよい。また、縦骨は、直線状でもよく、曲線状でもよく、多少の折れ曲がりを有してもよい。すなわち、縦骨は、第1方向に向かうベクトルが第2方向に向かうベクトルよりも大きくなるように延びていればよい。枠骨は矩形状であってもよい。
 横骨は、上部要素または下部要素と平行に延びていてもよく、上部要素または下部要素に対して斜め方向に延びていてもよい。また、横骨は、直線状でもよく、曲線状でもよく、多少の折れ曲がりを有してもよい。すなわち、横骨は、第2方向に向かうベクトルが第1方向に向かうベクトルよりも大きくなるように延びていればよい。
 縦骨の第1方向に垂直な断面、すなわち、上部要素に平行でかつ集電体の厚み方向に平行な縦骨の断面(以下、断面Cとも称する。)には、金属の繊維状組織の縞模様が見られる。断面Cの外周領域は、繊維状組織(縞の方向)が断面Cの輪郭(以下、輪郭Cとも称する。)に沿って延びる第1部分と、第1部分以外の第2部分とで構成されている。断面Cの輪郭とは、縦骨の外表面に対応する線を意味する。断面Cの外周領域とは、断面Cの輪郭に沿う周縁領域であり、外表面に対応する線から少なくとも55μm以上の深さを有し、好ましくは100μm以上の深さを有する周縁領域である。
 第2部分においては縞模様が観測されなくてもよく、外周領域の深さ方向に延びる縞模様が観測されてもよい。ここで、輪郭Cの全長に占める第2部分に対応する輪郭(以下、第2輪郭部とも称する。)の割合R(以下、第2部分率Rとも称する。)は、30%以上である。換言すると、輪郭Cの全長に占める第1部分に対応する輪郭(以下、第1輪郭部とも称する。)の割合(以下、第1部分率とも称する。)は、70%未満である。さらに、正極電極材料の集電体に対するオーバーペーストの厚みが0.20mm以上である。
 オーバーペーストを0.20mm以上に厚くし、且つ、第2部分率が上記のように制御されることで、正極板の熟成時において正極電極材料の亀裂が生じ難い構成となる。この結果として、熟成時の正極電極材料の亀裂に起因する製造不良が抑制され、且つ、部分充電状態(PSOC)での使用が想定される使用条件においても鉛蓄電池の長寿命化が実現される。
 なお、オーバーペーストの厚みとは、集電体(縦骨)の表面から正極電極材料の外表面までの最短距離を指す。図6に、正極集電体に正極電極材料が保持された状態における正極板の断面図を示す。
 後述するように、縦骨の断面形状は、好ましくは八角形であり、任意の形状を取り得る。したがって、縦骨の表面から正極電極材料の外表面までの距離が一定でないことも考えられる。その場合、オーバーペーストの厚みとは、縦骨の表面から正極電極材料の外表面までの距離の最短距離(すなわち、ペーストが最も薄くなる箇所における厚み)を指すものとする。図6に示す縦骨120Aの断面Cにおいて、縦骨の輪郭上の箇所Xにおける正極電極材料の外表面41までの距離D、および、縦骨の輪郭上の箇所Yにおける正極電極材料の外表面42(外表面41の裏面)までの距離Dが、断面C上のオーバーペーストの厚みである。集電体に対するオーバーペーストの厚みは、複数の縦骨の第1方向の位置が異なる複数の断面において、距離DおよびDの平均をとることによって求められる。
 具体的には、正極板を上下方向(第1方向)に3分割し、枠骨の上部要素側の上部領域、枠骨の下部要素側の下部領域、上部領域と下部領域との間の中部領域に3分割する。さらに、3分割した正極板をそれぞれ左右方向(第2方向)に4分割し、計12個の極板片に分割する。上部領域に対応する4つの極板片、中部領域に対応する4つの極板片、および、下部領域に対応する4つの極板片から、それぞれ1つの極板片を、極板片の左右方向における位置を異ならせるようにして任意に選択し、計3つの極板片を選択する。選択した3つの極板片から、それぞれ、3つの縦骨の断面Cを任意に選択し、計9個の縦骨の断面Cを選択する。選択した9個の断面を、マイクロスコープにより観察し、上記最短距離D、Dを求める。そして、正極板の両面の計18箇所で上記最短距離の平均をとることによって、集電体に対するオーバーペーストの厚みを求める。なお、断面を観察する際には、化成後もしくは使用中(好ましくは、使用初期)の満充電状態の鉛蓄電池を解体し、取り出した電極板を水洗し、硫酸を含む電解液を除去後に乾燥させる。その後、ビニルエステル樹脂またはエポキシ樹脂を正極板の全体に含浸させ、硬化させる。硬化した状態で所定の箇所を切断し、切断された断面を研磨する。
 なお、満充電状態の鉛蓄電池は、既化成の鉛蓄電池を満充電したものをいう。鉛蓄電池の満充電は、化成後であれば、化成直後でもよく、化成から時間が経過した後に行ってもよい。例えば、化成後で、使用中(好ましくは使用初期)の鉛蓄電池を満充電してもよい。使用初期の電池とは、使用開始後、それほど時間が経過しておらず、ほとんど劣化していない電池をいう。
 本明細書中、鉛蓄電池の満充電状態とは、液式の電池の場合、25℃±2℃の水槽中で、定格容量(Ah)として記載の数字の0.2倍の電流(A)で2.5V/セルに達するまで定電流充電を行った後、さらに定格容量(Ah)として記載の数字の0.2倍の電流(A)で2時間、定電流充電を行った状態である。また、制御弁式の電池の場合、満充電状態とは、25℃±2℃の気槽中で、定格容量(Ah)として記載の数字の0.2倍の電流(A)で、2.23V/セルの定電流定電圧充電を行い、定電圧充電時の充電電流が定格容量(Ah)として記載の数字の0.005倍になった時点で充電を終了した状態である。なお、定格容量として記載の数値は、単位をAhとした数値である。定格容量として記載の数値を元に設定される電流の単位はAとする。
 第1部分率を大きくするほど、断面Cの外周領域の外表面に、繊維状組織の繊維長に垂直な断面が露出しにくくなる。一方、第2部分率Rを大きくするほど、金属の繊維状組織の縞模様は見られず、繊維状組織の繊維長に垂直な断面が見られる。繊維状組織の繊維長に垂直な断面は、多くの粒界を有する。
 このことから、後述するように、第1部分率を大きくするほど、集電体の伸びが抑制され、過充電時における電極材料の脱落が抑制される傾向にある。しかしながら、第1部分は、第2部分と比べて電極材料との結着性が低い。このため、第1部分率を大きくするほど、電極材料と集電体との結着性が低くなる。
 特に、正極電極材料と集電体の結着性が十分でない場合、正極板の熟成時において、正極電極材料に亀裂を生じ易くなる。この結果、電池の組立時に、正極電極材料が集電体から剥離し脱落し易く、極板不良となり易い。
 この点は、正極板に打ち抜き集電体を用いた場合に顕著な問題と考えられる。例えばエキスパンド格子を用いた集電体では、格子の骨部分が複雑な立体構造を有しているため、立体構造部分において電極材料との結着性をある程度確保できる。これに対し、打ち抜き集電体では、内骨と電極材料との接触面は基本的に平坦であるため、結着性を確保しづらい。
 しかしながら、本願発明者は、オーバーペーストの厚みが0.20mm以上、より好ましくは0.21mm以上とすることによって、オーバーペーストの厚みが0.20mm未満の場合と比較して、正極板の熟成後の不良率が激減することを見出した。
 本発明の一態様では、鉛蓄電池は、正極電極材料のオーバーペーストの厚みが一定値以上に制御される。これにより、正極電極材料同士の結着性が高められ、極板としての結着性が高められる。さらに、正極電極材料の量を多くしたことにより、熟成時における極板の水分蒸発が遅くなる。これにより、集電体と正極電極材料との結着力が改善し、正極電極材料の亀裂が抑制されることがあり得る。これらの相乗効果により、不良率が大幅に低減されたと考えられる。
 加えて、打ち抜き集電体において、正極電極材料のオーバーペーストの厚みを一定値以上に制御するとともに、第2部分率Rを一定割合以上(第1部分率を一定割合未満)に制御することによって、正極板の不良率を低減でき、且つ、PSOCでの使用に好適な鉛蓄電池の構成とする。
 第1部分と第2部分とでは、腐食の進行形態が異なる。一般に、集電体の腐食は、外表面に露出する繊維状組織の繊維長に垂直な断面において優先的に進行する。外周領域の第1部分の外表面においては、繊維状の金属組織が内骨の面方向に延びている。すなわち、結晶粒界は、内骨の深さ方向よりも、内骨の面方向に長く延びている。このため、外周領域の第1部分に形成される腐食層は、内骨の面方向に沿って形成され、内骨の内部の深い位置まで形成されにくい。外周領域の第1部分の外表面に沿って形成された腐食層は、集電体(内骨)との接合強度が低い。よって、集電体(外周領域の第1部分の外表面)と腐食層との界面でガスが発生すると、腐食層が集電体から比較的容易に剥離する。一方、外周領域の第2部分の外表面では、繊維状の金属組織が内骨の深さ方向に延びている。すなわち、結晶粒界は、内骨の面方向よりも、内骨の深さ方向に長く延びている。このため、外周領域の第2部分の外表面に沿って形成された腐食層は、集電体(内骨)との接合強度が高い。集電体(外周領域の第2部分)と腐食層との界面にガスが発生したとしても、腐食層は集電体から剥離しにくく、内骨に応力を与えて内骨を変形させる。すなわち、繊維状の金属組織が内骨の深さ方向に延びる外周領域の第2部分では、繊維状の金属組織が内骨の面方向に延びる第1部分に比べて、腐食層が剥離し難く、集電体の変形の要因となる腐食層からの応力を受け易い。よって、腐食量が同じであっても、第2部分率Rが小さいほど(第1部分率が大きいほど)集電体の伸びが抑制され、電極材料の脱落が抑制される。
 断面Cにおいて第1部分では、縦骨の腐食は、浅く進行しやすく、浅い腐食による集電体の伸びは小さい。これに対し、断面Cにおいて第2部分では、縦骨の腐食は、深くまで楔状に進行しやすく、深い腐食による集電体の伸びは大きくなり易い。この結果として、腐食量が同じであっても、第1部分率が大きいほど集電体の伸びが抑制され、電極材料の脱落が抑制される傾向にある。これにより、過充電時においても、集電体の伸びが抑制されることから、正極電極材料の脱落が抑制され得る。
 第2部分率が50%以下になると、腐食の進行の程度は、内骨の全体で均一となる傾向がある。このような腐食の均一化により、腐食部分の偏在が抑制され、集電体の一方向への伸びが抑制され得る。
 一方、横骨の第2方向に垂直な断面、すなわち側部要素に平行かつ厚さ方向に平行な断面(以下、断面Gとも称する。)には、金属の繊維状組織の縞模様がほとんど見られず、一般的には繊維状組織の繊維長に垂直な断面が見られる。断面Gの外周領域は、通常、ほぼ全周が断面Cにおける第2部分に相当する。つまり断面Gの外周領域はほぼ全周が第2方向に延びる繊維状組織で構成されている。よって、断面Gの外周領域では、腐食量が同じでも集電体の伸びは抑制される。
 5時間率電流による充放電を繰り返すと、電極材料の膨張と収縮とが繰り返され、集電体と電極材料との界面が物理的に剥離しやすくなる。これが初期容量比の低下の原因と考えられる。第1部分は、層状の浅い腐食層を形成しやすく、第2部分は、くさび状の深い腐食層を生成するものと考えられる。そのため、集電体と電極材料との結着力は、第1部分よりも第2部分が高くなる。
 上記の通り、腐食に伴う集電体の伸びを抑制し、電極材料の脱落を抑制する観点からは、第2部分率Rを低くする(第1部分率を高くする)ことが好ましい。第2部分率Rが低い(第1部分率が高い)ほど、過充電を伴う使用による集電体の伸びが抑制され、電極材料の脱落が抑制される。ところが、正極板の極板不良を低減する観点からは、第2部分率は高い方が好ましい。したがって、集電体の伸びの抑制と、極板不良の低減とは、トレードオフの関係にある。
 しかしながら、アイドリングストップ車両など、PSOCでの使用が想定される用途では、鉛蓄電池は、充電不足状態で使用されることが多く、過充電状態あるいは満充電の状態まで充電される場合は少ない。この観点からは、正極集電体の腐食および集電体伸びが問題となる場合は少なく、第2部分率Rを過度に小さくする必要はないと考えられる。
 この点に着眼し、本発明の一態様では、第2部分率Rを30%以上(第1部分率を70%未満)に制限することによって、正極板の不良率を低減でき、且つ、PSOCでの使用に好適な鉛蓄電池の構成とする。第2部分率Rが高い場合、正極集電体は腐食により伸び易くなるが、オーバーペーストの厚みを0.20mm以上に厚くすることで、電解液が集電体の表面まで侵入し難くなり腐食の進行が緩和される。これにより、正極電極材料の伸びに伴う脱落を抑制することができる。
 より好ましくは、打ち抜き集電体において、第2部分率を30%以上60%以下(第1部分率を40%より大きく70%未満)とすることによって、製造時における正極板の不良率を低減しながら、実際の使用においては充放電後の集電体の伸びを一定範囲内に制限し、集電体伸びによる正極電極材料の脱落および短絡が抑制された鉛蓄電池を実現できる。さらに好ましくは、第2部分率を30%以上40%以下(第1部分率を60%より大きく70%未満)とすることによって、充放電後の集電体の伸びが顕著に低減され、集電体伸びによる正極電極材料の脱落および短絡が抑制された鉛蓄電池を実現できる。
 本発明は、上述の通り、打ち抜き集電体の場合に有用である。打ち抜き集電体は、例えば、鉛または鉛合金の延伸シート(圧延板とも称する)の打ち抜き格子体が好ましい。延伸シートは、一軸延伸シートでも二軸延伸シートでもよい。
 さらに、正極電極材料は、アンチモン(Sb)を含有するとよい。正極電極材料にSbを含ませることによって、正極板の不良率をより一層低減できることが分かった。
 正極電極材料へのSb含有は、未熟成の電極材料が残り易いことから、正極板の不良が増加すると当初は考えられた。しかしながら、実際は逆であり、不良率は予想に反して低下した。この理由は現在解明中であるが、Sbを含有すると熟成時の鉛の酸化反応速度が変化し、熟成時の正極板の亀裂の発生が抑えられるため、と考えられる。なお、上記は発明者の現時点における一見解を示したに過ぎず、本発明はこれに限定されるものではない。
 また、Sbの添加により、正極活物質の軟化が抑制され、高寿命の鉛蓄電池を実現できる。
 正極電極材料は、正極電極材料100質量部に対してSbを0.01~0.2質量部含むことが好ましい。正極電極材料中のSb含有量は、0.01質量%以上であれば、顕著な不良低減効果が得られる。一方で、減液量を抑える観点から、正極電極材料中のSb含有量は、0.2質量%以下であることが好ましい。これらのSb含有量は、化成後の正極電極材料における含有量であり、Sb元素換算での含有量である。
 正極電極材料の質量は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した正極電極材料に、水洗と乾燥を施した際の質量であり、Sb含有量は正極電極材料中のSbの質量の割合を指す。Sbが化合物(例えば、酸化物または硫酸化合物)の形で存在していることも考えられるが、その場合も、化合物中に含まれるSbの質量のみを考慮して、Sb含有量を算出するものとする。正負極電極材料中のSb含有量は、化成後もしくは使用中(好ましくは、使用初期)の満充電状態の鉛蓄電池を分解し、取り出した極板を水洗、乾燥後に電極材料を採取し、粉砕した試料を濃硝酸中に溶解させICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析を行うことにより求められる。
 さらに好ましくは、正極板は、正極電極材料の露出面に取り付けられたマットを備えていてもよい。上記マットは、熟成時の水分蒸発速度を遅くし、正極板の亀裂の発生を抑制するとともに、正極板の熟成後においては、電池の組み立終了時まで(化成が完了するまで)、正極板の輸送に伴う振動等から正極板を保護し、熟成時に生じた亀裂の成長および正極電極材料の脱落を防ぐ。また、マットは、電池の使用時においても、正極活物質の軟化あるいは正極集電体の腐食による正極電極材料の脱落を防ぐ。
 第1部分率および第2部分率は、意図的に制御可能である。元々、第2部分率が大きい縦骨であっても、第2部分をつぶすように縦骨を変形させることも可能である。例えばプレス加工で縦骨を変形させる場合、プレスのスピード、プレス圧力、金型形状などにより、第2部分率R(第1部分率)を任意に制御可能である。すなわち、プレス加工で縦骨を変形させることが第2部分率Rを小さく(第1部分率を大きく)するための十分条件ではなく、プレス加工の条件を適宜制御することが必要である。
 また、第1部分において、繊維状組織(縞の方向)が断面Cの輪郭に沿っているとは、以下の状態をいうものとする。まず、格子体の枠骨の内側を、枠骨の上部要素側の上部領域、枠骨の下部要素側の下部領域、上部領域と下部領域との間の中部領域に三等分する。その際、複数の縦骨において、第1方向に垂直(上部要素および下部要素に平行かつ厚さ方向に平行)な断面Cの列が4つ形成される。すなわち、上部領域および下部領域にそれぞれ1つの断面Cの列が形成され、中部領域には2つの断面Cの列が形成される。三等分の分割ラインが縦骨と横骨との交差部(ノード)に該当する場合には、できるだけ交差部間の縦骨部分に断面Cが形成されるように、分割ラインを全体的に、または部分的に少し移動させて集電体を三分割してもよい。なお、集電体の枠骨の内側を三分割する際、耳もしくは足の寸法は考慮しない。
 次に、4つの列のうち、任意の2つの列から観察対象の断面Cを複数(2つの列に含まれる断面Cの6割以上)選択する。選択された断面Cの外周領域のうち、繊維状組織の縞が断面Cの輪郭と45°未満の角度を有する部分は第1部分である。具体的には、各断面Cの輪郭C上の任意の点Pにおいて、点Pの接線S1を描き、更に接線S1の垂線Lを、点Pを通るように描く。次に、垂線L上の点Pから55μmの深さに存在し、かつ垂線Lと交差する縞の接線S2を当該交差点で描く。接線S2と接線S1との角度θが45°未満である場合、点Pは、第1部分に対応する第1輪郭部を構成している。このような観察を輪郭Cで適宜行い、第1輪郭部の長さを特定し、輪郭Cの全長に占める第1輪郭部の割合を第1部分率として求める。角度θが45°以上である場合、点Pは第2部分を構成する。繊維状組織が観測できないなどの理由で、点Pが第1輪郭部を構成するか否かを判別できないときも当該点Pは第2部分を構成する。全ての選択された断面Cにおいて第1部分率を求め、平均値を計算する。第2部分率(%)は、上記の第1部分率(%)の平均値を100から減じた値となる。
 切断された箇所が縦骨と横骨との交差部(ノード)である場合には、当該断面を除いて平均を出せばよく、縦骨の切断位置をノードが外れるようにずらしてもよい。
 断面Cを形成する際には、電極材料を充填する前の集電体を用いてもよい。もしくは、満充電状態の電池を解体して電極板を取り出し、水洗して電解液を除去し、乾燥する。次いで、電極板から電極材料を除去し、マンニットで集電体の表面に付着している電極材料を除去する。準備した集電体の全体にビニルエステル樹脂またはエポキシ樹脂を浸漬させ、樹脂を硬化させた後、硬化樹脂とともに集電体を切断すればよい。断面Cにおける金属組織の状態は、集電体の断面をエッチング処理してからマイクロスコープで撮影し、観測すればよい。
 第1部分の厚みは、55μm以上であればよい。また、一見すると第1部分に見える外周領域であっても、繊維状組織の縞模様が観測される領域の厚みが55μm未満の場合には、第1部分ではなく、第2部分と見なす。厚さ55μm以上の第1部分は、腐食の内側への入り込みを抑制する十分な作用を有する。この場合、腐食の内側への入り込みが内骨の全体で高度に均一化されやすい。よって、集電体の伸びが顕著に抑制され、電極材料の脱落も顕著に抑制される。縦骨の腐食の内側への入り込みの抑制を更に向上させる観点から、第1部分の厚みは、100μm以上が好ましい。
 断面Cにおける第1部分の厚みは、以下のように測定すればよい。まず、第1輪郭部上の任意の点P1において接線S1を描き、接線S1の垂線Lを、点P1を通るように描く。次に、垂線L上を点P1からQμmの深さまで移動する点Pxにおいて、垂線Lと交差する縞の接線S2を連続的に描く。このとき、接線S1と接線S2との角度が連続的に45°以下である場合には、点P1の直下の第1部分の厚みは、Qμm以上であるといえる。
 内骨の厚みは、例えば0.7mm~3mmであればよい。内骨の骨幅は、例えば0.7mm~3mmであればよい。
 断面Cの形状は、特に限定されないが、八角形であることが好ましい。断面Cが八角形であると、頂点の内角が小さくなり過ぎず、頂点付近の腐食を抑制する効果が高められる。断面Cが八角形の縦骨を形成するには、例えば、断面Cが矩形である縦骨を変形させればよい。縦骨を変形させる方法は、特に限定されないが、例えば、内骨をプレス加工すればよい。その際に、第2部分率Rが30%以上(第1部分率が70%未満)になるように内骨のプレス条件を適宜選択すればよい。なお、八角形は、数学的な意味における厳密な八角形でなくてもよく、頂点が多少丸みを帯びていたり、各辺が多少屈曲していたりしてもよい。
 本発明の実施形態に係る鉛蓄電池の製造方法は、例えば、集電体を準備する工程と、集電体と正極電極材料とを含む正極板を得る工程と、を備え、集電体を準備する工程が、(i)圧延板を準備する工程と、(ii)圧延板に対して打ち抜き加工を含む加工を行い、上記の第2部分率Rが30%以上の集電体を得る工程を含む。ここで、正極板を得る工程において、正極電極材料の集電体に対するオーバーペーストの厚みを0.20mm以上とする。
 好ましくは、上記集電体を得る工程は、打ち抜き加工により、格子状に形成された複数の中間骨を有する中間格子体を形成する工程と、中間格子体に対して中間格子体の厚さ方向からプレス加工を行って内骨の少なくとも一部を形成する工程と、を含む。ここで、プレス加工は、複数の中間骨の少なくとも一部において、中間骨の延びる方向と交差する骨幅方向における中央部よりも骨幅方向における少なくとも一方の端部が薄くなり、かつ、第2部分率Rが30%以上となるように変形させることを含むことができる。
 打ち抜き加工によって、圧延板が所定の形状に(好ましくは、格子形状に)加工された中間格子体(打ち抜き集電体)を得る。中間骨により中間格子体の格子が形成されている。プレス加工により、中間骨の断面形状を変形することで、第2部分率Rを調整することができる。
 高い第2部分率Rを得るために、例えば、圧延板の打ち抜き加工の際に、中間骨の骨幅を狭くした中間格子体を形成してもよい。中間骨の骨幅の長さの、中間骨の厚み(圧延板の厚み)に対する比率Uを調整することによっても、第2部分率Rを調整可能である。さらに、プレス加工、および、比率Uの調整のいずれか一方、または両方を組み合わせることで、第2部分率Rを任意の値に制御することができる。
 このようにして得られた集電体(中間格子体)に、正極ペーストを充填し、その後、熟成を施すことにより、正極板を得る。正極ペーストには、Sbが含まれていてもよい。このとき、集電体の表面から正極電極材料(熟成および化成後の正極ペースト)の外表面までの最短距離が0.20mm以上(より好ましくは、0.21mm以上)となるように、正極ペーストの充填量を調整する。
 正極板を得る工程は、集電体(中間格子体)に正極ペーストを充填する工程と、熟成工程と、を含むことができる。正極板の熟成は、室温、もしくはより高温かつ高湿度で行うことができる。正極ペーストの充填後、熟成工程の前に、正極ペーストを覆うマットを正極板に取り付け、マットが正極板に取り付けられた状態で熟成を行ってもよい。その後、熟成後の正極板と、負極板とを、セパレータを介して交互に積層させ、極板群を得る。続いて、極板群を電槽に挿入し、極板群が電解液で浸されるように、電槽内を電解液で満たす。これにより、鉛蓄電池が製造される。
 以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
 図1Aおよび図1Bは、それぞれ、本発明の一実施形態および別の実施形態に係る鉛蓄電池において、正極板を構成する集電体100Aおよび100Bの外観を示す平面図である。集電体100Aおよび100Bは、いずれも枠骨110と、枠骨110の内側の網目状の内骨120とを有する。枠骨110は、耳130と連続する上部要素111と、上部要素111と対向し、下部突起132と連続する下部要素112と、上部要素111と下部要素112とを連結する一対の側部要素113、114とを具備する。破線は、内骨を、上部領域、中部領域、下部領域に三等分する境界を示している。図1Aの集電体100Aは、下部要素112と連続する下部突起(足部とも称する。)132を有する。図1Bの集電体100Bでは、横骨が上部要素または下部要素に対して斜め方向に延びている。LHは縦骨の格子当たりの内法長さを示し、LWは横骨の格子当たりの内法長さを示す。
 集電体100Aおよび100Bは、例えば、鉛または鉛合金の延伸シートの打ち抜き格子体であり、延伸方向は、図1Aおよび図1B中の矢印MDで示される方向である。縦骨120Aの断面Cは、図1中のIIa-IIa線における断面であり、横骨120Bの断面Gは、IIb-IIb線における断面である。延伸シートの金属組織は、延伸方向に延びた層状もしくは繊維状の組織を形成しやすい。よって、断面Cには縞模様が生じる。一方、断面Gには、層状もしくは繊維状の組織の裁断による模様が生じ得る。
 図2Aは、縦骨120Aの断面Cの写真の一例であり、当該断面は八角形の形状を有し、かつ金属の繊維状組織の縞模様が見られる。図2Bは、図2Aを模した八角形の断面Cの一例の概念図である。一方、図3は、横骨120Bの断面Gの写真の一例であり、当該断面には金属の繊維状組織の繊維長に垂直な断面による模様が見られる。図2Bにおいて、八角形の断面Cの左右両側の大部分が、第2部分220であり、それ以外の外周領域は、第1部分210である。第1部分210では、繊維状組織の縞(接線S2)が断面Cの輪郭(線S1)と45°未満の角度θ1を有する。一方、第2部分220では、繊維状組織の縞が確認できないか、もしくは縞(接線S2)が断面Cの輪郭(線S1)と45°を超える角度θ2を有する。なお、図2Aには、第2部分220の最表層には厚み約55μm未満の繊維状組織の縞模様が観測される領域が存在するが、このような薄い部分は、第1部分210を構成しない。
 図4は、内骨の腐食の進行状態を示す断面Cの概念図である。浅い腐食層が形成されている部分は、繊維状組織が外周領域の輪郭に沿って延びる第1部分であり、腐食が進行しても腐食層が深くまで形成されにくい。一方、集電体と電極材料との界面付近で剥離が生じやすくなる傾向がある。よって、集電体が変形しようとする応力が緩和されやすいと考えられる。
 一方、くさび状の深い腐食層が形成されている部分は第2部分である。深い腐食層が形成されると、集電体の不均一な変形が生じやすく、集電体が伸び、電極材料の脱落が生じやすくなる。オーバーペーストを厚くすることで、電解液が集電体表面に侵入することを防ぎ、腐食が緩和され、集電体の伸びを抑制できる。
 (正極板)
 鉛蓄電池の正極板は、上述の集電体と、集電体に保持された正極電極材料と、を備える。正極を構成する集電体は、好ましくは、正極格子である。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。ただし、電極板に上述のマットが貼り付けられている場合、マットは電極材料に含まれず、上述のオーバーペーストの厚みに、マットの厚みは含まれない。一方、セパレータに別のマット状の貼付部材が貼り付けられている場合がある。この場合は、貼付部材は、セパレータに含まれる。貼付部材の厚みはセパレータの厚みに含まれる。
 正極集電体に用いる鉛もしくは鉛合金としては、耐食性および機械的強度の点で、Pb-Ca系合金またはPb-Ca-Sn系合金が好ましく、スリーナイン以上の純度の鉛を用いてもよい。正極集電体は、組成の異なる鉛合金層を有してもよく、合金層は複数でもよい。
 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、添加剤を含んでもよい。
 添加剤として、正極電極材料は、アンチモン(Sb)を含んでもよい。アンチモン(Sb)の含有量は、化成後の正極電極材料に占めるSb含有量がSb元素換算で0.01~0.2質量%であるとよい。アンチモンを含む添加剤としては、金属アンチモン(Sb)、三酸化アンチモン(Sb)、四酸化アンチモン、五酸化アンチモンなどのアンチモン酸化物、硫酸アンチモン(Sb(SO)などが挙げられる。鉛粉原料の金属Pbに、PbとSbとの合金を混合してもよい。
 正極電極材料の密度は、例えば3.6g/cm3以上であればよい。また、十分な初期容量を確保する観点からは、正極電極材料密度は4.8g/cm3以下が好ましい。
 正極電極材料の密度は、化成後の満充電状態の正極電極材料のかさ密度を意味し、以下のようにして測定する。化成後もしくは使用中(好ましくは、使用初期)の満充電状態の電池を解体し、入手した正極板に水洗と乾燥とを施すことにより、正極板中の電解液を除く。(水洗は、水洗した極板表面にpH試験紙を押し当て、試験紙の色が変化しないことが確認されるまで行う。ただし、水洗を行う時間は、2時間以内とする。水洗した正極板は、60℃±5℃で6時間程度乾燥する。乾燥後に、極板に貼付部材が含まれる場合には、剥離により極板から貼付部材が除去される。)次いで正極板から正極電極材料を分離して、未粉砕の測定試料を入手する。測定容器に試料を投入し、真空排気した後、0.5psia以上0.55psia以下(≒3.45kPa以上3.79kPa以下)の圧力で水銀を満たして、正極電極材料のかさ容積を測定し、測定試料の質量をかさ容積で除すことにより、正極電極材料のかさ密度を求める。なお、測定容器の容積から、水銀の注入容積を差し引いた容積をかさ容積とする。
 正極電極材料の密度は、(株)島津製作所製の自動ポロシメータ(オートポアIV9505)を用いて測定され得る。
 未化成の正極板は、正極集電体に正極ペーストを充填し、熟成、乾燥することにより得られる。その後、未化成の正極板を化成する。正極ペーストは、鉛粉、添加剤、水、硫酸などを練合することで調製される。
 正極ペーストは、前述の通り、正極集電体の表面を基準として一定の厚み以上にオーバーペーストされるように、正極ペーストの充填量が調整される。
 (負極板)
 鉛蓄電池の負極板は、集電体と、負極電極材料とで構成されている。負極を構成する集電体は、好ましくは、負極格子である。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。大型の鉛蓄電池用の負極格子は、鉛(Pb)または鉛合金の鋳造により形成される場合もある。負極格子として、打ち抜き格子や、エキスパンド格子を用いてもよい。
 負極集電体に用いる鉛もしくは鉛合金としては、Pb-Ca系合金、Pb-Ca-Sn系合金、純鉛などが好ましく用いられる。これらの鉛もしくは鉛合金は、更に、添加元素として、Ba、Ag、Al、Bi、As、Se、Cuなど含んでもよい。負極集電体は、組成の異なる複数の鉛合金層を有してもよい。
 負極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する負極活物質(鉛もしくは硫酸鉛)を必須成分として含み、有機防縮剤、炭素質材料、硫酸バリウムなどの添加剤を含み得る。充電状態の負極活物質は、海綿状鉛であるが、未化成の負極板は、通常、鉛粉を用いて作製される。
 有機防縮剤には、リグニン類および/または合成有機防縮剤からなる群より選択される少なくとも一種を用いてもよい。リグニン類としては、リグニン、リグニン誘導体などが挙げられる。リグニン誘導体としては、リグニンスルホン酸またはその塩(ナトリウム塩などのアルカリ金属塩など)などが挙げられる。合成有機防縮剤は、硫黄元素を含む有機高分子であり、一般に、分子内に複数の芳香環を含むとともに、硫黄含有基として硫黄元素を含んでいる。硫黄含有基の中では、安定形態であるスルホン酸基もしくはスルホニル基が好ましい。スルホン酸基は、酸型で存在してもよく、Na塩のように塩型で存在してもよい。
 有機防縮剤の具体例としては、硫黄含有基を有するとともに芳香環を有する化合物のアルデヒド化合物(アルデヒドまたはその縮合物、例えば、ホルムアルデヒドなど)による縮合物が好ましい。芳香環としては、ベンゼン環、ナフタレン環などが挙げられる。芳香環を有する化合物が複数の芳香環を有する場合には、複数の芳香環は直接結合や連結基(例えば、アルキレン基、スルホン基など)などで連結していてもよい。このような構造としては、例えば、ビフェニル、ビスフェニルアルカン、ビスフェニルスルホンなどが挙げられる。芳香環を有する化合物としては、例えば、上記の芳香環と、ヒドロキシ基および/またはアミノ基とを有する化合物が挙げられる。ヒドロキシ基やアミノ基は、芳香環に直接結合していてもよく、ヒドロキシ基やアミノ基を有するアルキル鎖として結合していてもよい。芳香環を有する化合物としては、ビスフェノール化合物、ヒドロキシビフェニル化合物、ヒドロキシナフタレン化合物、フェノール化合物などが好ましい。芳香環を有する化合物は、さらに置換基を有していてもよい。有機防縮剤は、これらの化合物の残基を一種含んでもよく、複数種含んでもよい。ビスフェノール化合物としては、ビスフェノールA、ビスフェノールS、ビスフェノールFなどが好ましい。
 硫黄含有基は、化合物に含まれる芳香環に直接結合していてもよく、例えば、硫黄含有基を有するアルキル鎖として芳香環に結合していてもよい。
 また、例えば、上記の芳香環を有する化合物と、単環式の芳香族化合物(アミノベンゼンスルホン酸、アルキルアミノベンゼンスルホン酸、フェノールスルホン酸またはその置換体など)との、アルデヒド化合物による縮合物を、有機防縮剤として用いてもよい。
 負極電極材料中に含まれる有機防縮剤の含有量は、例えば0.01質量%以上が好ましく、0.02質量%以上がより好ましく、0.05質量%以上が更に好ましい。一方、1.0質量%以下が好ましく、0.8質量%以下がより好ましく、0.5質量%以下が更に好ましい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。ここで、負極電極材料中に含まれる有機防縮剤の含有量とは、既化成の満充電状態の鉛蓄電池から、後述の方法で採取した負極電極材料における含有量である。
 負極電極材料中に含まれる炭素質材料としては、カーボンブラック、黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンなどを用いることができる。カーボンブラックとしては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ランプブラックなどが例示される。ファーネスブラックには、ケッチェンブラック(商品名)も含まれる。黒鉛は、黒鉛型の結晶構造を含む炭素材料であればよく、人造黒鉛および天然黒鉛のいずれであってもよい。
 負極電極材料中の炭素質材料の含有量は、例えば0.05質量%以上が好ましく、0.2質量%以上が更に好ましい。一方、4.0質量%以下が好ましく、3質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。
 負極電極材料中の硫酸バリウムの含有量は、例えば0.5質量%以上が好ましく、1質量%以上がより好ましく、1.3質量%以上が更に好ましい。一方、3.0質量%以下が好ましく、2.5質量%以下がより好ましく、2質量%以下が更に好ましい。これらの下限値と上限値とは任意に組み合わせることができる。
 以下、負極電極材料に含まれる有機防縮剤、炭素質材料および硫酸バリウムの定量方法について記載する。定量分析に先立ち、化成後の鉛蓄電池を満充電してから解体して分析対象の負極板を入手する。入手した負極板に水洗と乾燥とを施して負極板中の電解液を除く。(水洗は、水洗した負極板表面にpH試験紙を押し当て、試験紙の色が変化しないことが確認されるまで行う。ただし、水洗を行う時間は、2時間以内とする。水洗した負極板は、減圧環境下、60℃±5℃で6時間程度乾燥する。乾燥後に、負極板に貼付部材が含まれる場合には、剥離により負極板から貼付部材が除去される。)次に、負極板から負極電極材料を分離して未粉砕の試料Sを入手する。
[有機防縮剤]
 未粉砕の試料Sを粉砕し、粉砕された試料Sを1mol/LのNaOH水溶液に浸漬し、有機防縮剤を抽出する。抽出された有機防縮剤を含むNaOH水溶液から不溶成分を濾過で除く。得られた濾液(以下、分析対象濾液とも称する。)を脱塩した後、濃縮し、乾燥すれば、有機防縮剤の粉末(以下、分析対象粉末とも称する。)が得られる。脱塩は、濾液を透析チューブに入れて蒸留水中に浸して行えばよい。
 分析対象粉末の赤外分光スペクトル、分析対象粉末を蒸留水等に溶解して得られる溶液の紫外可視吸収スペクトル、分析対象粉末を重水等の溶媒に溶解して得られる溶液のNMRスペクトル、物質を構成している個々の化合物の情報を得ることができる熱分解GC-MSなどから情報を得ることで、有機防縮剤を特定する。
 上記分析対象濾液の紫外可視吸収スペクトルを測定する。スペクトル強度と予め作成した検量線とを用いて、負極電極材料中の有機防縮剤の含有量を定量する。分析対象の有機防縮剤の構造式の厳密な特定ができず、同一の有機防縮剤の検量線を使用できない場合は、分析対象の有機防縮剤と類似の紫外可視吸収スペクトル、赤外分光スペクトル、NMRスペクトルなどを示す、入手可能な有機防縮剤を使用して検量線を作成する。
[炭素質材料と硫酸バリウム]
 未粉砕の試料Sを粉砕し、粉砕された試料S10gに対し、20質量%濃度の硝酸を50ml加え、約20分加熱し、鉛成分を硝酸鉛として溶解させる。次に、硝酸鉛を含む溶液を濾過して、炭素質材料、硫酸バリウム等の固形分を濾別する。
 得られた固形分を水中に分散させて分散液とした後、篩いを用いて分散液から炭素質材料および硫酸バリウム以外の成分(例えば補強材)を除去する。次に、分散液に対し、予め質量を測定したメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を施し、濾別された試料とともにメンブレンフィルターを110℃±5℃の乾燥器で乾燥する。濾別された試料は、炭素質材料と硫酸バリウムとの混合試料である。乾燥後の混合試料とメンブレンフィルターとの合計質量からメンブレンフィルターの質量を差し引いて、混合試料の質量(A)を測定する。その後、乾燥後の混合試料をメンブレンフィルターとともに坩堝に入れ、700℃以上で灼熱灰化させる。残った残渣は酸化バリウムである。酸化バリウムの質量を硫酸バリウムの質量に変換して硫酸バリウムの質量(B)を求める。質量Aから質量Bを差し引いて炭素質材料の質量を算出する。
 負極板は、負極集電体に、負極ペーストを充填し、熟成および乾燥することにより未化成の負極板を作製し、その後、未化成の負極板を化成することにより形成できる。負極ペーストは、鉛粉と各種添加剤に、水と硫酸を加えて混練することで作製する。熟成工程では、室温、もしくはより高温かつ高湿度で、未化成の負極板を熟成させることが好ましい。
 化成は、鉛蓄電池の電槽内の硫酸を含む電解液中に、未化成の負極板を含む極板群を浸漬させた状態で、極板群を充電することにより行うことができる。ただし、化成は、鉛蓄電池または極板群の組み立て前に行ってもよい。化成により、海綿状鉛が生成する。
 (電解液)
 電解液は、硫酸を含む水溶液であり、必要に応じてゲル化させてもよい。化成後で満充電状態の鉛蓄電池における電解液の20℃における比重は、例えば1.20~1.35であり、1.25~1.32であることが好ましい。
 (セパレータ)
 負極板と正極板との間には、通常、セパレータが配置される。セパレータには、不織布、微多孔膜などが用いられる。不織布は、繊維を織らずに絡み合わせたマットであり、繊維を主体とする。例えば、セパレータの60質量%以上が繊維で形成されている。繊維としては、ガラス繊維、ポリマー繊維、パルプ繊維などを用いることができる。不織布は、繊維以外の成分、例えば耐酸性の無機粉体、結着剤としてのポリマーなどを含んでもよい。微多孔膜は、繊維成分以外を主体とする多孔性のシートであり、例えば、造孔剤(ポリマー粉末、オイルなど)を含む組成物をシート状に押し出し成形した後、造孔剤を除去して細孔を形成することにより得られる。微多孔膜は、ポリマー成分を主体とするものが好ましい。ポリマー成分としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンが好ましい。
 セパレータは、袋状に形成されていてもよい。その場合、袋状のセパレータが正極板を収容していてもよいし、負極板を収容してもよい。袋状のセパレータが正極板を収容する場合には、集電体から脱落し、電槽の底に堆積した正極電極材料が負極板と接触することで生じる下部短絡を抑制することができる。一方で、袋状のセパレータが負極板を収容する場合には、正極集電体が伸びて、セパレータを貫通することによる短絡を抑制できる。本実施形態のように、充電不足状態での使用が主となる使用条件では、正極集電体の伸びが問題となる場合は少ないため、正極包装も許容される。
(マット)
 マットが、正極板に設けられていてもよい。マットは、正極電極材料の露出面に貼り付けられ、正極板の熟成時の水分蒸発速度を遅くして、正極電極材料に亀裂が生じるのを抑制する作用を有する。また、極板の熟成後、電池の組み立てが終了する時まで(化成が完了するまで)、正極板の輸送に伴う振動等から正極板を保護し、正極電極材料の脱落を防ぐことができる。さらに、マットは、電池の組立後、実際の使用時においても、正極活物質の軟化および正極集電体の腐食による正極電極材料の脱落を防ぐ効果を奏し得る。
 マットは、セパレータと同様、多孔性の材料で構成される。マットは、織布または不織布を用いることができる。不織布は、繊維を織らずに絡み合わせたマットである。織布または不織布は、繊維を主体とする。例えば、多孔質層の60質量%以上が繊維で形成されている。織布または不織布を構成する繊維としては、ガラス繊維、ポリマー繊維(ポリオレフィン繊維、アクリル繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維などのポリエステル繊維など)、パルプ繊維などを用いることができる。中でも、ガラス繊維(例えばガラス繊維を含む不織布)が好ましい。
 ガラス繊維を含む不織布は、ポリエチレン系繊維を含む不織布と同等の電気抵抗および密度を有するとともに、比較的安価であり、製造が容易である。織布または不織布は、繊維以外の成分、例えば耐酸性の無機粉体、結着剤としてのポリマーなどを含んでもよい。
 マットは、1枚の織布または不織布で構成してもよく、複数枚の織布または不織布を重ね合わせて構成してもよい。マットの厚みは、例えば、5μm~600μmである。なお、多孔質層の厚みは、電解液を含まない乾燥状態における19.6kPa加圧時の厚みである。
 マットの厚みは、10μm~500μmが好ましい。マットの厚みを10μm以上とすることで、正極電極材料に生じる亀裂の抑制効果を十分に得られる。多孔質層の厚みが500μm以下とすることで、マットの配置による内部抵抗の増大、およびそれによる電池性能(PSOC寿命性能や充電受入性能など)の低下が抑制される。また、正極板の厚さが厚くなりすぎず、極板群を電槽内に挿入する際の妨げにならない。
 マットの厚みは、以下の手順により求められる。
 鉛蓄電池を分解し、正極板を取り出し、正極板からマットを剥がす。次いで、マットを水洗により硫酸を除去し、乾燥する。マットを10枚重ね合わせて積層体を形成し、その積層体の19.6KPa加圧時の厚みを測定し、積層体の厚みを10で除算した値を多孔質層の1枚当たりの厚みとして求める。
 図5に、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池の一例の外観を示す。
 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。
 極板群11は、それぞれ複数枚の負極板2および正極板3を、セパレータ4を介して積層することにより構成されている。ここでは、負極板2を収容する袋状のセパレータ4を示すが、セパレータの形態は特に限定されない。電槽12の一方の端部に位置するセル室14では、複数の負極板2を並列接続する負極棚部6が貫通接続体8に接続され、複数の正極板3を並列接続する正極棚部5が正極柱7に接続されている。正極柱7は蓋15の外部の正極端子17に接続されている。電槽12の他方の端部に位置するセル室14では、負極棚部6に負極柱9が接続され、正極棚部5に貫通接続体8が接続される。負極柱9は蓋15の外部の負極端子16と接続されている。各々の貫通接続体8は、隔壁13に設けられた貫通孔を通過して、隣接するセル室14の極板群11同士を直列に接続している。
 図5には、液式電池(ベント型電池)の例を示したが、鉛蓄電池は、制御弁式電池(VRLA型)でもよい。
 次に、鉛蓄電池の性能評価について説明する。
(a)PSOC寿命性能
 SBA S 0101:2014に準拠して、アイドリングストップ条件で、鉛蓄電池の充放電を行う。具体的には、5時間率容量が30Ahの電池の場合、25℃±2℃において、下記の(a)~(c)を1サイクルとして、放電末電圧が1.2V/セル以下になるまで繰り返し、このときのサイクル数を求める。なお、充放電時には、3600サイクル毎に40時間~48時間休止する。
 (a)放電1:32Aの電流値で59秒放電する。
 (b)放電2:300Aの電流値で1秒間放電する。
 (c)充電:制限電流100Aおよび2.33V/セルの電圧で60秒間充電する。
(b)極板不良
 熟成後の正極板について、マットが貼り付けてある場合にはマットを剥がし、正極電極材料の表面に生じた亀裂の有無を調べる。正極板の両面において、長さ1mm以上の亀裂をカウントする。3枚以上の正極板について、亀裂数の平均を求め、極板1枚あたりの亀裂数を評価する。
(c)腐食率
 所定の試験電池を用い、75℃±2℃水槽内で定電流1.7A(電流密度:0.0054A/cm)による過充電試験を5日間行い、その後、2日間休止させる操作(1週間)を3週間繰り返す。電流密度を算出する際の見かけの集電体面積は、正極集電体の枠骨の外法の高さと幅との積の2倍とする。
 3週間の過充電試験後、満充電状態の試験電池を解体して正極集電体を取り出し、水洗し、マンニットで腐食層を除去して乾燥する。その後、以下の式により腐食率を求める。
 腐食率(%)= {(過充電試験前の正極集電体の質量-過充電試験後にマンニット処理により腐食層を除去した正極集電体の質量)÷(過充電試験前の正極集電体の質量)} ×100
(d)集電体の伸び
 上記腐食率の評価において、3週間の過充電試験後の試験電池を解体し、正極集電体の枠骨の第1方向(高さ方向)および第2方向(幅方向)へ最も膨らんでいる部分の寸法をそれぞれ測定し、初期寸法と比較して幅伸び量と高さ伸び量を求める。
 本発明に係る鉛蓄電池を以下にまとめて記載する。
 (1)本発明の一側面は、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、を備えた鉛蓄電池であって、
 前記正極板は、集電体と、前記集電体に保持された正極電極材料と、を備え、
 前記集電体は、枠骨と、前記枠骨に設けられた耳と、前記枠骨の内側の内骨と、を有し、
 前記枠骨は、前記耳と連続する上部要素と、前記上部要素と対向する下部要素と、前記上部要素と前記下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、
 前記内骨は、前記上部要素から前記下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の前記側部要素から他方の前記側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、
 前記縦骨の前記第1方向に垂直な断面において、金属の繊維状組織の縞模様が見られ、
 前記断面の外周領域は、前記繊維状組織が前記断面の輪郭に沿って伸びる第1部分と、前記第1部分以外の第2部分と、で構成され、
 前記断面の輪郭の全長に占める前記第2部分に対応する輪郭の長さの割合Rが、30%以上であり、
 前記正極電極材料の前記集電体に対するオーバーペーストの厚みが0.20mm以上である。
 (2)上記(1)において、前記正極電極材料は、Sbを0.01~0.2質量%含有することが好ましい。
 (3)上記(1)または(2)において、前記オーバーペーストの厚みが0.21mm以上であることが好ましい。
 (4)上記(1)~(3)のいずれか1つにおいて、前記割合Rが、30%以上60%以下であることが好ましい。
 (5)上記(1)~(4)のいずれか1つにおいて、前記正極板は、前記正極電極材料の露出面に取り付けられたマットを備えることが好ましい。
 (6)上記(1)~(5)のいずれか1つにおいて、前記断面が、八角形であることが好ましい。
 (7)上記(1)~(6)のいずれか1つにおいて、前記集電体が、鉛または鉛合金の延伸シートの打ち抜き集電体であることが好ましい。
 (8)上記(1)~(7)のいずれか1つにおいて、前記内骨の厚みは、0.7mm以上であることが好ましい。
 (9)上記(1)~(8)のいずれか1つにおいて、前記内骨の厚みは、3mm以下であることが好ましい。
 (10)上記(1)~(9)のいずれか1つにおいて、前記内骨の骨幅は、0.7mm以上であることが好ましい。
 (11)上記(1)~(10)のいずれか1つにおいて、前記内骨の骨幅は、3mm以下であることが好ましい。
 (12)上記(1)~(11)のいずれか1つにおいて、前記正極電極材料の密度は、3.6g/cm3以上であることが好ましい。
 (13)上記(1)~(12)のいずれか1つにおいて、前記正極電極材料の密度は、4.8g/cm3以下であることが好ましい。
 (14)上記(1)~(13)のいずれか1つの鉛蓄電池を製造する方法であって、
 前記集電体を準備する工程と、前記集電体と前記正極電極材料とを含む前記正極板を得る工程と、を備え、
 前記集電体を準備する工程が、圧延板を準備する工程と、前記圧延板に対して打ち抜き加工を含む加工を行い、前記割合Rが30%以上の前記集電体を得る工程とを含み、
 前記正極板を得る工程において、前記正極電極材料の前記集電体に対するオーバーペーストの厚みを0.20mm以上とする、鉛蓄電池の製造方法。
 (15)上記(14)の製造方法において、前記集電体を得る工程が、前記打ち抜き加工により、格子状に形成された複数の中間骨を有する中間格子体を形成する工程と、前記中間格子体に対して前記中間格子体の厚さ方向からプレス加工を行って前記内骨の少なくとも一部を形成する工程と、を含み、
 前記プレス加工は、前記複数の中間骨の少なくとも一部において、前記中間骨の延伸方向と交差する骨幅方向における中央部よりも前記骨幅方向における少なくとも一方の端部が薄くなり、かつ、前記割合Rが30%以上となるように変形させることを含むことが好ましい。
 以下、本発明の実施形態について、実施例および比較例に基づいて更に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。
《電池A1~A4》
〈電池A1〉
(1)正極板の作製
 Pb-Ca-Sn系合金の圧延シートを打ち抜き、内骨にプレス加工を施して、集電体X1を得る。次に、鉛粉を含む正極ペーストを調製し、集電体の格子部に正極ペーストを充填し、熟成乾燥し、未化成の正極板を作製する。正極電極材料の化成後の密度は4.1g/cm3となるように調整する。
 集電体の表面から正極電極材料の外表面までの距離(オーバーペーストの厚み)は、化成後の満充電状態において、0.20mmとなるように調整する。
 集電体X1の緒元は下記の通りである。
 内骨の厚み(打ち抜き前の圧延シートの厚み):0.95mm
 枠骨の高さH:115mm
 枠骨の幅W:101mm
 断面Cの第2部分率R:17%(第1部分率:83%)
 断面Cの形状:八角形
(2)負極板の作製
 鉛粉、水、希硫酸、硫酸バリウム、カーボンブラックおよび有機防縮剤を混合して、負極ペーストを調製する。負極集電体に負極ペーストを充填し、熟成乾燥し、未化成の負極板を得る。
(3)鉛蓄電池の作製
 未化成の負極板を、袋状セパレータに収容し、正極板と積層し、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する。極板群をポリプロピレン製の電槽に電解液(20℃における比重が1.28の硫酸)とともに収容して、電槽内で化成を施し、2V、定格5時間率容量が30Ahである液式の鉛蓄電池A1を作製する。
〈電池A2〉
 電池A1において、三酸化アンチモン(Sb)を添加剤として含む正極ペーストを調製し、格子部に正極ペーストを充填する。添加剤は、化成後の正極電極材料を100質量部として、正極電極材料に含まれるSb量が元素換算で0.1質量部となるようにSb添加量を調整したものを用いる。
 これ以外については、電池A1と同様にして、鉛蓄電池A2を作製する。
〈電池A3〉
 正極集電体としてPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子X2を用いる。化成後の満充電状態において、正極集電体の表面から正極電極材料の外表面までの最短距離(オーバーペーストの厚み)は、0.19mmとなるように調整する。
 これ以外については、電池A1と同様にして、鉛蓄電池A3を作製する。
 エキスパンド格子X2を用いた正極板の緒元は下記の通りである。
 エキスパンド格子の非展開部の厚さ(耳部の厚さ): 1.00mm
 極板の高さ:115mm
 極板の幅:101mm
〈電池A4〉
 電池A3において、三酸化アンチモン(Sb)を添加剤として含む正極ペーストを調製し、格子部に正極ペーストを充填する。添加剤は、化成後の正極電極材料を100質量部として、正極電極材料に含まれるSb量が元素換算で0.1質量部となるように、Sb添加量を調整したものを用いる。
 これ以外については、電池A3と同様にして鉛蓄電池A4を作製する。
 電池A1~A4について、PSOC寿命性能および極板不良を評価した結果を表1に示す。表1では、PSOC寿命性能が、電池A1におけるPSOC寿命サイクル数を100とした相対値で示されている。また、極板不良率が、電池A1における亀裂数を100とした相対値で示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、正極集電体を打ち抜きにより形成した電池A1およびA2は、正極集電体がエキスパンド格子である電池A3およびA4と比べて、PSOC寿命性能が向上しているものの、極板不良率が増大している。
 一方、正極電極材料にSbを含有させることで、極板不良率が低減されることが分かる。特にエキスパンド格子の場合、電池A3とA4の比較から、Sbの含有により極板不良率は大幅に低減している。しかしながら、打ち抜き格子においては、電池A1とA2を比較すると、Sb含有による極板不良率の改善割合は、エキスパンド格子の場合ほど大きくはない。
《電池B1~B29》
 電池A1において、断面Cの第2部分率R、オーバーペーストの厚み、および、Sb添加量を変更する。第2部分率R、オーバーペーストの厚み、および、Sb添加量の組み合わせの異なる複数の鉛蓄電池(電池B1~B29)を作製し、極板不良率を評価する。
《電池C1~C10》
 正極集電体をエキスパンド格子で構成した電池A3において、オーバーペーストの厚み、および、Sb添加量を変更する。オーバーペーストの厚み、および、Sb添加量の組み合わせが異なる複数の鉛蓄電池(電池C1~C10)を作製し、極板不良率を評価する。
 図7に、オーバーペーストの厚みと、極板不良率との関係を示す。図7に示すように、Sb含有の有無、第2部分率Rの値に拘わらず、第2部分率Rが30%以上では、オーバーペーストの厚みを増加させてゆくに伴って、厚みが0.20mmを境に不良率が激減する傾向が見られる。
 したがって、第2部分率Rを30%以上とし、且つ、オーバーペースト厚みを0.20mm以上とすることによって、打ち抜き集電体においても極板不良が低減された鉛蓄電池を実現できる。より好ましくは、オーバーペースト厚みを0.21mm以上とすることによって、極板不良が大幅に低減された鉛蓄電池を実現できる。
 さらに、電池B8、B18、およびB25~B29(表2参照)を比較する。これらの鉛蓄電池は、オーバーペーストの厚みが0.21mm、および、Sb添加量が0.1質量%で共通であるが、第2部分率Rが異なっている。これらの鉛蓄電池の極板不良率を評価することで、極板不良率の第2部分率Rに対する依存性を評価することができる。
 図8に、第2部分率Rと、極板不良率との関係を示す。図8に示すように、第2部分率を高くするほど極板不良率は低減される。しかしながら、図8より、第2部分率が30~40%の領域において、極板不良率の低減度合いが急激に変化していることがわかる。第2部分率を40%から、40%を超える高い値にしたとしても、これによる極板不良率の改善効果は僅かである。
 一方で、第2部分率Rを高くするほど、過充電状態で使用される場合には、集電体が腐食により伸び易くなる。低い極板不良率を維持しながら、集電体の伸びを抑制する観点からは、第2部分率をある割合以下(例えば、60%以下)に制限することが好ましいといえる。
《電池D1》
 第2部分率が40%、オーバーペーストの厚みが0.21mmで、Sbを添加しない実施例2の電池(電池B13)において、正極板を熟成する工程の前に、ガラス繊維のマット(厚み100μm)を正極電極材料の露出面に貼り付ける。その後、マットが取り付けられた状態で、熟成乾燥を行い、極板群を電槽に挿入し、化成を行う。
 これ以外については、電池B13と同様にして電池D1を作製し、極板不良率を評価する。
 電池B13の極板不良率は5.3(電池A1を100とした相対値)である(表2参照)。これに対し、電池D1の極板不良率は0.49であり、マットを設けることにより顕著に改善される。
 表2に、電池B1~B29、および電池D1の極板不良率を、第2部分率R、オーバーペーストの厚み、Sb含有量、および、マットの有無と併せて示す。表3に、電池C1~C10の極板不良率を、オーバーペーストの厚み、Sb含有量、および、マットの有無と併せて示す。
 表2において、オーバーペーストの厚みが0.20mmで第2部分率Rが40%の電池B12、B17、B21、B22同士を比較することによって、および、オーバーペーストの厚みが0.21mmで第2部分率Rが40%の電池B13、B18、B23、B24同士を比較することによって、正極電極材料中にSbを金属換算で0.01~0.2質量%の範囲で含有した鉛蓄電池は、極板不良を一層低減することができることが分かる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
《電池E1~E6》
 正極電極材料を担持しない正極集電体を正極板として用い、試験電池E1を作製する。正極集電体には、電池A1における正極集電体X1を用いる。試験電池E1は、正極集電体1枚とこれを挟持する既化成の負極板2枚と電解液とで構成する。負極板は袋状セパレータに収容する。電解液には20℃における比重が1.28の硫酸を用いる。
 また、正極集電体X1の作製において、内骨のプレス加工条件を調整することによって、断面Cの第2部分率Rを変更した正極集電体を作製する。
 作製した正極集電体を用いて、試験電池E1と同様にして、第2部分率Rが異なる試験電池E2~E6を作製し、試験電池E1と併せて、腐食率および集電体の伸びを評価する。
 図9に、第2部分率と、腐食率、および、枠骨の高さ方向の伸び量(変形量)との関係を示す。図9より、腐食率は第2部分率が17%~65%の範囲において略一定である。一方、枠骨の高さ方向の伸びは、第2部分率を65%から減少させてゆくに伴って減少するが、40%以下では殆ど変化せず、17%~40%の範囲において略一定である。
 正極集電体の枠骨が高さ方向に伸びることによって、正極電極材料が正極集電体から脱落し易くなる。また、セル室の上部において、正極板が負極ストラップ(図5の負極棚部6に相当)と接触し、短絡が発生し得る。しかしながら、前者については、オーバーペーストの厚みを厚く、0.20mm以上とすることにより、電解液が集電体表面にまで侵入することを防ぐことで腐食を緩和させて、正極電極材料の脱落を抑制できる。
 後者の負極ストラップとの接触による短絡については、負極ストラップ下面から正極板の頂上部までの離間距離は一般に10mm程度であるので、正極集電体の伸びが6mm程度より短ければ、正極板と負極ストラップとの接触による短絡は抑制できる。図9より、第2部分率が60%以下(より好ましくは、56%以下)であれば、正極集電体の伸びは6mm以下となるので、正極板と負極ストラップとの接触による短絡を抑制できる。
 さらに、第2部分率を40%以下とすることによって、正極集電体の腐食による伸び(特に、高さ方向の伸び)が抑制される。これにより、正極電極材料の正極集電体からの脱落が抑制される。また、負極ストラップの位置に依ることなく、正極板と負極ストラップとの短絡が抑制される。
 表4に、電池E1~E6の腐食率、および、高さ伸びの評価結果を、第2部分率Rの値と併せて示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
 本発明に係る鉛蓄電池用格子体は、制御弁式および液式の鉛蓄電池に適用可能であり、自動車、バイクなどの始動用電源や、電動車両(フォークリフトなど)などの産業用蓄電装置などの電源として好適に利用できる。
 1:鉛蓄電池、2:負極板、3:正極板、4:セパレータ、5:正極棚部、6:負極棚部、7:正極柱、8:貫通接続体、9:負極柱、11:極板群、12:電槽、13:隔壁、14:セル室、15:蓋、16:負極端子、17:正極端子、18:液口栓、41,42:正極電極材料の外表面、100:格子体、110:枠骨、111:上部要素、112:下部要素、113,114:側部要素、120:内骨、120A:縦骨、120B:横骨、130:耳、132:下部突起(足部)、210:第1部分、220:第2部分

Claims (18)

  1.  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、を備えた鉛蓄電池であって、
     前記正極板は、集電体と、前記集電体に保持された正極電極材料と、を備え、
     前記集電体は、枠骨と、前記枠骨に設けられた耳と、前記枠骨の内側の内骨と、を有し、
     前記枠骨は、前記耳と連続する上部要素と、前記上部要素と対向する下部要素と、前記上部要素と前記下部要素とを連結する一対の側部要素と、を具備し、
     前記内骨は、前記上部要素から前記下部要素に向かう第1方向に延びる縦骨と、一方の前記側部要素から他方の前記側部要素に向かう第2方向に延びる横骨と、を具備し、
     前記縦骨の前記第1方向に垂直な断面において、金属の繊維状組織の縞模様が見られ、
     前記断面の外周領域は、前記繊維状組織が前記断面の輪郭に沿って伸びる第1部分と、前記第1部分以外の第2部分と、で構成され、
     前記断面の輪郭の全長に占める前記第2部分に対応する輪郭の長さの割合Rが、30%以上であり、
     前記正極電極材料の前記集電体に対するオーバーペーストの厚みが0.20mm以上である、鉛蓄電池。
  2.  前記正極電極材料は、Sbを0.01~0.2質量%含有する、請求項1に記載の鉛蓄電池。
  3.  前記オーバーペーストの厚みが0.21mm以上である、請求項1または2に記載の鉛蓄電池。
  4.  前記割合Rが、30%以上60%以下である、請求項1~3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  5.  前記正極板は、前記正極電極材料の露出面に取り付けられたマットを備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  6.  前記断面が、八角形である、請求項1~5のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  7.  前記集電体が、鉛または鉛合金の延伸シートの打ち抜き集電体である、請求項1~6のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  8.  前記内骨の厚みは、0.7mm以上である、請求項1~7のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  9.  前記内骨の厚みは、3mm以下である、請求項1~8のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  10.  前記内骨の厚みは、0.7mm以上3mm以下である、請求項1~7のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  11.  前記内骨の骨幅は、0.7mm以上である、請求項1~10のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  12.  前記内骨の骨幅は、3mm以下である、請求項1~11のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  13.  前記内骨の骨幅は、0.7mm以上3mm以下である、請求項1~10のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  14.  前記正極電極材料の密度は、3.6g/cm3以上である、請求項1~13のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  15.  前記正極電極材料の密度は、4.8g/cm3以下である、請求項1~14のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  16.  前記正極電極材料の密度は、3.6g/cm3以上4.8g/cm3以下である、請求項1~13のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
  17.  請求項1~7のいずれか1項に記載の鉛蓄電池を製造する方法であって、
     前記集電体を準備する工程と、
     前記集電体と前記正極電極材料とを含む前記正極板を得る工程と、を備え、
     前記集電体を準備する工程が、
     圧延板を準備する工程と、
     前記圧延板に対して打ち抜き加工を含む加工を行い、前記割合Rが30%以上の前記集電体を得る工程と、を含み、
     前記正極板を得る工程において、前記正極電極材料の前記集電体に対するオーバーペーストの厚みを0.20mm以上とする、鉛蓄電池の製造方法。
  18.  前記集電体を得る工程が、
     前記打ち抜き加工により、格子状に形成された複数の中間骨を有する中間格子体を形成する工程と、
     前記中間格子体に対して前記中間格子体の厚さ方向からプレス加工を行って前記内骨の少なくとも一部を形成する工程と、を含み、
     前記プレス加工は、前記複数の中間骨の少なくとも一部において、前記中間骨の延びる方向と交差する骨幅方向における中央部よりも前記骨幅方向における少なくとも一方の端部が薄くなり、かつ、前記割合Rが30%以上となるように変形させることを含む、請求項8に記載の鉛蓄電池の製造方法。
     
PCT/JP2019/040718 2018-10-16 2019-10-16 鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法 Ceased WO2020080422A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19872468.4A EP3855536A4 (en) 2018-10-16 2019-10-16 LEAD STORAGE BATTERY AND METHOD OF PRODUCTION
CN201980068577.7A CN112868116A (zh) 2018-10-16 2019-10-16 铅蓄电池和铅蓄电池的制造方法
JP2020553247A JP7248034B2 (ja) 2018-10-16 2019-10-16 鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-194797 2018-10-16
JP2018194797 2018-10-16

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020080422A1 true WO2020080422A1 (ja) 2020-04-23

Family

ID=70283840

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/040718 Ceased WO2020080422A1 (ja) 2018-10-16 2019-10-16 鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3855536A4 (ja)
JP (1) JP7248034B2 (ja)
CN (1) CN112868116A (ja)
WO (1) WO2020080422A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021210244A1 (ja) * 2020-04-14 2021-10-21 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池用集電体、鉛蓄電池用正極板、および鉛蓄電池
JPWO2022113626A1 (ja) * 2020-11-27 2022-06-02
JP7262683B1 (ja) * 2021-05-19 2023-04-21 エンテックアジア株式会社 ガラス繊維と熱融着性バインダー繊維を使用した鉛蓄電池用不織布
WO2025079411A1 (ja) * 2023-10-11 2025-04-17 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池
EP4485610A4 (en) * 2022-04-26 2025-09-03 Gs Yuasa Int Ltd Lead storage battery

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4525129A4 (en) * 2022-06-30 2025-09-10 Gs Yuasa Int Ltd LEAD-ACID BATTERY

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5160936A (ja) 1974-11-01 1976-05-27 Furukawa Electric Co Ltd Namarichikudenchonamarikoshiban
JPH06267544A (ja) * 1993-03-12 1994-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛蓄電池用極板とこれを用いた鉛蓄電池
JPH10275618A (ja) 1997-03-31 1998-10-13 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池用正極板
JP2005056622A (ja) * 2003-08-08 2005-03-03 Japan Storage Battery Co Ltd 鉛蓄電池用格子の製造方法および鉛蓄電池
JP2013122838A (ja) * 2011-12-09 2013-06-20 Furukawa Battery Co Ltd:The 鉛蓄電池用の正極格子体
JP2015038860A (ja) 2013-07-19 2015-02-26 株式会社Gsユアサ 液式鉛蓄電池及び液式鉛蓄電池を用いたアイドリングストップ車
WO2015056417A1 (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 株式会社Gsユアサ 制御弁式鉛蓄電池
JP2017139215A (ja) * 2016-02-02 2017-08-10 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池用の正極板、鉛蓄電池、鉛蓄電池用の正極板の製造方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5160936A (ja) 1974-11-01 1976-05-27 Furukawa Electric Co Ltd Namarichikudenchonamarikoshiban
JPH06267544A (ja) * 1993-03-12 1994-09-22 Matsushita Electric Ind Co Ltd 鉛蓄電池用極板とこれを用いた鉛蓄電池
JPH10275618A (ja) 1997-03-31 1998-10-13 Shin Kobe Electric Mach Co Ltd 鉛蓄電池用正極板
JP2005056622A (ja) * 2003-08-08 2005-03-03 Japan Storage Battery Co Ltd 鉛蓄電池用格子の製造方法および鉛蓄電池
JP2013122838A (ja) * 2011-12-09 2013-06-20 Furukawa Battery Co Ltd:The 鉛蓄電池用の正極格子体
JP2015038860A (ja) 2013-07-19 2015-02-26 株式会社Gsユアサ 液式鉛蓄電池及び液式鉛蓄電池を用いたアイドリングストップ車
WO2015056417A1 (ja) * 2013-10-15 2015-04-23 株式会社Gsユアサ 制御弁式鉛蓄電池
JP2017139215A (ja) * 2016-02-02 2017-08-10 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池用の正極板、鉛蓄電池、鉛蓄電池用の正極板の製造方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3855536A4

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021210244A1 (ja) * 2020-04-14 2021-10-21 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池用集電体、鉛蓄電池用正極板、および鉛蓄電池
JPWO2022113626A1 (ja) * 2020-11-27 2022-06-02
WO2022113626A1 (ja) * 2020-11-27 2022-06-02 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池
JP7718427B2 (ja) 2020-11-27 2025-08-05 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池
JP7262683B1 (ja) * 2021-05-19 2023-04-21 エンテックアジア株式会社 ガラス繊維と熱融着性バインダー繊維を使用した鉛蓄電池用不織布
EP4485610A4 (en) * 2022-04-26 2025-09-03 Gs Yuasa Int Ltd Lead storage battery
WO2025079411A1 (ja) * 2023-10-11 2025-04-17 株式会社Gsユアサ 鉛蓄電池

Also Published As

Publication number Publication date
EP3855536A1 (en) 2021-07-28
JP7248034B2 (ja) 2023-03-29
EP3855536A4 (en) 2022-08-03
JPWO2020080422A1 (ja) 2021-09-09
CN112868116A (zh) 2021-05-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7248034B2 (ja) 鉛蓄電池、および、鉛蓄電池の製造方法
JP7347438B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7355005B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7318660B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7264175B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7347439B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7248033B2 (ja) 鉛蓄電池およびその製造方法
JPWO2019021691A1 (ja) 鉛蓄電池
JP7463719B2 (ja) 蓄電池用集電体および電極板
JP7601092B2 (ja) 鉛蓄電池用集電体、鉛蓄電池用正極板、および鉛蓄電池
JP7452429B2 (ja) 鉛蓄電池用集電体およびその製造方法
JP2024104758A (ja) 鉛蓄電池
JPWO2019021690A1 (ja) 鉛蓄電池
JP7099448B2 (ja) 鉛蓄電池
JP7722170B2 (ja) 鉛蓄電池
JP2024005293A (ja) 鉛蓄電池
JP2023171008A (ja) 鉛蓄電池用の正極集電体および鉛蓄電池

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19872468

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020553247

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2101002186

Country of ref document: TH

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019872468

Country of ref document: EP

Effective date: 20210422