JP7643273B2 - Separator for lead-acid battery and lead-acid battery including same - Google Patents
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Description
本発明は、鉛蓄電池用セパレータおよびそれを含む鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to a separator for a lead-acid battery and a lead-acid battery including the same.
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。鉛蓄電池は、正極板および負極板と、これらの間に介在するセパレータと、電解液と、を含む。鉛蓄電池のセパレータには、様々な性能が要求される。セパレータとしては、一般にポリオレフィン製の多孔質フィルムが使用されている。 Lead-acid batteries are used in vehicles, industrial applications, and a variety of other applications. Lead-acid batteries contain positive and negative electrode plates, a separator between them, and an electrolyte. Separators for lead-acid batteries are required to have a variety of performance characteristics. Porous films made of polyolefin are generally used as separators.
特許文献1は、ポリオレフィン微孔性膜を含む鉛蓄電池のためのセパレータであって、前記ポリオレフィン微孔性膜は、好ましくは超高分子量ポリエチレンであるポリエチレンと、粒子状充填剤と、処理可塑剤と、を含み、前記粒子状充填剤は重量で40%以上の量で存在し、前記ポリエチレンは、複数の伸び切り鎖結晶(シシ形成)及び複数の折り畳み鎖結晶(ケバブ形成)を含むシシケバブ形成のポリマーを含み、前記ケバブ形成の平均繰り返し又は周期は1nmから150nmであり、好ましくは120nm未満である、セパレータを提案している。
セパレータとして、多孔質フィルムとガラスマットとを併用する場合もある。例えば、特許文献2は、正極板と負極板と電解液とセパレータとを備えた鉛蓄電池において、前記セパレータは多孔質シートとガラスマットから成り、前記電解液がアルミニウムイオンを0.02mol/L以上0.2mol/L以下、リチウムイオンを0.02mol/L以上0.2mol/L以下含有することを特徴とする、鉛蓄電池を提案している。 In some cases, a porous film and a glass mat are used together as a separator. For example, Patent Document 2 proposes a lead-acid battery having a positive electrode plate, a negative electrode plate, an electrolyte, and a separator, the separator being made of a porous sheet and a glass mat, and the electrolyte containing aluminum ions at 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less, and lithium ions at 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less.
特許文献3は、多孔性樹脂薄膜とガラスマットとを積層したセパレータを正極板と負極板との間に介在させ、これらを交互に積層した極板群を電槽に収納してなる鉛蓄電池において、(a)合成樹脂薄膜のベース部の少なくとも片面に複数条のリブ部が設けられ、(b)夫々のリブ部間にガラスマットが貼付され、(c)且つ両端のリブ部の外側にもガラスマットが貼付されること、更に、(d)前記ガラスマットが該合成樹脂薄膜のベース部に着接された際、着接面の反対側の該ガラスマット表面が、リブ部の頂面より高くなる厚さを有し、(e)該ガラスマットが前記合成樹脂薄膜に貼付されたセパレータが極板群に挿入され、鉛蓄電池の電槽内に収納された際、リブ部が正極板に当接するまで該ガラスマットが加圧圧縮され、そのスタッキング圧が10~60kPaであること、を特徴とした鉛蓄電池を提案している。 Patent Document 3 proposes a lead-acid battery in which a separator made of a porous resin thin film and a glass mat is interposed between positive and negative plates, and a group of electrodes in which these are alternately stacked is housed in a battery case, characterized in that (a) at least one side of the base part of the synthetic resin thin film is provided with a plurality of rib parts, (b) glass mats are attached between each of the rib parts, (c) glass mats are also attached to the outside of the rib parts at both ends, and further, (d) when the glass mat is attached to the base part of the synthetic resin thin film, the surface of the glass mat on the opposite side to the attached surface has a thickness that is higher than the top surface of the rib parts, and (e) when the separator with the glass mat attached to the synthetic resin thin film is inserted into the group of electrodes and housed in the battery case of the lead-acid battery, the glass mat is compressed under pressure until the rib parts come into contact with the positive plates, and the stacking pressure is 10 to 60 kPa.
鉛蓄電池では、充放電を繰り返すと、正極電極材料が軟化する。特許文献2または3のように、ガラス繊維マットを設けると、軟化した正極電極材料の脱落を低減するのに有利である。しかし、積層体であるセパレータでは、多孔質フィルムのみの場合に比べると抵抗が高くなるため、コールドクランキング電流(Cold Cranking Ampere:CCA)性能が低下する。多孔質フィルムの厚さを小さくすれば、CCA性能の低下を軽減できる。しかし、ガラス繊維マットの厚さはそれほど大きくないため、脱落した正極電極材料または集電体の端部などがガラス繊維マットを貫通し易い。積層体を構成する多孔質フィルムの厚さが小さいと、多孔質フィルムが破れて短絡するため、重負荷寿命試験における寿命性能が低下する。従って、高いCCA性能を確保しながら、重負荷寿命試験における優れた寿命性能を確保することは難しい。以下、重負荷寿命試験などの重負荷サイクルにおける寿命性能を、単に重負荷寿命性能と称することがある。 In lead-acid batteries, the positive electrode material softens when the battery is repeatedly charged and discharged. As in Patent Document 2 or 3, the provision of a glass fiber mat is advantageous in reducing the shedding of the softened positive electrode material. However, in a separator that is a laminate, the resistance is higher than in the case of only a porous film, and the cold cranking ampere (CCA) performance is reduced. The reduction in the thickness of the porous film can reduce the reduction in the CCA performance. However, since the thickness of the glass fiber mat is not so large, the fallen positive electrode material or the end of the current collector is likely to penetrate the glass fiber mat. If the thickness of the porous film that constitutes the laminate is small, the porous film breaks and shorts out, and the life performance in the heavy load life test is reduced. Therefore, it is difficult to ensure excellent life performance in the heavy load life test while ensuring high CCA performance. Hereinafter, the life performance in a heavy load cycle such as a heavy load life test may be simply referred to as the heavy load life performance.
本開示の一側面は、鉛蓄電池用セパレータであって、
前記セパレータは、樹脂製の多孔質フィルムと、ガラス繊維マットとの積層体を含み、
前記多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含み、
前記多孔質フィルムのX線回折スペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが、0.60以上であり、
A1は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である第1回折ピークの面積であり、
A2は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い第2回折ピークの面積である、鉛蓄電池用セパレータに関する。
One aspect of the present disclosure is a separator for a lead-acid battery,
The separator includes a laminate of a porous resin film and a glass fiber mat,
The porous film includes a crystalline region and an amorphous region,
In the X-ray diffraction spectrum of the porous film, the ratio R represented by A 1 /(A 1 +A 2 ) is 0.60 or more;
A1 is the area of the first diffraction peak having the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region,
A2 relates to a separator for a lead-acid battery, in which the area of a second diffraction peak having the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region is the area of a second diffraction peak.
鉛蓄電池において、高いCCA性能を確保しながら、優れた重負荷寿命性能を確保することができる。 In lead-acid batteries, it is possible to ensure excellent heavy-load life performance while maintaining high CCA performance.
本発明の一側面に係る鉛蓄電池用セパレータは、樹脂製の多孔質フィルムと、ガラス繊維マットとの積層体を含む。多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含む。多孔質フィルムのX線回折(X-ray diffraction:XRD)スペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが、0.60以上である。ここで、A1は、上記の結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である回折ピーク(第1回折ピーク)の面積である。A2は、結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い回折ピーク(第2回折ピーク)の面積である。 A lead-acid battery separator according to one aspect of the present invention includes a laminate of a resin porous film and a glass fiber mat. The porous film includes a crystalline region and an amorphous region. In an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the porous film, a ratio R represented by A 1 /(A 1 +A 2 ) is 0.60 or more. Here, A 1 is the area of a diffraction peak (first diffraction peak) having the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region. A 2 is the area of a diffraction peak (second diffraction peak) having the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
比率Rは、多孔質フィルムの結晶性の程度を示している。従来のセパレータに用いられる多孔質フィルムでは、例えば、比率Rはおおよそ0.58以下と比較的低い傾向がある。それに対し、上記側面のセパレータでは、多孔質フィルムの比率Rが0.60以上であり、従来に比べて、結晶性が高い多孔質フィルムが用いられる。セパレータを構成する多孔質フィルムの結晶性が高まることで、多孔質フィルム自体の強度(具体的には、突き刺し強度)を向上させることができる。そのため、脱落した正極電極材料または集電体の端部がガラス繊維マットを貫通して、多孔質フィルムに接触しても、多孔質フィルムを貫通したり、酸化劣化により多孔質フィルムが破れたりして、短絡が起こることを抑制することができる。これによって、正極電極材料の脱落が生じ易い条件である重負荷寿命試験における寿命性能を向上できる。多孔質フィルムの比率Rを0.60以上とすることで、多孔質フィルムの厚さを小さくしても、ある程度の強度を確保することができる。多孔質フィルムの厚さを小さくしても、高い重負荷寿命性能が得られることから、CCA性能の低下を抑制することができる。このように、高いCCA性能を確保しながら、優れた重負荷寿命性能を確保することができる。 The ratio R indicates the degree of crystallinity of the porous film. In the porous film used in the conventional separator, the ratio R tends to be relatively low, for example, approximately 0.58 or less. In contrast, in the separator of the above side, the ratio R of the porous film is 0.60 or more, and a porous film with higher crystallinity than the conventional one is used. By increasing the crystallinity of the porous film constituting the separator, the strength of the porous film itself (specifically, piercing strength) can be improved. Therefore, even if the end of the fallen positive electrode material or the current collector penetrates the glass fiber mat and contacts the porous film, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit due to the penetration of the porous film or the breakage of the porous film due to oxidative deterioration. This can improve the life performance in the heavy load life test, which is a condition under which the positive electrode material is likely to fall off. By making the ratio R of the porous film 0.60 or more, a certain degree of strength can be secured even if the thickness of the porous film is reduced. Since high heavy load life performance can be obtained even if the thickness of the porous film is reduced, the deterioration of CCA performance can be suppressed. In this way, it is possible to ensure high CCA performance while also ensuring excellent heavy load life performance.
本明細書中、重負荷寿命性能とは、定格容量(5時間率容量)を100%とするとき、1回の放電の深さが20%以上の領域(重負荷領域とも称される。)での放電と充電とのサイクルを繰り返したときの寿命性能である。このような放電と充電とのサイクルを重負荷サイクルと称することがある。 In this specification, heavy load life performance refers to the life performance when a cycle of discharge and charge is repeated in a region (also called the heavy load region) where the depth of discharge in one cycle is 20% or more, assuming the rated capacity (5-hour rate capacity) to be 100%. Such a cycle of discharge and charge is sometimes called a heavy load cycle.
なお、多孔質フィルム自体が鉛蓄電池用のセパレータとして利用されることもある。鉛蓄電池用の多孔質フィルムセパレータは、リチウムイオン二次電池などのセパレータとは異なり、ある程度大きな厚さを有する。また、多孔質フィルムの厚さが大きいほど、結晶性を高めることが難しくなる傾向があることに加え、結晶性が大きくなると、多孔質フィルムが硬く脆くなる傾向がある。このような観点から、従来の鉛蓄電池用のセパレータに利用される多孔質フィルムでは、結晶性を制御することはなされていなかった。このような従来の常識に対し、本発明の一側面の鉛蓄電池用セパレータでは、ガラス繊維マットと積層する多孔質フィルムの比率Rを0.60以上とすることで、多孔質フィルムの抵抗を低く抑えながら、高い強度を確保することができ、ガラス繊維マットとの積層体の抵抗の増加を抑制することができる。 The porous film itself may also be used as a separator for a lead-acid battery. Unlike separators for lithium-ion secondary batteries, etc., a porous film separator for a lead-acid battery has a certain degree of thickness. In addition, the thicker the porous film, the more difficult it tends to be to increase the crystallinity. In addition, as the crystallinity increases, the porous film tends to become hard and brittle. From this perspective, the crystallinity has not been controlled in conventional porous films used in separators for lead-acid batteries. In contrast to this conventional wisdom, in one aspect of the lead-acid battery separator of the present invention, the ratio R of the porous film laminated to the glass fiber mat is set to 0.60 or more, so that the resistance of the porous film can be kept low while high strength can be ensured, and an increase in the resistance of the laminate with the glass fiber mat can be suppressed.
多孔質フィルムの厚さは、100μm以上であることが好ましい。厚さがこのような範囲である場合、より高い強度が確保し易く、より高い重負荷寿命性能を確保することができる。多孔質フィルムの厚さは、300μm以下であることが好ましい。この場合、多孔質フィルムの抵抗を低く抑え易いため、比較的高いCCA性能が得られ易い。 The thickness of the porous film is preferably 100 μm or more. When the thickness is in this range, it is easy to ensure higher strength and higher heavy load life performance. The thickness of the porous film is preferably 300 μm or less. In this case, it is easy to keep the resistance of the porous film low, so it is easy to obtain relatively high CCA performance.
比率Rは、0.9以下であることが好ましい。この場合、多孔質フィルムの劣化を抑制しながらも、多孔質フィルムの柔軟性が確保し易いことに加え、製造が容易である。 It is preferable that the ratio R is 0.9 or less. In this case, it is easy to ensure the flexibility of the porous film while suppressing deterioration of the porous film, and it is also easy to manufacture.
多孔質フィルムは、ポリオレフィンを含むことが好ましく、少なくともエチレン単位を含むポリオレフィンを含むことがより好ましい。このような多孔質フィルムは、強度が比較的低くなる傾向があるが、比率Rの調節が比較的容易であり、比率Rを調節することでセパレータの強度を高めることができる。少なくともエチレン単位を含むポリオレフィンを多孔質フィルムが含む場合、第1回折ピークは、結晶質領域による(110)面に相当し、第2回折ピークは、結晶質領域による(200)面に相当する。 The porous film preferably contains a polyolefin, and more preferably contains a polyolefin containing at least ethylene units. Such porous films tend to have relatively low strength, but the ratio R is relatively easy to adjust, and the strength of the separator can be increased by adjusting the ratio R. When the porous film contains a polyolefin containing at least ethylene units, the first diffraction peak corresponds to the (110) plane due to the crystalline region, and the second diffraction peak corresponds to the (200) plane due to the crystalline region.
多孔質フィルムは、端部の少なくとも一部に、ガラス繊維マットで覆われていない領域を有していてもよい。このような領域では、脱落した正極電極材料が、多孔質フィルムに突き刺さったり、多孔質フィルムに接触して酸化劣化させたりすることで、短絡が生じ、重負荷寿命試験における寿命性能が低下し易い。しかし、このような場合であっても、多孔質フィルムの比率Rが高いことで、多孔質フィルム自体の強度を向上させることができるため、短絡の発生を低減することができる。 The porous film may have an area at least partially at the end that is not covered with the glass fiber mat. In such an area, the fallen positive electrode material may pierce the porous film or come into contact with the porous film and cause oxidative deterioration, which may cause a short circuit and reduce the life performance in a heavy load life test. However, even in such a case, the high ratio R of the porous film can improve the strength of the porous film itself, thereby reducing the occurrence of short circuits.
本発明は、上記の鉛蓄電池用セパレータを含む鉛蓄電池も包含する。鉛蓄電池は、極板群および電解液を含む少なくとも1つのセルを含み、極板群は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に介在する上記のセパレータとを含む。ここでセパレータのガラス繊維マットは、正極板と接触している。上記のセパレータを用いることで、セパレータの抵抗を低く抑えることができ、高いCCA性能を確保することができる。多孔質フィルムの高い強度が得られることで、脱落した正極電極材料または集電体の端部による多孔質フィルムの破れが抑制され、短絡の発生が抑制されることから、優れた重負荷寿命性能を確保することができる。 The present invention also includes a lead-acid battery including the above-mentioned separator for lead-acid batteries. The lead-acid battery includes at least one cell including an electrode plate group and an electrolyte, and the electrode plate group includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and the above-mentioned separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate. Here, the glass fiber mat of the separator is in contact with the positive electrode plate. By using the above-mentioned separator, the resistance of the separator can be kept low, and high CCA performance can be ensured. By obtaining high strength of the porous film, tearing of the porous film due to the fallen positive electrode material or the end of the current collector is suppressed, and the occurrence of short circuits is suppressed, so that excellent heavy load life performance can be ensured.
鉛蓄電池は、制御弁式電池であってもよいが、液式電池(ベント型電池)が好ましい。制御弁式鉛蓄電池は、VRLA(Valve Regulated Lead-Acid Battery)と呼ばれることがある。 The lead acid battery may be a valve regulated battery, but a flooded battery (vented battery) is preferred. Valve regulated lead acid batteries are sometimes called VRLA (Valve Regulated Lead-Acid Battery).
本明細書中、鉛蓄電池または鉛蓄電池の構成要素(極板、電槽、セパレータなど)の上下方向は、鉛蓄電池が使用される状態において、鉛蓄電池の鉛直方向における上下方向を意味する。なお、正極板および負極板の各極板は、外部端子と接続するための耳部を備えており、液式電池では、耳部は、極板の上部に上方に突出するように設けられている。 In this specification, the up-down direction of a lead-acid battery or components of a lead-acid battery (electrode plates, battery case, separator, etc.) refers to the up-down direction in the vertical direction of the lead-acid battery when the lead-acid battery is in use. Each of the positive and negative electrode plates has a lug for connecting to an external terminal, and in a liquid battery, the lug is provided on the top of the electrode plate so as to protrude upward.
以下、本発明の実施形態に係るセパレータおよび鉛蓄電池について、図面を参照しながらより具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されない。 Below, the separator and lead-acid battery according to the embodiment of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment.
(セパレータ)
セパレータは、樹脂製の多孔質フィルムと、ガラス繊維マットとの積層体と含む。
(Separator)
The separator includes a laminate of a porous resin film and a glass fiber mat.
(多孔質フィルム)
多孔質フィルムは、多孔質フィルムの構成材料(具体的には樹脂材料)の分子が比較的規則正しく配列した(つまり、配列性が高い)結晶質領域と、配列性が低い非晶質領域とを含む。そのため、多孔質フィルムのXRDスペクトルでは、結晶質領域による回折ピークが観察されるとともに、非晶質領域による散乱光がハローとして観察される。多孔質フィルムのXRDスペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが0.60以上であることによって、多孔質フィルムの高い強度が得られる。ここで、A1は、結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である回折ピーク(第1回折ピーク)の面積であり、A2は、結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い回折ピーク(第2回折ピーク)の面積である。
(Porous film)
The porous film includes a crystalline region in which the molecules of the constituent material (specifically, the resin material) of the porous film are arranged relatively regularly (i.e., highly ordered), and an amorphous region in which the molecules are arranged less ordered. Therefore, in the XRD spectrum of the porous film, a diffraction peak due to the crystalline region is observed, and scattered light due to the amorphous region is observed as a halo. In the XRD spectrum of the porous film, the ratio R represented by A1 /( A1 + A2 ) is 0.60 or more, so that the porous film has high strength. Here, A1 is the area of the diffraction peak (first diffraction peak) with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region, and A2 is the area of the diffraction peak (second diffraction peak) with the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
例えば、エチレン単位を含むポリオレフィンを含む多孔質フィルムのXRDスペクトルでは、結晶質領域の(110)面に相当する回折ピークが、2θが20°以上22.5°以下の範囲に観察され、結晶質領域の(200)面に相当する回折ピークが、2θが23°以上24.5°以下の範囲に観察される。また、非晶質領域のハローは、2θが17°以上27°以下の範囲に観察される。結晶質領域による回折ピークのうち、(110)面に相当する回折ピークは、ピーク高さが最大であり、第1回折ピークに相当する。(200)面に相当する回折ピークは、ピーク高さが2番目に高く、第2回折ピークに相当する。 For example, in the XRD spectrum of a porous film containing a polyolefin containing ethylene units, a diffraction peak corresponding to the (110) plane of the crystalline region is observed in the range of 2θ from 20° to 22.5°, and a diffraction peak corresponding to the (200) plane of the crystalline region is observed in the range of 2θ from 23° to 24.5°. A halo of the amorphous region is observed in the range of 2θ from 17° to 27°. Of the diffraction peaks due to the crystalline region, the diffraction peak corresponding to the (110) plane has the largest peak height and corresponds to the first diffraction peak. The diffraction peak corresponding to the (200) plane has the second highest peak height and corresponds to the second diffraction peak.
比率Rは、0.60以上であり、多孔質フィルムのより高い強度を確保する観点からは、0.65以上であってもよく、0.70以上または0.75以上であってもよい。比率Rは、0.9以下であってもよく、0.85以下または0.80以下であってもよい。比率Rがこのような範囲である場合、セパレータの柔軟性を担保し易いことに加え、製造が容易である。 The ratio R is 0.60 or more, and from the viewpoint of ensuring a higher strength of the porous film, it may be 0.65 or more, 0.70 or more, or 0.75 or more. The ratio R may be 0.9 or less, 0.85 or less, or 0.80 or less. When the ratio R is in such a range, it is easy to ensure the flexibility of the separator, and it is easy to manufacture.
比率Rは、0.60以上(または0.65以上)0.9以下、0.60以上(または0.65以上)0.85以下、0.60以上(または0.65以上)0.80以下、
0.70以上(または0.75以上)0.9以下、0.70以上(または0.75以上)0.85以下、あるいは0.70以上(または0.75以上)0.80以下であってもよい。
The ratio R is 0.60 or more (or 0.65 or more) and 0.9 or less, 0.60 or more (or 0.65 or more) and 0.85 or less, 0.60 or more (or 0.65 or more) and 0.80 or less,
It may be 0.70 or more (or 0.75 or more) and 0.9 or less, 0.70 or more (or 0.75 or more) and 0.85 or less, or 0.70 or more (or 0.75 or more) and 0.80 or less.
回折ピークの面積は、多孔質フィルムのXRDスペクトルにおいて、結晶質領域による回折ピークをフィッティングすることによって求められる。求められた第1回折ピークの面積A1および第2回折ピークの面積A2を用いて、上記の式から比率Rが求められる。 The areas of the diffraction peaks are obtained by fitting the diffraction peaks due to the crystalline regions in the XRD spectrum of the porous film. The ratio R is calculated from the above formula using the area A1 of the first diffraction peak and the area A2 of the second diffraction peak.
多孔質フィルムは、例えば、ポリマー材料(以下、ベースポリマーとも称する。)を含む。多孔質フィルムは、結晶質領域を含むため、ベースポリマーは、通常、結晶性ポリマーを含む。多孔質フィルムは、例えば、ポリオレフィンを含む。ポリオレフィンとは、少なくともオレフィン単位を含む重合体(つまり、少なくともオレフィンに由来するモノマー単位を含む重合体)である。 The porous film includes, for example, a polymer material (hereinafter also referred to as a base polymer). Since the porous film includes crystalline regions, the base polymer typically includes a crystalline polymer. The porous film includes, for example, a polyolefin. A polyolefin is a polymer that includes at least olefin units (i.e., a polymer that includes at least monomer units derived from an olefin).
ベースポリマーとして、ポリオレフィンと他のベースポリマーとを併用してもよい。多孔質フィルムに含まれるベースポリマー全体に占めるポリオレフィンの比率は、例えば、50質量%以上であり、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよい。ポリオレフィンの比率は、例えば、100質量%以下である。ベースポリマーをポリオレフィンのみで構成してもよい。ポリオレフィンの比率がこのように多い場合、多孔質フィルムの強度が低くなる傾向があるが、このような場合であっても、比率Rを上記の範囲とするため、高い強度を確保することができる。 As the base polymer, polyolefin may be used in combination with other base polymers. The ratio of polyolefin to the total base polymer contained in the porous film is, for example, 50% by mass or more, 80% by mass or more, or 90% by mass or more. The ratio of polyolefin is, for example, 100% by mass or less. The base polymer may be composed of polyolefin only. When the ratio of polyolefin is this high, the strength of the porous film tends to be low, but even in such a case, high strength can be ensured because the ratio R is in the above range.
ポリオレフィンには、例えば、オレフィンの単独重合体、異なるオレフィン単位を含む共重合体、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体が包含される。オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上のオレフィン単位を含んでいてもよい。また、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上の共重合性モノマー単位を含んでいてもよい。共重合性モノマー単位とは、オレフィン以外で、かつオレフィンと共重合可能な重合性モノマーに由来するモノマー単位である。 Polyolefins include, for example, homopolymers of olefins, copolymers containing different olefin units, and copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units. A copolymer containing olefin units and copolymerizable monomer units may contain one or more types of olefin units. A copolymer containing olefin units and copolymerizable monomer units may contain one or more types of copolymerizable monomer units. A copolymerizable monomer unit is a monomer unit derived from a polymerizable monomer other than an olefin and copolymerizable with an olefin.
ポリオレフィンとしては、例えば、少なくともC2-3オレフィンをモノマー単位として含む重合体が挙げられる。C2-3オレフィンとして、エチレンおよびプロピレンからなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。ポリオレフィンとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、C2-3オレフィンをモノマー単位として含む共重合体(例えば、エチレン-プロピレン共重合体)がより好ましい。ポリオレフィンの中では、少なくともエチレン単位を含むポリオレフィン(ポリエチレン、エチレン-プロピレン共重合体など)を用いることが好ましい。エチレン単位を含むポリオレフィン(ポリエチレン、エチレン-プロピレン共重合体など)と他のポリオレフィンとを併用してもよい。 The polyolefin may be, for example, a polymer containing at least a C 2-3 olefin as a monomer unit. The C 2-3 olefin may be at least one selected from the group consisting of ethylene and propylene. The polyolefin may be, for example, polyethylene, polypropylene, or a copolymer containing a C 2-3 olefin as a monomer unit (for example, an ethylene-propylene copolymer). Among the polyolefins, it is preferable to use a polyolefin containing at least an ethylene unit (polyethylene, ethylene-propylene copolymer, etc.). A polyolefin containing an ethylene unit (polyethylene, ethylene-propylene copolymer, etc.) may be used in combination with another polyolefin.
多孔質フィルムは、オイルを含むことが好ましい。多孔質フィルムがオイルを含む場合、多孔質フィルムの酸化劣化を抑制する効果が高まる。脱落した正極電極材料が接触しても、多孔質フィルムの酸化劣化が抑制されるため、破れの発生をより軽減することができる。 It is preferable that the porous film contains oil. When the porous film contains oil, the effect of suppressing oxidative deterioration of the porous film is enhanced. Even if the porous film comes into contact with fallen positive electrode material, the oxidative deterioration of the porous film is suppressed, so the occurrence of tearing can be further reduced.
オイルとは、室温(20℃以上35℃以下の温度)で液状であり、水と分離する疎水性物質を言う。オイルには、天然由来のオイル、鉱物オイル、および合成オイルが包含される。オイルとしては、鉱物オイル、合成オイルなどが好ましい。オイルとしては、例えば、パラフィンオイル、シリコーンオイルが挙げられる。多孔質フィルムは、オイルを一種含んでもよく、二種以上組み合わせて含んでもよい。 Oil refers to a hydrophobic substance that is liquid at room temperature (a temperature between 20°C and 35°C) and separates from water. Oil includes naturally occurring oils, mineral oils, and synthetic oils. Mineral oils and synthetic oils are preferred as oils. Examples of oils include paraffin oil and silicone oil. The porous film may contain one type of oil or a combination of two or more types of oil.
多孔質フィルム中のオイルの含有率は、11質量%以上18質量%以下が好ましい。オイルの含有率がこのような範囲である場合、多孔質フィルムの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる。また、セパレータの抵抗を比較的低く抑えることができる。 The oil content in the porous film is preferably 11% by mass or more and 18% by mass or less. When the oil content is in this range, the effect of suppressing oxidative deterioration of the porous film is further enhanced. In addition, the resistance of the separator can be kept relatively low.
多孔質フィルムは、シート状であってもよい。また、シート状の多孔質フィルムを、蛇腹状に折り曲げて用いてセパレータに用いてもよい。多孔質フィルムは袋状に形成してもよい。正極板または負極板のうちのいずれか一方を袋状の多孔質フィルムに収容してもよい。 The porous film may be in a sheet shape. A sheet-shaped porous film may be folded into an accordion shape and used as a separator. The porous film may be formed in a bag shape. Either the positive electrode plate or the negative electrode plate may be housed in the bag-shaped porous film.
多孔質フィルムは、リブを有してもよく、リブを有さなくてもよい。リブを有する多孔質フィルムは、例えば、ベース部とベース部の表面から立設されたリブとを備える。リブは、多孔質フィルムまたは各ベース部の一方の表面のみに設けてもよく、両方の表面にそれぞれ設けてもよい。なお、多孔質フィルムのベース部とは、多孔質フィルムの構成部位のうち、リブなどの突起を除く部分であり、多孔質フィルムの外形を画定するシート状の部分をいう。 The porous film may or may not have ribs. A porous film with ribs, for example, comprises a base portion and ribs erected from the surface of the base portion. The ribs may be provided on only one surface of the porous film or each of the base portions, or on both surfaces. The base portion of the porous film refers to the constituent parts of the porous film excluding protrusions such as ribs, and refers to the sheet-like portion that defines the outer shape of the porous film.
多孔質フィルムの厚さは、例えば、90μm以上である。より高い強度が得られる観点からは、100μm以上が好ましい。多孔質フィルムの厚さは、例えば、300μm以下であり、250μm以下であってもよい。多孔質フィルムの抵抗を低く抑えて、より高いCCA性能が確保し易い観点からは、多孔質フィルムの厚さは200μm以下が好ましく、150μ以下であってもよい。多孔質フィルムの厚さがこのように小さくても、十分な強度が得られ、高い重負荷寿命性能を確保することができる。多孔質フィルムの厚さとは、多孔質フィルムの電極材料に対向する部分における平均厚さを意味する。多孔質フィルムが、ベース部とベース部の少なくとも一方の表面から立設されたリブとを備える場合には、多孔質フィルムの厚さとは、ベース部における平均厚さである。 The thickness of the porous film is, for example, 90 μm or more. From the viewpoint of obtaining higher strength, 100 μm or more is preferable. The thickness of the porous film is, for example, 300 μm or less, and may be 250 μm or less. From the viewpoint of keeping the resistance of the porous film low and easily ensuring higher CCA performance, the thickness of the porous film is preferably 200 μm or less, and may be 150 μm or less. Even if the thickness of the porous film is so small, sufficient strength can be obtained and high heavy load life performance can be ensured. The thickness of the porous film means the average thickness of the part of the porous film facing the electrode material. When the porous film has a base portion and a rib erected from at least one surface of the base portion, the thickness of the porous film is the average thickness of the base portion.
多孔質フィルムの厚さは、90μm以上(または100μm以上)300μm以下、90μm以上(または100μm以上)250μm以下、90μm以上(または100μm以上)200μm以下、あるいは90μm以上(または100μm以上)150μ以下であってもよい。 The thickness of the porous film may be 90 μm or more (or 100 μm or more) and 300 μm or less, 90 μm or more (or 100 μm or more) and 250 μm or less, 90 μm or more (or 100 μm or more) and 200 μm or less, or 90 μm or more (or 100 μm or more) and 150 μm or less.
多孔質フィルムがリブを有する場合、リブの高さは、50μm以上であってもよい。また、リブの高さは、1.2mm以下であってもよい。リブの高さは、ベース部の表面から突出した部分の高さ(突出高さ)である。 When the porous film has ribs, the height of the ribs may be 50 μm or more. Also, the height of the ribs may be 1.2 mm or less. The height of the ribs is the height of the part that protrudes from the surface of the base part (protrusion height).
本発明の上記側面では、多孔質フィルムのリブは、負極板側の表面に設けてもよい。この場合、リブは、多孔質フィルムの負極電極材料に対向する部分に設けることが好ましい。負極板側にリブを設けることで、電解液が拡散し易くなる。負極板側に設けられるリブの高さは、例えば、50μm以上である。リブの高さは、例えば、400μm以下または300μm以下であってもよい。 In the above aspect of the present invention, the ribs of the porous film may be provided on the surface on the negative electrode plate side. In this case, the ribs are preferably provided on the portion of the porous film facing the negative electrode material. By providing the ribs on the negative electrode plate side, the electrolyte can be easily diffused. The height of the ribs provided on the negative electrode plate side is, for example, 50 μm or more. The height of the ribs may be, for example, 400 μm or less or 300 μm or less.
多孔質フィルムの正極板側にリブを設ける場合には、ガラス繊維マットで覆われていない領域に設けてもよい。正極電極材料に対向する部分にリブを設ける場合には、特許文献2のように、隣接するリブ間に、ガラス繊維マットを配置してもよい。しかし、ガラス繊維マットとの積層の容易さを考慮すると、多孔質フィルムの正極板側には特にリブを設けなくてもよい。 When ribs are provided on the positive electrode plate side of the porous film, they may be provided in an area that is not covered with the glass fiber mat. When ribs are provided in a portion facing the positive electrode material, the glass fiber mat may be disposed between adjacent ribs, as in Patent Document 2. However, in consideration of the ease of lamination with the glass fiber mat, it is not necessary to provide ribs on the positive electrode plate side of the porous film.
多孔質フィルムは、端部の少なくとも一部にガラス繊維マットで覆われていない領域を有してもよい。この領域に、脱落した正極電極材料が接触すると、多孔質フィルムが酸化劣化したり、多孔質フィルムに正極電極材料が食い込んだりして、多孔質フィルムが破れ、短絡が生じて寿命となり易い。しかし、本発明の上記側面では、このような場合であっても、多孔質フィルムの強度が高まることで、多孔質フィルムの破れが抑制され、短絡の発生を抑制できる。多孔質フィルムは、おおよそ四角形であり、通常、上下端部および両方の側端部の合計4つの端部を有する。1つの端部において、多孔質フィルムのガラス繊維マットで覆われていない領域の幅(例えば、後述の図2では、wp)は、例えば、1mm以上であり、2mm以上であってもよい。この領域の幅は、例えば、5mm以下であり、4.5mm以下または4mm以下であってもよい。多孔質フィルムは、側端部(好ましくは双方の側端部)にガラス繊維マットで覆われていない領域を有してもよい。袋状の多孔質フィルムとガラス繊維マットとを積層した場合、袋状に圧着した部分を含む側端部の所定の領域がガラス繊維マットより外側に露出した状態となる。 The porous film may have an area not covered with the glass fiber mat at least in a part of the end. If the fallen positive electrode material comes into contact with this area, the porous film may be oxidized and deteriorated, or the positive electrode material may be embedded in the porous film, causing the porous film to break, resulting in a short circuit and shortening the life of the porous film. However, in the above aspect of the present invention, even in such a case, the strength of the porous film is increased, thereby suppressing the breakage of the porous film and suppressing the occurrence of a short circuit. The porous film is approximately rectangular, and usually has a total of four ends, including the upper and lower ends and both side ends. At one end, the width of the area of the porous film not covered with the glass fiber mat (for example, w p in FIG. 2 described later) may be, for example, 1 mm or more, and may be 2 mm or more. The width of this area may be, for example, 5 mm or less, 4.5 mm or less, or 4 mm or less. The porous film may have an area not covered with the glass fiber mat at the side end (preferably both side ends). When the bag-shaped porous film and the glass fiber mat are laminated together, a predetermined area of the side edge including the portion compressed into a bag shape is exposed outside the glass fiber mat.
上記の領域の幅は、1mm以上(または2mm以上)5mm以下、1mm以上(または2mm以上)4.5mm以下、あるいは1mm以上(または2mm以上)4mm以下であってもよい。 The width of the above region may be 1 mm or more (or 2 mm or more) and 5 mm or less, 1 mm or more (or 2 mm or more) and 4.5 mm or less, or 1 mm or more (or 2 mm or more) and 4 mm or less.
多孔質フィルムは、例えば、ベースポリマーと、造孔剤と、浸透剤(界面活性剤)とを含む樹脂組成物をシート状に押出成形し、延伸処理した後、造孔剤の少なくとも一部を除去することにより得られる。少なくとも一部の造孔剤を除去することで、ベースポリマーのマトリックス中に微細孔が形成される。シート状の多孔質フィルムは、造孔剤を除去した後、必要に応じて乾燥処理される。例えば、押出成形する際のシートの冷却速度、延伸処理の際の延伸倍率、および乾燥処理の際の温度からなる群より選択される少なくとも1つを調節することによって、比率Rが調節される。例えば、押出成形する際にシートを急冷したり、延伸倍率を高くしたり、または乾燥処理の際の温度を低くしたりすると、比率Rが高くなる傾向がある。延伸処理は、二軸延伸によって行ってもよいが、通常、一軸延伸によって行われる。シート状の多孔質フィルムは、必要に応じて、蛇腹状に折り曲げたり、袋状に加工したりしてもよい。 The porous film can be obtained, for example, by extruding a resin composition containing a base polymer, a pore-forming agent, and a penetrating agent (surfactant) into a sheet, stretching the resin composition, and then removing at least a portion of the pore-forming agent. By removing at least a portion of the pore-forming agent, fine pores are formed in the matrix of the base polymer. After removing the pore-forming agent, the sheet-shaped porous film is dried as necessary. For example, the ratio R is adjusted by adjusting at least one selected from the group consisting of the cooling rate of the sheet during extrusion molding, the stretching ratio during stretching, and the temperature during drying. For example, the ratio R tends to be higher when the sheet is rapidly cooled during extrusion molding, the stretching ratio is increased, or the temperature during drying is decreased. The stretching process may be performed by biaxial stretching, but is usually performed by uniaxial stretching. The sheet-shaped porous film may be folded into a bellows shape or processed into a bag shape as necessary.
リブを有する多孔質フィルムでは、リブは、樹脂組成物を押出成形する際にシートに形成してもよい。また、リブは、樹脂組成物をシート状に成形した後または造孔剤を除去した後に、各リブに対応する溝を有するローラでシートを押圧することにより形成してもよい。 In a porous film having ribs, the ribs may be formed on the sheet when the resin composition is extruded. Alternatively, the ribs may be formed by pressing the sheet with a roller having grooves corresponding to each rib after the resin composition is molded into a sheet or after the pore-forming agent is removed.
造孔剤としては、液状造孔剤および固形造孔剤などが挙げられる。造孔剤は、少なくともオイルを含むことが好ましい。オイルを用いることで、オイルを含有する多孔質フィルムが得られ、酸化劣化を抑制する効果を高めることができる。造孔剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。オイルと他の造孔剤とを併用してもよい。液状造孔剤と、固形造孔剤とを併用してもよい。なお、室温(20℃以上35℃以下の温度)において、液状の造孔剤を液状造孔剤、固形の造孔剤を固形造孔剤と分類する。 Examples of the pore-forming agent include liquid pore-forming agents and solid pore-forming agents. The pore-forming agent preferably contains at least oil. By using oil, a porous film containing oil can be obtained, and the effect of suppressing oxidative deterioration can be enhanced. The pore-forming agent may be used alone or in combination of two or more types. Oil may be used in combination with another pore-forming agent. A liquid pore-forming agent may be used in combination with a solid pore-forming agent. At room temperature (a temperature of 20°C or higher and 35°C or lower), a liquid pore-forming agent is classified as a liquid pore-forming agent, and a solid pore-forming agent is classified as a solid pore-forming agent.
液状造孔剤としては、上述のオイルが好ましい。固形造孔剤としては、例えば、ポリマー粉末が挙げられる。 As a liquid pore-forming agent, the above-mentioned oil is preferable. As a solid pore-forming agent, for example, a polymer powder can be mentioned.
多孔質フィルム中の造孔剤の量は、種類によっては変化することがある。多孔質フィルム中の造孔剤の量は、ベースポリマー100質量部あたり、例えば、30質量部以上である。造孔剤の量は、ベースポリマー100質量部あたり、例えば、60質量部以下である。 The amount of pore-forming agent in the porous film may vary depending on the type. The amount of pore-forming agent in the porous film is, for example, 30 parts by weight or more per 100 parts by weight of base polymer. The amount of pore-forming agent is, for example, 60 parts by weight or less per 100 parts by weight of base polymer.
例えば、造孔剤としてのオイルを用いて形成されるシートから、溶剤を用いて一部のオイルを抽出除去することによって、オイルを含有する多孔質フィルムが形成される。溶剤は、例えば、オイルの種類に応じて選択される。例えば、溶剤の種類および組成、抽出条件(抽出時間、抽出温度、溶剤を供給する速度など)などを調節することによって、多孔質フィルム中のオイルの含有率が調節される。 For example, a porous film containing oil is formed by extracting and removing some of the oil from a sheet formed using oil as a pore-forming agent using a solvent. The solvent is selected, for example, depending on the type of oil. For example, the oil content in the porous film can be adjusted by adjusting the type and composition of the solvent, the extraction conditions (extraction time, extraction temperature, rate at which the solvent is supplied, etc.), etc.
浸透剤としての界面活性剤としては、例えば、イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤のいずれであってもよい。界面活性剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The surfactant used as the penetrating agent may be, for example, either an ionic surfactant or a nonionic surfactant. The surfactant may be used alone or in combination of two or more kinds.
多孔質フィルム中の浸透剤の含有率は、例えば、0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であってもよい。多孔質フィルム中の浸透剤の含有率は、10質量%以下であってもよい。 The content of the penetrant in the porous film is, for example, 0.01% by mass or more, and may be 0.1% by mass or more. The content of the penetrant in the porous film may be 10% by mass or less.
多孔質フィルム(または多孔質フィルムの製造に供される樹脂組成物)は、無機粒子を含んでもよい。 The porous film (or the resin composition used to produce the porous film) may contain inorganic particles.
無機粒子としては、例えば、セラミックス粒子が好ましい。セラミックス粒子を構成するセラミックスとしては、例えば、シリカ、アルミナ、およびチタニアからなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。 As the inorganic particles, for example, ceramic particles are preferable. The ceramic constituting the ceramic particles is, for example, at least one selected from the group consisting of silica, alumina, and titania.
多孔質フィルム中の無機粒子の含有率は、例えば、40質量%以上であってもよい。無機粒子の含有率は、例えば、80質量%以下であり、70質量%以下であってもよい。 The content of inorganic particles in the porous film may be, for example, 40% by mass or more. The content of inorganic particles may be, for example, 80% by mass or less, and may be 70% by mass or less.
(ガラス繊維マット)
ガラス繊維マットは、多孔質フィルムの正極板と対向する側の表面に積層されている。例えば、袋状の多孔質フィルムでは、袋の外側の双方の表面にガラス繊維マットを積層してもよい。例えば、極板群の端の極板が負極板である場合には、この負極板を収容する袋状の多孔質フィルムは、正極板と対向する側の表面にガラス繊維マットが積層され、正極板と対向しない側の表面は多孔質フィルムが露出した状態であってもよい。
(fiberglass mat)
The glass fiber mat is laminated on the surface of the porous film facing the positive electrode plate. For example, in the case of a bag-shaped porous film, the glass fiber mat may be laminated on both outer surfaces of the bag. For example, when the electrode plate at the end of the electrode plate group is a negative electrode plate, the bag-shaped porous film that houses the negative electrode plate may have the glass fiber mat laminated on the surface facing the positive electrode plate, and the surface not facing the positive electrode plate may have the porous film exposed.
ガラス繊維マットは、ガラス繊維で構成されたマット(または不織布)である。ガラス繊維マットは、吸収ガラスマット(AGM:Absorbed Glass Mat、または、Absorbent Glass Mat)と呼ばれる材料であってもよい。 A glass fiber mat is a mat (or nonwoven fabric) made of glass fibers. The glass fiber mat may be a material called absorbent glass mat (AGM).
ガラス繊維マットは、全体がガラス繊維で形成されていてもよい。ガラス繊維マットは、主成分としてガラス繊維を含んでもよい。ガラス繊維マット中のガラス繊維の含有率は、90質量%以上または95質量%以上であってもよい。ガラス繊維マット中のガラス繊維の含有率は、100質量%以下である。ガラス繊維マットは、ガラス繊維以外の成分、例えば、有機繊維、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が、それらの含有率は、通常、10質量%以下または5質量%以下である。 The glass fiber mat may be entirely made of glass fibers. The glass fiber mat may contain glass fibers as a main component. The glass fiber content in the glass fiber mat may be 90% by mass or more, or 95% by mass or more. The glass fiber content in the glass fiber mat is 100% by mass or less. The glass fiber mat may contain components other than glass fibers, such as organic fibers, acid-resistant inorganic powders, and polymers as binders, but the content of these is usually 10% by mass or less, or 5% by mass or less.
ガラス繊維の平均繊維径は、例えば、0.1μm以上であり、0.5μm以上であってもよい。ガラス繊維の平均繊維径がこのような範囲である場合、軟化した正極電極材料の脱落を抑制する効果が高まる。ガラス繊維の平均繊維径は、例えば、30μm以下であり、10μm以下であってもよい。この場合、電池の内部抵抗が過度に増加することを抑制できる。また、ガラス繊維マットの比較的高い柔軟性を確保できるとともに、比較的多くの電解液を保持し易い。 The average fiber diameter of the glass fibers is, for example, 0.1 μm or more, and may be 0.5 μm or more. When the average fiber diameter of the glass fibers is in this range, the effect of suppressing the falling off of the softened positive electrode material is enhanced. The average fiber diameter of the glass fibers is, for example, 30 μm or less, and may be 10 μm or less. In this case, an excessive increase in the internal resistance of the battery can be suppressed. In addition, the glass fiber mat can ensure a relatively high flexibility and easily retain a relatively large amount of electrolyte.
ガラス繊維の平均繊維径は、0.1μm以上(または0.5μm以上)30μm以下、あるいは0.1μm以上(または0.5μm以上)10μm以下であってもよい。 The average fiber diameter of the glass fibers may be 0.1 μm or more (or 0.5 μm or more) and 30 μm or less, or 0.1 μm or more (or 0.5 μm or more) and 10 μm or less.
ガラス繊維マットの面密度は、例えば、100g/m2以上である。ガラス繊維マットの面密度は、250g/m2以下であってもよく、200g/m2以下であってもよい。 The surface density of the glass fiber mat is, for example, 100 g/m 2 or more. The surface density of the glass fiber mat may be 250 g/m 2 or less, or may be 200 g/m 2 or less.
セパレータは、例えば、多孔質フィルムとガラス繊維マットとを積層することによって得られる。より具体的には、多孔質フィルムの正極板と対向する表面にガラス繊維マットを積層することによってセパレータを形成してもよい。多孔質フィルムとガラス繊維マットとは、単に重ねるだけでもよく、接着剤を用いて積層(または固定)してもよい。また、溶着(ヒートシールなど)、または機械的接着方法(ギアシールなど)などを使用して、多孔質フィルムとガラス繊維マットとを積層(または固定)してもよい。接着剤としては、例えば、シリコーン系接着剤、エポキシ系接着剤、ポリオレフィン系接着剤などが挙げられる。セパレータの抵抗が高くならないように、接着剤の塗布量は少ない方が好ましい。例えば、接着剤は、多孔質フィルムまたはガラス繊維マットの接着させる面全体に付与するよりも、部分的に付与することが好ましい。 The separator can be obtained, for example, by laminating a porous film and a glass fiber mat. More specifically, the separator can be formed by laminating a glass fiber mat on the surface of the porous film facing the positive electrode plate. The porous film and the glass fiber mat can be simply stacked, or can be laminated (or fixed) using an adhesive. The porous film and the glass fiber mat can also be laminated (or fixed) using welding (heat sealing, etc.) or mechanical bonding methods (gear sealing, etc.). Examples of adhesives include silicone adhesives, epoxy adhesives, and polyolefin adhesives. It is preferable to apply a small amount of adhesive so that the resistance of the separator does not increase. For example, it is preferable to apply the adhesive partially rather than to the entire surface of the porous film or glass fiber mat to be bonded.
(多孔質フィルムおよびガラス繊維マットの分析またはサイズの計測)
(セパレータの準備)
多孔質フィルムまたはガラス繊維マットの分析またはサイズの計測には、未使用のセパレータまたは使用初期の満充電状態の鉛蓄電池から取り出したセパレータが用いられる。鉛蓄電池から取り出したセパレータは、分析または計測に先立って、洗浄および乾燥される。
(Analysis or size measurement of porous films and fiberglass mats)
(Preparation of separator)
For the analysis or size measurement of the porous film or glass fiber mat, a separator that has not been used or that has been removed from a lead-acid battery in a fully charged state is used. The separator removed from the lead-acid battery is washed and dried prior to the analysis or measurement.
鉛蓄電池から取り出したセパレータの洗浄および乾燥は、次の手順で行われる。鉛蓄電池から取り出したセパレータを純水中に1時間浸漬し、セパレータ中の硫酸を除去する。次いで浸漬していた液体からセパレータを取り出して、25℃±5℃環境下で、16時間以上静置し、乾燥させる。 The separator removed from the lead-acid battery is washed and dried according to the following procedure. The separator removed from the lead-acid battery is immersed in pure water for one hour to remove the sulfuric acid from the separator. The separator is then removed from the liquid and left to stand for at least 16 hours in an environment of 25°C ± 5°C until it is dried.
本明細書中、液式の鉛蓄電池の満充電状態は、JIS D 5301:2019の定義によって定められる。より具体的には、25℃±2℃の水槽中で、鉛蓄電池を、定格容量として記載の数値の1/10の電流(A)で、15分ごとに測定した充電中の端子電圧(V)または20℃に温度換算した電解液密度が3回連続して有効数字3桁で一定値を示すまで充電した状態が満充電状態である。また、制御弁式の鉛蓄電池の場合、満充電状態とは、25℃±2℃の気槽中で、定格容量に記載の数値(単位をAhとする数値)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に記載の数値(単位をAhとする数値)の0.005倍の値(A)になった時点で充電を終了した状態である。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。 In this specification, the fully charged state of a liquid-type lead-acid battery is defined by the definition of JIS D 5301:2019. More specifically, the fully charged state is a state in which a lead-acid battery is charged in a water tank at 25°C ± 2°C with a current (A) that is 1/10 of the value described as the rated capacity, until the terminal voltage (V) during charging measured every 15 minutes or the electrolyte density converted to a temperature of 20°C shows a constant value with three significant digits three times in a row. In addition, in the case of a valve-regulated lead-acid battery, the fully charged state is a state in which constant current and constant voltage charging is performed at 2.23 V/cell in an air tank at 25°C ± 2°C with a current (A) that is 0.2 times the value (unit: Ah) described as the rated capacity, and charging is terminated when the charging current during constant voltage charging becomes 0.005 times the value (unit: Ah) described as the rated capacity. The value described as the rated capacity is a value in Ah. The unit of current set based on the value listed as the rated capacity is A.
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鉛蓄電池である。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)。 A fully charged lead-acid battery is a lead-acid battery that has already been chemically prepared and is fully charged. A lead-acid battery may be fully charged immediately after chemical preparation, or after a period of time has passed since chemical preparation (for example, a lead-acid battery that is in use (preferably in the early stages of use) after chemical preparation may be fully charged).
本明細書中、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である。 In this specification, a battery in its early stages of use is one that has not been in use for very long and has not deteriorated much.
(XRDスペクトル)
多孔質フィルムのXRDスペクトルは、セパレータにおいて、多孔質フィルムの正極板と対向する表面に対して、垂直な方向からX線を照射することによって測定される。測定用のサンプルは、セパレータにおいて、多孔質フィルムからガラス繊維マットを剥がし、接着剤が塗布されていない領域を短冊状に加工することによって作製される。正極板と対向する表面にリブを有する多孔質フィルムでは、サンプルは、リブを含まないように加工される。XRDスペクトルの測定およびフィッティングは、以下の条件で行われる。
(測定条件)
測定装置:RINT-TTR2、リガク社製
フィッティング:FT(ステップスキャン)法
測定角度範囲:15-35°
ステップ幅:0.02°
計測速度:5°/min
XRDデータ処理:XRDパターン解析ソフト(PDXL2、リガク製)を使用。
(XRD spectrum)
The XRD spectrum of the porous film is measured by irradiating the surface of the porous film facing the positive electrode plate with X-rays perpendicularly. A sample for measurement is prepared by peeling the glass fiber mat from the porous film of the separator and processing the area where no adhesive is applied into a strip. For a porous film having ribs on the surface facing the positive electrode plate, the sample is processed so that it does not include the ribs. The measurement and fitting of the XRD spectrum are performed under the following conditions.
(Measurement conditions)
Measurement device: RINT-TTR2, manufactured by Rigaku Fitting: FT (step scan) method Measurement angle range: 15-35°
Step width: 0.02°
Measurement speed: 5°/min
XRD data processing: XRD pattern analysis software (PDXL2, manufactured by Rigaku) was used.
(多孔質フィルムの厚さおよびリブの高さ)
多孔質フィルムの厚さは、セパレータの断面写真において、任意に選択した5箇所について多孔質フィルム部分の厚みを計測し、平均化することによって求められる。
(Porous film thickness and rib height)
The thickness of the porous film is determined by measuring the thickness of the porous film portion at five arbitrarily selected points in a cross-sectional photograph of the separator and averaging the measured values.
リブの高さは、セパレータの断面写真において、リブの任意に選択される10箇所において計測したリブのベース部の一方の表面からの高さを平均化することにより求められる。 The height of the rib is determined by averaging the heights of the base of the rib from one surface measured at 10 randomly selected points on the rib in a cross-sectional photograph of the separator.
(多孔質フィルム中のオイル含有率)
セパレータにおいて、多孔質フィルムからガラス繊維マットを剥がす。接着剤が塗布されていない領域で、セパレータの電極材料に対向する部分を、短冊状に加工してサンプル(以下、サンプルAと称する)を作製する。多孔質フィルムがリブを有する場合には、サンプルAは、リブを含まないように加工される。
(Oil content in porous film)
In the separator, the glass fiber mat is peeled off from the porous film. The area where the adhesive is not applied, which faces the electrode material of the separator, is processed into a rectangular shape to prepare a sample (hereinafter referred to as Sample A). In the case where the porous film has ribs, Sample A is processed so that it does not include the ribs.
サンプルAの約0.5gを採取し、正確に秤量し、初期のサンプルの質量(m0)を求める。秤量したサンプルAを、適当な大きさのガラス製ビーカーに入れ、n-ヘキサン50mLを加える。次いで、ビーカーごと、サンプルに約30分間、超音波を付与することにより、サンプルA中に含まれるオイル分をn-ヘキサン中に溶出させる。次いで、n-ヘキサンからサンプルを取り出し、大気中、室温(20℃以上35℃以下の温度)で乾燥させた後、秤量することにより、オイル除去後のサンプルの質量(m1)を求める。そして、下記式により、オイルの含有率を算出する。10個のサンプルAについてオイルの含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質フィルム中のオイルの含有率とする。
オイルの含有率(質量%)=(m0-m1)/m0×100
Approximately 0.5 g of sample A is taken and accurately weighed to determine the initial mass (m0) of the sample. The weighed sample A is placed in a glass beaker of an appropriate size, and 50 mL of n-hexane is added. Next, ultrasonic waves are applied to the sample together with the beaker for about 30 minutes to dissolve the oil contained in sample A into n-hexane. Next, the sample is taken out of n-hexane, dried in the air at room temperature (temperature of 20°C or higher and 35°C or lower), and then weighed to determine the mass (m1) of the sample after removing the oil. Then, the oil content is calculated by the following formula. The oil content of 10 samples A is calculated and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the oil content in the porous film.
Oil content (mass%)=(m0-m1)/m0×100
(多孔質フィルム中の無機粒子の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、白金坩堝中に入れ、ブンゼンバーナーで白煙が出なくなるまで加熱する。次に、得られるサンプルを、電気炉(酸素気流中、550℃±10℃)で、約1時間加熱して灰化し、灰化物を秤量する。サンプルAの質量に占める灰化物の質量の比率(百分率)を算出し、上記の無機粒子の含有率(質量%)とする。10個のサンプルAについて無機粒子の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質フィルム中の無機粒子の含有率とする。
(Content of inorganic particles in porous film)
A portion of the sample A prepared in the same manner as above is taken, accurately weighed, and then placed in a platinum crucible and heated with a Bunsen burner until no white smoke is generated. The obtained sample is then heated in an electric furnace (in oxygen gas flow, 550°C ± 10°C) for about 1 hour to be incinerated, and the incinerated material is weighed. The ratio (percentage) of the mass of the incinerated material to the mass of sample A is calculated, and this is the content (mass%) of the inorganic particles. The content of the inorganic particles is determined for 10 samples A, and the average value is calculated. The obtained average value is the content of the inorganic particles in the porous film.
(多孔質フィルム中の浸透剤の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、室温(20℃以上35℃以下の温度)で大気圧より低い減圧環境下で、12時間以上乾燥させる。乾燥物を白金セルに入れて、熱重量測定装置にセットし、昇温速度10K/分で、室温から800℃±1℃まで昇温する。室温から250℃±1℃まで昇温させたときの重量減少量を浸透剤の質量とし、サンプルBの質量に占める浸透剤の質量の比率(百分率)を算出し、上記の浸透剤の含有率(質量%)とする。熱重量測定装置としては、T.A.インスツルメント社製のQ5000IRが使用される。10個のサンプルAについて浸透剤の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質フィルム中の浸透剤の含有率とする。
(Content of penetrant in porous film)
A part of sample A prepared in the same manner as above is taken, accurately weighed, and then dried for 12 hours or more at room temperature (temperature of 20°C to 35°C) in a reduced pressure environment lower than atmospheric pressure. The dried product is placed in a platinum cell and set in a thermogravimetric measuring device, and the temperature is raised from room temperature to 800°C ± 1°C at a heating rate of 10K/min. The weight loss amount when the temperature is raised from room temperature to 250°C ± 1°C is taken as the mass of the penetrant, and the ratio (percentage) of the mass of the penetrant to the mass of sample B is calculated, and the content (mass%) of the penetrant is taken as the above. As the thermogravimetric measuring device, a Q5000IR manufactured by T. A. Instruments is used. The content of the penetrant is determined for 10 samples A, and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the content of the penetrant in the porous film.
(ガラス繊維マットの平均繊維径)
ガラス繊維の平均繊維径は、セパレータのガラス繊維マット部分から取り出した任意の100本の繊維について、その長さ方向に垂直な任意の断面の最大径を求め、平均化することによって求められる。
(Average fiber diameter of glass fiber mat)
The average fiber diameter of the glass fibers is determined by determining the maximum diameter of any 100 fibers taken out from the glass fiber mat portion of the separator in any cross section perpendicular to the length direction, and averaging the maximum diameter.
(ガラスマットの面密度)
セパレータの電極材料に対向する部分をカットし、接着剤が塗布されていない部分を採取し、計量するとともに、ガラス繊維マット部分の縦および横のサイズ(換言すると、カットした部分の縦および横のサイズ)を計測する。カットした部分からガラス繊維マットを剥離して多孔質フィルムの質量を測定する。カットした部分の質量から多孔質フィルムの質量を差し引いて、ガラス繊維マット部分の質量を求める。ガラス繊維マット部分の縦および横のサイズから面積を算出し、1m2当たりのガラス繊維マット部分の質量(g)を面密度として求める。
(Glass mat surface density)
The portion of the separator facing the electrode material is cut, and the portion not coated with adhesive is collected and weighed, and the length and width of the glass fiber mat portion (in other words, the length and width of the cut portion) are measured. The glass fiber mat is peeled off from the cut portion to measure the mass of the porous film. The mass of the glass fiber mat portion is calculated by subtracting the mass of the porous film from the mass of the cut portion. The area is calculated from the length and width of the glass fiber mat portion, and the mass (g) of the glass fiber mat portion per 1 m2 is calculated as the areal density.
(正極板)
正極板としては、ペースト式正極板が用いられる。ペースト式正極板は、正極集電体と、正極電極材料とを備える。正極電極材料は、正極集電体に保持されている。正極電極材料は、正極板から正極集電体を除いた部分である。なお、極板には、マット、ペースティングペーパなどの部材が貼り付けられていることがある。このような部材(貼付部材とも称する)は極板と一体として使用されるため、極板に含まれる。正極板が貼付部材を含む場合には、正極電極材料は、正極板から正極集電体および貼付部材を除いた部分である。
(Positive electrode plate)
A paste-type positive electrode plate is used as the positive electrode plate. The paste-type positive electrode plate includes a positive electrode collector and a positive electrode material. The positive electrode material is held by the positive electrode collector. The positive electrode material is the portion of the positive electrode plate excluding the positive electrode collector. Note that a member such as a mat or pasting paper may be attached to the electrode plate. Such a member (also called an attachment member) is used integrally with the electrode plate, and is therefore included in the electrode plate. When the positive electrode plate includes an attachment member, the positive electrode material is the portion of the positive electrode plate excluding the positive electrode collector and the attachment member.
正極板に含まれる正極集電体は、鉛(Pb)または鉛合金の鋳造により形成してもよく、鉛または鉛合金シートを加工して形成してもよい。加工方法としては、例えば、エキスパンド加工または打ち抜き(パンチング)加工が挙げられる。正極集電体として格子状の集電体を用いると、正極電極材料を担持させ易いため好ましい。 The positive electrode current collector included in the positive electrode plate may be formed by casting lead (Pb) or a lead alloy, or by processing a lead or lead alloy sheet. Examples of processing methods include expanding and punching. It is preferable to use a lattice-shaped current collector as the positive electrode current collector because it is easy to support the positive electrode material.
正極集電体に用いる鉛合金としては、耐食性および機械的強度の点で、Pb-Ca系合金、Pb-Ca-Sn系合金が好ましい。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1層であってもよく、複数層でもよい。 As the lead alloy used for the positive electrode current collector, a Pb-Ca alloy or a Pb-Ca-Sn alloy is preferred in terms of corrosion resistance and mechanical strength. The positive electrode current collector may have lead alloy layers with different compositions, and the alloy layer may be a single layer or multiple layers.
正極板に含まれる正極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する正極活物質(二酸化鉛もしくは硫酸鉛)を含む。正極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤(補強材など)を含んでもよい。 The positive electrode material contained in the positive plate contains a positive electrode active material (lead dioxide or lead sulfate) that develops capacity through an oxidation-reduction reaction. The positive electrode material may contain other additives (such as reinforcing materials) as necessary.
補強材としては、例えば、繊維(無機繊維、有機繊維など)が挙げられる。有機繊維を構成する樹脂(または高分子)としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂など)、ポリエステル系樹脂(ポリアルキレンアリーレート(ポリエチレンテレフタレートなど)を含む)、およびセルロース類(セルロース、セルロース誘導体(セルロースエーテル、セルロースエステルなど)など)からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。セルロース類には、レーヨンも含まれる。 Examples of reinforcing materials include fibers (inorganic fibers, organic fibers, etc.). Examples of resins (or polymers) that make up the organic fibers include at least one selected from the group consisting of acrylic resins, polyolefin resins (polypropylene resins, polyethylene resins, etc.), polyester resins (including polyalkylene arylates (polyethylene terephthalate, etc.)), and celluloses (cellulose, cellulose derivatives (cellulose ether, cellulose ester, etc.)). Celluloses also include rayon.
正極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.03質量%以上である。また、正極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.5質量%以下である。 The content of the reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the content of the reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.5 mass% or less.
未化成のペースト式正極板は、正極集電体に、正極ペーストを充填し、熟成および乾燥することにより得られる。正極ペーストは、鉛粉、アンチモン化合物、および必要に応じて他の添加剤(補強材など)に、水および硫酸を加えて混練することで調製される。 Unformed paste-type positive plates are obtained by filling a positive electrode collector with a positive electrode paste, aging it, and drying it. The positive electrode paste is prepared by adding water and sulfuric acid to lead powder, an antimony compound, and other additives (such as reinforcing materials) as necessary, and kneading them.
未化成の正極板を化成することにより正極板が得られる。化成は、鉛蓄電池の電槽内の硫酸を含む電解液中に、未化成の正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。 A positive plate is obtained by chemically forming an unformed positive plate. Chemical formation can be performed by charging a plate group including an unformed positive plate while the plate group is immersed in an electrolyte containing sulfuric acid in a lead-acid battery container. However, chemical formation may also be performed before assembling the lead-acid battery or the plate group.
(負極板)
鉛蓄電池の負極板は、負極集電体と、負極電極材料とで構成されている。負極電極材料は、負極板から負極集電体を除いた部分である。なお、負極板には、上述のような貼付部材が貼り付けられている場合がある。この場合、貼付部材は、負極板に含まれる。負極板が貼付部材を含む場合には、負極電極材料は、負極板から負極集電体および貼付部材を除いた部分である。
(Negative plate)
The negative electrode plate of a lead-acid battery is composed of a negative current collector and a negative electrode material. The negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative current collector. Note that an attachment member as described above may be attached to the negative electrode plate. In this case, the attachment member is included in the negative electrode plate. In the case where the negative electrode plate includes an attachment member, the negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative current collector and the attachment member.
負極集電体は、正極集電体の場合と同様にして形成できる。 The negative electrode current collector can be formed in the same manner as the positive electrode current collector.
負極集電体に用いる鉛合金は、Pb-Sb系合金、Pb-Ca系合金、Pb-Ca-Sn系合金のいずれであってもよい。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などからなる群より選択された少なくとも1種を含んでもよい。負極集電体は、組成の異なる鉛合金層を有してもよく、合金層は1層であってもよく、複数層でもよい。 The lead alloy used in the negative electrode current collector may be any of Pb-Sb alloys, Pb-Ca alloys, and Pb-Ca-Sn alloys. These lead or lead alloys may further contain at least one element selected from the group consisting of Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, Cu, etc., as an additive element. The negative electrode current collector may have lead alloy layers with different compositions, and the alloy layer may be a single layer or multiple layers.
負極板に含まれる負極電極材料は、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)を含んでおり、有機防縮剤、炭素質材料、硫酸バリウムなどを含んでもよい。負極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤(補強材など)を含んでもよい。 The negative electrode material contained in the negative plate contains a negative electrode active material (lead or lead sulfate) that develops capacity through an oxidation-reduction reaction, and may also contain an organic shrinkage inhibitor, a carbonaceous material, barium sulfate, etc. The negative electrode material may contain other additives (such as reinforcing materials) as necessary.
有機防縮剤としては、リグニン、リグニンスルホン酸、合成有機防縮剤(フェノール化合物のホルムアルデヒド縮合物など)などが挙げられる。負極電極材料は、有機防縮剤を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Examples of organic shrinkage inhibitors include lignin, lignin sulfonic acid, and synthetic organic shrinkage inhibitors (such as formaldehyde condensates of phenolic compounds). The negative electrode material may contain one type of organic shrinkage inhibitor, or two or more types.
負極電極材料中の有機防縮剤の含有率は、例えば、0.01質量%以上である。有機防縮剤の含有率は、例えば、1質量%以下である。 The content of the organic shrinkage inhibitor in the negative electrode material is, for example, 0.01% by mass or more. The content of the organic shrinkage inhibitor is, for example, 1% by mass or less.
炭素質材料としては、カーボンブラック、黒鉛(人造黒鉛、天然黒鉛など)、ハードカーボン、ソフトカーボンなどが挙げられる。負極電極材料は、炭素質材料を一種含んでいてもよく、二種以上含んでいてもよい。 Examples of carbonaceous materials include carbon black, graphite (artificial graphite, natural graphite, etc.), hard carbon, and soft carbon. The negative electrode material may contain one type of carbonaceous material, or two or more types.
負極電極材料中の炭素質材料の含有率は、例えば、0.1質量%以上である。炭素質材料の含有率は、例えば、3質量%以下であってもよい。 The content of the carbonaceous material in the negative electrode material is, for example, 0.1 mass% or more. The content of the carbonaceous material may be, for example, 3 mass% or less.
負極電極材料中の硫酸バリウムの含有率は、例えば、0.1質量%以上である。硫酸バリウムの含有率は、例えば、3質量%以下である。 The barium sulfate content in the negative electrode material is, for example, 0.1% by mass or more. The barium sulfate content is, for example, 3% by mass or less.
補強材としては、例えば、繊維(無機繊維、有機繊維(正極電極材料の補強材について記載した樹脂で構成された有機繊維など)など)が挙げられる。 Examples of reinforcing materials include fibers (inorganic fibers, organic fibers (such as organic fibers made of resins as described for reinforcing materials for the positive electrode material)).
負極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.03質量%以上である。また、負極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.5質量%以下である。 The content of the reinforcing material in the negative electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the content of the reinforcing material in the negative electrode material is, for example, 0.5 mass% or less.
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。 The negative electrode active material in the charged state is spongy lead, but unformed negative plates are usually made from lead powder.
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、鉛粉と有機防縮剤および必要に応じて各種添加剤に、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。 The negative electrode plate can be formed by filling a negative electrode current collector with a negative electrode paste, maturing and drying it to produce an unformed negative electrode plate, and then chemically forming the unformed negative electrode plate. The negative electrode paste is made by adding water and sulfuric acid to lead powder, an organic shrinkage inhibitor, and various additives as necessary, and kneading them. In the maturation process, it is preferable to mature the unformed negative electrode plate at a temperature higher than room temperature and at high humidity.
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。 The chemical formation can be carried out by immersing the plate group, including the unformed negative plate, in an electrolyte containing sulfuric acid in a lead-acid battery container and then charging the plate group. However, chemical formation can also be carried out before assembling the lead-acid battery or the plate group. Chemical formation produces spongy lead.
(電解液)
電解液は、硫酸を含む水溶液である。電解液は、必要に応じてゲル化させてもよい。
(Electrolyte)
The electrolyte is an aqueous solution containing sulfuric acid, and may be gelled as necessary.
電解液は、さらに、Naイオン、Liイオン、Mgイオン、およびAlイオンからなる群より選択される少なくとも一種の金属イオンなどを含んでもよい。 The electrolyte may further contain at least one metal ion selected from the group consisting of Na ions, Li ions, Mg ions, and Al ions.
電解液の20℃における比重は、例えば、1.10以上である。電解液の20℃における比重は、1.35以下であってもよい。なお、これらの比重は、満充電状態の鉛蓄電池の電解液についての値である。 The specific gravity of the electrolyte at 20°C is, for example, 1.10 or more. The specific gravity of the electrolyte at 20°C may be 1.35 or less. Note that these specific gravities are values for the electrolyte of a lead-acid battery in a fully charged state.
以下、各特性の評価方法について説明する。 The evaluation method for each characteristic is explained below.
(1)突き刺し強度
セパレータ(多孔質フィルム)の突き刺し強度は、下記の手順で測定される。
JIS Z 1707:2019の7.5「突刺し強さ試験」に準拠して、ジグでセパレータの縁部(より具体的には、セパレータのガラス繊維マットから露出した多孔質フィルムの両方の側端部の縁部)を含む試験片を固定し、試験機の針を縁部に突き刺し、針が貫通するまでの最大力(N)を測定する。5つの試験片について同様に測定し、平均値を求め、突き刺し強度とする。試験片は、縁部を含むようにセパレータ(多孔質フィルムの上記の縁部)を縦50mm×横50mmのサイズにカットすることにより作製される。袋状の多孔質フィルムにおいて、多孔質フィルムの両方の側端部に圧着部が形成されている場合には、突き刺し強度は、縁部の圧着部以外の部分について測定される。試験機としては、(株)島津製作所製のAGS-X,10N-10kNを用いる。針としては、直径1.0mm、先端形状が半円形(半径0.5mm)の針を用い、試験速度は50±5mm/minとする。試験片を固定するためのジグは測定部の上面が直径10mm、下側直径が20mmのジグを使用する。
(1) Puncture Strength The puncture strength of a separator (porous film) is measured by the following procedure.
In accordance with JIS Z 1707:2019, 7.5 "Puncture Strength Test", a test piece including the edge of the separator (more specifically, the edge of both side ends of the porous film exposed from the glass fiber mat of the separator) is fixed with a jig, the needle of the tester is pierced into the edge, and the maximum force (N) until the needle penetrates is measured. Five test pieces are measured in the same manner, and the average value is calculated and used as the piercing strength. The test piece is prepared by cutting the separator (the above-mentioned edge of the porous film) to a size of 50 mm long x 50 mm wide so as to include the edge. In the case where a crimped portion is formed on both side ends of the porous film in a bag-shaped porous film, the piercing strength is measured for the part other than the crimped portion of the edge. As a tester, AGS-X, 10N-10kN manufactured by Shimadzu Corporation is used. The needle used is a needle with a diameter of 1.0 mm and a semicircular tip (radius 0.5 mm), and the test speed is 50±5 mm/min. The jig used to fix the test piece is a jig with a diameter of 10 mm on the upper surface of the measurement part and a diameter of 20 mm on the lower side.
(2)CCA性能
JIS D 5301:2019に準拠して、次の手順で、放電開始後30秒目の端子電圧が7.2V以上となる電流値により鉛蓄電池の始動性を評価する。電流値が大きいほど始動性が高く、セパレータの抵抗が低いことを意味する。
(a)満充電が完了後、最低16時間、蓄電池を-18℃±1℃の冷却室に置く。
(b)中央にあるいずれかのセルの電解液温度が-18℃±1℃であることを確認後、CCA390Aで30秒放電する。
(c)放電開始後30秒目の端子電圧を記録する。
(2) CCA Performance In accordance with JIS D 5301:2019, the starting ability of a lead-acid battery is evaluated by the current value at which the
(a) After the battery is fully charged, place it in a cooling room at -18°C ± 1°C for at least 16 hours.
(b) After confirming that the electrolyte temperature in one of the central cells is -18°C ± 1°C, discharge it for 30 seconds at CCA390A.
(c) Record the
(3)重負荷寿命性能
重負荷寿命性能は次のようにして評価される。
JIS D 5301:2019 9.5.5 寿命試験 b)重負荷寿命試験に準拠して、重負荷試験を行う。より具体的には、まず、満充電状態の鉛蓄電池について、表1に示す放電電流で1時間放電を行い、次いで、表1に示す充電電流で5時間充電を行う。この放電と充電のサイクルを1サイクルとする。なお、放電電流および放電電流は、それぞれ、鉛蓄電池の5時間率容量に合わせて表1に示すように変化させる。以下の重負荷試験の説明は、5時間率容量が48Ahの鉛蓄電池を使用する場合の例である。試験中、鉛蓄電池は、40℃±2℃の水槽中に配置する。水槽の水面は、蓄電池の上面よりも15mm~25mm下に位置するようにする。数個の鉛蓄電池を水槽内に配置する場合には、隣接する鉛蓄電池間の距離および鉛蓄電池と隣接する水槽の内壁までの距離が、それぞれ、最低25mmとなるようにする。
(3) Heavy Load Life Performance The heavy load life performance is evaluated as follows.
JIS D 5301:2019 9.5.5 Life Test b) A heavy load test is performed in accordance with the heavy load life test. More specifically, a fully charged lead-acid battery is first discharged for 1 hour at the discharge current shown in Table 1, and then charged for 5 hours at the charge current shown in Table 1. This cycle of discharge and charge is defined as one cycle. The discharge current and discharge current are changed as shown in Table 1 according to the 5-hour rate capacity of the lead-acid battery. The following explanation of the heavy load test is an example of using a lead-acid battery with a 5-hour rate capacity of 48 Ah. During the test, the lead-acid battery is placed in a water tank at 40°C ± 2°C. The water surface of the tank is positioned 15 mm to 25 mm below the top surface of the battery. When several lead-acid batteries are placed in the tank, the distance between adjacent lead-acid batteries and the distance between the lead-acid batteries and the inner wall of the adjacent tank are each set to at least 25 mm.
試験中、25サイクルごとに、放電電流20Aで、鉛蓄電池の端子電圧が10.2Vになるまで連続放電を行い、放電持続時間を記録する。次いで、充電電流5Aで、15分ごとに鉛蓄電池の端子電圧または電解液の比重(25℃換算値)が、3回連続して有効数字3桁で一定値を示すまで充電する。なお、この放電および充電も寿命回数に加算する。 During the test, the battery is continuously discharged at a discharge current of 20A every 25 cycles until the terminal voltage of the lead-acid battery reaches 10.2V, and the discharge duration is recorded. Next, the battery is charged at a charging current of 5A every 15 minutes until the terminal voltage of the lead-acid battery or the specific gravity of the electrolyte (converted value at 25°C) indicates a constant value with three significant digits for three consecutive cycles. This discharge and charge are also counted towards the lifespan.
上記の試験で測定した放電時間と放電電流との積から求められる容量(Ah)が定格容量48Ahの50%以下に低下し、再び上昇しないことを確認し、試験を終了する。容量が、定格容量48Ahの50%となる回数(寿命回数)を、重負荷サイクルにおける寿命性能の指標とする。容量が再び上昇しないことは、定格容量の50%に容量が低下した後、満充電状態まで充電し、再度上記と同様の放電を行い、このときの放電時間と放電電流との積から求められる容量が定格容量の50%以下であることに基づいて確認する。なお、寿命回数は、25サイクル毎の放電容量をプロットしたサイクル回数と容量とのグラフから、定格容量の50%のときのサイクル回数を近似することで求められる。
電解液の量が、鉛蓄電池の電槽における下限ライン(LL:Lower Line)に達したときには、このときのサイクル回数を減液による寿命と判断する。なお、電槽にLLがない場合には、電解液の液面が、正極ストラップ(正極棚部)の上端まで下がったときのサイクル回数を減液による寿命と判断する。
The test is terminated when it is confirmed that the capacity (Ah) calculated from the product of the discharge time and the discharge current measured in the above test falls to 50% or less of the rated capacity of 48 Ah and does not rise again. The number of times (life times) at which the capacity reaches 50% of the rated capacity of 48 Ah is used as an index of the life performance in heavy load cycles. The fact that the capacity does not rise again is confirmed by charging to a fully charged state after the capacity falls to 50% of the rated capacity, and discharging again in the same manner as above, and the capacity calculated from the product of the discharge time and the discharge current at this time is 50% or less of the rated capacity. The life times are calculated by approximating the number of cycles at 50% of the rated capacity from a graph of the number of cycles vs. capacity plotted with the discharge capacity every 25 cycles.
When the amount of electrolyte reaches the lower line (LL) of the lead-acid battery container, the number of cycles at this time is determined as the life due to electrolyte loss. If the container does not have an LL, the number of cycles when the electrolyte level drops to the top of the positive electrode strap (positive electrode shelf) is determined as the life due to electrolyte loss.
本明細書中に記載した事項は、任意に組み合わせることができる。 The items described in this specification may be combined in any manner.
図1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。
FIG. 1 shows the external appearance of an example of a lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
The lead-
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。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。
Each
図2は、セパレータ4の概略平面図である。セパレータ4は、袋状の多孔質フィルム4aとガラス繊維マット4bとの積層体である。袋状の多孔質フィルム4aには図1の負極板2が収容されている。袋状の多孔質フィルム4aは、図2における下端が折り目になっており、上端が開口になっている。袋状の多孔質フィルム4aの両方の側端部には、重なった多孔質フィルム4aを閉じるように圧着部20が上下方向に直線状に設けられている。そして、袋状の多孔質フィルム4aの両方の側端部には、それぞれ、ガラス繊維マット4bで覆われていない領域21が形成されている。ガラス繊維マット4bの側端は、圧着部20よりも内側に位置している。そのため、領域21の幅wpは、多孔質フィルム4aの側端から圧着部20(より具体的には、圧着部20の外側の位置)までの幅waよりも大きい。
FIG. 2 is a schematic plan view of the
セパレータ4は、鉛蓄電池1内では、ガラス繊維マット4bが正極板3と接触するように配置される。図2のセパレータ4において、裏側が正極板3と接触する場合には、裏側にも表側に示すようなガラス繊維マット4bが設けられる。
In the lead-
[実施例]
以下、本発明を実施例および参考例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
[Example]
The present invention will be specifically described below based on examples and reference examples, but the present invention is not limited to the following examples.
《鉛蓄電池E1~E16およびR1~R12》
下記の手順で各鉛蓄電池を作製した。
(1)セパレータの作製
ポリエチレン100質量部と、シリカ粒子160質量部と、造孔剤としてのパラフィン系オイル80質量部と、2質量部の浸透剤とを含む樹脂組成物を、シート状に押出成形し、延伸処理した後、造孔剤の一部を除去することによって、片面にリブを有する微多孔膜を作製した。このとき、既述の手順で求められる多孔質フィルムの比率Rが、表2および表3に示す値となるように、押出成形されたシートの冷却速度および延伸処理の倍率を調節した。
Lead-acid batteries E1 to E16 and R1 to R12
Each lead-acid battery was prepared according to the following procedure.
(1) Preparation of separator A resin composition containing 100 parts by weight of polyethylene, 160 parts by weight of silica particles, 80 parts by weight of paraffin oil as a pore-forming agent, and 2 parts by weight of a penetrant is extruded into a sheet, stretched, and then a part of the pore-forming agent is removed to prepare a microporous membrane having ribs on one side.At this time, the cooling speed of the extruded sheet and the stretching ratio are adjusted so that the ratio R of the porous film obtained by the above-mentioned procedure is the value shown in Table 2 and Table 3.
既述の手順で求められるセパレータのオイル含有率は、11~18質量%であり、シリカ粒子の含有率は、60質量%であった。既述の手順で求められるリブの高さは0.2mmであった。既述の手順で求められる多孔質フィルムの厚さ(ベース部の厚さ)を表2および表3に示す。 The oil content of the separator determined by the above-mentioned procedure was 11 to 18% by mass, and the silica particle content was 60% by mass. The rib height determined by the above-mentioned procedure was 0.2 mm. The thickness of the porous film (thickness of the base portion) determined by the above-mentioned procedure is shown in Tables 2 and 3.
次に、シート状の多孔質フィルムを内面にリブが配置されるように二つ折りにして袋を形成し、重ね合わせた両端部を圧着して、袋状の多孔質フィルム(平置きした状態のサイズ:縦117mm×横152mm)を得た圧着部は、多孔質フィルムの側端から2mmの位置より内側で、3mmの幅であった。参考例1~8(R1~R8)では、外面にリブが形成されるとともに、リブの高さを0.6mmとした以外は、上記と同様にして形成した袋状の多孔質フィルムをセパレータとして用いた。 Next, the sheet-like porous film was folded in half so that the ribs were arranged on the inner surface to form a bag, and the overlapping ends were crimped to obtain a bag-like porous film (size when laid flat: length 117 mm x width 152 mm). The crimped part was 3 mm wide, located 2 mm inside from the side edge of the porous film. In Reference Examples 1 to 8 (R1 to R8), a rib was formed on the outer surface, and a bag-like porous film formed in the same manner as above was used as a separator, except that the rib height was 0.6 mm.
袋状の多孔質フィルムの両方の外面に、図2に示すようにガラス繊維マット(大気圧下におけるサイズ:縦117mm×横143mm、平均繊維径:17μm、面密度:60g/m2)を接着剤で貼り付けた。多孔質フィルムの横幅は、ガラス繊維マットの横幅よりも大きく、多孔質フィルムの両方の側端部には、ガラス繊維マットが重なっていない領域が4.5mmの幅で形成されていた。 A glass fiber mat (size under atmospheric pressure: length 117 mm × width 143 mm, average fiber diameter: 17 μm, surface density: 60 g/m 2 ) was attached with an adhesive to both outer surfaces of the bag-shaped porous film as shown in Figure 2. The width of the porous film was larger than that of the glass fiber mat, and an area of 4.5 mm wide where the glass fiber mat was not overlapped was formed on both side edges of the porous film.
なお、多孔質フィルムの比率R、オイル含有率、シリカ粒子の含有率、ベース部の厚さ、リブの高さ、ガラス繊維マットのサイズ、平均繊維径および面密度は、鉛蓄電池の作製前の多孔質フィルムまたはガラス繊維マットについて求めた値であるが、作製後の鉛蓄電池から取り出した多孔質フィルムまたはガラス繊維マットについて既述の手順で測定した値とほぼ同じである。 The porous film ratio R, oil content, silica particle content, base thickness, rib height, glass fiber mat size, average fiber diameter, and surface density are values determined for the porous film or glass fiber mat before the lead-acid battery was fabricated, but are approximately the same as the values measured by the procedure described above for the porous film or glass fiber mat removed from the lead-acid battery after fabrication.
(2)正極板の作製
鉛酸化物、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して正極ペーストを調製した。正極ペーストを、アンチモンを含まないPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成および乾燥を行うことによって、幅137mm、高さ110mm、厚さ1.6mmの未化成の正極板を得た。
(2) Preparation of Positive Electrode Plate A positive electrode paste was prepared by mixing lead oxide, reinforcing material (synthetic resin fiber), water and sulfuric acid. The positive electrode paste was filled into the mesh of an expanded lattice made of a Pb-Ca-Sn alloy not containing antimony, and aged and dried to obtain an unformed positive electrode plate having a width of 137 mm, a height of 110 mm and a thickness of 1.6 mm.
(3)負極板の作製
鉛酸化物、カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニン、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して負極ペーストを調製した。負極ペーストを、アンチモンを含まないPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成および乾燥を行うことによって、幅137mm、高さ110mm、厚さ1.3mmの未化成の負極板を得た。カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニンおよび合成樹脂繊維の使用量は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した負極板について各成分の含有率が、それぞれ0.3質量%、2.1質量%、0.1質量%および0.1質量%になるように調節した。
(3) Preparation of negative electrode plate Lead oxide, carbon black, barium sulfate, lignin, reinforcing material (synthetic resin fiber), water and sulfuric acid were mixed to prepare a negative electrode paste. The negative electrode paste was filled into the mesh of an expanded lattice made of an antimony-free Pb-Ca-Sn alloy, and aged and dried to obtain an unformed negative electrode plate with a width of 137 mm, a height of 110 mm and a thickness of 1.3 mm. The amounts of carbon black, barium sulfate, lignin and synthetic resin fiber used were adjusted so that the contents of each component in the negative electrode plate taken out of a fully charged lead-acid battery were 0.3 mass%, 2.1 mass%, 0.1 mass% and 0.1 mass%, respectively.
(4)鉛蓄電池の作製
未化成の負極板を、セパレータの袋状の多孔質フィルムに収容した。袋の両方の外表面に貼り付けられたガラス繊維マットが正極板と接触するように負極板と正極板とをセパレータを介して積層した。参考例1~8では、袋状の多孔質フィルムに収容した負極板と正極板とを積層した。このようにして、未化成の負極板7枚と未化成の正極板6枚とで極板群を形成した。
(4) Preparation of lead-acid battery An unformed negative electrode plate was housed in a bag-shaped porous film of a separator. The negative electrode plate and the positive electrode plate were laminated via a separator so that the glass fiber mats attached to both outer surfaces of the bag were in contact with the positive electrode plate. In Reference Examples 1 to 8, the negative electrode plate and the positive electrode plate housed in a bag-shaped porous film were laminated. In this way, an electrode plate group was formed by seven unformed negative electrode plates and six unformed positive electrode plates.
正極板の耳部同士および負極板の耳部同士をそれぞれキャストオンストラップ方式で正極棚部および負極棚部と溶接した。極板群をポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液を注液して、電槽内で化成を施して、定格電圧12Vおよび定格容量が30Ah(5時間率容量(定格容量に記載のAhの数値の1/5の電流(A)で放電するときの容量))の液式の鉛蓄電池を組み立てた。なお、電槽内では6個の極板群が直列に接続されている。 The ears of the positive and negative plates were welded to the positive and negative shelf parts, respectively, using the cast-on-strap method. The plate group was inserted into a polypropylene battery case, electrolyte was poured in, and chemical formation was performed inside the battery case to assemble a flooded lead-acid battery with a rated voltage of 12 V and a rated capacity of 30 Ah (5-hour rate capacity (capacity when discharged at a current (A) that is 1/5 of the Ah value listed in the rated capacity)). Six plate groups were connected in series inside the battery case.
電解液としては、硫酸水溶液を用いた。化成後の電解液の20℃における比重は1.285であった。 An aqueous solution of sulfuric acid was used as the electrolyte. The specific gravity of the electrolyte after formation at 20°C was 1.285.
(5)評価
鉛蓄電池E7のセパレータの多孔質フィルムについて、既述の手順で測定されたXRDスペクトルを図3に示す。図3に示されるように、ポリエチレンの結晶質領域の(110)面に相当する第1回折ピークが、2θ=21.5°~22.5°の範囲に観察され、(200)面に相当する第2回折ピークが、2θ=23°~24.5°の範囲に観察された。そして、非晶質領域によるハローが2θ=17°~27°の広い範囲にブロードに観察された。
(5) Evaluation The XRD spectrum of the porous film of the separator of the lead-acid battery E7 measured by the above-mentioned procedure is shown in Figure 3. As shown in Figure 3, the first diffraction peak corresponding to the (110) plane of the crystalline region of polyethylene was observed in the range of 2θ = 21.5 ° to 22.5 °, and the second diffraction peak corresponding to the (200) plane was observed in the range of 2θ = 23 ° to 24.5 °. And, a halo due to the amorphous region was observed broadly in the wide range of 2θ = 17 ° to 27 °.
セパレータまたは得られた鉛蓄電池を用いて、既述の手順で、セパレータの突き刺し強度、鉛蓄電池のCCA性能および重負荷寿命性能を評価した。重負荷寿命性能は、一旦満充電状態にした鉛蓄電池について、既述の手順で評価した。突き刺し強度は、鉛蓄電池R4で用いたセパレータの突き刺し強度を100としたときの比率(%)によって評価した。CCA性能は、鉛蓄電池R4の30秒目の端子電圧を100としたときの各鉛蓄電池の30秒目の端子電圧の比率(%)によって評価した。 The separator or the obtained lead-acid battery was used to evaluate the puncture strength of the separator, the CCA performance, and the heavy load life performance of the lead-acid battery according to the procedures described above. The heavy load life performance was evaluated according to the procedures described above for a lead-acid battery that had been fully charged once. The puncture strength was evaluated as a ratio (%) to the puncture strength of the separator used in lead-acid battery R4, which was taken as 100. The CCA performance was evaluated as a ratio (%) of the terminal voltage at 30 seconds of each lead-acid battery to the terminal voltage at 30 seconds of lead-acid battery R4, which was taken as 100.
評価結果を表2および表3に示す。E1~E16は実施例である。R1~R12は参考例である。 The evaluation results are shown in Tables 2 and 3. E1 to E16 are working examples. R1 to R12 are reference examples.
表2に示されるように、ガラス繊維マットなしのセパレータでは、CCA性能は、セパレータの厚さに影響され、厚さが小さいほど、高いCCA性能が得られる(R1~R4)。しかし、セパレータの厚さが小さいほど、重負荷寿命性能は低下する傾向がある(R1~R4)。これは、セパレータの厚さが小さい場合には、セパレータの強度は低下するため、セパレータの破れが起こり易くなり、脱落した正極電極材料による短絡が生じることで寿命になるためと考えられる。ガラス繊維マットなしの場合、多孔質フィルムの比率Rを高めても、CCA性能に変化は見られないが、強度は向上して、重負荷寿命性能もある程度向上する(R1~R4とR5~R8との比較)。例えば、多孔質フィルムの厚さが100μmとごく薄い場合でも、重負荷寿命性能は、350サイクルから400サイクルに50サイクル向上する(R1とR5との比較)。多孔質フィルムの厚さが大きい場合でも、結果はそれほど変わらず、比率Rを高めることによる効果は25~50サイクル程度である。 As shown in Table 2, in the separator without glass fiber mat, the CCA performance is affected by the thickness of the separator, and the smaller the thickness, the higher the CCA performance (R1 to R4). However, the smaller the thickness of the separator, the lower the heavy load life performance (R1 to R4). This is thought to be because when the separator is thin, the strength of the separator decreases, making it more likely to break, and the separator will end up with a short circuit due to the fallen positive electrode material, which will result in the end of its life. In the case of no glass fiber mat, even if the ratio R of the porous film is increased, there is no change in the CCA performance, but the strength is improved and the heavy load life performance is also improved to a certain extent (comparison between R1 to R4 and R5 to R8). For example, even if the porous film is very thin at 100 μm, the heavy load life performance is improved by 50 cycles, from 350 cycles to 400 cycles (comparison between R1 and R5). Even if the thickness of the porous film is large, the results are not very different, and the effect of increasing the ratio R is about 25 to 50 cycles.
多孔質フィルムをガラス繊維マットと積層すると、正極電極材料の脱落が低減されるため、重負荷寿命はある程度向上すると期待される。しかし、多孔質フィルムの比率Rが0.6未満で、厚さが100μmの場合には、ガラス繊維マットと積層しても、350サイクルから375サイクルに25サイクル向上するだけで向上効果が小さい(R1とR9との比較)。多孔質フィルムの厚さが大きい場合でも、結果はそれほど変わらず、ガラス繊維マットと積層することによる重負荷寿命性能の向上効果は、25~50サイクル程度である(R2~R4とR10~R12との比較)。一方で、多孔質フィルムの厚さが大きくなると、抵抗が大きくなるため、CCA性能は低下する傾向がある。 When the porous film is laminated with a glass fiber mat, the shedding of the positive electrode material is reduced, so the heavy load life is expected to improve to some extent. However, when the porous film ratio R is less than 0.6 and the thickness is 100 μm, laminating with a glass fiber mat only improves the life by 25 cycles, from 350 to 375 cycles, and the improvement effect is small (compare R1 and R9). Even when the porous film is thicker, the results are not so different, and the improvement effect of laminating with a glass fiber mat on the heavy load life performance is about 25 to 50 cycles (compare R2 to R4 and R10 to R12). On the other hand, as the porous film becomes thicker, the resistance increases, so the CCA performance tends to decrease.
上記の結果を考慮すると、多孔質フィルムの比率Rを0.58から0.75に高め、ガラス繊維マットとを積層しても、重負荷寿命性能は、50~100サイクル向上する程度であると予想される。ところが実際には、E1~E4では、R1~R4に比べて、重負荷寿命性能が125~150サイクルも向上しており、500サイクル以上の高い値が得られている。しかも、E1~E4では、CCA性能の低下も低く抑えられている。多孔質フィルムの厚さは300μm以下であれば同様の傾向が見られる。優れた重負荷寿命性能が得られるとともに、CCA性能をさらに向上する観点からは、多孔質フィルムの厚さを250μm以下または200μm以下としてもよい。 Considering the above results, it is expected that the heavy load life performance will improve by about 50 to 100 cycles even if the porous film ratio R is increased from 0.58 to 0.75 and laminated with a glass fiber mat. However, in reality, the heavy load life performance of E1 to E4 is improved by 125 to 150 cycles compared to R1 to R4, and a high value of 500 cycles or more is obtained. Moreover, the decrease in CCA performance is also suppressed to a low level in E1 to E4. A similar tendency is seen if the thickness of the porous film is 300 μm or less. From the viewpoint of obtaining excellent heavy load life performance and further improving CCA performance, the thickness of the porous film may be 250 μm or less or 200 μm or less.
表3に示されるように、多孔質フィルムの比率Rが0.60以上であれば、ガラス繊維マットと積層することで、高いCCA性能を確保しながら、優れた重負荷寿命性能を確保することができる(E5~E16)。多孔質フィルムの厚さが100μmと非常に小さくても、450サイクル以上の重負荷寿命性能を得ることができる。 As shown in Table 3, when the ratio R of the porous film is 0.60 or more, laminating with a glass fiber mat can ensure excellent heavy load life performance while ensuring high CCA performance (E5 to E16). Even if the thickness of the porous film is very small at 100 μm, a heavy load life performance of 450 cycles or more can be obtained.
なお、実施例では、上述のサイズの多孔質フィルムおよび極板を用いて鉛蓄電池を作製し、評価を行ったが、多孔質フィルムおよび極板のサイズが上記と異なる場合でも、同様の結果が得られる。 In the examples, lead-acid batteries were produced and evaluated using porous films and plates of the above-mentioned sizes, but similar results were obtained even if the sizes of the porous films and plates were different from those described above.
本発明の上記側面に係る鉛蓄電池用セパレータは、例えば、アイドリングストップ用途(アイドリングストップシステム車用の鉛蓄電池など)、様々な車両(自動車、バイクなど)の始動用電源などに適している。また、鉛蓄電池用セパレータは、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にも好適に利用できる。なお、これらの用途は単なる例示である。本発明の上記側面に係る鉛蓄電池用セパレータおよび鉛蓄電池の用途は、これらに限定されない。アイドリングストップ(Idling Reductionとも言う。)は、ISと称されることがある。 The lead-acid battery separator according to the above aspect of the present invention is suitable for use in idling stop applications (such as lead-acid batteries for vehicles with idling stop systems) and as a starting power source for various vehicles (such as automobiles and motorcycles). The lead-acid battery separator can also be suitably used as a power source for industrial power storage devices such as electric vehicles (such as forklifts). Note that these applications are merely examples. Applications of the lead-acid battery separator and lead-acid battery according to the above aspect of the present invention are not limited to these. Idling stop (also called idling reduction) is sometimes referred to as IS.
1:鉛蓄電池
2:負極板
3:正極板
4:セパレータ
4a:多孔質フィルム
4b:ガラス繊維マット
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
20:圧着部
21:多孔質フィルムのガラス繊維マットで覆われていない領域
1: Lead-acid battery 2: Negative electrode plate 3: Positive electrode plate 4:
Claims (7)
前記セパレータは、樹脂製の多孔質フィルムと、ガラス繊維マットとの積層体を含み、
前記多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含み、
前記多孔質フィルムのX線回折スペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが、0.60以上であり、
A1は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である第1回折ピークの面積であり、
A2は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い第2回折ピークの面積である、鉛蓄電池用セパレータ。 A separator for a lead-acid battery,
The separator includes a laminate of a porous resin film and a glass fiber mat,
The porous film includes a crystalline region and an amorphous region,
In the X-ray diffraction spectrum of the porous film, the ratio R represented by A 1 /(A 1 +A 2 ) is 0.60 or more;
A1 is the area of the first diffraction peak having the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region,
A2 is the area of a second diffraction peak having the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
前記第1回折ピークは、前記結晶質領域の(110)面に相当し、
前記第2回折ピークは、前記結晶質領域の(200)面に相当する、請求項4に記載の鉛蓄電池用セパレータ。 The polyolefin contains at least ethylene units,
the first diffraction peak corresponds to the (110) plane of the crystalline region;
5. The lead acid battery separator according to claim 4, wherein the second diffraction peak corresponds to a (200) plane of the crystalline region.
前記鉛蓄電池は、極板群および電解液を含む少なくとも1つのセルを含み、
前記極板群は、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を含み、
前記セパレータは、請求項1~6のいずれか1項に記載の鉛蓄電池用セパレータであり、
前記ガラス繊維マットは、前記正極板と接触している、鉛蓄電池。 A lead-acid battery,
The lead-acid battery includes at least one cell including a plate group and an electrolyte;
the electrode plate group includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
The separator is a lead-acid battery separator according to any one of claims 1 to 6,
the fiberglass mat being in contact with the positive plate.
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