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JP7651906B2 - Lead-acid battery - Google Patents
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Description

本発明は、鉛蓄電池に関する。 The present invention relates to a lead-acid battery.

鉛蓄電池は、車載用、産業用など、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、それらの間に配置されたセパレータとを含む。鉛蓄電池のセパレータには、様々な性能が要求される。そのため、様々なセパレータを用いた鉛蓄電池が従来から提案されている。 Lead-acid batteries are used in a variety of applications, including automotive and industrial use. Lead-acid batteries include positive and negative electrode plates and a separator disposed between them. Separators for lead-acid batteries are required to have a variety of performance characteristics. For this reason, lead-acid batteries using a variety of separators have been proposed.

特許文献1(特開平10-40896号公報)は、「セパレータとして、微細ガラス繊維からなるマットと親水化処理された合成繊維不織布とを用いることを特徴とする密閉型鉛蓄電池。」を開示している。 Patent document 1 (JP Patent Publication 10-40896) discloses "a sealed lead-acid battery characterized by using, as a separator, a mat made of fine glass fibers and a synthetic fiber nonwoven fabric that has been hydrophilically treated."

特許文献2(国際公開第2013/046498号)は、「アクリロニトリル系繊維不織布セパレータとガラス繊維マットセパレータとの積層体を備え、前記アクリロニトリル系繊維不織布セパレータには直径0.5μm~2.0μmのアクリロニトリル系細繊維が少なくとも用いられていることを特徴とする電池用セパレータ構造体。」を開示している。 Patent Document 2 (International Publication No. WO 2013/046498) discloses a "battery separator structure comprising a laminate of an acrylonitrile-based fiber nonwoven separator and a glass fiber mat separator, the acrylonitrile-based fiber nonwoven separator containing at least acrylonitrile-based fine fibers having a diameter of 0.5 μm to 2.0 μm."

特開平10-40896号公報Japanese Patent Application Publication No. 10-40896 国際公開第2013/046498号International Publication No. 2013/046498

しかしながら、上記従来の鉛蓄電池は、サイクル特性が充分ではない場合があった。特に、上記従来の鉛蓄電池は、高率放電を伴う充放電サイクルを行った場合に、サイクル寿命の低下が顕著であった。 However, the conventional lead-acid batteries described above sometimes had insufficient cycle characteristics. In particular, the conventional lead-acid batteries showed a significant decrease in cycle life when they underwent charge-discharge cycles involving high-rate discharge.

本発明の一側面は、鉛蓄電池に関する。当該鉛蓄電池は、交互に配置された複数の正極板および複数の負極板と、セパレータと、電解液と、を含む鉛蓄電池であって、前記セパレータは、有機繊維で構成された不織布を含む第1のセパレータと、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータとを含み、前記正極板と前記正極板に隣接する前記負極板との間には、前記不織布と前記ガラス繊維マットとが積層されるように配置されており、前記不織布の細孔Pfを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Pfの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Pfの容積の割合がVf(%)であり、前記正極板の細孔Ppを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Ppの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Ppの容積の割合がVp(%)であり、比Vf/Vpは0.10~0.50の範囲にある。 One aspect of the present invention relates to a lead-acid battery. The lead-acid battery includes a plurality of positive and negative electrode plates arranged alternately, a separator, and an electrolyte, the separator including a first separator including a nonwoven fabric made of organic fibers and a second separator including a glass fiber mat, the nonwoven fabric and the glass fiber mat are arranged so as to be laminated between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to the positive electrode plate, and the pores Pf of the nonwoven fabric are filled with water. When measured by silver porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pf with diameters in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pf is Vf (%), and when the pores Pp of the positive electrode plate are measured by mercury porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pp with diameters in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pp is Vp (%), and the ratio Vf/Vp is in the range of 0.10 to 0.50.

本発明によれば、所定のサイクル特性が良好な鉛蓄電池が得られる。 The present invention provides a lead-acid battery with good, specified cycle characteristics.

本発明の一実施形態に係る鉛蓄電池の構成を模式的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of a lead-acid battery according to one embodiment of the present invention. 図1に示した鉛蓄電池に用いられる極板群の一例の構成を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of an example of an electrode plate group used in the lead-acid battery shown in FIG. 1 . 図1に示した鉛蓄電池に用いられる極板群の他の一例の構成を模式的に示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of another example of an electrode plate group used in the lead-acid battery shown in FIG. 1 . FIG. 実施例で製造された鉛蓄電池の特性を示すグラフである。1 is a graph showing characteristics of a lead-acid battery manufactured in an example.

以下では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や材料を適用してもよい。なお、本明細書において、「数値A~数値B」という記載の範囲は、数値Aおよび数値Bを含み、「A以上でB以下」と読み替えることが可能である。 The following describes an embodiment of the present invention using examples, but the present invention is not limited to the examples described below. In the following description, specific numerical values and materials may be exemplified, but other numerical values and materials may be applied as long as the effects of the present invention are obtained. In this specification, the range described as "numerical value A to numerical value B" includes numerical value A and numerical value B, and can be read as "greater than or equal to A and less than or equal to B."

(鉛蓄電池)
本実施形態に係る鉛蓄電池は、交互に配置された複数の正極板および複数の負極板と、セパレータと、電解液と、を含む。セパレータは、有機繊維で構成された不織布を含む第1のセパレータと、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータとを含む。当該不織布を、以下では「不織布(F)」と称する場合がある。正極板と正極板に隣接する負極板との間には、不織布(F)とガラス繊維マットとが積層されるように配置されている。不織布の細孔Pfを水銀圧入法によって測定したときに、すべての細孔Pfの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある細孔Pfの容積の割合は、Vf(%)である。正極板の細孔Ppを水銀圧入法によって測定したときに、すべての細孔Ppの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある細孔Ppの容積の割合は、Vp(%)である。比Vf/Vpは、0.10~0.50の範囲にある。
(Lead-acid battery)
The lead-acid battery according to this embodiment includes a plurality of positive and negative plates arranged alternately, a separator, and an electrolyte. The separator includes a first separator including a nonwoven fabric made of organic fibers, and a second separator including a glass fiber mat. The nonwoven fabric may be referred to as "nonwoven fabric (F)" below. The nonwoven fabric (F) and the glass fiber mat are arranged so as to be laminated between the positive plate and the negative plate adjacent to the positive plate. When the pores Pf of the nonwoven fabric are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pf having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pf is Vf (%). When the pores Pp of the positive plate are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pp having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pp is Vp (%). The ratio Vf/Vp is in the range of 0.10 to 0.50.

「すべての細孔の容積」は、水銀圧入法によって測定される容積であり、すべての細孔の個々の容積の合計に相当する。「直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある細孔の容積」は、水銀圧入法によって測定される容積であり、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にあると判定された細孔の個々の容積の合計に相当する。 The "volume of all pores" is the volume measured by mercury intrusion porosimetry and corresponds to the sum of the individual volumes of all pores. The "volume of pores with diameters in the range of 0.01 μm to 3.2 μm" is the volume measured by mercury intrusion porosimetry and corresponds to the sum of the individual volumes of pores determined to have diameters in the range of 0.01 μm to 3.2 μm.

正極板は、正極集電体と正極集電体の周囲に配置された正極電極材料を含む。正極板の細孔分布を測定したときに、正極電極材料の細孔が測定される。そのため、正極板の細孔Ppは、正極板に含まれる正極電極材料の細孔Ppと読み替えることが可能である。 The positive electrode plate includes a positive electrode collector and a positive electrode material arranged around the positive electrode collector. When the pore distribution of the positive electrode plate is measured, the pores of the positive electrode material are measured. Therefore, the pores Pp of the positive electrode plate can be interpreted as the pores Pp of the positive electrode material contained in the positive electrode plate.

不織布やガラス繊維マットは、微細な繊維を絡み合わせることによって形成されている。そのため、不織布やガラス繊維マットには、多数の微小な空隙が存在している。そのような微小な空隙は、細孔とみなすことが可能である。すなわち、不織布およびガラス繊維マットは、大きさが異なる多数の細孔を含む多孔質構造を有する。そのような不織布およびガラス繊維マットについて細孔分布分析を行うことによって、細孔の直径の分布に関する情報が得られる。 Nonwoven fabrics and glass fiber mats are formed by intertwining fine fibers. As a result, nonwoven fabrics and glass fiber mats contain many tiny voids. Such tiny voids can be considered as pores. In other words, nonwoven fabrics and glass fiber mats have a porous structure that contains many pores of different sizes. By performing pore distribution analysis on such nonwoven fabrics and glass fiber mats, information on the distribution of pore diameters can be obtained.

ガラス繊維マットは、ガラス繊維で構成されたマットである。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)と呼ばれるものであってもよい。そのため、この明細書では、ガラス繊維マットを吸収ガラスマットと読み替えることが可能である。 The glass fiber mat is a mat made of glass fibers. The glass fiber mat may be called an absorbent glass mat (AGM: Absorbed Glass Mat, or Absorbent Glass Mat). Therefore, in this specification, the glass fiber mat can be read as an absorbent glass mat.

セパレータには、短絡を防止すること、および、電解液を保持することが求められる。ガラス繊維マットは、空隙率が高く、高い電解液保持能を有する。しかし、ガラス繊維マットだけでは短絡の防止が不充分になる。そのため、ガラス繊維マットと合成繊維不織布とを組み合わせて用いることが従来から提案されてきた。 Separators are required to prevent short circuits and retain the electrolyte. Glass fiber mats have a high porosity and are highly capable of retaining electrolyte. However, glass fiber mats alone are insufficient in preventing short circuits. For this reason, it has been proposed to use a combination of glass fiber mats and synthetic fiber nonwoven fabric.

特許文献1および特許文献2に記載の鉛蓄電池では、セパレータとして、合成繊維不織布とガラス繊維マットとが用いられている。合成繊維不織布とガラス繊維マットとを比較すると、一般的に、ガラス繊維マットの方が電解液との親和性が高い。そのため、合成繊維不織布とガラス繊維マットとを積層して用いると、ガラス繊維マットに多量の電解液が保持される一方で、合成繊維不織布に保持される電解液の量が少なくなりやすい。そのような電解液の偏りは、鉛蓄電池の内部抵抗の上昇やサイクル寿命の低下など、様々な特性低下を引き起こす原因となる。電解液の偏りを抑制するために、特許文献1および2に記載の鉛蓄電池では、電解液との親和性が高い合成繊維不織布として、アクリロニトリル系繊維不織布や、親水化処理された合成繊維不織布が用いられている。 In the lead-acid batteries described in Patent Documents 1 and 2, a synthetic fiber nonwoven fabric and a glass fiber mat are used as separators. Comparing synthetic fiber nonwoven fabric and glass fiber mat, the glass fiber mat generally has a higher affinity with the electrolyte. Therefore, when a synthetic fiber nonwoven fabric and a glass fiber mat are laminated and used, a large amount of electrolyte is held in the glass fiber mat, while the amount of electrolyte held in the synthetic fiber nonwoven fabric tends to be small. Such electrolyte imbalance causes various deteriorations in characteristics, such as an increase in the internal resistance of the lead-acid battery and a decrease in cycle life. In order to suppress the electrolyte imbalance, in the lead-acid batteries described in Patent Documents 1 and 2, an acrylonitrile fiber nonwoven fabric or a hydrophilically treated synthetic fiber nonwoven fabric is used as a synthetic fiber nonwoven fabric with a high affinity with the electrolyte.

特許文献1および2に開示されている発想は、不織布の材質を変えることによって合成繊維不織布の親水性を向上させるという発想である。しかしながら、そのような方法では、鉛蓄電池に現在求められている要求に充分に応えられない場合がある。例えば、不織布の材質を変えることによって合成繊維不織布の親水性を向上させる方法では、鉛蓄電池の使用によって電解液が減少して電解液の偏りが生じた際に、期待した効果が得られない場合がある。このような状況において、検討の結果、本願発明者らは、従来とは全く異なるアプローチによって、鉛蓄電池の特性を向上させる技術を見出した。本発明は、この新たな知見に基づく。 The idea disclosed in Patent Documents 1 and 2 is to improve the hydrophilicity of a synthetic fiber nonwoven fabric by changing the material of the nonwoven fabric. However, such a method may not fully meet the current demands placed on lead-acid batteries. For example, a method of improving the hydrophilicity of a synthetic fiber nonwoven fabric by changing the material of the nonwoven fabric may not produce the expected effect when the electrolyte is reduced and an imbalance in the electrolyte occurs due to the use of the lead-acid battery. In such a situation, as a result of investigation, the inventors of the present application have discovered a technology for improving the characteristics of a lead-acid battery by an approach completely different from the conventional one. The present invention is based on this new knowledge.

合成繊維不織布とガラス繊維マットとを含む従来のセパレータを用いた場合、サイクル特性が不充分な場合があった。充放電サイクル時に合成繊維不織布の膨張収縮や電極からのガス発生が生じることによって、合成繊維不織布中の電解液が減少しやすくなる。検討の結果、本願発明者らは、合成繊維不織布中の電解液の減少が、正極板の構造の影響を受けていることを見出した。 When conventional separators containing synthetic fiber nonwoven fabric and glass fiber mats are used, the cycle characteristics are sometimes insufficient. During charge/discharge cycles, the expansion and contraction of the synthetic fiber nonwoven fabric and gas generation from the electrodes tend to reduce the electrolyte in the synthetic fiber nonwoven fabric. As a result of investigations, the inventors of the present application found that the reduction in electrolyte in the synthetic fiber nonwoven fabric is influenced by the structure of the positive electrode plate.

さらに、本願発明者らは、微細な細孔の割合に注目し、不織布(F)における微細な細孔の割合Vfと、正極板における微細な細孔の割合Vpとの比Vf/Vpを従来の鉛蓄電池よりも高くすることによって、充放電サイクル特性を向上できることを見出した。具体的には、比Vf/Vpを0.10~0.50の範囲とすることによって、鉛蓄電池の特性(サイクル寿命など)を顕著に向上できることを見出した。この理由は現在のところ明確ではないが、以下のように考えることができる。 Furthermore, the inventors of the present application have focused on the proportion of fine pores, and have found that by making the ratio Vf/Vp of the proportion Vf of fine pores in the nonwoven fabric (F) to the proportion Vp of fine pores in the positive electrode plate higher than that of conventional lead-acid batteries, it is possible to improve the charge/discharge cycle characteristics. Specifically, they have found that by setting the ratio Vf/Vp in the range of 0.10 to 0.50, it is possible to significantly improve the characteristics (cycle life, etc.) of lead-acid batteries. The reason for this is currently unclear, but it can be considered as follows.

微細な細孔に充填された電解液は、その細孔が小さいほど流動性が低下すると考えられる。そのため、微細な細孔に充填された電解液は、充填された部分から移動しにくくなり、正極板中の細孔に吸収されにくくなる。その結果、不織布(F)内の電解液量が維持され、鉛蓄電池の性能の低下を抑制できる。例えば、不織布(F)中の電解液量が維持されることによって、内部抵抗の上昇を抑制できる。内部抵抗の上昇の抑制によって、高率放電時のIRドロップの増大が抑制され、高率放電時の放電容量が維持される。そのため、内部抵抗の上昇の抑制は、高率放電を伴うサイクル特性の改善に特に高い効果を示す。 It is believed that the smaller the pores, the less fluid the electrolyte filled in the fine pores becomes. Therefore, the electrolyte filled in the fine pores is less likely to move from the filled area and is less likely to be absorbed into the pores in the positive plate. As a result, the amount of electrolyte in the nonwoven fabric (F) is maintained, and the deterioration of the performance of the lead-acid battery can be suppressed. For example, by maintaining the amount of electrolyte in the nonwoven fabric (F), the increase in internal resistance can be suppressed. By suppressing the increase in internal resistance, the increase in IR drop during high-rate discharge is suppressed, and the discharge capacity during high-rate discharge is maintained. Therefore, suppressing the increase in internal resistance is particularly effective in improving cycle characteristics accompanying high-rate discharge.

比Vf/Vpは、0.10以上であり、0.12以上、0.15以上、0.17以上、または0.20以上であってもよい。比Vf/Vpを高くすることによって、高率放電を伴うサイクル寿命を向上できる。比Vf/Vpは、0.50以下であり、0.33以下、0.27以下、0.20以下、または0.17以下であってもよい。比Vf/Vpを低くすることによって、不織布(F)を含む第1のセパレータの製造が容易になり、製造コストを低減できる。これらの下限と上限とは、矛盾がない限りに、任意に組み合わせることができる。例えば、比Vf/Vpは、0.10~0.50の範囲、0.12~0.50の範囲、0.15~0.50の範囲、0.17~0.50の範囲、または0.20~0.50の範囲にあってもよい。これらの範囲において、上限が下限以下とならない限り、上限を、0.33、0.27、0.20、または0.17に置き換えてもよい。 The ratio Vf/Vp is 0.10 or more, and may be 0.12 or more, 0.15 or more, 0.17 or more, or 0.20 or more. By increasing the ratio Vf/Vp, the cycle life with high rate discharge can be improved. The ratio Vf/Vp is 0.50 or less, and may be 0.33 or less, 0.27 or less, 0.20 or less, or 0.17 or less. By decreasing the ratio Vf/Vp, the first separator including the nonwoven fabric (F) can be easily manufactured, and the manufacturing cost can be reduced. These lower and upper limits can be arbitrarily combined as long as there is no contradiction. For example, the ratio Vf/Vp may be in the range of 0.10 to 0.50, the range of 0.12 to 0.50, the range of 0.15 to 0.50, the range of 0.17 to 0.50, or the range of 0.20 to 0.50. In these ranges, the upper limit may be replaced with 0.33, 0.27, 0.20, or 0.17, as long as the upper limit is not less than or equal to the lower limit.

比Vf/Vpは、好ましくは0.12~0.33の範囲にあり、より好ましくは0.17~0.33の範囲にある。これらの構成によれば、高率放電を伴う充放電サイクルにおける寿命特性を特に向上できる。 The ratio Vf/Vp is preferably in the range of 0.12 to 0.33, and more preferably in the range of 0.17 to 0.33. These configurations can particularly improve the life characteristics in charge-discharge cycles involving high-rate discharge.

比Vf/Vpは、Vfおよび/またはVpを変化させることによって変化させることができる。割合Vfは、不織布(F)を構成する有機繊維の径、および/または、不織布(F)の面密度(単位面積あたりの質量)を変えることによって変化させてもよい。有機繊維の径を小さくすることによってVfを大きくすることが可能であり、有機繊維の径を大きくすることによってVfを小さくすることが可能である。また、不織布(F)の面密度を大きくすることによってVfを大きくすることが可能であり、面密度を小さくすることによってVfを小さくすることが可能である。 The ratio Vf/Vp can be changed by changing Vf and/or Vp. The ratio Vf may be changed by changing the diameter of the organic fibers constituting the nonwoven fabric (F) and/or the surface density (mass per unit area) of the nonwoven fabric (F). It is possible to increase Vf by decreasing the diameter of the organic fibers, and it is possible to decrease Vf by increasing the diameter of the organic fibers. It is also possible to increase Vf by increasing the surface density of the nonwoven fabric (F), and it is possible to decrease Vf by decreasing the surface density.

割合Vpは、正極板の製造条件によって変化させることができる。例えば、正極板の製造に用いられる正極ペーストの製造条件や、正極ペーストを塗布および乾燥する条件などを変えることによって、Vpを変化させることが可能である。例えば、正極ペースト中の液体の割合を変化させてもよい。正極ペースト中の液体は、正極板形成時に除去される。そのため、正極ペースト中の液体の割合を高めることによって、Vpを大きくすることが可能である。あるいは、正極ペーストに用いられる材料(例えば、鉛)の粒径を変えることによって、Vpを変化させることも可能である。一般的に、正極ペーストに用いられる材料の粒径を大きくすると、Vpが小さくなる傾向がある。 The proportion Vp can be changed by the manufacturing conditions of the positive electrode plate. For example, Vp can be changed by changing the manufacturing conditions of the positive electrode paste used in manufacturing the positive electrode plate, or the conditions for applying and drying the positive electrode paste. For example, the proportion of liquid in the positive electrode paste may be changed. The liquid in the positive electrode paste is removed when the positive electrode plate is formed. Therefore, Vp can be increased by increasing the proportion of liquid in the positive electrode paste. Alternatively, Vp can be changed by changing the particle size of the material (e.g., lead) used in the positive electrode paste. In general, Vp tends to decrease when the particle size of the material used in the positive electrode paste is increased.

不織布(F)のVf(%)は、8.3%以上、9.0%以上、11.0%以上、14.0%以上、または16.0%以上であってもよい。Vfは、30.0%以下、26.0%以下、または22.0%以下であってもよい。これらの下限と上限とは、矛盾がない限り、任意に組み合わせてもよい。例えば、Vfは、8.3~30.0%の範囲にあってもよい。この範囲の下限および/または上限を、上記の下限および/または上限に置き換えてもよい。 The Vf (%) of the nonwoven fabric (F) may be 8.3% or more, 9.0% or more, 11.0% or more, 14.0% or more, or 16.0% or more. Vf may be 30.0% or less, 26.0% or less, or 22.0% or less. These lower and upper limits may be combined in any manner as long as there is no contradiction. For example, Vf may be in the range of 8.3 to 30.0%. The lower and/or upper limit of this range may be replaced with the lower and/or upper limit described above.

正極板のVp(%)は、60.0%以上、または70.0%以上であってもよい。Vpは、99.0%以下、または92.0%以下であってもよい。これらの下限と上限とは、矛盾がない限り、任意に組み合わせてもよい。例えば、Vpは、60.0~99.0%の範囲、60.0~92.0%の範囲、70.0~99.0%の範囲、または、70.0~92.0%の範囲にあってもよい。 The Vp (%) of the positive plate may be 60.0% or more, or 70.0% or more. Vp may be 99.0% or less, or 92.0% or less. These lower and upper limits may be combined in any way as long as there is no contradiction. For example, Vp may be in the range of 60.0-99.0%, 60.0-92.0%, 70.0-99.0%, or 70.0-92.0%.

不織布(F)の平均厚さは、0.05mm~0.5mmの範囲(例えば0.1mm~0.3mmの範囲)にあってもよい。不織布(F)の平均厚さを0.1mm以上とすることによって、短絡を防止する効果を高めることができる。不織布(F)の平均厚さを0.3mm以下とすることによって、内部抵抗を低減できる。 The average thickness of the nonwoven fabric (F) may be in the range of 0.05 mm to 0.5 mm (for example, in the range of 0.1 mm to 0.3 mm). By making the average thickness of the nonwoven fabric (F) 0.1 mm or more, the effect of preventing short circuits can be enhanced. By making the average thickness of the nonwoven fabric (F) 0.3 mm or less, the internal resistance can be reduced.

複数の正極板のそれぞれは、エキスパンド格子部(第1のエキスパンド格子部)を含む正極集電体を含んでもよく、複数の負極板のそれぞれは、エキスパンド格子部(第2のエキスパンド格子部)を含む負極集電体を含んでもよい。第1のエキスパンド格子部および第2のエキスパンド格子部はそれぞれ、周囲に枠骨がない格子体であってもよい。エキスパンド格子部は曲がりやすいため、短絡防止が特に重要になる。特に、周囲に枠骨がない格子体は、電極材料が膨張することによって正極板および負極板の周囲で短絡が生じやすい。そのため、エキスパンド格子部を含む集電体を用いる場合には、不織布(F)で構成された袋に、正極板および/または負極板を収容することが好ましい。 Each of the positive plates may include a positive electrode current collector including an expanded lattice portion (first expanded lattice portion), and each of the negative plates may include a negative electrode current collector including an expanded lattice portion (second expanded lattice portion). The first expanded lattice portion and the second expanded lattice portion may each be a lattice body without a frame around it. Since the expanded lattice portion is prone to bending, it is particularly important to prevent short circuits. In particular, a lattice body without a frame around it is prone to short circuits around the positive and negative plates due to the expansion of the electrode material. Therefore, when a current collector including an expanded lattice portion is used, it is preferable to house the positive and/or negative plates in a bag made of nonwoven fabric (F).

有機繊維は、アクリル系繊維を含む分割繊維を含んでもよい。分割繊維を用いることによって、比Vf/Vpを大きくすることが容易になる。アクリル系繊維を用いることによって、保液性を高めることができる。 The organic fibers may include split fibers including acrylic fibers. By using split fibers, it becomes easier to increase the ratio Vf/Vp. By using acrylic fibers, it is possible to increase the liquid retention.

アクリル系繊維は、アクリロニトリル単位を含むポリマー(アクリロニトリル系ポリマー)を用いて形成される繊維(アクリロニトリル系繊維)である。アクリロニトリル系ポリマーは、構成単位として、アクリロニトリル単位のみを含んでもよい。あるいは、アクリロニトリル系ポリマーは、アクリロニトリル単位と他の単量体単位とを含むコポリマーであってもよい。他の単量体単位は、1種であってもよいし、2種以上であってもよい。ポリマーに占めるアクリロニトリル単位の割合は、例えば、50質量%以上、70質量%以上、80質量%以上、または85質量%以上であってもよい。アクリロニトリルと共重合される他の単量体の例には、アクリル酸、メタクリル酸、これらの誘導体、オレフィン系モノマー(酢酸ビニル、塩化ビニル、塩化ビニリデンなど)などが含まれる。アクリル系繊維には、アクリル系繊維が含まれる。 Acrylic fibers are fibers (acrylonitrile fibers) formed using a polymer (acrylonitrile polymer) containing acrylonitrile units. The acrylonitrile polymer may contain only acrylonitrile units as a constituent unit. Alternatively, the acrylonitrile polymer may be a copolymer containing acrylonitrile units and other monomer units. The other monomer units may be one type or two or more types. The proportion of acrylonitrile units in the polymer may be, for example, 50% by mass or more, 70% by mass or more, 80% by mass or more, or 85% by mass or more. Examples of other monomers that are copolymerized with acrylonitrile include acrylic acid, methacrylic acid, derivatives thereof, and olefin monomers (vinyl acetate, vinyl chloride, vinylidene chloride, etc.). Acrylic fibers include acrylic fibers.

アクリル系繊維を含む分割繊維は、市販の分割繊維であってもよいし、公知の方法で合成してもよい。アクリル系繊維を含む分割繊維は、例えば、アクリル系繊維の部分と他の繊維の部分とを含む複合繊維を紡糸することによって形成してもよい。複合繊維の他の繊維を構成するポリマーには、公知のポリマー(ポリエチレン、ポリプロピレン、その他のポリマー)を用いてもよい。不織布(F)は、以下のように形成されてもよい。まず、複合繊維を含む繊維を抄紙することによってシートを得る。次に、そのシートに高圧水流を噴射して繊維を交絡させると同時に、複合繊維を分割する。このようにして、分割繊維(例えばアクリル系繊維の分割繊維)を含む不織布(F)が得られる。 The split fibers containing acrylic fibers may be commercially available split fibers or may be synthesized by a known method. The split fibers containing acrylic fibers may be formed, for example, by spinning composite fibers containing an acrylic fiber portion and another fiber portion. The polymer constituting the other fiber of the composite fiber may be a known polymer (polyethylene, polypropylene, other polymers). The nonwoven fabric (F) may be formed as follows. First, a sheet is obtained by papermaking fibers containing composite fibers. Next, a high-pressure water stream is sprayed onto the sheet to entangle the fibers and simultaneously split the composite fibers. In this way, a nonwoven fabric (F) containing split fibers (for example, split fibers of acrylic fibers) is obtained.

不織布(F)を構成する有機繊維は、電解液中で離脱する成分を含有する繊維から当該成分が電解液中で離脱することによって形成された有機繊維を含んでもよい。そのような有機繊維を用いることによって、割合Vfを大きくすることが容易になる。鉛蓄電池の製造に用いられる不織布(F)は、当該成分を含有する有機繊維を含んでもよいし、当該成分を含有する有機繊維のみで構成されてもよい。そのような不織布(F)を用いて鉛蓄電池を製造した場合、当該成分は時間と共に有機繊維から脱離する。当該成分が脱離することによって、微細な細孔の割合を高めることが可能である。電解液中に脱離する成分は、電解中に溶出する成分であってもよいし、電解液中で分解して有機繊維から離脱する成分であってもよい。そのような成分の例には、アセテートなどが含まれる。そのような成分を含む有機繊維には、市販の繊維を用いてもよいし、公知の方法で合成してもよい。 The organic fibers constituting the nonwoven fabric (F) may include organic fibers formed by the release of a component in the electrolyte from fibers containing the component in the electrolyte. By using such organic fibers, it becomes easier to increase the ratio Vf. The nonwoven fabric (F) used in the manufacture of a lead-acid battery may include organic fibers containing the component, or may be composed only of organic fibers containing the component. When a lead-acid battery is manufactured using such a nonwoven fabric (F), the component will release from the organic fibers over time. The release of the component makes it possible to increase the ratio of fine pores. The component released into the electrolyte may be a component that dissolves during electrolysis, or a component that decomposes in the electrolyte and releases from the organic fibers. Examples of such components include acetate. For the organic fibers containing such components, commercially available fibers may be used, or they may be synthesized by a known method.

第1のセパレータは、不織布(F)で構成された複数の袋を含んでもよい。その場合、複数の正極板および複数の負極板から選ばれる一方の極板のそれぞれは、当該袋に収容されていてもよい。不織布(F)で構成された袋は、例えば、3辺が閉じられており、1辺が閉じられていない袋である。当該袋は、例えば、不織布(F)を重ね合わせて所定の箇所を熱溶着することによって形成してもよい。袋の閉じられていない一辺から、正極板および/または負極板が挿入できる。 The first separator may include multiple bags made of nonwoven fabric (F). In this case, each of the multiple positive electrode plates and the multiple negative electrode plates may be housed in the bag. The bag made of nonwoven fabric (F) is, for example, a bag with three sides closed and one side open. The bag may be formed, for example, by overlapping the nonwoven fabric (F) and heat welding at predetermined locations. The positive electrode plate and/or the negative electrode plate can be inserted from the open side of the bag.

第2のセパレータは、ガラス繊維マットで構成された複数の断面U字状マットを含んでもよい。そして、上記一方の極板のそれぞれを収容している上記袋は、断面U字状マットの内側に配置されていてもよい。あるいは、上記一方の極板ではない他方の極板のそれぞれが、断面U字状マットの内側に配置されていてもよい。断面U字状マットを、以下では単に「U字状マット」と称する場合がある。断面U字状マットは、別の観点では、2つ折りされたマットである。 The second separator may include a plurality of U-shaped cross-section mats made of glass fiber mats. The bags housing the first electrode plates may be disposed inside the U-shaped cross-section mats. Alternatively, the other electrode plates that are not the first electrode plates may be disposed inside the U-shaped cross-section mats. The U-shaped cross-section mats may be simply referred to as "U-shaped mats" below. From another perspective, the U-shaped cross-section mats are mats that are folded in half.

不織布(F)は正極板に隣接するように配置されていてもよい。例えば、正極板は、不織布(F)で構成された袋に収容されることによって、不織布(F)に隣接してもよい。不織布(F)が正極板に隣接している場合、不織布(F)に保持される電解液の量が、特に正極板に影響を受ける。そのため、不織布(F)が、ガラス繊維マットを介さずに正極板に隣接している場合には、本発明の構成が特に有利である。 The nonwoven fabric (F) may be disposed adjacent to the positive electrode plate. For example, the positive electrode plate may be adjacent to the nonwoven fabric (F) by being contained in a bag made of the nonwoven fabric (F). When the nonwoven fabric (F) is adjacent to the positive electrode plate, the amount of electrolyte held in the nonwoven fabric (F) is particularly affected by the positive electrode plate. Therefore, when the nonwoven fabric (F) is adjacent to the positive electrode plate without a glass fiber mat, the configuration of the present invention is particularly advantageous.

本実施形態の鉛蓄電池は、制御弁式鉛蓄電池であってもよいし、他の鉛蓄電池(液式鉛蓄電池など)であってもよい。制御弁式は補水が不要であるという利点を有する。一方で、充放電を繰り返すことによって電解液が徐々に減少し、内部抵抗が増加するという問題が生じやすい。一般的に、合成繊維不織布とガラス繊維マットとを積層したセパレータを用いる場合、電解液の減少によって合成繊維不織布の電解液量が顕著に減少しやすい。そのため、制御弁式鉛蓄電池の場合には、本実施形態の構成が特に好ましい。 The lead-acid battery of this embodiment may be a valve-regulated lead-acid battery or other lead-acid batteries (such as a flooded lead-acid battery). Valve-regulated batteries have the advantage of not requiring water replenishment. On the other hand, repeated charging and discharging can easily cause a problem in that the electrolyte gradually decreases and the internal resistance increases. In general, when a separator made of laminated synthetic fiber nonwoven fabric and glass fiber mat is used, the amount of electrolyte in the synthetic fiber nonwoven fabric tends to decrease significantly due to the decrease in electrolyte. Therefore, in the case of a valve-regulated lead-acid battery, the configuration of this embodiment is particularly preferable.

複数の正極板、複数の負極板、およびセパレータは、極板群を構成する。複数の正極板および複数の負極板は、負極板/正極板/負極板/正極板というように交互に配置される。すなわち、正極板と負極板とは、通常、1枚ずつ交互に配置される。正極板の数と負極板の数とは異なってもよい。通常、正極板および負極板のうちの一方の数は他方の数よりも1つ多い。例えば、正極板の数は負極板の数より1つ多くてもよい。あるいは、負極板の数は正極板の数より1つ多くてもよい。それらの場合、多い方の極板が、極板群の両端に配置されうる。正極板および負極板の数に限定はない。正極板の数および負極板の数は、それぞれ独立に、2~20の範囲(例えば3~16の範囲)にあってもよい。 The positive electrode plates, the negative electrode plates, and the separator constitute an electrode plate group. The positive electrode plates and the negative electrode plates are alternately arranged in the order of negative electrode plate/positive electrode plate/negative electrode plate/positive electrode plate. That is, the positive electrode plates and the negative electrode plates are usually arranged one by one alternately. The number of positive electrode plates and the number of negative electrode plates may be different. Usually, the number of one of the positive electrode plates and the negative electrode plates is one more than the other. For example, the number of positive electrode plates may be one more than the number of negative electrode plates. Alternatively, the number of negative electrode plates may be one more than the number of positive electrode plates. In these cases, the more number of electrodes may be arranged at both ends of the electrode plate group. There is no limit to the number of positive electrode plates and negative electrode plates. The number of positive electrode plates and the number of negative electrode plates may each be independently in the range of 2 to 20 (for example, in the range of 3 to 16).

正極板と正極板に隣接する負極板との間には、不織布(F)とガラス繊維マットとが積層されるように配置されている。これらは、正極板/不織布(F)/ガラス繊維マット/負極板という順に配置されてもよい。あるいは、これらは、正極板/ガラス繊維マット/不織布(F)/負極板という順に配置されてもよい。 Between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to the positive electrode plate, a nonwoven fabric (F) and a glass fiber mat are arranged so as to be stacked. These may be arranged in the order of positive electrode plate/nonwoven fabric (F)/glass fiber mat/negative electrode plate. Alternatively, they may be arranged in the order of positive electrode plate/glass fiber mat/nonwoven fabric (F)/negative electrode plate.

好ましい一例では、複数の不織布(F)の袋を含む第1のセパレータと、複数のU字状マットを含む第2のセパレータが用いられる。この場合のセパレータの配置の第1~第4の例を以下に説明する。第1の例では、正極板は不織布(F)の袋に収容され、当該袋はU字状マットの内側に配置される。負極板は、不織布(F)の袋の内側およびU字状マットの内側には配置されない。第2の例では、負極板は不織布(F)の袋に収容され、当該袋はU字状マットの内側に配置される。正極板は、不織布(F)の袋の内側およびU字状マットの内側には配置されない。第3の例では、正極板は不織布(F)の袋に収容され、負極板はU字状マットの内側に配置される。第4の例では、負極板は不織布(F)の袋に収容され、正極板はU字状マットの内側に配置される。 In a preferred example, a first separator including a plurality of nonwoven fabric (F) bags and a second separator including a plurality of U-shaped mats are used. First to fourth examples of separator arrangement in this case are described below. In the first example, the positive electrode plate is housed in a nonwoven fabric (F) bag, and the bag is placed inside the U-shaped mat. The negative electrode plate is not placed inside the nonwoven fabric (F) bag or inside the U-shaped mat. In the second example, the negative electrode plate is housed in a nonwoven fabric (F) bag, and the bag is placed inside the U-shaped mat. The positive electrode plate is not placed inside the nonwoven fabric (F) bag or inside the U-shaped mat. In the third example, the positive electrode plate is housed in a nonwoven fabric (F) bag, and the negative electrode plate is placed inside the U-shaped mat. In the fourth example, the negative electrode plate is housed in a nonwoven fabric (F) bag, and the positive electrode plate is placed inside the U-shaped mat.

なお、正極板と正極板に隣接する負極板との間に不織布(F)とガラス繊維マットとが積層されるように配置される限り、極板群の構成は上記の構成に限定されない。不織布(F)の形態およびガラス繊維マットの形態は、それぞれ独立に、シート、袋、および断面U字状体のいずれかであってもよい。 The configuration of the electrode plate group is not limited to the above configuration, so long as the nonwoven fabric (F) and the glass fiber mat are arranged so as to be stacked between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to the positive electrode plate. The form of the nonwoven fabric (F) and the form of the glass fiber mat may each independently be any of a sheet, a bag, and a U-shaped cross section.

(比Vf/Vpの評価)
不織布(F)のVf(%)、および、正極板のVp(%)は、水銀圧入法による細孔分析によって測定される。測定されたVfおよびVpから、比Vf/Vpを求めることができる。容積VfおよびVpは、未使用の第1のセパレータおよび正極板を用いて測定してもよい。あるいは、VfおよびVpは、鉛蓄電池から取り出した第1のセパレータおよび正極板を用いて測定してもよい。
(Evaluation of the ratio Vf/Vp)
The Vf (%) of the nonwoven fabric (F) and the Vp (%) of the positive plate are measured by porosimetry using mercury intrusion porosimetry. The ratio Vf/Vp can be calculated from the measured Vf and Vp. The volumes Vf and Vp may be measured using an unused first separator and positive plate. Alternatively, the volumes Vf and Vp may be measured using a first separator and positive plate taken out of a lead-acid battery.

セパレータおよび正極板を鉛蓄電池から取り出して測定する場合、それらは、満充電状態の鉛蓄電池から取り出される。鉛蓄電池から取り出したセパレータおよび正極板は、測定に先立って、洗浄および乾燥される。セパレータの洗浄および乾燥は、次の手順で行われる。まず、鉛蓄電池から取り出したセパレータを純水(洗浄液)中に1時間浸漬し、それによってセパレータ中の硫酸を除去する。次に、洗浄液からセパレータを取り出し、当該セパレータを25℃の環境下に16時間以上静置することによって、乾燥させる。このようにして得られたセパレータについて、測定を行う。正極板の洗浄は、セパレータの洗浄と同様の方法で行われる。次に、洗浄後の正極板を、90℃の環境下に6時間以上静置することによって乾燥させる。 When the separator and the positive plate are removed from the lead-acid battery for measurement, they are removed from the lead-acid battery in a fully charged state. The separator and the positive plate removed from the lead-acid battery are washed and dried prior to measurement. The separator is washed and dried in the following procedure. First, the separator removed from the lead-acid battery is immersed in pure water (cleaning solution) for one hour, thereby removing the sulfuric acid in the separator. Next, the separator is removed from the cleaning solution and left to stand in an environment at 25°C for 16 hours or more, thereby drying the separator. Measurements are performed on the separator obtained in this manner. The positive plate is washed in the same manner as the separator. Next, the washed positive plate is left to stand in an environment at 90°C for 6 hours or more, thereby drying it.

不織布(F)のVfは、具体的には、以下のようにして測定する。まず、第1のセパレータを構成する不織布(F)の一部(例えば、溶着がなされていない中央部近傍)を100mm×100mmのサイズにカットしてサンプルを得る。得られたサンプルの細孔分布を、水銀ポロシメータ(株式会社島津製作所製、オートポアIV9510)を用いて測定する。測定された細孔分布から、Vfが求められる。なお、測定の圧力範囲は、0.5psia(3447Pa)~約60,000psia(約419MPa)の範囲とする。0.5psia(3447Pa)は、直径360μmの細孔に対応する。約60,000psia(約419MPa)は、直径0.003μmの細孔に対応する。そのため、上記の圧力範囲は、細孔の直径が0.003μm~360μmの範囲に相当する。 Specifically, the Vf of the nonwoven fabric (F) is measured as follows. First, a portion of the nonwoven fabric (F) constituting the first separator (for example, near the center where no welding has been performed) is cut to a size of 100 mm x 100 mm to obtain a sample. The pore distribution of the obtained sample is measured using a mercury porosimeter (Shimadzu Corporation, Autopore IV 9510). From the measured pore distribution, Vf is obtained. The measurement pressure range is 0.5 psia (3447 Pa) to approximately 60,000 psia (approximately 419 MPa). 0.5 psia (3447 Pa) corresponds to a pore with a diameter of 360 μm. Approximately 60,000 psia (approximately 419 MPa) corresponds to a pore with a diameter of 0.003 μm. Therefore, the above pressure range corresponds to a pore diameter range of 0.003 μm to 360 μm.

正極板のVpは、具体的には、以下のようにして測定する。まず、正極板の一部(例えば、正極板の中央部近傍)から正極電極材料1gをサンプルとして得る。そのサンプルを用いることを除いて、不織布(F)の細孔分布測定と同様の条件で、当該サンプルの細孔分布を測定する。測定された細孔分布からVpが求められる。 Specifically, the Vp of the positive plate is measured as follows. First, 1 g of positive electrode material is obtained as a sample from a portion of the positive plate (e.g., near the center of the positive plate). Except for using this sample, the pore distribution of the sample is measured under the same conditions as those for measuring the pore distribution of the nonwoven fabric (F). Vp is determined from the measured pore distribution.

(不織布(F)の平均厚さ)
不織布(F)の平均厚さには、任意に選択された等間隔の10点の厚さの平均値を用いる。各点の厚さは、例えば、JIS B7502:2016(マイクロメータ)に規定する外側マイクロメータ(0~25mm)を用いて測定する。
(Average thickness of nonwoven fabric (F))
The average thickness of the nonwoven fabric (F) is the average value of thicknesses at 10 arbitrarily selected equally spaced points. The thickness at each point is measured, for example, using an outside micrometer (0 to 25 mm) as specified in JIS B7502:2016 (micrometer).

液式の鉛蓄電池の満充電状態とは、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、定格容量として記載の数値(単位をAhとする数値)の0.2倍の電流(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、鉛蓄電池を充電した状態を満充電状態とする。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。 The fully charged state of a flooded lead-acid battery is defined by JIS D 5301:2019. More specifically, the fully charged state is a state in which the lead-acid battery is charged in a water tank at 25°C ± 2°C with a current (A) 0.2 times the value (unit: Ah) listed as the rated capacity until the terminal voltage (V) during charging or the electrolyte density converted to a temperature of 20°C shows a constant value with three significant digits three consecutive times. In addition, in the case of a valve-regulated lead-acid battery, the fully charged state is a state in which constant current/constant voltage charging of 2.23 V/cell is performed in an air tank at 25°C ± 2°C with a current (A) 0.2 times the value (unit: Ah) listed as the rated capacity, and charging is terminated when the charging current during constant voltage charging reaches a value (A) 0.005 times the value (unit: Ah) listed as the rated capacity.

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)。 A fully charged lead-acid battery refers to a fully charged lead-acid battery that has already been chemically prepared. A lead-acid battery can 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 has been chemically prepared and is in use (preferably in the early stages of use) can be fully charged).

本発明の鉛蓄電池の構成の例について以下に説明する。なお、以下で説明する構成部材には、上述した構成部材を用いてもよい。本発明に特徴的な構成部材以外の構成部材には、公知の構成部材を適用してもよい。 An example of the configuration of the lead-acid battery of the present invention is described below. The components described below may be the same as those described above. Publicly known components may be used for components other than those characteristic of the present invention.

(セパレータ)
セパレータは、有機繊維で構成された不織布(F)を含む第1のセパレータと、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータとを含む。第1のセパレータは、その大部分(例えば80質量%以上)が不織布(F)で構成されてもよいし、不織布(F)のみで構成されてもよい。第2のセパレータは、その大部分(例えば80質量%以上)がガラス繊維マットで構成されてもよいし、ガラス繊維マットのみで構成されてもよい。
(Separator)
The separator includes a first separator including a nonwoven fabric (F) made of organic fibers, and a second separator including a glass fiber mat. The first separator may be mostly (e.g., 80% by mass or more) made of the nonwoven fabric (F) or may be made only of the nonwoven fabric (F). The second separator may be mostly (e.g., 80% by mass or more) made of the glass fiber mat or may be made only of the glass fiber mat.

(不織布(F))
不織布(F)は有機繊維によって構成される。第1のセパレータの70質量%以上(例えば80質量、90質量%以上、または95質量%以上)は有機繊維である。第1のセパレータは、有機繊維のみからなるものであってもよい。有機繊維の例には、合成繊維(ポリオレフィン繊維、アクリル系繊維、ポリエステル繊維など)、天然由来の成分を含む繊維などが含まれる。ポリオレフィン繊維の例には、ポリエチレン繊維やポリプロピレン繊維が含まれる。ポリエステル繊維の例には、ポリエチレンテレフタレート繊維などが含まれる。天然由来の成分を含む繊維の例には、パルプ繊維(例えばセルロース繊維)が含まれる。第1のセパレータは、有機繊維以外の成分、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。
(Nonwoven fabric (F))
The nonwoven fabric (F) is made of organic fibers. 70% by mass or more (e.g., 80% by mass or more, 90% by mass or more, or 95% by mass or more) of the first separator is organic fibers. The first separator may be made of only organic fibers. Examples of organic fibers include synthetic fibers (polyolefin fibers, acrylic fibers, polyester fibers, etc.), fibers containing naturally derived components, etc. Examples of polyolefin fibers include polyethylene fibers and polypropylene fibers. Examples of polyester fibers include polyethylene terephthalate fibers, etc. Examples of fibers containing naturally derived components include pulp fibers (e.g., cellulose fibers). The first separator may contain components other than organic fibers, such as acid-resistant inorganic powders and polymers as binders.

微細な細孔への電解液の浸透性、および、細孔内における電解液の保持性を高めるために、有機繊維の親水性は高い方が好ましい。その観点では、親水化処理されていないポリオレフィン繊維よりも親水性が高い有機繊維を用いることが好ましい。例えば、親水基(水酸基やカルボキシル基など)を含有する単量体を用いた重合体(例えば共重合体)を用いてもよいし、親水化処理を行った有機繊維を用いてもよい。親水化処理には公知の親水化処理を用いてもよい。親水化処理されていないポリオレフィン繊維よりも親水性が高い有機繊維の例には、アクリル系繊維、ポリエチレンテレフタレート系繊維(PET系繊維)などが含まれる。好ましい有機繊維の一例は、親水基を含有する単量体とアクリロニトリルとを用いて合成される共重合体である。 In order to increase the permeability of the electrolyte into the fine pores and the retention of the electrolyte in the pores, it is preferable that the organic fibers have high hydrophilicity. From this perspective, it is preferable to use organic fibers that are more hydrophilic than polyolefin fibers that have not been hydrophilized. For example, a polymer (e.g., a copolymer) using a monomer containing a hydrophilic group (such as a hydroxyl group or a carboxyl group) may be used, or an organic fiber that has been hydrophilized may be used. A known hydrophilization treatment may be used for the hydrophilization treatment. Examples of organic fibers that are more hydrophilic than polyolefin fibers that have not been hydrophilized include acrylic fibers and polyethylene terephthalate fibers (PET fibers). One example of a preferred organic fiber is a copolymer synthesized using a monomer containing a hydrophilic group and acrylonitrile.

有機繊維は、分割繊維であってもよい。分割繊維を用いることによって、割合Vfを大きくしやすくなる。 The organic fibers may be split fibers. By using split fibers, it becomes easier to increase the ratio Vf.

不織布(F)を構成する有機繊維のうち、分割された分割繊維の平均繊維径は、0.01μm~1.0μmの範囲(例えば0.01μm~0.75μmの範囲)にあってもよい。不織布(F)を構成する有機繊維の平均繊維径は、0.5μm~15μmの範囲(例えば0.5μm~10μmの範囲)にあってもよい。平均繊維径を9μm以下とすることによって、割合Vfを大きくしやすくなる。有機繊維の平均繊維径は、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、100個の数値の平均値として求めればよい。なお、分割繊維については、分割後のそれぞれの繊維を1本の繊維として扱う。例えば、10本に分割された分割繊維については、10本の繊維として扱う。 The average fiber diameter of the split fibers among the organic fibers constituting the nonwoven fabric (F) may be in the range of 0.01 μm to 1.0 μm (for example, in the range of 0.01 μm to 0.75 μm). The average fiber diameter of the organic fibers constituting the nonwoven fabric (F) may be in the range of 0.5 μm to 15 μm (for example, in the range of 0.5 μm to 10 μm). By setting the average fiber diameter to 9 μm or less, it becomes easier to increase the ratio Vf. The average fiber diameter of the organic fibers can be calculated by calculating the maximum diameter of any cross section perpendicular to the length direction for any 100 fibers, and averaging the 100 numerical values. Note that with regard to split fibers, each fiber after splitting is treated as one fiber. For example, a split fiber divided into 10 fibers is treated as 10 fibers.

不織布(F)の面密度は、40g/m~90g/mの範囲(例えば50g/m~80g/mの範囲)にあってもよい。不織布(F)を構成する有機繊維の平均繊維径を0.5μm~15μmの範囲とし、不織布(F)の面密度を40g/m~90g/mの範囲とすることによって、割合Vfを大きくしやすくなる。 The areal density of the nonwoven fabric (F) may be in the range of 40 g/m 2 to 90 g/m 2 (for example, in the range of 50 g/m 2 to 80 g/m 2 ). By setting the average fiber diameter of the organic fibers constituting the nonwoven fabric (F) in the range of 0.5 μm to 15 μm and setting the areal density of the nonwoven fabric (F) in the range of 40 g/m 2 to 90 g/m 2 , it becomes easier to increase the ratio Vf.

(ガラス繊維マット)
ガラス繊維マットは、例えば、ガラス繊維を用いて形成されたシート(例えば不織布)である。ガラス繊維マットの全体がガラス繊維で形成されていてもよい。あるいは、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。第2のセパレータにおける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。第2のセパレータは、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、20質量%以下(例えば10質量%以下や5質量%以下)である。
(fiberglass mat)
The glass fiber mat is, for example, a sheet (e.g., nonwoven fabric) formed using glass fibers. The entire glass fiber mat may be formed of glass fibers. Alternatively, the glass fiber mat may contain glass fibers as a main component. The glass fiber content in the second separator may be 90% by mass or more or 95% by mass or more. The second separator may contain components other than glass fibers, such as organic fibers, acid-resistant inorganic powder, and polymers as binders, and the content thereof is usually 20% by mass or less (e.g., 10% by mass or less or 5% by mass or less).

ガラス繊維の平均繊維径は、0.1μm~30μmの範囲にあってもよく、0.5μm~15μmの範囲にあってもよい。ガラス繊維の平均繊維径は、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、100個の数値の平均値として求めればよい。 The average fiber diameter of the glass fibers may be in the range of 0.1 μm to 30 μm, or in the range of 0.5 μm to 15 μm. The average fiber diameter of the glass fibers can be calculated by determining the maximum diameter of any cross section perpendicular to the length direction of any 100 fibers, and averaging the 100 values.

ガラス繊維マットの面密度は、100g/m~250g/mの範囲(例えば100g/m~200g/mの範囲)にあってもよい。 The areal density of the glass fiber mat may be in the range of 100 g/m 2 to 250 g/m 2 (eg, in the range of 100 g/m 2 to 200 g/m 2 ).

(正極板)
正極板は、正極集電体と、正極集電体上に配置された正極電極材料とを含む。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。正極集電体は、鉛または鉛合金の鋳造や、鉛または鉛合金シートの加工によって形成できる。加工方法の例には、エキスパンド加工や打ち抜き(パンチング)加工などが含まれる。
(Positive electrode plate)
The positive electrode plate includes a positive electrode current collector and a positive electrode material disposed on the positive electrode current collector. The positive electrode material is held by the positive electrode current collector. The positive electrode material is the positive electrode plate excluding the positive electrode current collector. The positive electrode current collector can be formed by casting lead or a lead alloy or processing a lead or lead alloy sheet. Examples of processing methods include expanding and punching.

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、合金層は複数でもよい。芯金には、Pb-Ca系合金やPb-Sb系合金を用いることが好ましい。 In terms of corrosion resistance and mechanical strength, Pb-Ca alloys and Pb-Ca-Sn alloys are preferred as lead alloys for use in the positive electrode current collector. The positive electrode current collector may have lead alloy layers with different compositions, and may have multiple alloy layers. For the core metal, it is preferred to use a Pb-Ca alloy or a Pb-Sb alloy.

正極電極材料は、酸化還元反応により容量を発現する正極活物質(二酸化鉛もしくは硫酸鉛)を含む。正極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤を含んでもよい。 The positive electrode material 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 as necessary.

正極板は、以下の方法で作製してもよい。まず、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って未化成の正極板を作製する。この未化成の正極板を化成することによって、正極板が得られる。正極ペーストは、鉛粉、添加剤、水、および硫酸などを含む材料を混合することによって調製される。 The positive electrode plate may be prepared by the following method. First, a positive electrode collector is filled with a positive electrode paste, which is then aged and dried to prepare an unformed positive electrode plate. The unformed positive electrode plate is then formed to obtain a positive electrode plate. The positive electrode paste is prepared by mixing materials including lead powder, additives, water, and sulfuric acid.

正極ペースト中の液体の含有率は、10~40質量%の範囲(例えば10~30質量%の範囲)にあってもよい。 The liquid content in the positive electrode paste may be in the range of 10 to 40% by mass (e.g., in the range of 10 to 30% by mass).

(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。
(Negative plate)
The negative 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 plate excluding the negative current collector.

負極集電体は、鉛または鉛合金の鋳造によって形成してもよく、鉛または鉛合金シートを加工することによって形成してもよい。加工方法の例には、エキスパンド加工や打ち抜き(パンチング)加工などが含まれる。 The negative electrode current collector may be formed by casting lead or a lead alloy, or by processing a lead or lead alloy sheet. Examples of processing methods include expanding and punching.

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系合金のいずれかであってもよい。これらの鉛もしくは鉛合金は、更に、他の添加元素を含んでもよく、Ba、Ag、Al、Bi、As、Se、およびCuからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含んでもよい。 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 other additive elements, and may contain at least one element selected from the group consisting of Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, and Cu.

負極電極材料は、酸化還元反応によって容量を発現する負極活物質(鉛または硫酸鉛)を含む。負極電極材料は、防縮剤、炭素質材料(カーボンブラックなど)、硫酸バリウムなどを含んでもよい。負極電極剤量は、必要に応じて、他の添加剤を含んでもよい。 The negative electrode material includes a negative electrode active material (lead or lead sulfate) that develops capacity through an oxidation-reduction reaction. The negative electrode material may include a shrinkage inhibitor, a carbonaceous material (such as carbon black), barium sulfate, etc. The amount of the negative electrode material may include other additives as necessary.

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、以下の方法で作製してもよい。まず、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って未化成の負極板を作製する。この未化成の負極板を化成することによって、負極板が得られる。負極ペーストは、例えば、鉛粉、有機防縮剤、および必要に応じて各種添加剤を含む材料に、水と硫酸とを加えて混練することによって作製できる。熟成工程では、室温より高温かつ高湿度の環境下において、未化成の負極板を熟成させることが好ましい。 The negative electrode plate may be produced by the following method. First, a negative electrode current collector is filled with a negative electrode paste, which is then aged and dried to produce an unformed negative electrode plate. This unformed negative electrode plate is then chemically formed to obtain a negative electrode plate. The negative electrode paste can be produced, for example, by adding water and sulfuric acid to a material containing lead powder, an organic shrinkage inhibitor, and various additives as necessary, and kneading the mixture. In the aging process, it is preferable to age the unformed negative electrode plate in an environment that is higher than room temperature and has a 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って行ってもよい。化成は、鉛蓄電池の組み立て前または極板群の組み立て前に行ってもよい。化成によって、海綿状鉛が生成する。 The chemical formation may 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 charging the plate group. The chemical formation may be carried out before assembling the lead-acid battery or before assembling the plate group. The chemical formation produces spongy lead.

(電解液)
電解液は、硫酸を含む水溶液であり、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などを含んでもよい。電解液は、必要に応じてゲル化させてもよい。
(Electrolyte)
The electrolytic solution is an aqueous solution containing sulfuric acid, and may contain at least one selected from the group consisting of Na ions, Li ions, Mg ions, and Al ions. The electrolytic solution may be gelled as necessary.

電解液の20℃における比重は、例えば、1.10g/cm3以上である。電解液の20℃における比重は、1.35g/cm3以下であってもよい。なお、これらの比重は、既化成で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 g/cm 3 or more. The specific gravity of the electrolyte at 20° C. may be 1.35 g/cm 3 or less. Note that these specific gravities are values for electrolyte in a preformed, fully charged lead-acid battery.

(外装体)
鉛蓄電池は、外装体を含む。外装体は、極板群および電解液を収容する電槽と、電槽の開口部に蓋をする蓋部とを含んでもよい。電槽は、複数のセル室を含んでもよい。1つのセル室に1つの極板群が配置されてもよい。鉛蓄電池が制御弁式鉛蓄電池(VRLA電池)である場合、外装体は制御弁を含む。制御弁は、通常、蓋部に配置される。制御弁は、外装体の内圧が高くなったとき(例えば所定値以上となったとき)に開いて、外装体内のガスを外部に放出する。制御弁には、鉛蓄電池に用いられている公知の制御弁を用いることができる。
(Exterior body)
The lead-acid battery includes an exterior body. The exterior body may include a battery case that contains a plate group and an electrolyte, and a lid portion that covers an opening of the battery case. The battery case may include a plurality of cell chambers. One plate group may be arranged in one cell chamber. When the lead-acid battery is a valve-regulated lead-acid battery (VRLA battery), the exterior body includes a control valve. The control valve is usually arranged in the lid portion. The control valve opens when the internal pressure of the exterior body becomes high (for example, when it reaches or exceeds a predetermined value) to release gas inside the exterior body to the outside. The control valve may be a known control valve used in lead-acid batteries.

本発明に係る実施形態の例について、図面を参照しながら以下に説明する。以下で説明する例の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。また、以下で説明する例は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。また、以下で説明する実施形態において、本発明の鉛蓄電池に必須ではない構成要素は省略してもよい。 Examples of embodiments according to the present invention will be described below with reference to the drawings. The components described above can be applied to the components of the examples described below. The examples described below can be modified based on the above description. The matters described below may be applied to the above embodiments. In the embodiments described below, components that are not essential to the lead-acid battery of the present invention may be omitted.

図1は、制御弁式鉛蓄電池の一例の構造の一部を模式的に示す断面図である。図1に示す鉛蓄電池1は、極板群30、電解液(図示せず)、および外装体(電槽10および蓋12)を含む。電槽10には、極板群30および電解液が収容されている。電槽10の上部開口は、蓋12によって封じられている。 Figure 1 is a cross-sectional view showing a schematic of part of the structure of an example of a valve-regulated lead-acid battery. The lead-acid battery 1 shown in Figure 1 includes a plate pack 30, an electrolyte (not shown), and an exterior body (a battery case 10 and a lid 12). The battery case 10 contains the plate pack 30 and the electrolyte. The upper opening of the battery case 10 is sealed by the lid 12.

電槽10は、複数(図1の例では3個)の互いに独立したセル室10Rに区分されている。各セル室10Rには、1つの極板群30が収容されている。蓋12は、セル室10R毎に独立した排気弁(制御弁)13を有する。セル室10Rの内圧が所定の上限値を超えると、排気弁13が開き、セル室10R内のガスの一部を外部に放出する。セル室10Rの内圧が上限値以下では、排気弁13は閉じており、正極板31で発生した酸素は、同じセル室10R内の負極板32で還元されて水を生成する。 The battery vessel 10 is divided into multiple (three in the example of FIG. 1) mutually independent cell chambers 10R. Each cell chamber 10R contains one electrode plate group 30. The lid 12 has an independent exhaust valve (control valve) 13 for each cell chamber 10R. When the internal pressure of the cell chamber 10R exceeds a predetermined upper limit, the exhaust valve 13 opens and releases some of the gas in the cell chamber 10R to the outside. When the internal pressure of the cell chamber 10R is equal to or lower than the upper limit, the exhaust valve 13 is closed, and oxygen generated in the positive electrode plate 31 is reduced by the negative electrode plate 32 in the same cell chamber 10R to produce water.

なお、制御弁式鉛蓄電池の構造は、上記に限定されない。図1には、各セル室10Rに排気弁13が配置される一例を示した。しかし、制御弁式鉛蓄電池は、排気弁13の数がセル室10Rの数よりも少ない構造を有してもよい。その場合、制御弁式鉛蓄電池の蓋は、各セル室と連通する一括排気室を有してもよい。当該一括排気室には、セル室の数より少数(例えば1個)の排気弁が配置されてもよい。 The structure of the valve-regulated lead-acid battery is not limited to the above. FIG. 1 shows an example in which an exhaust valve 13 is arranged in each cell chamber 10R. However, the valve-regulated lead-acid battery may have a structure in which the number of exhaust valves 13 is less than the number of cell chambers 10R. In that case, the lid of the valve-regulated lead-acid battery may have a collective exhaust chamber that communicates with each cell chamber. The collective exhaust chamber may have a smaller number of exhaust valves (e.g., one) than the number of cell chambers.

極板群30の一例の断面図を図2に示す。なお、以下の図では、正極集電体および負極集電体の図示を省略している。図2の極板群30は、正極板31、負極板32、およびセパレータ40を含む。セパレータ40は、不織布(F)を含む第1のセパレータ41と、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータ42とを含む。第1のセパレータ41を構成する不織布(F)は、上述した特徴を有する。 A cross-sectional view of an example of an electrode plate assembly 30 is shown in FIG. 2. Note that in the following figures, the positive electrode current collector and the negative electrode current collector are omitted. The electrode plate assembly 30 in FIG. 2 includes a positive electrode plate 31, a negative electrode plate 32, and a separator 40. The separator 40 includes a first separator 41 including a nonwoven fabric (F) and a second separator 42 including a glass fiber mat. The nonwoven fabric (F) constituting the first separator 41 has the characteristics described above.

第1のセパレータ41は、不織布(F)で構成された複数の袋41aを含む。それぞれの袋41aには、1つの正極板31が収容されている。袋41aは、正極板31の約2倍の大きさを有する不織布(F)をその中央で折って、重ね合わされた2つの辺の部分を接着することによって形成してもよい。2つの辺の接着は、例えば、加熱による溶着によって行ってもよい。 The first separator 41 includes a number of bags 41a made of nonwoven fabric (F). Each bag 41a contains one positive electrode plate 31. The bags 41a may be formed by folding a nonwoven fabric (F) having a size approximately twice that of the positive electrode plate 31 in the middle and gluing the two overlapping sides. The two sides may be bonded, for example, by welding using heat.

第2のセパレータ42は、ガラス繊維マットで構成された複数のU字状マット(断面U字状マット)42aを含む。それぞれのU字状マット42aの内側には、袋41aおよびそれに収容された正極板31が配置されている。 The second separator 42 includes a number of U-shaped mats (U-shaped cross-section mats) 42a made of glass fiber mats. Inside each U-shaped mat 42a, a bag 41a and a positive electrode plate 31 housed therein are arranged.

U字状マット42aは、1枚のマットを折り曲げ部42bで折り曲げることによって形成されている。U字状マット42aは、所定の断面(図1に示す断面)がU字状の形状を有する。所定の断面は、折り曲げ部42bが延びる方向に対して垂直な断面である。別の観点では、U字状マット42aは、折り曲げ部42bで折り曲げられることによって重ね合わされたマットである。なお、U字状マット42aの内側とは、折り曲げ部42bを介してつながっている2つのシート状部の間の空間を意味する。 The U-shaped mat 42a is formed by folding one mat at the folding portion 42b. The U-shaped mat 42a has a U-shaped cross section (the cross section shown in FIG. 1). The cross section is perpendicular to the direction in which the folding portion 42b extends. From another perspective, the U-shaped mat 42a is a mat that is folded at the folding portion 42b and then stacked. The inside of the U-shaped mat 42a means the space between the two sheet-like portions that are connected via the folding portion 42b.

複数の負極板32のそれぞれの上部には、上方に突出する集電用の耳部(図示せず)が設けられている。複数の正極板31のそれぞれの上部にも、上方に突出する集電用の耳部(図示せず)が設けられている。そして、負極板32の耳部同士は負極用ストラップ(図示せず)によって連結されて一体化されている。同様に、正極板31の耳部同士も正極用ストラップ(図示せず)によって連結されて一体化されている。負極用ストラップは、外部端子となる負極柱(図示せず)に接続されている。正極用ストラップは、外部端子となる正極柱(図示せず)に接続されている。 The upper part of each of the negative electrode plates 32 is provided with an upwardly protruding current collecting ear (not shown). The upper part of each of the positive electrode plates 31 is also provided with an upwardly protruding current collecting ear (not shown). The ears of the negative electrode plates 32 are connected and integrated by a negative electrode strap (not shown). Similarly, the ears of the positive electrode plates 31 are connected and integrated by a positive electrode strap (not shown). The negative electrode strap is connected to a negative electrode pole (not shown) that serves as an external terminal. The positive electrode strap is connected to a positive electrode pole (not shown) that serves as an external terminal.

極板群30は、袋41aおよびU字状マット42aおよびに収容された正極板31と、負極板32とを交互に配置することによって構成されている。その結果、正極板31と正極板31に隣接する負極板32との間には、不織布(F)とガラス繊維マットとが積層されるように配置される。図2では、5つの正極板31と6つの負極板32とを含む極板群30を示している。負極板32の数は、正極板31の数よりも1つ多い。負極板32は、極板群30の両端に配置されている。上述したように、正極板31の数および負極板32の数は変更されうる。さらに、正極板31の位置と負極板32の位置とを入れかえてもよい。すなわち、負極板32が袋41aおよびU字状マット42aに収容されてもよい。 The plate group 30 is constructed by alternately arranging the positive electrode plates 31 and the negative electrode plates 32 housed in the bag 41a and the U-shaped mat 42a. As a result, the nonwoven fabric (F) and the glass fiber mat are arranged so as to be laminated between the positive electrode plate 31 and the negative electrode plate 32 adjacent to the positive electrode plate 31. FIG. 2 shows the plate group 30 including five positive electrode plates 31 and six negative electrode plates 32. The number of the negative electrode plates 32 is one more than the number of the positive electrode plates 31. The negative electrode plates 32 are arranged at both ends of the plate group 30. As described above, the number of the positive electrode plates 31 and the number of the negative electrode plates 32 can be changed. Furthermore, the positions of the positive electrode plates 31 and the negative electrode plates 32 may be interchanged. That is, the negative electrode plates 32 may be housed in the bag 41a and the U-shaped mat 42a.

極板群30の他の一例の断面図を図3に示す。図3に示す極板群30は、正極板31、負極板32、およびセパレータ40の配置のみが図2に示す極板群30とは異なるため、重複する説明は省略する。 A cross-sectional view of another example of the electrode plate group 30 is shown in FIG. 3. The electrode plate group 30 shown in FIG. 3 differs from the electrode plate group 30 shown in FIG. 2 only in the arrangement of the positive electrode plates 31, the negative electrode plates 32, and the separators 40, so a duplicated description will be omitted.

図3に示す極板群30では、正極板31がU字状マット42aの内側に配置され、負極板32が袋41aに収容されている。そして、U字状マット42aに収容された正極板31と、袋41aに収容された負極板32とが交互に配置されている。負極板32の数は、正極板31の数よりも1つ多い。負極板32は、極板群30の両端に配置されている。上述したように、正極板31の数および負極板32の数は変更されうる。また、正極板31と負極板32とを入れかえてもよい。すなわち、負極板32がU字状マット42aの内側に配置され、正極板31が袋41aに収容されてもよい。 In the electrode plate group 30 shown in FIG. 3, the positive electrode plate 31 is disposed inside the U-shaped mat 42a, and the negative electrode plate 32 is housed in the bag 41a. The positive electrode plate 31 housed in the U-shaped mat 42a and the negative electrode plate 32 housed in the bag 41a are arranged alternately. The number of negative electrode plates 32 is one more than the number of positive electrode plates 31. The negative electrode plate 32 is disposed at both ends of the electrode plate group 30. As described above, the number of positive electrode plates 31 and the number of negative electrode plates 32 can be changed. The positive electrode plates 31 and the negative electrode plates 32 may also be interchanged. That is, the negative electrode plate 32 may be disposed inside the U-shaped mat 42a, and the positive electrode plate 31 may be housed in the bag 41a.

極板群30において、任意の正極板31の正極電極材料と、当該正極板31に隣接する負極板32の負極電極材料とを結ぶ直線上には、不織布(F)とガラス繊維マットとの積層体が存在する。 In the electrode plate group 30, a laminate of nonwoven fabric (F) and glass fiber mat is present on the straight line connecting the positive electrode material of any positive electrode plate 31 and the negative electrode material of the negative electrode plate 32 adjacent to that positive electrode plate 31.

本発明に係る鉛蓄電池を以下にまとめて記載する。 The lead-acid battery according to the present invention is described below.

(1)交互に配置された複数の正極板および複数の負極板と、
セパレータと、
電解液と、を含む鉛蓄電池であって、
前記セパレータは、有機繊維で構成された不織布を含む第1のセパレータと、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータとを含み、
前記正極板と前記正極板に隣接する前記負極板との間には、前記不織布と前記ガラス繊維マットとが積層されるように配置されており、
前記不織布の細孔Pfを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Pfの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Pfの容積の割合がVf(%)であり、
前記正極板の細孔Ppを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Ppの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Ppの容積の割合がVp(%)であり、
比Vf/Vpは0.10~0.50の範囲にある、鉛蓄電池。
(1) a plurality of positive electrode plates and a plurality of negative electrode plates arranged alternately;
A separator;
An electrolyte.
the separator includes a first separator including a nonwoven fabric made of organic fibers and a second separator including a glass fiber mat;
the nonwoven fabric and the glass fiber mat are arranged so as to be laminated between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to the positive electrode plate,
When the pores Pf of the nonwoven fabric are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pf having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pf is Vf (%);
When the pores Pp of the positive electrode plate are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pp having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pp is Vp (%);
A lead-acid battery, the ratio Vf/Vp being in the range of 0.10 to 0.50.

(2)前記比Vf/Vpは0.12~0.33の範囲にある、上記(1)に記載の鉛蓄電池。 (2) A lead-acid battery as described in (1) above, in which the ratio Vf/Vp is in the range of 0.12 to 0.33.

(3)前記比Vf/Vpは0.17~0.33の範囲にある、上記(1)に記載の鉛蓄電池。 (3) A lead-acid battery as described in (1) above, in which the ratio Vf/Vp is in the range of 0.17 to 0.33.

(4)前記不織布の平均厚さが0.1mm~0.3mmの範囲にある、上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (4) A lead-acid battery according to any one of (1) to (3) above, in which the average thickness of the nonwoven fabric is in the range of 0.1 mm to 0.3 mm.

(5)前記複数の正極板のそれぞれは、第1のエキスパンド格子部を含む正極集電体を含み、前記複数の負極板のそれぞれは、第2のエキスパンド格子部を含む負極集電体を含む、上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (5) A lead-acid battery according to any one of (1) to (4) above, in which each of the plurality of positive electrode plates includes a positive electrode collector including a first expanded lattice portion, and each of the plurality of negative electrode plates includes a negative electrode collector including a second expanded lattice portion.

(6)前記有機繊維は、アクリル系繊維を含む分割繊維を含む、上記1~5のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (6) A lead-acid battery according to any one of 1 to 5 above, wherein the organic fibers include split fibers containing acrylic fibers.

(7)前記有機繊維は、前記電解液中で離脱する成分を含有する繊維から前記成分が前記電解液中で離脱することによって形成された有機繊維を含む、上記(1)~(6)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (7) A lead-acid battery according to any one of (1) to (6) above, in which the organic fibers include organic fibers formed by the release of a component from a fiber containing the component in the electrolyte solution in the electrolyte solution.

(8)前記第1のセパレータは、前記不織布で構成された複数の袋を含み、前記複数の正極板および前記複数の負極板から選ばれる一方の極板のそれぞれは、前記袋に収容されている、上記(1)~(7)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (8) A lead-acid battery according to any one of (1) to (7) above, in which the first separator includes a plurality of bags made of the nonwoven fabric, and each of the plurality of positive electrode plates and one of the plurality of negative electrode plates is housed in the bag.

(9)前記第2のセパレータは、前記ガラス繊維マットで構成された複数の断面U字状マットを含み、前記一方の極板のそれぞれを収容している前記袋は、前記断面U字状マットの内側に配置されている、上記(8)に記載の鉛蓄電池。 (9) The lead-acid battery according to (8) above, in which the second separator includes a plurality of U-shaped cross-section mats made of the glass fiber mat, and the bags housing each of the one electrode plates are arranged inside the U-shaped cross-section mats.

(10)前記第2のセパレータは、前記ガラス繊維マットで構成された複数の断面U字状マットを含み、前記一方の極板ではない他方の極板のそれぞれは、前記断面U字状マットの内側に配置されている、上記(8)に記載の鉛蓄電池。 (10) The lead-acid battery described in (8) above, in which the second separator includes a plurality of U-shaped mats made of the glass fiber mat, and each of the other electrode plates that is not one of the electrode plates is disposed inside the U-shaped mat.

(11)前記不織布は前記正極板に隣接するように配置されている、上記(1)~(10)のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 (11) A lead-acid battery according to any one of (1) to (10) above, in which the nonwoven fabric is arranged adjacent to the positive electrode plate.

(12)制御弁式鉛蓄電池である、上記(1)~(11)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池。 (12) A lead-acid battery according to any one of (1) to (11) above, which is a valve-regulated lead-acid battery.

[実施例]
以下、本発明を実施例および比較例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
[Example]
The present invention will be specifically described below based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples.

(鉛蓄電池A1~A13およびC1~C3の作製)
以下の方法によって、鉛蓄電池A1~A13およびC1~C3を作製した。
(a)負極板の作製
原料の鉛粉と、有機防縮剤であるリグニンと、硫酸バリウムと、カーボンブラックとを、適量の硫酸水溶液と混合して、負極ペーストを得た。各材料は、有機防縮剤の含有量が0.1質量%、硫酸バリウムの含有量が0.4質量%、カーボンブラックの含有量が0.2質量%となるように混合した。次に、負極ペーストを、Pb-Ca-Sn合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、さらに熟成乾燥することによって、未化成の負極板を得た。
(Preparation of lead-acid batteries A1 to A13 and C1 to C3)
Lead acid batteries A1 to A13 and C1 to C3 were produced by the following method.
(a) Preparation of negative electrode plate The raw material lead powder, lignin as an organic shrinkage inhibitor, barium sulfate, and carbon black were mixed with an appropriate amount of sulfuric acid aqueous solution to obtain a negative electrode paste. The materials were mixed so that the organic shrinkage inhibitor content was 0.1 mass%, the barium sulfate content was 0.4 mass%, and the carbon black content was 0.2 mass%. Next, the negative electrode paste was filled into the mesh part of an expanded lattice made of Pb-Ca-Sn alloy, and further aged and dried to obtain an unformed negative electrode plate.

(b)正極板の作製
原料の鉛粉と硫酸水溶液とを混合することによって、正極ペーストを得た。正極ペーストを、Pb-Ca-Sn合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、さらに熟成乾燥することによって、未化成の正極板を得た。この実施例では、正極ペーストにおける硫酸水溶液の含有率を変化させることによって、割合Vpの値を変化させた。具体的には、表1の鉛蓄電池の製造において、正極ペーストにおける硫酸水溶液の含有率は、10~40質量%の範囲で変化させた。Vpを大きくする場合には、硫酸水溶液の含有率を高くした。
(b) Preparation of Positive Electrode Plate A positive electrode paste was obtained by mixing raw lead powder and an aqueous sulfuric acid solution. The positive electrode paste was filled into the mesh of an expanded lattice made of a Pb-Ca-Sn alloy, and then aged and dried to obtain an unformed positive electrode plate. In this example, the value of the ratio Vp was changed by changing the content of the aqueous sulfuric acid solution in the positive electrode paste. Specifically, in the production of the lead-acid battery in Table 1, the content of the aqueous sulfuric acid solution in the positive electrode paste was changed in the range of 10 to 40 mass%. In order to increase Vp, the content of the aqueous sulfuric acid solution was increased.

(c)セパレータの準備
セパレータとして、アクリル系繊維を含む有機繊維の不織布を用いて形成された袋状セパレータ(袋状セパレータ)と、ガラス繊維マットを用いて形成されたU字状マットを準備した。この実施例では、不織布のVfは、不織布を構成する全繊維における分割繊維の割合と種類とを変えることによって変化させた。具体的には、Vfを大きくする場合には、単繊維と比較して分割繊維を多くした、および/または、分割繊維に含まれるアセテートの割合を3質量%以上とした。表1の鉛蓄電池の製造において、不織布に用いた有機繊維の平均繊維径は、0.5~15μmの範囲で変化させた。また、不織布の面密度は、40~90g/mの範囲で変化させた。
(c) Preparation of separator As the separator, a bag-shaped separator (bag-shaped separator) formed by using a nonwoven fabric of organic fibers containing acrylic fibers and a U-shaped mat formed by using a glass fiber mat were prepared. In this example, the Vf of the nonwoven fabric was changed by changing the ratio and type of split fibers in the total fibers constituting the nonwoven fabric. Specifically, when increasing the Vf, the split fibers were increased compared to the single fibers, and/or the ratio of acetate contained in the split fibers was set to 3 mass% or more. In the production of the lead-acid battery in Table 1, the average fiber diameter of the organic fibers used in the nonwoven fabric was changed in the range of 0.5 to 15 μm. In addition, the surface density of the nonwoven fabric was changed in the range of 40 to 90 g/m 2 .

(d)鉛蓄電池の作製
鉛蓄電池は、定格電圧が12V、定格3時間率容量が60Ahとなるように作製した。鉛蓄電池の1つの極板群は、正極板11枚と負極板12枚とを含む。各正極板を、袋状セパレータに収容し、さらにそれらを、U字状マットの内側に配置した。次に、負極板と、セパレータに収容された正極板とを交互に積層することによって、極板群を形成した。極板群をポリプロピレン製の電槽に電解液(硫酸水溶液)とともに収容して、電槽内で化成を施した。このようにして、制御弁式鉛蓄電池(電池A1~A13およびC1~C3)を作製した。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1.28であった。
(d) Preparation of lead-acid battery A lead-acid battery was prepared so that the rated voltage was 12 V and the rated 3-hour rate capacity was 60 Ah. One electrode plate group of the lead-acid battery includes 11 positive electrode plates and 12 negative electrode plates. Each positive electrode plate was housed in a bag-shaped separator, which was then placed inside a U-shaped mat. Next, the negative electrode plates and the positive electrode plates housed in the separator were alternately stacked to form an electrode plate group. The electrode plate group was housed in a polypropylene battery case together with an electrolyte (aqueous sulfuric acid solution), and chemical formation was performed in the battery case. In this way, valve-regulated lead-acid batteries (batteries A1 to A13 and C1 to C3) were prepared. The specific gravity of the electrolyte in the fully charged lead-acid battery at 20°C was 1.28.

(作製された鉛蓄電池の比Vf/Vpの評価)
作製された満充電後の鉛蓄電池から、セパレータおよび正極板を取り出し、上述した方法でVfおよびVpを測定した。そして、比Vf/Vpを算出した。
(Evaluation of the ratio Vf/Vp of the produced lead-acid battery)
The separator and the positive electrode plate were removed from the fully charged lead-acid battery, and Vf and Vp were measured by the above-mentioned method. Then, the ratio Vf/Vp was calculated.

(作製された鉛蓄電池のサイクル寿命の評価)
作製された鉛蓄電池について、高率放電を含む充放電サイクルを行うことによって、高率放電でのサイクル寿命を評価した。充放電サイクルにおいて、放電は、放電電流150Aで13分間行った。充電は、5段定電流充電方式で行った。具体的には、以下の方法で充電を行った。まず、0.2CAで定電流充電を行い、充電電圧が切替電圧に到達したら充電電流を0.1CAに低減した。充電電流の低減によって充電電圧が下がるが、充電電圧が再び切替電圧に到達したら充電電流を0.05CAに低減した。充電電圧が再び切替電圧に到達したら、充電電流を0.025CAに低減した。充電電圧が再び切替電圧に到達したら、充電電流を0.025CAに維持したまま2.5時間充電を続けた。このようにして、5段階の充電を行った。切替電圧は、14.4Vとした。なお、1Cは定格容量として記載の数値(Ah)の電流(A)を意味する。
(Evaluation of cycle life of the produced lead-acid battery)
The lead acid battery thus produced was subjected to a charge-discharge cycle including a high-rate discharge to evaluate the cycle life at high-rate discharge. In the charge-discharge cycle, discharge was performed for 13 minutes at a discharge current of 150 A. Charging was performed using a five-stage constant current charging method. Specifically, charging was performed in the following manner. First, constant current charging was performed at 0.2 CA, and when the charging voltage reached the switching voltage, the charging current was reduced to 0.1 CA. The charging voltage was reduced by reducing the charging current, but when the charging voltage reached the switching voltage again, the charging current was reduced to 0.05 CA. When the charging voltage reached the switching voltage again, the charging current was reduced to 0.025 CA. When the charging voltage reached the switching voltage again, charging was continued for 2.5 hours while maintaining the charging current at 0.025 CA. In this manner, five stages of charging were performed. The switching voltage was set to 14.4 V. Note that 1C means the current (A) of the numerical value (Ah) listed as the rated capacity.

上記の充放電サイクルの初期、および、25サイクル毎に、放電電流150Aで電池電圧が8.4Vになるまで放電した時の放電容量を測定した。そして、放電容量が初期の放電電量の80%となったときのサイクル数を寿命サイクル数とした。電池C3の寿命サイクル数を100%として、他の電池の寿命サイクル数を相対評価した。 At the beginning of the above charge/discharge cycle and every 25 cycles, the discharge capacity was measured when the battery was discharged at a discharge current of 150 A until the battery voltage reached 8.4 V. The number of cycles when the discharge capacity reached 80% of the initial discharged capacity was taken as the life cycle number. The life cycle number of battery C3 was taken as 100%, and the life cycle numbers of the other batteries were evaluated in relative terms.

鉛蓄電池の評価結果を表1に示す。なお、電池C1~C3鉛蓄電池は、従来の鉛蓄電池である。 The evaluation results of the lead-acid batteries are shown in Table 1. Note that batteries C1 to C3 are conventional lead-acid batteries.

Figure 0007651906000001
Figure 0007651906000001

表1のデータを、図4に示す。表1および図4に示すように、比Vf/Vpが0.1~0.5の範囲(例えば0.12~0.33の範囲)にある場合には、サイクル寿命が顕著に向上した。サイクル寿命がより向上する点で、比Vf/Vpは、好ましくは0.12~0.33の範囲にあり、より好ましくは0.17~0.33の範囲(例えば0.20~0.33の範囲)である。 The data in Table 1 is shown in Figure 4. As shown in Table 1 and Figure 4, when the ratio Vf/Vp is in the range of 0.1 to 0.5 (e.g., in the range of 0.12 to 0.33), the cycle life is significantly improved. In terms of further improving the cycle life, the ratio Vf/Vp is preferably in the range of 0.12 to 0.33, and more preferably in the range of 0.17 to 0.33 (e.g., in the range of 0.20 to 0.33).

本発明は、鉛蓄電池に利用でき、例えば、制御弁式鉛蓄電池に利用できる。本発明の制御弁式鉛蓄電池は、無停電電源装置(UPS)のような据置用の制御弁式鉛蓄電池として用いてもよいが、その用途は特に限定されない。 The present invention can be used in lead-acid batteries, for example, in valve-regulated lead-acid batteries. The valve-regulated lead-acid battery of the present invention may be used as a stationary valve-regulated lead-acid battery such as an uninterruptible power supply (UPS), but its use is not particularly limited.

1 :鉛蓄電池
10 :電槽
10R :セル室
12 :蓋
13 :排気弁
30 :極板群
31 :正極板
32 :負極板
40 :セパレータ
41 :第1のセパレータ
41a :袋
42 :第2のセパレータ
42a :U字状マット
42b :折り曲げ部
1: Lead-acid battery 10: Battery case 10R: Cell chamber 12: Lid 13: Exhaust valve 30: Plate group 31: Positive electrode plate 32: Negative electrode plate 40: Separator 41: First separator 41a: Bag 42: Second separator 42a: U-shaped mat 42b: Folded portion

Claims (12)

交互に配置された複数の正極板および複数の負極板と、
セパレータと、
電解液と、を含む鉛蓄電池であって、
前記セパレータは、有機繊維で構成された不織布を含む第1のセパレータと、ガラス繊維マットを含む第2のセパレータとを含み、
前記正極板と前記正極板に隣接する前記負極板との間には、前記不織布と前記ガラス繊維マットとが積層されるように配置されており、
前記不織布の細孔Pfを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Pfの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Pfの容積の割合がVf(%)であり、
前記正極板の細孔Ppを水銀圧入法によって測定したときに、すべての前記細孔Ppの容積に占める、直径が0.01μm~3.2μmの範囲にある前記細孔Ppの容積の割合がVp(%)であり、
前記Vp(%)は、60.0~92.0%の範囲にあり、
比Vf/Vpは0.10~0.50の範囲にある、鉛蓄電池。
A plurality of alternating positive and negative electrode plates;
A separator;
An electrolyte.
the separator includes a first separator including a nonwoven fabric made of organic fibers and a second separator including a glass fiber mat;
the nonwoven fabric and the glass fiber mat are arranged so as to be laminated between the positive electrode plate and the negative electrode plate adjacent to the positive electrode plate,
When the pores Pf of the nonwoven fabric are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pf having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pf is Vf (%);
When the pores Pp of the positive electrode plate are measured by mercury intrusion porosimetry, the ratio of the volume of the pores Pp having a diameter in the range of 0.01 μm to 3.2 μm to the volume of all the pores Pp is Vp (%);
The Vp(%) is in the range of 60.0 to 92.0%,
A lead-acid battery, the ratio Vf/Vp being in the range of 0.10 to 0.50.
前記比Vf/Vpは0.12~0.33の範囲にある、請求項1に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to claim 1, wherein the ratio Vf/Vp is in the range of 0.12 to 0.33. 前記比Vf/Vpは0.17~0.33の範囲にある、請求項1に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to claim 1, wherein the ratio Vf/Vp is in the range of 0.17 to 0.33. 前記不織布の平均厚さが0.1mm~0.3mmの範囲にある、請求項1~3のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the average thickness of the nonwoven fabric is in the range of 0.1 mm to 0.3 mm. 前記複数の正極板のそれぞれは、第1のエキスパンド格子部を含む正極集電体を含み、
前記複数の負極板のそれぞれは、第2のエキスパンド格子部を含む負極集電体を含む、請求項1~4のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
Each of the plurality of positive electrode plates includes a positive electrode current collector including a first expanded lattice portion,
The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 4, wherein each of the plurality of negative electrode plates includes a negative electrode current collector including a second expanded lattice portion.
前記有機繊維は、アクリル系繊維を含む分割繊維を含む、請求項1~5のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead acid battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the organic fibers include split fibers containing acrylic fibers. 前記有機繊維は、前記電解液中で離脱する成分を含有する繊維から前記成分が前記電解液中で離脱することによって形成された有機繊維を含む、請求項1~6のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the organic fibers include organic fibers formed by dissociating a component that dissociates in the electrolyte from fibers that contain the component in the electrolyte. 前記第1のセパレータは、前記不織布で構成された複数の袋を含み、
前記複数の正極板および前記複数の負極板から選ばれる一方の極板のそれぞれは、前記袋に収容されている、請求項1~7のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。
the first separator includes a plurality of bags made of the nonwoven fabric,
The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 7, wherein each of the plurality of positive electrode plates and the plurality of negative electrode plates is housed in the bag.
前記第2のセパレータは、前記ガラス繊維マットで構成された複数の断面U字状マットを含み、
前記一方の極板のそれぞれを収容している前記袋は、前記断面U字状マットの内側に配置されている、請求項8に記載の鉛蓄電池。
The second separator includes a plurality of U-shaped cross-section mats made of the glass fiber mat,
The lead-acid battery according to claim 8 , wherein the bag housing each of the one electrodes is disposed inside the U-shaped cross-section mat.
前記第2のセパレータは、前記ガラス繊維マットで構成された複数の断面U字状マットを含み、
前記一方の極板ではない他方の極板のそれぞれは、前記断面U字状マットの内側に配置されている、請求項8に記載の鉛蓄電池。
The second separator includes a plurality of U-shaped cross-section mats made of the glass fiber mat,
The lead-acid battery according to claim 8 , wherein each of the other electrodes that is not the one electrode is disposed inside the U-shaped cross-section mat.
前記不織布は前記正極板に隣接するように配置されている、請求項1~10のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead-acid battery according to any one of claims 1 to 10, wherein the nonwoven fabric is arranged adjacent to the positive electrode plate. 制御弁式鉛蓄電池である、請求項1~11のいずれか1項に記載の鉛蓄電池。 The lead acid battery according to any one of claims 1 to 11, which is a valve-regulated lead acid battery.
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