JP7739739B2 - 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。 Lead-acid batteries are used in a variety of applications, including automotive and industrial use. They 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.
特許文献1は、正極板と、負極板と、前記正極板と前記負極板とを分離するセパレータと、前記正極板と前記負極板及び前記セパレータを浸す電解液、とを有する液式鉛蓄電池であって、前記正極板の上部と前記セパレータの上部との間に、多孔質層が配置されていることを特徴とする、液式鉛蓄電池を提案している。 Patent Document 1 proposes a flooded lead-acid battery having a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator separating the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte that immerses the positive electrode plate, the negative electrode plate, and the separator, characterized in that a porous layer is disposed between the top of the positive electrode plate and the top of the separator.
特許文献2は、正極板と、負極板と、前記正極板及び前記負極板の間に配置され且つ厚さ方向に貫通孔が形成された孔あきシートと、電解液とを含み、前記孔あきシートにおける開口率は、上部と下部とで異なる、鉛蓄電池を提案している。 Patent Document 2 proposes a lead-acid battery that includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, a perforated sheet that is disposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate and has through holes formed in the thickness direction, and an electrolyte, in which the aperture ratio of the perforated sheet differs between the upper and lower portions.
特許文献3は、ポリオレフィン系樹脂20~60質量%と、無機粉体80~40質量%と、これらの配合物に対して40~240質量%の鉱物オイルとの混合物からなる原料組成物を加熱溶融し、混練しながら、リブを有するシート状に成形した後、該オイルを溶解し得る有機溶剤の浸漬槽に浸漬して該オイルの一部を抽出除去し、加熱乾燥して得られる、該オイルを5~30質量%含有した鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、該セパレータのリブ部とベース部におけるオイル含有率の差を5質量%以下としたことを特徴とする鉛蓄電池用リブ付きセパレータを提案している。 Patent Document 3 proposes a ribbed separator for lead-acid batteries containing 5 to 30% by mass of oil, obtained by heating and melting a raw material composition consisting of a mixture of 20 to 60% by mass of polyolefin resin, 80 to 40% by mass of inorganic powder, and 40 to 240% by mass of mineral oil relative to the blend, kneading the mixture while forming it into a ribbed sheet, immersing the sheet in an immersion bath containing an organic solvent capable of dissolving the oil to extract and remove a portion of the oil, and then heating and drying the sheet. The difference in oil content between the rib portion and the base portion of the separator is 5% by mass or less.
鉛蓄電池は、部分充電状態(PSOC)と呼ばれる充電不足状態で使用されることがある。例えば、アイドリングスタートストップ(ISS)車などのアイドリングストップ(IS)用途では、鉛蓄電池がPSOCで使用される。PSOCで充放電を繰り返すと、電池上部の電解液比重が低く、電池下部の電解液比重が高くなる成層化が起こり易い。また、IS用途では、エンジンの始動回数が多く、大電流放電が繰り返される。そのため、充放電反応が極板の上部に集中して、正極板の上部における正極電極材料の軟化および脱落が顕著になり易い。従来では、特許文献1または特許文献2のように、極板の上部の反応性を低下させることで、極板全体の反応性をより均一にして、寿命性能を向上する試みがなされている。しかし、反応性の低い部分の反応性を向上することによって、PSOCでの充放電および大電流放電を含むIS試験で充放電を繰り返した場合の寿命性能(以下、IS寿命性能と称することがある)を向上することができれば有利である。 Lead-acid batteries are sometimes used in a state of insufficient charge known as a partial state of charge (PSOC). For example, in idle-stop (IS) applications, such as idle-start-stop (ISS) vehicles, lead-acid batteries are used in PSOC. Repeated charge and discharge in PSOC easily leads to stratification, where the electrolyte density is low in the upper part of the battery and high in the lower part. Furthermore, in IS applications, the engine is started frequently, resulting in repeated high-current discharges. As a result, charge and discharge reactions tend to concentrate in the upper part of the plate, leading to significant softening and shedding of the positive electrode material in the upper part of the positive plate. Previous attempts have been made to improve life performance by reducing the reactivity of the upper part of the plate, making the reactivity of the entire plate more uniform. However, it would be advantageous to improve the life performance (hereinafter sometimes referred to as IS life performance) during repeated charge and discharge in PSOC and IS tests, which include high-current discharge.
また、セパレータには、造孔剤などとしてオイルが含まれることがある。セパレータがオイルを含む場合、セパレータの抵抗が大きくなり、極板の反応性が低下する。セパレータからオイルを除去すると、セパレータの抵抗を小さくすることができ、極板の反応性の低下を軽減できる。しかし、この場合、鉛蓄電池を高温(例えば、75℃以上の温度)で過充電する場合の寿命性能(以下、高温過充電寿命性能と称することがある)が低下する。 Separators may also contain oil as a pore-forming agent. When a separator contains oil, the separator's resistance increases and the reactivity of the electrode plates decreases. Removing the oil from the separator reduces the separator's resistance and alleviates the decline in electrode plate reactivity. However, in this case, the life performance (hereinafter sometimes referred to as high-temperature overcharge life performance) when the lead-acid battery is overcharged at high temperatures (e.g., temperatures of 75°C or higher) decreases.
本発明の一側面は、鉛蓄電池用セパレータであって、
前記セパレータは、オイルを含有するとともに、要部において、中央部と、第1方向における両端部に位置する第1端部および第2端部と、前記第1方向と垂直な第2方向における両端部に位置する第3端部および第4端部と、を含み、
前記第1端部における前記オイルの含有率Ce1と、前記中央部における前記オイルの含有率Ccとは、Ce1≧Ccを充足し、
前記第2端部、前記第3端部、および前記第4端部の少なくとも1つの端部における前記オイルの含有率Ceと、前記中央部における前記オイルの含有率Ccとは、Ce<Ccを充足する、鉛蓄電池用セパレータに関する。
One aspect of the present invention is a separator for a lead-acid battery,
the separator contains oil and includes, in a main portion, a central portion, a first end portion and a second end portion located at both ends in a first direction, and a third end portion and a fourth end portion located at both ends in a second direction perpendicular to the first direction;
the oil content Ce1 at the first end portion and the oil content Cc at the central portion satisfy Ce1≧Cc,
The separator for a lead-acid battery relates to a separator for a lead-acid battery, wherein an oil content Ce at at least one of the second end, the third end, and the fourth end, and an oil content Cc at the central portion satisfy Ce<Cc.
鉛蓄電池において、高いIS寿命性能および高い高温過充電寿命性能を確保することができる。 In lead-acid batteries, high IS life performance and high high-temperature overcharge life performance can be ensured.
一般に、鉛蓄電池のIS試験では、極板が過充電状態になり難く、電解液が撹拌され難いため、成層化が進行し易い。成層化が起こると、極板の上部において充放電反応が集中して反応性が高まる一方で、極板の下部および側部では、反応性が低下する。充放電反応が集中する正極板の上部では、正極電極材料が劣化し易く、軟化および脱落が起こり易い。正極電極材料が脱落すると、容量が低下して、IS寿命性能が低下する。特許文献1または特許文献2では、極板の上部の反応性を低下させることで極板における反応性のばらつきを低減している。しかし、極板の反応性が低い部分の反応性を高めることによって、極板における反応性のばらつきを低減できれば理想的である。 Generally, in IS tests for lead-acid batteries, stratification is likely to occur because the plates are unlikely to be overcharged and the electrolyte is unlikely to be agitated. When stratification occurs, charge/discharge reactions are concentrated at the top of the plate, increasing reactivity, while reactivity decreases at the bottom and sides of the plate. At the top of the positive plate, where charge/discharge reactions are concentrated, the positive electrode material is prone to deterioration, softening, and shedding. Shedding of the positive electrode material reduces capacity and IS life performance. In Patent Document 1 and Patent Document 2, variation in reactivity among the plates is reduced by reducing the reactivity of the top of the plate. However, it would be ideal to reduce variation in reactivity among the plates by increasing the reactivity of the less reactive parts of the plate.
鉛蓄電池が過充電状態になると、成層化および正極電極材料の劣化は軽減される。しかし、過充電時の正極板の電位は高いことに加え、正極電極材料には、正極活物質として酸化力の強い二酸化鉛が含まれる。そのため、正極板と対向するセパレータは、酸化劣化し易い。過充電時のセパレータの酸化劣化は、特に、高温(例えば、75℃以上の温度)で顕著である。鉛蓄電池において、セパレータが酸化劣化すると、柔軟性が低下して亀裂が生じ、短絡が起こることで寿命となる。 When a lead-acid battery is overcharged, stratification and deterioration of the positive electrode material are reduced. However, the potential of the positive plate is high during overcharge, and the positive electrode material contains lead dioxide, a highly oxidizing positive electrode active material. As a result, the separator facing the positive plate is susceptible to oxidative deterioration. Oxidative deterioration of the separator during overcharge is particularly noticeable at high temperatures (e.g., temperatures above 75°C). In lead-acid batteries, oxidative deterioration of the separator reduces its flexibility, causing cracks and short circuits, ultimately shortening the battery's life.
セパレータは、造孔剤などとしてオイルを含むことがある。セパレータがオイルを含む場合、セパレータの酸化劣化が抑制されるため、より高い高温過充電寿命性能を確保する観点からは有利である。しかし、絶縁性のオイルがセパレータの細孔を塞ぐため、セパレータの抵抗が大きくなり、極板の反応性が低下する傾向がある。従って、鉛蓄電池において、高い高温過充電寿命性能を確保しながら、高いIS寿命性能を確保することは難しい。 Separators sometimes contain oil as a pore-forming agent. When a separator contains oil, oxidation degradation of the separator is suppressed, which is advantageous from the perspective of ensuring higher high-temperature overcharge life performance. However, because the insulating oil clogs the separator's pores, the separator's resistance increases and the reactivity of the electrode plates tends to decrease. Therefore, in lead-acid batteries, it is difficult to ensure high IS life performance while also ensuring high high-temperature overcharge life performance.
上記に鑑み、本発明の一側面の鉛蓄電池用セパレータは、オイルを含有するとともに、要部において、中央部と、第1方向における両端部に位置する第1端部および第2端部と、第1方向と垂直な第2方向における両端部に位置する第3端部および第4端部と、を含む。第1端部におけるオイルの含有率Ce1と、中央部におけるオイルの含有率Ccとは、Ce1≧Ccを充足する。第2端部、第3端部、および第4端部の少なくとも1つの端部におけるオイルの含有率Ceと、中央部における前記オイルの含有率Ccとは、Ce<Ccを充足する。 In view of the above, one aspect of the present invention provides a separator for a lead-acid battery that contains oil and includes, in its essential portion, a central portion, a first end and a second end located at both ends in a first direction, and a third end and a fourth end located at both ends in a second direction perpendicular to the first direction. The oil content Ce1 in the first end and the oil content Cc in the central portion satisfy Ce1 ≧ Cc. The oil content Ce in at least one of the second end, third end, and fourth end, and the oil content Cc in the central portion satisfy Ce < Cc.
本明細書中、第2端部、第3端部、および第4端部の少なくとも1つの端部を、「第1端部以外の少なくとも1つの端部」または「第1端部以外の端部」と称する場合がある。また、第1端部以外の端部のうちCe<Ccを充足する端部を、単に、「Ce<Ccを充足する端部」と称することがある。 In this specification, at least one of the second end, third end, and fourth end may be referred to as "at least one end other than the first end" or "end other than the first end." Furthermore, among the ends other than the first end, an end that satisfies Ce<Cc may be simply referred to as "an end that satisfies Ce<Cc."
上記側面のセパレータは、第1端部以外の少なくとも1つの端部では、中央部および第1端部に比べて、オイルの含有率が少ないことで、低抵抗化されているとともに、電解液の高い拡散性を確保することができる。また、セパレータは、第1端部および中央部では比較的多くのオイルを保持している。このようなセパレータを鉛蓄電池に用いると、第1端部を極板の上端部に対向させるとともに、Ce<Ccを充足する端部を極板の側端部および下端部の少なくともいずれかに対向させることができる。極板の反応性が低くなる傾向がある部分(具体的には極板の側端部および下端部の少なくともいずれか)に、セパレータのCe<Ccを充足する端部を対向させることによって、抵抗を低減できるとともに、電解液の拡散性を高めることができる。その結果、極板の側端部および下端部の少なくともいずれかにおいて、充放電反応が進行し易くなり、反応性を高めることができる。これによって、極板の中央部および上端部では高い反応性を維持した状態で、極板全体の反応性をより均一化することができる。特に、IS用途では、大電流放電が行われるため、電解液の拡散性が寿命性能および放電性能に及ぼす影響が大きい。側端部または下端部における電解液の拡散性が向上することで、成層化も軽減される。よって、高いIS寿命性能を得ることができる。また、極板の反応性が元々高い部分に対向するセパレータの第1端部および中央部は、Ce<Ccを充足する端部に比べて多くのオイルを含むため、高い耐酸化性が得られる。よって、鉛蓄電池を高温で過充電する場合に、高い寿命性能(つまり、高温過充電寿命性能)を確保することができる。 The separator on the side surface has a lower oil content at at least one end other than the first end compared to the central portion and the first end, thereby reducing resistance and ensuring high electrolyte diffusibility. Furthermore, the separator retains a relatively large amount of oil at the first end and central portion. When such a separator is used in a lead-acid battery, the first end faces the upper end of the electrode plate, and the end satisfying Ce<Cc faces at least one of the side end and the lower end of the electrode plate. By facing the end of the separator satisfying Ce<Cc to the portion of the electrode plate that tends to have low reactivity (specifically, at least one of the side end and the lower end of the electrode plate), resistance can be reduced and electrolyte diffusibility can be increased. As a result, charge/discharge reactions can proceed more easily at at least one of the side end and the lower end of the electrode plate, increasing reactivity. This allows for more uniform reactivity throughout the electrode plate while maintaining high reactivity at the central portion and the upper end. In particular, in IS applications, where high-current discharges are performed, electrolyte diffusibility has a significant impact on life and discharge performance. By improving electrolyte diffusibility at the side or bottom ends, stratification is also reduced, resulting in high IS life. Furthermore, the first end and center of the separator, which face the naturally highly reactive portions of the electrode plates, contain more oil than the ends where Ce < Cc, resulting in high oxidation resistance. Therefore, high life (i.e., high-temperature overcharge life) can be ensured when the lead-acid battery is overcharged at high temperatures.
本発明には、上記の鉛蓄電池用セパレータを含む鉛蓄電池も包含される。鉛蓄電池は、極板群および電解液を含む少なくとも1つのセルを含む。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セパレータとを含み、セパレータは、上記の鉛蓄電池用セパレータである。セパレータの第1端部は、正極板および負極板の双方の上端部に対向する。 The present invention also includes a lead-acid battery including the above-described lead-acid battery separator. The lead-acid battery includes at least one cell containing an electrode plate assembly and an electrolyte. The electrode plate assembly includes a positive electrode plate, a negative electrode plate, and a separator interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and the separator is the above-described lead-acid battery separator. A first end of the separator faces the upper ends of both the positive electrode plate and the negative electrode plate.
セパレータの第3端部および第4端部は、中央部の両側端の外側に位置し、第3端部および第4端部の少なくとも一方におけるオイル含有率Ceと、中央部のオイル含有率Ccとが、Ce<Ccを充足することが好ましい。第1端部に対して交差する方向に延びる第3端部および第4端部では、セパレータを工業的に製造する場合に、オイル含有率を容易に調節することができる。よって、高いIS寿命性能および高い高温過充電寿命性能をより容易に確保することができる。 The third and fourth ends of the separator are located outside the two ends of the central portion, and it is preferable that the oil content Ce at at least one of the third and fourth ends and the oil content Cc of the central portion satisfy the relationship Ce < Cc. When industrially manufacturing separators, the oil content can be easily adjusted at the third and fourth ends, which extend in a direction intersecting the first end. This makes it easier to ensure high IS life performance and high high-temperature overcharge life performance.
オイルの含有率Ceのオイルの含有率Ccに対する比Ce/Ccは、0.50以上0.95以下であることが好ましい。この場合、より高いIS寿命性能が得られるとともに、高温過充電寿命性能をさらに高めることができる。 The ratio Ce/Cc of the oil content Ce to the oil content Cc is preferably 0.50 or greater and 0.95 or less. In this case, higher IS life performance can be achieved, and high-temperature overcharge life performance can be further improved.
セパレータは、無機粒子を含むことが好ましい。この場合、セパレータの電解液に対する濡れ性が高まるため、セパレータの抵抗をさらに低減することができる。よって、より高いIS寿命性能が得られる。 The separator preferably contains inorganic particles. In this case, the separator's wettability with the electrolyte is increased, further reducing the separator's resistance. This results in higher IS life performance.
セパレータは、ポリオレフィンを含むことが好ましい。ポリオレフィンを含むセパレータでは、耐酸化性が低くなる傾向がある。しかし、この場合でも、セパレータの第1端部および中央部には比較的多くのオイルが含まれるため、高い高温過充電寿命性能を確保することができる。 The separator preferably contains polyolefin. Separators containing polyolefin tend to have lower oxidation resistance. However, even in this case, the first end and central portion of the separator contain a relatively large amount of oil, ensuring high-temperature overcharge life performance.
鉛蓄電池では、通常、正極板は、正極集電体を含み、負極板は、負極集電体を含む。正極集電体および負極集電体の少なくとも一方は、エキスパンド加工により形成されていてもよい。エキスパンド加工により形成された集電体は、上下方向および水平方向に延びる骨を有さない。そのため、エキスパンド加工により形成された集電体を含む極板では、耳部から下端部または側端部までの集電経路が長くなるため、下端部または側端部における反応性が低下し易い。このような場合であっても、セパレータの第1端部以外の少なくとも1つの端部におけるオイル含有率Ceを中央部におけるオイル含有率Ccよりも小さく制御することによって、極板全体における反応性をより均一化することができ、高いIS寿命性能を確保することができる。 In lead-acid batteries, the positive electrode plate typically includes a positive electrode current collector, and the negative electrode plate typically includes a negative electrode current collector. At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be formed by expanding. Current collectors formed by expanding do not have bones extending vertically or horizontally. Therefore, in plates including current collectors formed by expanding, the current collection path from the edge to the bottom end or side end is long, which tends to reduce reactivity at the bottom end or side end. Even in such cases, by controlling the oil content Ce at at least one end of the separator other than the first end to be smaller than the oil content Cc at the center, reactivity can be made more uniform throughout the plate, ensuring high IS life performance.
鉛蓄電池に含まれる電解液は、アルミニウムイオンおよびリチウムイオンの少なくとも一方を含んでもよい。この場合、放電時に生成する硫酸鉛の粗大化が抑制されるため、充電受入性が向上して、充電時に硫酸鉛から鉛に還元され易くなる。成層化を抑制する効果が高まるため、より高いIS寿命性能が得られる。 The electrolyte contained in the lead-acid battery may contain at least one of aluminum ions and lithium ions. In this case, the coarsening of lead sulfate produced during discharge is suppressed, improving charge acceptance and facilitating the reduction of lead sulfate to lead during charging. The increased effectiveness in suppressing stratification results in a longer IS life.
電解液中のアルミニウムイオンの濃度は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下であることが好ましい。また、電解液中のリチウムイオンの濃度は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下であることが好ましい。これらの場合、IS寿命性能をさらに高めることができる。 The concentration of aluminum ions in the electrolyte is preferably 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less. Furthermore, the concentration of lithium ions in the electrolyte is preferably 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less. In these cases, the IS life performance can be further improved.
PSOCで充放電される用途(例えば、IS用途)では、大電流放電を含む充放電が繰り返されるため、特に、極板の下端部および側端部における反応性の低下が顕著になる。本発明の一側面の鉛蓄電池用セパレータを含む鉛蓄電池では、このような用途でも優れた寿命性能を確保することができる。 In applications where charging and discharging is performed in PSOC (e.g., IS applications), repeated charging and discharging, including high-current discharge, results in a significant decrease in reactivity, particularly at the bottom and side edges of the plates. A lead-acid battery including a lead-acid battery separator according to one aspect of the present invention can ensure excellent life performance even in such applications.
(用語の説明)
(セパレータの要部)
セパレータの要部とは、セパレータが正極板と負極板と間に介在する場合には、セパレータの、正極板の電極材料が配置された領域および負極板の電極材料が配置された領域との双方に対向する部分を意味する。正極板と負極板とを備える極板群において、極板群の端部に位置する各極板とのみ対向するセパレータでは、要部とは、各極板の主たる表面において電極材料が配置された領域に対向する部分を意味する。なお、極板の主たる表面とは、極板の表面の大部分を占める一対の表面(つまり、端面を除く一対の表面)のそれぞれを意味する。
(Explanation of terms)
(Main parts of the separator)
When the separator is interposed between a positive electrode plate and a negative electrode plate, the term "main portion of the separator" refers to the portion of the separator that faces both the region of the positive electrode plate where the electrode material is disposed and the region of the negative electrode plate where the electrode material is disposed. In an electrode plate assembly including a positive electrode plate and a negative electrode plate, in a separator that faces only each electrode plate located at the end of the electrode plate assembly, the term "main portion" refers to the portion of the main surface of each electrode plate that faces the region of the electrode material disposed. Note that the term "main surface of the electrode plate" refers to each of a pair of surfaces that occupy most of the surface of the electrode plate (i.e., a pair of surfaces excluding the end faces).
(セパレータの中央部、端部、第1方向および第2方向、ならびに極板の端部)
セパレータは、セパレータの表面に対して垂直な方向から見たときに、要部において、中央部と、中央部の四方を取り囲む4つの端部とを含む。セパレータの要部において、4つの端部は、第1方向における両端部に位置する第1端部および第2端部と、第1方向と垂直な第2方向における両端部に位置する第3端部および第4端部と、で構成されている。セパレータの要部において、中央部は、第1端部および第2端部によって挟まれた状態である。セパレータの要部において、中央部、第1端部および第2端部は、第3端部および第4端部によって挟まれた状態である。換言すると、セパレータの要部において、第3端部および第4端部は、中央部、第1端部および第2端部の第2方向の両側端の外側に位置する。
(Center, end, first and second directions of separator, and end of electrode plate)
When viewed from a direction perpendicular to the surface of the separator, the separator includes, in its main portion, a central portion and four end portions surrounding the central portion on all four sides. In the separator's main portion, the four end portions are composed of a first end portion and a second end portion located at both ends in a first direction, and a third end portion and a fourth end portion located at both ends in a second direction perpendicular to the first direction. In the separator's main portion, the central portion is sandwiched between the first end portion and the second end portion. In the separator's main portion, the central portion, the first end portion, and the second end portion are sandwiched between the third end portion and the fourth end portion. In other words, in the separator's main portion, the third end portion and the fourth end portion are located outside the both ends in the second direction of the central portion, the first end portion, and the second end portion.
鉛蓄電池では、セパレータは、第1端部が極板の上端部に対向するように配置される。そのため、鉛蓄電池では、セパレータの第2端部は極板の下端部に対向し、第3端部および第4端部は極板の側端部に対向するように配置される。 In a lead-acid battery, the separator is positioned so that its first end faces the upper end of the electrode plate. Therefore, in a lead-acid battery, the separator's second end faces the lower end of the electrode plate, and its third and fourth ends face the side ends of the electrode plate.
なお、極板(正極板および負極板)の上端部は、集電方向の下流側の端部に相当する。極板は、通常、上端部に耳部を有する。極板においては、耳部が設けられている側を上側、耳部とは反対側を下側として上下方向を定める。極板の上下方向は、鉛蓄電池の鉛直方向における上下方向と同じである。セパレータにおいては、極板の上側(つまり、耳部側)と対向する側をセパレータの上側とし、極板の下側と対向する側をセパレータの下側とする。鉛蓄電池において、セパレータの第1方向は、鉛蓄電池の鉛直方向における上下方向であり、第2方向は、鉛蓄電池の水平方向である。 The upper ends of the plates (positive and negative plates) correspond to the downstream ends in the current collection direction. Plates usually have lugs at their upper ends. The up-down direction of a plate is defined by the side with the lugs as the upper side and the side opposite the lugs as the lower side. The up-down direction of the plate is the same as the up-down direction of the lead-acid battery in the vertical direction. For a separator, the side opposite the upper side of the plate (i.e., the lug side) is the upper side of the separator, and the side opposite the lower side of the plate is the lower side of the separator. In a lead-acid battery, the first direction of the separator is the up-down direction in the vertical direction of the lead-acid battery, and the second direction is the horizontal direction of the lead-acid battery.
(要部の中央部および端部におけるオイル含有率)
セパレータの要部を、第1方向に4等分に分割し、第2方向に4等分に分割して、合計16個の領域に分割する。このとき、要部の中央部におけるオイル含有率Ccは、中央の4つの領域について求められる。第1端部および第2端部のそれぞれにおけるオイル含有率は、第1方向において中央の4つの領域の外側に位置する各2つの領域について求められる。第3端部および第4端部のそれぞれにおけるオイル含有率は、第2方向において中央の4つの領域の外側に位置する各2つの領域について求められる。セパレータがリブを有する場合、オイル含有率を求めるためのサンプルは、リブを有さない領域から採取される。
(Oil content in the center and edges of the main part)
The separator's main portion is divided into four equal parts in the first direction and four equal parts in the second direction, for a total of 16 regions. The oil content Cc in the central portion of the main portion is determined for the four central regions. The oil content Cc at each of the first and second ends is determined for two regions located outside the four central regions in the first direction. The oil content Cc at each of the third and fourth ends is determined for two regions located outside the four central regions in the second direction. If the separator has ribs, the sample for determining the oil content Cc is taken from a region without ribs.
オイル含有率は、未使用のセパレータか、または使用初期の鉛蓄電池から取り出したセパレータについて求められる。セパレータを鉛蓄電池から取り出す場合、セパレータは、満充電状態の鉛蓄電池から取り出される。 The oil content is determined on a new separator or on a separator removed from a newly used lead-acid battery. If the separator is removed from a lead-acid battery, the separator is removed from a fully charged lead-acid battery.
(満充電状態)
本明細書中、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、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。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。
(fully charged)
In this specification, the fully charged state of a lead-acid battery is defined by JIS D 5301:2019. More specifically, the fully charged state is defined as a state in which a lead-acid battery is charged in a water tank at 25°C ± 2°C at a current (A) that is 1/10 of the value given as the rated capacity, until the terminal voltage (V) during charging or the electrolyte density converted to a temperature of 20°C, measured every 15 minutes, shows a constant value to three significant digits three times in a row. The value given as the rated capacity is in Ah. The unit of current set based on the value given 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 formed and is fully charged. A lead-acid battery can be fully charged immediately after chemical formation, or after some time has passed since chemical formation (for example, a lead-acid battery that is in use (preferably in the early stages of use) after chemical formation can be fully charged).
なお、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 refers to a battery that has not been in use for very long and has not deteriorated much.
(オイル)
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。
(oil)
Oil refers to a hydrophobic substance that is liquid at room temperature (a temperature of 20° C. or higher and 35° C. or lower) and separates from water. Oil includes naturally occurring oils, mineral oils, and synthetic oils.
(ポリオレフィン)
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。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。
(Polyolefin)
Polyolefins are polymers containing at least olefin units (i.e., polymers containing at least monomer units derived from olefins). Polyolefins include, for example, olefin homopolymers, 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. Furthermore, 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.
以下、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池について、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。 Lead-acid batteries according to embodiments of the present invention will be described in more detail below with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
(セパレータ)
セパレータは、電極材料と対向する要部において、中央部と、中央部を第1方向において挟む第1端部および第2端部と、中央部、第1端部および第2端部を、第2方向において挟む第3端部および第4端部とを含む。セパレータの要部において、第1端部は、中央部の上端の外側に位置し、第2端部は中央部の下端の外側に位置する。セパレータの要部において、第3端部および第4端部は、中央部、第1端部および第2端部のそれぞれの両側端の外側に位置する。
(separator)
The separator includes a central portion facing the electrode material, a first end portion and a second end portion sandwiching the central portion in a first direction, and a third end portion and a fourth end portion sandwiching the central portion, the first end portion, and the second end portion in a second direction. In the separator's main portion, the first end portion is located outside the upper end of the central portion, and the second end portion is located outside the lower end of the central portion. In the separator's main portion, the third end portion and the fourth end portion are located outside the respective side ends of the central portion, the first end portion, and the second end portion.
セパレータは、オイルを含む。セパレータに含まれるオイルは、例えば、セパレータの製造過程で使用される造孔剤に由来する。 The separator contains oil. The oil contained in the separator comes from, for example, a pore-forming agent used in the separator's manufacturing process.
第1端部におけるオイル含有率Ce1と中央部におけるオイル含有率Ccとは、Ce1≧Ccを充足する。第1端部は、極板の上端部に対向させるため、極板の上端部の高い反応性を維持し易い観点からは、オイル含有率Ce1のオイル含有率Ccに対する比Ce1/Ccは1に近いことが好ましい。比Ce1/Ccは、例えば、1.1以下であり、1.05以下が好ましい。特に、比Ce1/Cc=1の場合、極板の上部の高い反応性を維持しながら、セパレータを工業的に容易に製造できる。 The oil content Ce1 at the first end and the oil content Cc at the center satisfy Ce1 ≥ Cc. Because the first end faces the upper end of the electrode plate, it is preferable that the ratio Ce1/Cc of the oil content Ce1 to the oil content Cc be close to 1, in order to easily maintain high reactivity at the upper end of the electrode plate. The ratio Ce1/Cc is, for example, 1.1 or less, and preferably 1.05 or less. In particular, when the ratio Ce1/Cc = 1, separators can be easily manufactured industrially while maintaining high reactivity at the upper part of the electrode plate.
第1端部以外の少なくとも1つの端部におけるオイル含有率Ceと、中央部のオイル含有率Ccとは、Ce<Ccを充足する。極板の下端部は反応性が特に低下し易いため、この下端部の反応性を高める観点から、第2端部のオイル含有率CeをCcより少なくしてもよい。セパレータの工業的な製造が容易である観点からは、第3端部および第4端部の少なくとも一方におけるオイル含有率Ceが、Ce<Ccを充足することが好ましい。極板の両側端部における反応性を高めて、より高いIS寿命性能を確保する観点からは、第3端部および第4端部の双方において、オイル含有率CeがCeより少ないことが好ましい。 The oil content Ce at at least one end other than the first end and the oil content Cc at the center satisfy Ce < Cc. Because reactivity is particularly likely to decrease at the lower end of the electrode plate, the oil content Ce at the second end may be less than Cc to increase the reactivity of this lower end. From the perspective of facilitating industrial production of the separator, it is preferable that the oil content Ce at at least one of the third end and the fourth end satisfy Ce < Cc. From the perspective of increasing reactivity at both ends of the electrode plate and ensuring higher IS life performance, it is preferable that the oil content Ce at both the third end and the fourth end be less than Ce.
オイル含有率Ceのオイル含有率Ccに対する比Ce/Ccは、0.50以上が好ましく、0.53以上がより好ましい。比Ce/Ccがこのような範囲である場合、セパレータの耐酸化性が高まり、より高い高温過充電寿命性能を確保できる。比Ce/Ccは、1未満であればよい。極板全体の反応性をより均一にする効果が高まり、より高いIS寿命性能が得られる観点からは、0.95以下が好ましく、0.93以下がより好ましく、0.9以下がさらに好ましい。 The ratio Ce/Cc of the oil content Ce to the oil content Cc is preferably 0.50 or greater, and more preferably 0.53 or greater. When the ratio Ce/Cc is within this range, the separator's oxidation resistance is enhanced, ensuring better high-temperature overcharge life performance. The ratio Ce/Cc should be less than 1. From the perspective of achieving a more uniform reactivity across the electrode plate and achieving better IS life performance, the ratio is preferably 0.95 or less, more preferably 0.93 or less, and even more preferably 0.9 or less.
比Ce/Ccは、0.50以上(または0.53以上)1未満、0.50以上(または0.53以上)0.95以下、0.50以上(または0.53以上)0.93以下、あるいは0.50以上(または0.53以上)0.9以下であってもよい。 The ratio Ce/Cc may be 0.50 or more (or 0.53 or more) but less than 1, 0.50 or more (or 0.53 or more) but 0.95 or less, 0.50 or more (or 0.53 or more) but 0.93 or less, or 0.50 or more (or 0.53 or more) but 0.9 or less.
セパレータ中のオイル含有率の平均は、例えば、5質量%以上である。セパレータの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる観点からは、セパレータ中のオイル含有率の平均は、10質量%以上が好ましく、12質量%以上または13質量%以上がより好ましい。セパレータ中のオイル含有率の平均は、例えば、20質量%以下であり、18質量%以下であることが好ましい。この場合、セパレータをさらに低抵抗化し易い。 The average oil content in the separator is, for example, 5% by mass or more. From the perspective of further enhancing the effect of suppressing oxidative degradation of the separator, the average oil content in the separator is preferably 10% by mass or more, and more preferably 12% by mass or more or 13% by mass or more. The average oil content in the separator is, for example, 20% by mass or less, and preferably 18% by mass or less. In this case, it is easier to further reduce the resistance of the separator.
セパレータのオイル含有率の平均は、5質量%以上20質量%以下(または18質量%以下)、10質量%以上20質量%以下(または18質量%以下)、12質量%以上20質量%以下(または18質量%以下)、あるいは13質量%以上20質量%以下(または18質量%以下)であってもよい。 The average oil content of the separator may be 5% by mass or more and 20% by mass or less (or 18% by mass or less), 10% by mass or more and 20% by mass or less (or 18% by mass or less), 12% by mass or more and 20% by mass or less (or 18% by mass or less), or 13% by mass or more and 20% by mass or less (or 18% by mass or less).
セパレータは、要部の外側に、電極材料と対向しない部分を有する。より具体的には、セパレータの要部の外側に、セパレータの上端部および下端部、ならびに両側端部を有する。これらの部分におけるオイル含有率は特に制限されない。セパレータの要部の各端部においてオイル含有率を調節し易い観点からは、セパレータの要部の外側の部分は、隣接する要部の端部と同じオイル含有率であってもよい。例えば、セパレータの上端部は、要部の第1端部と隣接し、第1端部のオイル含有率Ce1と同じオイル含有率であってもよい。セパレータの両側端部は、要部の第3端部および第4端部のそれぞれと隣接し、第3端部および第4端部のそれぞれと同じオイル含有率であってもよい。 The separator has a portion outside the main portion that does not face the electrode material. More specifically, the separator has an upper end, a lower end, and both side ends outside the main portion. The oil content in these portions is not particularly limited. From the perspective of easily adjusting the oil content at each end of the separator's main portion, the portion outside the separator's main portion may have the same oil content as the end of the adjacent main portion. For example, the upper end of the separator is adjacent to the first end of the main portion and may have the same oil content as the oil content Ce1 of the first end. The both side ends of the separator are adjacent to the third and fourth ends of the main portion, respectively, and may have the same oil content as the third and fourth ends, respectively.
セパレータは、シート状であってもよい。また、蛇腹状に折り曲げたシートをセパレータとして用いてもよい。セパレータは袋状に形成してもよく、正極板または負極板のうちのいずれか一方を袋状のセパレータに包んでもよい。いずれの形態についても、セパレータを平坦な面に配置したときのセパレータの表面(具体的には上面)を、この表面に垂直な方向からセパレータを見た状態で、要部の中央部および各端部が決定される。 The separator may be in sheet form. Alternatively, a sheet folded into an accordion shape may be used as the separator. The separator may be formed in a bag shape, and either the positive electrode plate or the negative electrode plate may be wrapped in the bag-shaped separator. In either form, the center and each end of the essential part are determined by viewing the surface (specifically the top surface) of the separator from a direction perpendicular to the surface when the separator is placed on a flat surface.
セパレータは、リブを有してもよく、リブを有さなくてもよい。リブを有するセパレータは、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、セパレータもしく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、セパレータのベース部とは、セパレータの構成部位のうち、リブなどの突起を除く部分であり、セパレータの外形を画定するシート状の部分をいう。 A separator may or may not have ribs. A separator with ribs, for example, has a base portion and ribs extending from the surface of the base portion. The ribs may be provided on only one surface of the separator or each base portion, or on both surfaces. The base portion of a separator refers to the constituent parts of the separator excluding protrusions such as ribs, and is the sheet-like portion that defines the outer shape of the separator.
セパレータは、例えば、ポリマー材料(以下、ベースポリマーとも称する。)と、少なくともオイルを含む造孔剤と、浸透剤(界面活性剤)とを含む樹脂組成物をシート状に押し出し成形した後、造孔剤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。セパレータの要部の中央部および各端部のそれぞれにおいて、オイルの除去量を調節することで、中央部および各端部におけるオイル含有率を調節することができる。例えば、第1端部以外の少なくとも1つの端部において、第1端部および中央部よりも、多くの量のオイルを除去することでオイル含有率Ceをオイル含有率Ccより少なくなるように調節できる。シート状のセパレータは、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 separator can be obtained, for example, by extruding a resin composition containing a polymer material (hereinafter also referred to as the base polymer), a pore-forming agent containing at least oil, and a penetrating agent (surfactant) into a sheet, and then removing the pore-forming agent. By removing at least a portion of the pore-forming agent, micropores are formed in the base polymer matrix. The oil content in the center and each end can be adjusted by adjusting the amount of oil removed from the separator's main portion, the center, and each end. For example, by removing more oil from at least one end other than the first end than from the first end and the center, the oil content Ce can be adjusted to be less than the oil content Cc. The sheet-shaped separator may be folded into an accordion shape or processed into a bag shape, as needed.
リブを有するセパレータでは、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 separators with ribs, the ribs may be formed on the sheet when the resin composition is extrusion-molded. Alternatively, the ribs may be formed by pressing the sheet with a roller having grooves corresponding to each rib after the resin composition has been molded into a sheet or after the pore-forming agent has been removed.
セパレータに含まれるベースポリマーとしては、鉛蓄電池のセパレータに使用されるベースポリマーであれば特に制限されない。ベースポリマーとしては、ポリオレフィンが用いられる場合が多い。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。セパレータ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、耐酸化性が低くなる傾向があるが、このような場合であっても、セパレータの第1端部および中央部においてオイルがある程度含まれるため、高い高温過充電寿命性能を確保することができる。 The base polymer contained in the separator is not particularly limited as long as it is a base polymer used in separators for lead-acid batteries. Polyolefin is often used as the base polymer. Polyolefin may be used in combination with another base polymer. The proportion of polyolefin in the total base polymer contained in the separator is, for example, 50% by mass or more, 80% by mass or more, or even 90% by mass or more. The proportion of polyolefin is, for example, 100% by mass or less. The base polymer may be composed solely of polyolefin. When the proportion of polyolefin is this high, oxidation resistance tends to be low. However, even in such cases, a certain amount of oil is contained in the first end and central portion of the separator, ensuring high high-temperature overcharge life performance.
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。 Examples of polyolefins include polymers containing at least a C 2-3 olefin as a monomer unit. Examples of C 2-3 olefins include at least one selected from the group consisting of ethylene and propylene. Examples of polyolefins that are more preferred include polyethylene, polypropylene, and copolymers containing a C 2-3 olefin as a monomer unit (e.g., ethylene-propylene copolymer). Among polyolefins, it is preferable to use polyolefins containing at least ethylene units (polyethylene, ethylene-propylene copolymer, etc.). Polyolefins containing ethylene units (polyethylene, ethylene-propylene copolymer, etc.) may be used in combination with other polyolefins.
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。オイルを用いることで、セパレータの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まり、高いIS寿命性能が得られる。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。 Porosity-forming agents include liquid and solid pore-forming agents. The pore-forming agent contains at least oil. The use of oil further enhances the effect of suppressing oxidative degradation of the separator, resulting in high IS life performance. One type of pore-forming agent may be used alone, or two or more types may be used in combination. Oil may be used in combination with another pore-forming agent. Liquid pore-forming agents may be used in combination with solid pore-forming agents. At room temperature (a temperature between 20°C and 35°C), liquid pore-forming agents are classified as liquid pore-forming agents, and solid pore-forming agents are classified as solid pore-forming agents.
液状造孔剤としては、鉱物オイル、合成オイルなどが好ましい。液状造孔剤としては、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。固形造孔剤としては、例えば、ポリマー粉末が挙げられる。 Preferred liquid pore-forming agents include mineral oil and synthetic oil. Examples of liquid pore-forming agents include paraffin oil and silicone oil. Examples of solid pore-forming agents include polymer powder.
セパレータ中の造孔剤の量は、種類によっては変化することがある。セパレータ中の造孔剤の量は、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 separator may vary depending on the type. The amount of pore-forming agent in the separator 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.
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. One type of surfactant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
セパレータ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。セパレータ中の浸透剤の含有率は、10質量%以下または5質量%以下であってもよい。 The content of the penetrant in the separator 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 separator may be 10% by mass or less, or 5% by mass or less.
セパレータ中の浸透剤の含有率は、0.01質量%以上(または0.1質量%以上)10質量%以下、あるいは0.01質量%以上(または0.1質量%以上)5質量%以下であってもよい。 The content of the penetrant in the separator may be 0.01% by mass or more (or 0.1% by mass or more) and 10% by mass or less, or 0.01% by mass or more (or 0.1% by mass or more) and 5% by mass or less.
セパレータ(またはセパレータ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。セパレータが無機粒子を含む場合、IS寿命性能をさらに向上できる。 The separator (or the resin composition used to manufacture the separator) may contain inorganic particles. If the separator contains inorganic particles, the IS life performance can be further improved.
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。 Ceramic particles are preferred as inorganic particles. Examples of ceramics that make up ceramic particles include at least one selected from the group consisting of silica, alumina, and titania.
セパレータ中の無機粒子の含有率は、例えば、40質量%以上であり、50質量%以上であってもよい。無機粒子の含有率がこのような範囲である場合、より高いIS寿命性能が得られる。無機粒子の含有率は、例えば、80質量%以下であり、75質量%以下または70質量%以下であってもよい。 The inorganic particle content in the separator is, for example, 40% by mass or more, and may be 50% by mass or more. When the inorganic particle content is within this range, higher IS life performance can be achieved. The inorganic particle content may be, for example, 80% by mass or less, 75% by mass or less, or 70% by mass or less.
セパレータ中の無機粒子の含有率は、40質量%以上(または50質量%以上)80質量%以下、40質量%以上(または50質量%以上)75質量%以下、あるいは40質量%以上(または50質量%以上)70質量%以下であってもよい。 The content of inorganic particles in the separator may be 40% by mass or more (or 50% by mass or more) and 80% by mass or less, 40% by mass or more (or 50% by mass or more) and 75% by mass or less, or 40% by mass or more (or 50% by mass or more) and 70% by mass or less.
セパレータの要部の厚さは、例えば、0.15mm以上である。セパレータの抵抗を低く抑える観点からは、セパレータの厚さは、0.25mm以下が好ましく、0.20mm以下がより好ましい。なお、セパレータの要部の厚さとは、要部における平均厚さを意味する。セパレータが、要部において、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、セパレータの要部の厚さとは、ベース部における平均厚さである。セパレータに貼付部材(マット、ペースティングペーパなど)が貼り付けられている場合には、貼付部材の厚さは、セパレータの厚さには含まれない。 The thickness of the separator's main portion is, for example, 0.15 mm or more. From the perspective of keeping the separator's resistance low, the separator's thickness is preferably 0.25 mm or less, and more preferably 0.20 mm or less. Note that the thickness of the separator's main portion refers to the average thickness of the main portion. If the separator has, in its main portion, a base portion and ribs extending from at least one surface of the base portion, the thickness of the separator's main portion refers to the average thickness of the base portion. If an attachment member (such as a mat or pasting paper) is attached to the separator, the thickness of the attachment member is not included in the thickness of the separator.
セパレータがリブを有する場合、リブの高さは、0.05mm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。 If the separator has ribs, the rib height may be 0.05 mm or more. Alternatively, the rib height may be 1.2 mm or less. The rib height is the height of the portion protruding from the surface of the base portion (protrusion height).
セパレータの正極板と対向する領域に設けられるリブの高さは、0.4mm以上であってもよい。セパレータの正極板と対向する領域に設けられるリブの高さは、1.2mm以下であってもよい。 The height of the ribs provided in the area of the separator facing the positive electrode plate may be 0.4 mm or more. The height of the ribs provided in the area of the separator facing the positive electrode plate may be 1.2 mm or less.
(セパレータの分析またはサイズの計測)
セパレータ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。
(Separator analysis or size measurement)
For separator analysis or size measurement, unused separators or separators removed from lead-acid batteries in a fully charged state after initial use are used. The separators removed from the lead-acid batteries are washed and dried prior to 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 using the following procedure. The separator is immersed in pure water for one hour to remove any sulfuric acid from the separator. The separator is then removed from the liquid and left to dry for at least 16 hours in an environment of 25°C ± 5°C.
(セパレータ中のオイル含有率)
セパレータの要部を、既述のように16個の領域に分割する。中央の4つの領域の部分を短冊状にカットして中央部のオイル含有率Ccを測定するためのサンプルを作製する。中央の4つの領域の上部に位置する2つの領域の部分を短冊状にカットし、第1端部のオイル含有率Ce1を測定するためのサンプルを作製する。中央の4つの領域の下部に位置する2つの領域の部分を短冊状にカットし、第2端部のオイル含有率を測定するためのサンプルを作製する。第2方向において中央の4つの領域の外側に位置する各2つの領域の部分を短冊状にカットし、第3端部および第4端部のそれぞれのオイル含有率を測定するためのサンプルを作製する。リブを有するセパレータでは、各サンプルは、リブを含まないようにカットされる。
(oil content in separator)
The separator's main portion is divided into 16 regions as described above. The four central regions are cut into strips to prepare samples for measuring the oil content Cc of the central region. The two upper regions of the four central regions are cut into strips to prepare samples for measuring the oil content Ce1 of the first end. The two lower regions of the four central regions are cut into strips to prepare samples for measuring the oil content of the second end. The two outer regions of the four central regions in the second direction are cut into strips to prepare samples for measuring the oil content of the third end and the fourth end. For separators with ribs, each sample is cut so as not to include the ribs.
各サンプルについて、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。各サンプルについて、オイルの含有率を合計10回求め、平均値を算出する。得られる平均値を中央部または各端部における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 each sample is taken and accurately weighed to determine the initial sample mass (m0). The weighed sample is placed in an appropriately sized glass beaker, and 50 mL of n-hexane is added. Next, ultrasonic waves are applied to the sample together with the beaker for approximately 30 minutes to dissolve the oil contained in the sample into n-hexane. Next, the sample is removed from the n-hexane, dried in the air at room temperature (a temperature of 20°C or higher and 35°C or lower), and then weighed to determine the mass (m1) of the sample after oil removal. The oil content is then calculated using the following formula. The oil content is determined for each sample a total of 10 times, and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the oil content at the center or each end.
Oil content (mass%) = (m0 - m1) / m0 x 100
セパレータ中のオイル含有率の平均は、セパレータの要部を分割した16個の領域のうち、上から2列目の4つの領域の部分を短冊状にカットしたサンプルから求められる。このようなサンプルを用いる以外は、中央部または各端部におけるオイルの含有率の場合と同様にして、オイルの含有率を合計10回求め、平均値を算出する。得られる平均値を、セパレータ中のオイル含有率の平均とする。 The average oil content in the separator is determined from a sample cut into strips from the four regions in the second row from the top out of the 16 regions into which the separator's main part is divided. Except for using such a sample, the oil content is determined a total of 10 times in the same manner as for the oil content in the center or each end, and the average value is calculated. The resulting average value is used as the average oil content in the separator.
(セパレータ中の無機粒子の含有率)
セパレータの要部を短冊状にカットすることによってサンプル(以下、サンプルAと称する)を作製する。リブを有するセパレータでは、セパレータの要部において、リブを含まないように、ベース部を短冊状にカットすることによってサンプルAを作製する。
(Content of inorganic particles in separator)
A sample (hereinafter referred to as Sample A) is prepared by cutting a main portion of the separator into strips. For separators having ribs, Sample A is prepared by cutting the base portion into strips in the main portion of the separator so as not to include the ribs.
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、セパレータ中の無機粒子の含有率(質量%)とする。無機粒子の含有率を合計10回求め、平均値を算出する。得られる平均値をセパレータ中の無機粒子の含有率とする。 A portion of sample A is taken and accurately weighed, then placed in a platinum crucible and heated with a Bunsen burner until no more white smoke is emitted. The resulting sample is then heated in an electric furnace (in an oxygen stream, 550°C ± 10°C) for approximately 1 hour to incinerate it, and the ashes are weighed. The ratio (percentage) of the mass of the ashes to the mass of sample A is calculated, and this is taken as the inorganic particle content (mass %) in the separator. The inorganic particle content is determined a total of 10 times, and the average value is calculated. The resulting average value is taken as the inorganic particle content in the separator.
(セパレータ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Aの質量に占める浸透剤の質量の比率(百分率)を算出し、セパレータ中の浸透剤の含有率(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。浸透剤の含有率を合計10回求め、平均値を算出する。得られる平均値をセパレータ中の浸透剤の含有率とする。
(Content of penetrant in separator)
A portion 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 (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 analyzer. The temperature is raised from room temperature to 800°C ± 1°C at a heating rate of 10 K/min. The weight loss 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 A is calculated, which is the penetrant content (mass%) in the separator. A Q5000IR manufactured by T.A. Instruments is used as the thermogravimetric analyzer. The penetrant content is determined a total of 10 times and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the penetrant content in the separator.
(セパレータの厚さおよびリブの高さ)
セパレータの厚さは、セパレータの断面写真において、要部のベース部の任意に選択した5箇所について厚さを計測し、平均化することにより求められる。
(Separator thickness and rib height)
The thickness of the separator is determined by measuring the thickness at five arbitrarily selected points on the base portion of the main part in a cross-sectional photograph of the separator and averaging the thicknesses.
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 rib height is determined by averaging the height from one surface of the rib's base measured at 10 randomly selected points on the rib in a cross-sectional photograph of the separator.
図1は、本発明の一実施形態に係るセパレータを極板に重ねた状態を示す平面模式図である。セパレータ104の要部105は、極板102の電極材料が存在する部分に対向する。セパレータ104はオイルを含む。セパレータ104は、要部105において、中央部110と、第1方向D1における両端部に位置する第1端部111および第2端部112と、第2方向D2における両端部に位置する第3端部113および第4端部114とを含む。第1方向D1は、極板の上下方向と平行である。第2方向D2は、第1方向D1と垂直であり、鉛蓄電池における極板の水平方向と平行である。第1端部111および第2端部112は、中央部110の上下端の外側に位置する。第3端部113および第4端部114は、中央部110、第1端部111および第2端部112の両側端の外側に位置する。セパレータ104は、第1端部111が極板102の上端部に対向するように極板102と重ねられる。第1端部111におけるオイルの含有率Ce1と中央部110におけるオイルの含有率CcとはCe1≧Ccを充足する。第2端部112、第3端部113および第4端部114の少なくとも1つの端部におけるオイルの含有率Ceと、オイルの含有率Ccとは、Ce<Ccを充足する。このようにオイル含有率を制御することで、鉛蓄電池において、高いIS寿命性能と高い高温過充電寿命性能とを確保することができる。 FIG. 1 is a schematic plan view showing a separator according to an embodiment of the present invention stacked on an electrode plate. A main portion 105 of the separator 104 faces a portion of the electrode plate 102 where the electrode material is present. The separator 104 contains oil. The main portion 105 of the separator 104 includes a central portion 110, a first end portion 111 and a second end portion 112 located at both ends in a first direction D1, and a third end portion 113 and a fourth end portion 114 located at both ends in a second direction D2 . The first direction D1 is parallel to the vertical direction of the electrode plate. The second direction D2 is perpendicular to the first direction D1 and parallel to the horizontal direction of the electrode plate in a lead-acid battery. The first end portion 111 and the second end portion 112 are located outside the upper and lower ends of the central portion 110. The third end 113 and the fourth end 114 are located outside both side ends of the central portion 110, the first end 111, and the second end 112. The separator 104 is overlapped with the electrode plate 102 so that the first end 111 faces the upper end of the electrode plate 102. The oil content Ce1 in the first end 111 and the oil content Cc in the central portion 110 satisfy Ce1 ≧ Cc. The oil content Ce and the oil content Cc in at least one of the second end 112, the third end 113, and the fourth end 114 satisfy Ce < Cc. By controlling the oil content in this manner, a high IS life performance and a high high-temperature overcharge life performance can be ensured in the lead-acid battery.
図2は、図1のセパレータについて、要部の中央部および各端部におけるオイルの含有率を求めるためのサンプルを採取する部分を説明するための平面模式図である。セパレータ104の要部105の第1方向D1における長さをL1とし、第2方向D2における長さをL2とする。図2に点線で示すように、要部105を、第1方向D1に4等分に分割し、第2方向D2に4等分に分割して、合計16個の領域に分割する。中央部110におけるオイル含有率Ccは、要部105の中央付近の4つの領域110a、110b、110cおよび110dから採取されるサンプルについて求められる。第1端部111におけるオイル含有率Ce1は、要部105の上端部に位置する2つの領域111aおよび111bから採取されるサンプルについて求められる。第2端部112におけるオイル含有率は、要部105の下端部に位置する2つの領域112aおよび112bから採取されるサンプルについて求められる。第3端部113におけるオイル含有率は、要部105の側端部(具体的には、中央部110のサンプルが採取される4つの領域110a~110dのうち110aおよび110cの外側)に位置する2つの領域113aおよび113bから採取されるサンプルについて求められる。第4端部114におけるオイル含有率は、要部105の側端部(具体的には、中央部110のサンプルが採取される4つの領域110a~110dのうち110bおよび110dの外側)に位置する2つの領域114aおよび114bから採取されるサンプルについて求められる。セパレータ104中のオイル含有率の平均は、上から2列目の4つの領域113a、110a、110bおよび114aから採取されるサンプルについて求められる。 FIG. 2 is a schematic plan view illustrating the areas where samples are taken to determine the oil content in the center and each end of the separator shown in FIG. 1 . The length of the main portion 105 of the separator 104 in the first direction D1 is L1 , and the length in the second direction D2 is L2 . As shown by dotted lines in FIG. 2 , the main portion 105 is divided into four equal parts in the first direction D1 and four equal parts in the second direction D2 , for a total of 16 regions. The oil content Cc in the center portion 110 is determined from samples taken from four regions 110a, 110b, 110c, and 110d near the center of the main portion 105. The oil content Ce1 in the first end portion 111 is determined from samples taken from two regions 111a and 111b located at the upper end of the main portion 105. The oil content at the second end 112 is determined for samples taken from two regions 112a and 112b located at the bottom of the main portion 105. The oil content at the third end 113 is determined for samples taken from two regions 113a and 113b located at the side ends of the main portion 105 (specifically, outside regions 110a and 110c of the four regions 110a to 110d from which samples are taken in the central portion 110). The oil content at the fourth end 114 is determined for samples taken from two regions 114a and 114b located at the side ends of the main portion 105 (specifically, outside regions 110b and 110d of the four regions 110a to 110d from which samples are taken in the central portion 110). The average oil content in the separator 104 is determined for samples taken from the four regions 113a, 110a, 110b, and 114a in the second row from the top.
(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 current collector and a positive electrode material. The positive electrode material is held by the positive electrode current collector. The positive electrode material is the portion of the positive electrode plate excluding the positive electrode current collector. Note that a member such as a mat or pasting paper may be attached to the electrode plate. Such a member (also referred to as 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 grid-shaped current collector as the positive electrode current collector, as this makes it easier 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。 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 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 electrode plate contains a positive electrode active material (lead dioxide or lead sulfate) that generates capacity through an oxidation-reduction reaction. The positive electrode material may also contain other additives (such as reinforcing materials) as needed.
添加剤の補強材としては、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 additives include fibers (inorganic fibers, organic fibers, etc.). Examples of resins (or polymers) that make up 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 ethers, cellulose esters, etc.)). Celluloses also include rayon.
正極電極材料中の補強材の量は、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量は、例えば、0.5質量%以下である。 The amount of reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the amount of reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.5 mass% or less.
正極電極材料中の補強材の量は、次の手順で求めることができる。補強材の分析は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した正極板から採取した正極電極材料を用いて行われる。 The amount of reinforcing material in the positive electrode material can be determined using the following procedure. Reinforcing material analysis is performed using positive electrode material sampled from a positive plate removed from a fully charged lead-acid battery.
正極電極材料は、次の手順で正極板から回収される。まず、満充電状態の鉛蓄電池を解体し、入手した正極板を3~4時間水洗することにより、正極板中の電解液を取り除く。水洗した正極板を60℃±5℃の恒温槽で5時間以上乾燥する。乾燥後に、正極板に貼付部材が含まれる場合には、剥離により正極板から貼付部材が除去される。正極板を正面から見たときに上下および左右の中央付近から正極電極材料を採取することにより、分析用の正極電極材料(以下、サンプルBと称する)が得られる。サンプルBは必要に応じて粉砕して分析に用いられる。 Positive electrode material is recovered from the positive electrode plate using the following procedure. First, a fully charged lead-acid battery is disassembled, and the obtained positive electrode plate is washed with water for 3 to 4 hours to remove the electrolyte from the positive electrode plate. The washed positive electrode plate is then dried in a thermostatic chamber at 60°C ± 5°C for at least 5 hours. After drying, if the positive electrode plate contains an adhesive material, the adhesive material is removed from the positive electrode plate by peeling it off. Positive electrode material for analysis (hereinafter referred to as sample B) is obtained by collecting positive electrode material from near the center of the positive electrode plate from the top, bottom, and left and right when viewed from the front. Sample B can be crushed and used for analysis, if necessary.
粉砕されたサンプルBを採取し、正確に秤量する。次いで、サンプルBを、硝酸水溶液(濃度:25質量%)および酒石酸水溶液(濃度:500g/L)の混合溶液(硝酸水溶液と酒石酸水溶液との混合比(体積比)=7:2)に添加し、加熱下で攪拌しながら可溶分を溶解させる。得られる混合物を、メンブレンフィルター(平均孔径:0.45μm以下)を用いて濾過する。これにより、正極電極材料に含まれる補強材が、濾紙上の固形物として得られる。得られた固形物を水洗および乾燥する。乾燥物の質量を測定する。乾燥物の質量がサンプルBの質量に占める比率(百分率)を求める。この比率が正極電極材料中の補強材の量に相当する。 The crushed sample B is collected and accurately weighed. Next, sample B is added to a mixed solution of aqueous nitric acid (concentration: 25% by mass) and aqueous tartaric acid (concentration: 500 g/L) (mixing ratio (volume ratio) of aqueous nitric acid to aqueous tartaric acid = 7:2), and the soluble components are dissolved while stirring under heat. The resulting mixture is filtered using a membrane filter (average pore size: 0.45 μm or less). This leaves the reinforcing material contained in the positive electrode material as a solid on the filter paper. The resulting solid is washed with water and dried. The mass of the dried material is measured. The ratio (percentage) of the mass of the dried material to the mass of sample B is calculated. This ratio corresponds to the amount of reinforcing material in the positive electrode material.
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 electrode plates are obtained by filling a positive electrode current collector with 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, if necessary, other additives (such as reinforcing materials), and kneading the mixture.
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。 Positive plates are obtained by chemically forming unformed positive plates. Chemical formation can be carried out by immersing a group of plates including unformed positive plates in an electrolyte containing sulfuric acid in a lead-acid battery container and then charging the group of plates. However, chemical formation can also be carried out before assembling the lead-acid battery or the group of plates.
(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 electrode plate)
The negative electrode plate of a lead-acid battery is composed of a negative electrode current collector and a negative electrode material. The negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative electrode current collector. Note that an adhesive member such as that described above may be attached to the negative electrode plate. In this case, the adhesive member is included in the negative electrode plate. When the negative electrode plate includes an adhesive member, the negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative electrode current collector and the adhesive 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。正極集電体および負極集電体の少なくとも一方が、エキスパンド加工により形成された集電体であってもよい。エキスパンド加工により形成された集電体を用いた極板では反応性のばらつきが大きくなる傾向があるが、このような場合でも本発明の一側面の鉛蓄電池用セパレータを用いることで、極板全体の反応性をより均一化することができる。 The negative electrode current collector can be formed in the same manner as the positive electrode current collector. At least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector may be a current collector formed by expanding. Electrode plates using current collectors formed by expanding tend to have greater variations in reactivity. However, even in such cases, the use of a lead-acid battery separator according to one aspect of the present invention can make the reactivity of the entire electrode plate more uniform.
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 a Pb-Sb alloy, a Pb-Ca alloy, or a Pb-Ca-Sn alloy. These lead or lead alloys may further contain at least one additional element selected from the group consisting of Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, and Cu. 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 electrode plate contains a negative electrode active material (lead or lead sulfate) that generates capacity through an oxidation-reduction reaction, and may also contain organic shrinkage inhibitors, carbonaceous materials, barium sulfate, etc. The negative electrode material may also contain other additives (such as reinforcing materials) as needed.
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 carbonaceous material content in the negative electrode material is, for example, 0.1% by mass or more. The carbonaceous material content may be, for example, 3% by 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 resin as described for reinforcing materials for positive electrode materials)).
負極電極材料中の補強材の量は、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量は、例えば、0.5質量%以下である。 The amount of reinforcing material in the negative electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the amount of 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 a charged state is spongy lead, but unformed negative plates are usually made using 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。 A negative electrode plate can be formed by filling a negative electrode current collector with negative electrode paste, aging 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 needed, and kneading them. During the aging process, it is preferable to age 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。 Formation can be performed by immersing a plate assembly containing unformed negative plates in an electrolyte containing sulfuric acid in a lead-acid battery container and then charging the plate assembly. However, formation can also be performed before assembling the lead-acid battery or plate assembly. Formation produces spongy lead.
(負極電極材料またはその構成成分の分析)
以下、負極電極材料中の有機防縮剤、炭素質材料、硫酸バリウム、および補強材の定量方法について記載する。負極電極材料の構成成分の定量分析は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した負極板から採取した負極電極材料を用いて行われる。
(Analysis of negative electrode materials or their constituents)
The following describes the method for quantifying the organic shrinkage inhibitor, carbonaceous material, barium sulfate, and reinforcing material in the negative electrode material. Quantitative analysis of the components of the negative electrode material is performed using negative electrode material sampled from a negative electrode plate removed from a fully charged lead-acid battery.
負極電極材料は、次の手順で負極板から回収される。まず、満充電状態の鉛蓄電池を解体して分析対象の負極板を入手する。入手した負極板を水洗し、負極板から硫酸分を除去する。水洗は、水洗した負極板表面にpH試験紙を押し当て、試験紙の色が変化しないことが確認されるまで行う。ただし、水洗を行う時間は、2時間以内とする。水洗した負極板は、減圧環境下、60±5℃で6時間程度乾燥する。乾燥後に、負極板に貼付部材が含まれる場合には、剥離により負極板から貼付部材が除去される。次に、負極板から負極電極材料を分離してすることによりサンプル(以下、サンプルCと称する)を得る。サンプルCは、必要に応じて粉砕され、分析に供される。 Negative electrode material is recovered from the negative plate using the following procedure. First, a fully charged lead-acid battery is disassembled to obtain the negative plate to be analyzed. The obtained negative plate is washed with water to remove sulfuric acid from the negative plate. The washing is continued until a pH test paper is pressed against the washed surface of the negative plate and no color change is confirmed. However, the washing time should be within two hours. The washed negative plate is then dried under reduced pressure at 60±5°C for approximately six hours. After drying, if the negative plate contains an adhesive material, the adhesive material is removed from the negative plate by peeling. Next, the negative electrode material is separated from the negative plate to obtain a sample (hereinafter referred to as Sample C). Sample C is then crushed as necessary and subjected to analysis.
《有機防縮剤の定量》
粉砕されたサンプルCを1mol/LのNaOH水溶液に浸漬し、有機防縮剤を抽出する。抽出された有機防縮剤を含むNaOH水溶液から不溶成分を濾過で除き、濾液(以下、濾液Dとも称する。)を回収する。
<Quantitative determination of organic shrinkage inhibitor>
The crushed sample C is immersed in a 1 mol/L aqueous NaOH solution to extract the organic shrink-preventing agent. Insoluble components are removed by filtration from the aqueous NaOH solution containing the extracted organic shrink-preventing agent, and the filtrate (hereinafter also referred to as filtrate D) is recovered.
濾液Dの所定量を測り取り、脱塩した後、濃縮し、乾燥すれば、有機防縮剤の粉末(以下、サンプルEとも称する。)が得られる。脱塩は、脱塩カラムを用いて行うか、濾液Dをイオン交換膜に通すことにより行うか、もしくは、濾液Dを透析チューブに入れて蒸留水中に浸すことにより行われる。 A predetermined amount of filtrate D is measured, desalted, concentrated, and dried to obtain a powder of organic shrinkage inhibitor (hereinafter also referred to as sample E). Desalting can be performed using a desalting column, by passing filtrate D through an ion exchange membrane, or by placing filtrate D in dialysis tubing and immersing it in distilled water.
サンプルEの赤外分光スペクトル、サンプルEを蒸留水等に溶解して得られる溶液の紫外可視吸収スペクトル、サンプルEを重水等の溶媒に溶解して得られる溶液のNMRスペクトル、または物質を構成している個々の化合物の情報を得ることができる熱分解GC-MSなどから得た情報を組み合わせて、有機防縮剤を特定する。 The organic shrinkage inhibitor is identified by combining information obtained from the infrared spectrum of sample E, the ultraviolet-visible absorption spectrum of a solution obtained by dissolving sample E in distilled water or the like, the NMR spectrum of a solution obtained by dissolving sample E in a solvent such as heavy water, or pyrolysis GC-MS, which can provide information on the individual compounds that make up the substance.
上記濾液Dの紫外可視吸収スペクトルを測定する。スペクトル強度と予め作成した検量線と測り取った濾液Dの量とサンプルCの質量とから、負極電極材料中の有機防縮剤の含有率を定量する。分析対象の有機防縮剤の構造式の厳密な特定ができず、同一の有機防縮剤の検量線を使用できない場合は、分析対象の有機防縮剤と類似の紫外可視吸収スペクトル、赤外分光スペクトル、NMRスペクトルなどを示す、入手可能な有機防縮剤を使用して検量線を作成する。 Measure the ultraviolet-visible absorption spectrum of the above filtrate D. Quantify the content of the organic shrinkage inhibitor in the negative electrode material from the spectral intensity, the previously prepared calibration curve, the measured amount of filtrate D, and the mass of sample C. If the structural formula of the organic shrinkage inhibitor being analyzed cannot be precisely identified and a calibration curve for the same organic shrinkage inhibitor cannot be used, create a calibration curve using an available organic shrinkage inhibitor that exhibits a similar ultraviolet-visible absorption spectrum, infrared spectrum, NMR spectrum, etc. to the organic shrinkage inhibitor being analyzed.
《炭素質材料、硫酸バリウム、および補強材の定量》
粉砕されたサンプルC10gに対し、20質量%濃度の硝酸を50mL加え、約20分加熱し、鉛成分を鉛イオンとして溶解させる。次に、得られる溶液を濾過して、炭素質材料、硫酸バリウム等の固形分を濾別する。
Quantitative determination of carbonaceous materials, barium sulfate, and reinforcing materials
50 mL of 20% by mass nitric acid was added to 10 g of the crushed sample C, and the mixture was heated for about 20 minutes to dissolve the lead components as lead ions. The resulting solution was then filtered to separate out the carbonaceous material, barium sulfate, and other solids.
得られた固形分を水中に分散させて分散液とした後、篩いを用いて分散液から補強材を回収する。補強材を、水洗および乾燥し、質量を測定する。乾燥物の質量がサンプルCの質量に占める比率(百分率)を求める。この比率が負極電極材料中の補強材の含有率に相当する。 The resulting solids are dispersed in water to form a dispersion, and the reinforcing material is then recovered from the dispersion using a sieve. The reinforcing material is washed with water, dried, and its mass is measured. The ratio (percentage) of the mass of the dried material to the mass of Sample C is calculated. This ratio corresponds to the reinforcing material content in the negative electrode material.
補強材を除去した後の分散液に対し、予め質量を測定したメンブレンフィルターを用いて吸引ろ過を施し、濾別された試料とともにメンブレンフィルターを110℃±5℃の乾燥器で乾燥する。得られる試料は、炭素質材料と硫酸バリウムとの混合試料(以下、サンプルFとも称する)である。乾燥後のサンプルFとメンブレンフィルターとの合計質量からメンブレンフィルターの質量を差し引いて、サンプルFの質量(Mm)を測定する。その後、乾燥後のサンプルFをメンブレンフィルターとともに坩堝に入れ、1300℃以上で灼熱灰化させる。残った残渣は酸化バリウムである。酸化バリウムの質量を硫酸バリウムの質量に変換して硫酸バリウムの質量(MB)を求める。質量Mmから質量MBを差し引いて炭素質材料の質量を算出する。得られる硫酸バリウムの質量および炭素質材料の質量のそれぞれが、サンプルCの質量に占める比率(百分率)を求める。このようにして、負極電極材料中の硫酸バリウムの含有率および炭素質材料の含有率が求められる。 The dispersion after removing the reinforcing material is subjected to suction filtration using a membrane filter whose mass has been measured in advance, and the membrane filter is dried together with the filtered sample in a dryer at 110°C ± 5°C. The resulting sample is a mixed sample of carbonaceous material and barium sulfate (hereinafter also referred to as sample F). The mass of sample F (M m ) is measured by subtracting the mass of the membrane filter from the total mass of sample F and the membrane filter after drying. Then, dried sample F is placed in a crucible together with the membrane filter and incinerated at 1300°C or higher. The remaining residue is barium oxide. The mass of barium oxide is converted to the mass of barium sulfate to determine the mass of barium sulfate (M B ). The mass of the carbonaceous material is calculated by subtracting the mass M B from the mass M m . The ratio (percentage) of the mass of the resulting barium sulfate and the mass of the carbonaceous material to the mass of sample C is determined. In this manner, the barium sulfate content and the carbonaceous material content in the negative electrode material are determined.
(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 if 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.
電解液がAlイオンおよびLiイオンの少なくとも一方を含む場合には、充電受入性が向上するため、より高いIS寿命性能を確保することができる。 When the electrolyte contains at least one of Al ions and Li ions, charge acceptance is improved, ensuring higher IS life performance.
電解液中のAlイオンの濃度は、0.02mol/L以上が好ましく、0.05mol/L以上であってもよい。Alイオンの濃度がこのような範囲である場合、より高い充電受入性が得られる。電解液中のAlイオンの濃度は、例えば、0.2mol/L以下であり、0.15mol/L以下であってもよい。Alイオンの濃度がこのような範囲であっても、十分な充電受入性の向上効果が得られ、高いIS寿命性能を確保することができる。 The concentration of Al ions in the electrolyte is preferably 0.02 mol/L or more, and may be 0.05 mol/L or more. When the Al ion concentration is in this range, higher charge acceptance is obtained. The concentration of Al ions in the electrolyte is, for example, 0.2 mol/L or less, and may be 0.15 mol/L or less. Even when the Al ion concentration is in this range, a sufficient improvement in charge acceptance can be achieved, and high IS life performance can be ensured.
電解液中のAlイオンの濃度は、0.02mol/L以上(または0.05mol/L以上)0.2mol/L以下、あるいは0.02mol/L以上(または0.05mol/L以上)0.15mol/L以下であってもよい。 The concentration of Al ions in the electrolyte may be 0.02 mol/L or more (or 0.05 mol/L or more) and 0.2 mol/L or less, or 0.02 mol/L or more (or 0.05 mol/L or more) and 0.15 mol/L or less.
電解液中のLiイオンの濃度は、0.02mol/L以上が好ましく、0.05mol/L以上であってもよい。Liイオンの濃度がこのような範囲である場合、より高い充電受入性が得られる。電解液中のLiイオンの濃度は、例えば、0.2mol/L以下であり、0.15mol/L以下であってもよい。Liイオンの濃度がこのような範囲であっても、十分な充電受入性の向上効果が得られ、高いIS寿命性能を確保することができる。 The Li ion concentration in the electrolyte is preferably 0.02 mol/L or more, and may be 0.05 mol/L or more. When the Li ion concentration is in this range, higher charge acceptance is obtained. The Li ion concentration in the electrolyte is, for example, 0.2 mol/L or less, and may be 0.15 mol/L or less. Even when the Li ion concentration is in this range, a sufficient improvement in charge acceptance can be obtained, and high IS life performance can be ensured.
電解液中のLiイオンの濃度は、0.02mol/L以上(または0.05mol/L以上)0.2mol/L以下、あるいは0.02mol/L以上(または0.05mol/L以上)0.15mol/L以下であってもよい。 The concentration of Li ions in the electrolyte may be 0.02 mol/L or more (or 0.05 mol/L or more) and 0.2 mol/L or less, or 0.02 mol/L or more (or 0.05 mol/L or more) and 0.15 mol/L or less.
電解液中の金属イオンの濃度は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した電解液の高周波誘導結合プラズマ(Inductively Coupled Plasma:ICP)発光分光法により求められる。より具体的には、ICP発光分光測定装置を用いて、電解液中の金属イオンの種類を同定し、金属イオンの発光強度を測定する。この発光光度の測定値と、予め作成した検量線とから、電解液中に含まれる金属イオンの濃度を求める。ICP発光分光測定装置としては、(株)島津製作所製 ICPS-8000が用いられる。 The concentration of metal ions in the electrolyte is determined by inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy of the electrolyte removed from a fully charged lead-acid battery. More specifically, an ICP emission spectrometer is used to identify the type of metal ion in the electrolyte and measure the emission intensity of the metal ion. The concentration of metal ions in the electrolyte is determined from the measured emission intensity and a pre-created calibration curve. The ICP emission spectrometer used is an ICPS-8000 manufactured by Shimadzu Corporation.
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 in a fully charged lead-acid battery.
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3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. 3 shows an external appearance of an example of a lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
The lead-acid battery 1 includes a battery case 12 that contains a plate pack 11 and an electrolyte (not shown). The battery case 12 is divided into multiple cell chambers 14 by partition walls 13. Each cell chamber 14 contains one plate pack 11. The opening of the battery case 12 is closed with a lid 15 that includes a negative electrode terminal 16 and a positive electrode terminal 17. The lid 15 is provided with a vent plug 18 for each cell chamber. When rehydrating, the vent plug 18 is removed and rehydration solution is replenished. The vent plug 18 may have the function of venting gas generated in the cell chamber 14 to the outside of the battery.
極板群11は、それぞれ複数枚の負極板2および正極板3を、セパレータ4を介して積層することにより構成されている。ここでは、負極板2を収容する袋状のセパレータ4を示すが、セパレータの形態は特に限定されない。電槽12の一方の端部に位置するセル室14では、複数の負極板2を並列接続する負極棚部6が貫通接続体8に接続され、複数の正極板3を並列接続する正極棚部5が正極柱7に接続されている。正極柱7は蓋15の外部の正極端子17に接続されている。電槽12の他方の端部に位置するセル室14では、負極棚部6に負極柱9が接続され、正極棚部5に貫通接続体8が接続される。負極柱9は蓋15の外部の負極端子16と接続されている。各々の貫通接続体8は、隔壁13に設けられた貫通孔を通過して、隣接するセル室14の極板群11同士を直列に接続している。 Each electrode plate group 11 is constructed by stacking multiple negative electrode plates 2 and multiple positive electrode plates 3 with separators 4 interposed between them. Here, a pouch-shaped separator 4 is shown housing the negative electrode plates 2, but the separator's shape is not particularly limited. In a cell chamber 14 located at one end of the battery case 12, a negative electrode shelf 6 that connects multiple negative electrode plates 2 in parallel is connected to a through-connector 8, and a positive electrode shelf 5 that connects multiple positive electrode plates 3 in parallel is connected to a positive electrode pole 7. The positive electrode pole 7 is connected to a positive electrode terminal 17 outside the lid 15. In a cell chamber 14 located at the other end of the battery case 12, a negative electrode pole 9 is connected to the negative electrode shelf 6, and a through-connector 8 is connected to the positive electrode shelf 5. The negative electrode pole 9 is connected to a negative electrode terminal 16 outside the lid 15. Each through-connector 8 passes through a through-hole in the partition wall 13, connecting the electrode plate groups 11 of adjacent cell chambers 14 in series.
以下、各特性の評価方法について説明する。 The evaluation methods for each characteristic are explained below.
(1)IS寿命性能
次の手順で、端子電圧が7.2Vに到達するまでのサイクル数をIS寿命性能の指標とする。なお、(e)の微小電流放電は、エンジン停止時の暗電流放電を模擬している。
(a)満充電が完了後、最低16時間、蓄電池を0℃±1℃の冷却室に置いた後、中央にあるいずれかのセルの電解液温度が0℃±1℃であることを確認する。
(b)蓄電池を放電電流300Aで1.0秒間放電する。
(c)蓄電池を放電電流25Aで25秒間放電する。
(d)蓄電池を14.0Vの電圧で30秒間充電する。
(e)上記(b)~(d)の放電および充電を1サイクルとして繰り返す。このとき、30サイクル毎に微小電流(20mA)を6時間放電する。
(f)上記(b)において端子電圧が7.2V未満になったときのサイクル数を求める。
(1) IS Life Performance The IS life performance is measured by the number of cycles required for the terminal voltage to reach 7.2 V in the following procedure. Note that the minute current discharge in (e) simulates a dark current discharge when the engine is stopped.
(a) After the battery is fully charged, place it in a cooling room at 0°C ± 1°C for at least 16 hours, and then confirm that the electrolyte temperature of one of the central cells is 0°C ± 1°C.
(b) The storage battery is discharged at a discharge current of 300 A for 1.0 second.
(c) Discharge the battery at a discharge current of 25 A for 25 seconds.
(d) Charge the battery at a voltage of 14.0 V for 30 seconds.
(e) The discharge and charge cycles (b) to (d) are repeated, with a minute current (20 mA) being discharged for 6 hours every 30 cycles.
(f) In (b) above, find the number of cycles when the terminal voltage becomes less than 7.2 V.
(2)高温過充電寿命性能
下記の手順で、高温過充電耐久試験を行い、鉛蓄電池の寿命を測定する。
(a)全試験期間を通して、蓄電池を75℃±3℃の気槽中に置く。
(b)蓄電池を寿命試験装置に接続し、連続的に次に示す放電及び充電のサイクルを繰り返す。この放電と充電とのサイクルを寿命1回(1サイクル)とする。
放電:放電電流25.0A±0.1Aで60秒±1秒
充電:充電電圧14.80V±0.03V(制限電流25.0A±0.1A)で600秒±1秒
(c)試験中、480サイクルごとに56時間放置し、その後定格コールドクランキング電流390Aで30秒間連続放電を行い、30秒目電圧を記録する。その後、(b)の充電を行う。なお、これらの放電及び充電も寿命回数(サイクル数)に加算する。
(d)(c)の試験で測定した30秒目電圧が7.2V以下となり、再び上昇しないことを確認した時点で試験を終了し、このときの合計サイクル数を寿命性能の指標とする。
なお、定格コールドクランキング電流とは、エンジン始動性能を表す尺度で、-18℃±1℃の温度で放電し、30秒目電圧が7.2V以上となるように定められた放電電流のことである。
(2) High-Temperature Overcharge Life Performance A high-temperature overcharge durability test is performed according to the following procedure to measure the life of the lead-acid battery.
(a) The battery shall be kept in an air chamber at 75°C ± 3°C throughout the entire test period.
(b) The storage battery is connected to a life test device and the following discharge and charge cycles are continuously repeated. This discharge and charge cycle is considered to be one life (one cycle).
Discharge: 60 seconds ±1 second at a discharge current of 25.0 A ±0.1 A. Charge: 600 seconds ±1 second at a charge voltage of 14.80 V ±0.03 V (limited current of 25.0 A ±0.1 A). (c) During the test, leave the battery for 56 hours every 480 cycles, then discharge it continuously for 30 seconds at the rated cold cranking current of 390 A, and record the voltage at 30 seconds. Then, charge it as in (b). These discharges and charges are also included in the life cycle (number of cycles).
(d) The test is terminated when it is confirmed that the voltage measured at 30 seconds in the test (c) has fallen to 7.2 V or less and does not rise again, and the total number of cycles at this time is used as an index of life performance.
The rated cold cranking current is a measure of engine starting performance, and is a discharge current determined so that the voltage at 30 seconds after discharge at a temperature of -18°C ± 1°C is 7.2V or higher.
[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E1~E6およびC1~C4》
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た後、造孔剤の一部を除去することによって微多孔膜を作製した。セパレータの要部の第3端部および第4端部における造孔剤の除去量を調節することによって、第3端部および第4端部のそれぞれにおけるオイル含有率Ceの中央部におけるオイル含有率Ccに対する比を調節した。第1端部におけるオイル含有率Ce1、第2端部におけるオイル含有率Ce2、第3端部におけるオイル含有率Ce3および第4端部におけるオイル含有率Ce4のそれぞれの、中央部におけるオイル含有率Ccに対する比を表1に示す。中央部および各端部におけるオイル含有率は既述の手順で求められる。また、既述の手順で求められるセパレータのオイル含有率の平均も表1に示す。なお、セパレータ中に占めるシリカ粒子の含有率は、60質量%であった。
Lead-acid batteries E1 to E6 and C1 to C4
Each lead-acid battery was fabricated according to the following procedure.
(1) Preparation of Separator A resin composition containing 100 parts by mass of polyethylene, 160 parts by mass of silica particles, 80 parts by mass of paraffinic oil as a pore-forming agent, and 2 parts by mass of a penetrating agent was extruded into a sheet, and then a portion of the pore-forming agent was removed to prepare a microporous membrane. The ratio of the oil content Ce at each of the third and fourth ends to the oil content Cc at the center was adjusted by adjusting the amount of pore-forming agent removed at the third and fourth ends of the separator. The ratios of the oil content Ce1 at the first end, the oil content Ce2 at the second end, the oil content Ce3 at the third end, and the oil content Ce4 at the fourth end to the oil content Cc at the center are shown in Table 1. The oil contents at the center and each end were determined using the procedure described above. The average oil content of the separator determined using the procedure described above is also shown in Table 1. The silica particle content in the separator was 60% by mass.
次に、シート状の微多孔膜を二つ折りにして袋を形成し、重ね合わせた両端部を溶着して、袋状セパレータを得た。袋状セパレータは、外面において突出するリブ(外リブ)が設けられていた。外リブの高さは0.6mmであり、ベース部の厚さは0.2mmであった。 Next, the sheet-like microporous membrane was folded in half to form a bag, and the overlapping ends were welded together to obtain a bag-like separator. The bag-like separator had protruding ribs (external ribs) on its outer surface. The height of the external ribs was 0.6 mm, and the thickness of the base was 0.2 mm.
なお、セパレータの中央部および各端部のオイル含有率、オイル含有率の平均、ベース部の厚さ、リブの高さ、およびシリカ粒子の含有率は、鉛蓄電池の作製前のセパレータ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セパレータについて既述の手順で測定した値とほぼ同じである。 Note that the oil content at the center and each end of the separator, the average oil content, the thickness of the base, the height of the ribs, and the silica particle content were measured for the separator before it was fabricated into a lead-acid battery, but are almost the same as the values measured using the procedure described above for the separator 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100mm、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, a reinforcing material (synthetic resin fiber), water, and sulfuric acid. The positive electrode paste was filled into the mesh of an expanded grid made of a Pb—Ca—Sn alloy containing no antimony, and the resulting plate was aged and dried to obtain an unformed positive electrode plate measuring 100 mm in width, 110 mm in height, and 1.6 mm in thickness.
(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100mm、高さ110mm、厚さ1.3m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既述の手順で測定される各成分の量が、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: A negative electrode paste was prepared by mixing lead oxide, carbon black, barium sulfate, lignin, a reinforcing material (synthetic resin fiber), water, and sulfuric acid. The negative electrode paste was filled into the mesh of an expanded lattice made of an antimony-free Pb—Ca—Sn alloy, followed by aging and drying to obtain an unformed negative electrode plate measuring 100 mm wide, 110 mm high, and 1.3 m thick. The amounts of carbon black, barium sulfate, lignin, and synthetic resin fiber were adjusted so that the amounts of each component, measured using the previously described procedure for a negative electrode plate removed from a fully charged lead-acid battery, were 0.3 wt%, 2.1 wt%, 0.1 wt%, and 0.1 wt%, respectively.
(4)鉛蓄電池の作製
未化成の負極板を、袋状セパレータに収容し、正極板と積層し、未化成の負極板7枚と未化成の正極板6枚とで極板群を形成した。
(4) Preparation of lead acid battery Unformed negative electrode plates were housed in a pouch-shaped separator and stacked with positive electrode plates to form an electrode plate assembly of 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(COS)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 positive and negative plate lugs were welded to the positive and negative shelf sections, respectively, using the cast-on-strap (COS) method. The plate assembly 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) equal to 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、硫酸水溶液または硫酸アルミニウムを溶解させた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。既述の手順で求められる電解液中のアルミニウムイオンの濃度を表1に示す。 The electrolyte used was an aqueous sulfuric acid solution or an aqueous sulfuric acid solution with aluminum sulfate dissolved in it. The specific gravity of the electrolyte after formation at 20°C was 1.285. The concentration of aluminum ions in the electrolyte determined using the procedure described above is shown in Table 1.
(5)評価
得られた鉛蓄電池を用いて、既述の手順で、IS寿命性能および高温過充電寿命性能を評価した。IS寿命性能および高温過充電寿命性能は、鉛蓄電池C1のサイクル数を100としたときの各鉛蓄電池のサイクル数の比率(%)によって評価した。
(5) Evaluation The IS life performance and high-temperature overcharge life performance of the obtained lead-acid batteries were evaluated according to the procedure described above. The IS life performance and high-temperature overcharge life performance were evaluated as the ratio (%) of the number of cycles of each lead-acid battery to the number of cycles of lead-acid battery C1, which was set to 100.
評価結果を表1に示す。E1~E6は実施例である。C1~C4は比較例である。 The evaluation results are shown in Table 1. E1 to E6 are examples. C1 to C4 are comparative examples.
表1に示されるように、セパレータの要部におけるオイル含有率が均一である場合、オイル含有率の平均が少なくなるにつれて、IS寿命性能が向上する一方で、高温過充電寿命性能は大きく低下する(C1~C4)。 As shown in Table 1, when the oil content in key parts of the separator is uniform, as the average oil content decreases, IS life performance improves, while high-temperature overcharge life performance significantly decreases (C1 to C4).
それに対し、Ce1≧Ccを充足するとともに、第3端部および第4端部におけるオイル含有率Ce3およびCe4がCcよりも少ない場合には、高い高温過充電寿命性能を維持した状態で、高いIS寿命性能が得られる(E1~E6)。Alイオンを含む電解液を用いる場合には、さらに高いIS寿命性能が得られる(E1とE6との比較)。 In contrast, when Ce1 ≥ Cc is satisfied and the oil contents Ce3 and Ce4 at the third and fourth ends are less than Cc, high IS life performance is achieved while maintaining high high-temperature overcharge life performance (E1 to E6). When an electrolyte containing Al ions is used, even higher IS life performance is achieved (comparison between E1 and E6).
なお、実施例では、第3端部および第4端部におけるオイル含有率がCcよりも少ない場合を示したが、この場合に限らず、第3端部および第4端部の一方におけるオイル含有率がCcよりも少ない場合にも、上記に準じた効果が得られる。また、第2端部における含有率がCcよりも少ない場合にも、上記と類似の効果が得られる。 In the example, the case where the oil content at the third end and the fourth end is less than Cc is shown, but this is not limited to this case. The same effect as above can also be obtained when the oil content at either the third end or the fourth end is less than Cc. Furthermore, a similar effect to the above can also be obtained when the content at the second end is less than Cc.
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、IS用途(ISS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。 The lead-acid battery separator according to the above aspect of the present invention is suitable, for example, for IS applications (such as lead-acid batteries for ISS vehicles) 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 uses are merely examples. The uses of the lead-acid battery separator and lead-acid battery according to the above aspect of the present invention are not limited to these.
102:極板、104:セパレータ、105:セパレータの要部、110:セパレータの要部の中央部、111:セパレータの要部の第1端部、112:セパレータの要部の第2端部、113:セパレータの要部の第3端部、114:セパレータの要部の第4端部、D1:第1方向、D2:第2方向、110a、110b、110c、110d:中央部のオイル含有率Ccを測定するためのサンプルを採取する領域、111a、111b:第1端部のオイル含有率Ce1を測定するためのサンプルを採取する領域、112a、112b:第2端部のオイル含有率を測定するためのサンプルを採取する領域、113a、113b:第3端部のオイル含有率を測定するためのサンプルを採取する領域、114a、114b:第4端部のオイル含有率を測定するためのサンプルを採取する領域、1:鉛蓄電池、2:負極板、3:正極板、4:セパレータ、5:正極棚部、6:負極棚部、7:正極柱、8:貫通接続体、9:負極柱、11:極板群、12:電槽、13:隔壁、14:セル室、15:蓋、16:負極端子、17:正極端子、18:液口栓
102: electrode plate, 104: separator, 105: main part of separator, 110: center part of main part of separator, 111: first end part of main part of separator, 112: second end part of main part of separator, 113: third end part of main part of separator, 114: fourth end part of main part of separator, D 1 : first direction, D 2 : second direction, 110a, 110b, 110c, 110d: areas for taking samples to measure oil content Cc of the center part, 111a, 111b: areas for taking samples to measure oil content Ce1 of the first end part, 112a, 112b: areas for taking samples to measure oil content Ce1 of the second end part, 113a, 113b: areas for taking samples to measure oil content Ce1 of the third end part 114a, 114b: area for taking a sample to measure the oil content of the fourth end, 1: lead-acid battery, 2: negative electrode plate, 3: positive electrode plate, 4: separator, 5: positive electrode shelf, 6: negative electrode shelf, 7: positive electrode pole, 8: feedthrough connector, 9: negative electrode pole, 11: electrode plate group, 12: battery case, 13: partition wall, 14: cell chamber, 15: lid, 16: negative electrode terminal, 17: positive electrode terminal, 18: vent plug
Claims (10)
前記セパレータは、オイルを含有するとともに、要部において、中央部と、第1方向における両端部に位置する第1端部および第2端部と、前記第1方向と垂直な第2方向における両端部に位置する第3端部および第4端部と、を含み、
前記第1端部における前記オイルの含有率Ce1と、前記中央部における前記オイルの含有率Ccとは、Ce1≧Ccを充足し、
前記第2端部、前記第3端部、および前記第4端部の少なくとも1つの端部における前記オイルの含有率Ceと、前記中央部における前記オイルの含有率Ccとは、Ce<Ccを充足し、
前記第1端部は、前記セパレータが適用される鉛蓄電池が備える正極板および負極板の双方の上端部に対向し、
前記第1方向は、前記正極板および前記負極板の上下方向と平行である、鉛蓄電池用セパレータ。 A separator for a lead-acid battery,
the separator contains oil and includes, in a main portion, a central portion, a first end portion and a second end portion located at both ends in a first direction, and a third end portion and a fourth end portion located at both ends in a second direction perpendicular to the first direction;
the oil content Ce1 at the first end portion and the oil content Cc at the central portion satisfy Ce1≧Cc,
an oil content Ce at at least one of the second end, the third end, and the fourth end and an oil content Cc at the central portion satisfy Ce<Cc;
the first end faces upper ends of both a positive electrode plate and a negative electrode plate of a lead-acid battery to which the separator is applied,
The separator for a lead-acid battery , wherein the first direction is parallel to a vertical direction of the positive electrode plate and the negative electrode plate .
前記第3端部および前記第4端部の少なくとも一方における前記オイルの含有率Ceと、前記オイルの含有率Ccとは、Ce<Ccを充足する、請求項1に記載の鉛蓄電池用セパレータ。 the third end and the fourth end are located outside both side ends of the central portion,
2. The lead-acid battery separator according to claim 1, wherein the oil content Ce and the oil content Cc in at least one of the third end and the fourth end satisfy Ce<Cc.
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1~5のいずれか1項に記載の鉛蓄電池用セパレータである、鉛蓄電池。 A lead-acid battery,
The lead-acid battery includes at least one cell including a plate pack 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,
A lead-acid battery, wherein the separator is the lead-acid battery separator according to any one of claims 1 to 5.
前記負極板は、負極集電体を含み、
前記正極集電体および前記負極集電体の少なくとも一方は、エキスパンド加工により形成されている、請求項6に記載の鉛蓄電池。 The positive electrode plate includes a positive electrode current collector,
The negative electrode plate includes a negative electrode current collector,
The lead-acid battery according to claim 6, wherein at least one of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector is formed by expanding.
前記電解液中の前記リチウムイオンの濃度は、0.02mol/L以上0.2mol/L以下である、請求項8に記載の鉛蓄電池。 a concentration of the aluminum ions in the electrolytic solution is 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less;
9. The lead-acid battery according to claim 8, wherein the concentration of the lithium ions in the electrolyte is 0.02 mol/L or more and 0.2 mol/L or less.
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