JP7739892B2 - Separator for lead-acid battery and lead-acid battery including same - Google Patents
Separator for lead-acid battery and lead-acid battery including sameInfo
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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、「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。」を開示している。 Patent Document 1 discloses 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, while kneading and forming the resulting mixture into a ribbed sheet. The sheet is then immersed in an immersion bath containing an organic solvent capable of dissolving the oil to extract and remove a portion of the oil, and then heated and dried. The difference in oil content between the rib portion and the base portion of the separator is 5% by mass or less.
特許文献2は、「鉛蓄電池セパレータであって、前記鉛蓄電池セパレータは、多孔質膜及び/又は繊維状マット、ならびに前記多孔質膜及び/又は前記繊維状マットの内部又は上部に1つ以上の導電性要素又は核生成添加剤、を備える、鉛蓄電池セパレータ。」を開示している。 Patent Document 2 discloses "a lead-acid battery separator, the lead-acid battery separator comprising a porous membrane and/or a fibrous mat, and one or more conductive elements or nucleating additives within or on top of the porous membrane and/or the fibrous mat."
アイドリングストップ車用の電池など、現在の鉛蓄電池には、過去の鉛蓄電池とは異なる使用条件における性能が求められている。その中で、鉛蓄電池の寿命性能を向上させること、および、生産性を向上させることが常に求められてきた。そのため、寿命性能の向上および生産性の向上に寄与できる新しい技術が求められている。 Current lead-acid batteries, such as those used in vehicles with idle-stop systems, are required to perform under different usage conditions than lead-acid batteries of the past. To address this, there has always been a need to improve the lifespan and productivity of lead-acid batteries. Therefore, new technologies that can contribute to improving lifespan and productivity are needed.
本開示の一側面は、鉛蓄電池用セパレータに関する。当該鉛蓄電池用セパレータは、多孔質膜と前記多孔質膜の表面に配置された炭素材料とを含み、前記多孔質膜は、結晶質領域と非晶質領域とを含み、前記多孔質膜のX線回折スペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが、0.70以上であり、A1は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である第1回折ピークの面積であり、A2は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い第2回折ピークの面積である。 One aspect of the present disclosure relates to a separator for a lead-acid battery, the separator comprising a porous membrane and a carbon material disposed on a surface of the porous membrane, the porous membrane comprising a crystalline region and an amorphous region, wherein an X-ray diffraction spectrum of the porous membrane has a ratio R expressed as A1 /( A1 + A2 ) of 0.70 or more, A1 being the area of a first diffraction peak having the largest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region, and A2 being the area of a second diffraction peak having the second largest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
本開示の他の一側面は、鉛蓄電池に関する。当該鉛蓄電池は、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、上記一側面の鉛蓄電池用セパレータである。 Another aspect of the present disclosure relates to a lead-acid battery. The lead-acid battery includes at least one cell containing an electrode plate assembly and an electrolyte, the electrode plate assembly including 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 lead-acid battery separator of the above aspect.
本開示によれば、鉛蓄電池の寿命性能および生産性を向上することが可能なセパレータが得られる。 This disclosure provides a separator that can improve the life performance and productivity of lead-acid batteries.
以下では、本開示に係る実施形態の例について説明するが、本開示は以下で説明する例に限定されない。以下の説明では、具体的な数値や材料を例示する場合があるが、本開示の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。この明細書において、「数値A~数値B」という記載は、数値Aおよび数値Bを含み、「数値A以上で数値B以下」と読み替えることが可能である。以下の説明において、特定の物性や条件などの数値に関して下限と上限とを例示した場合、下限が上限以上とならない限り、例示した下限のいずれかと例示した上限のいずれかとを任意に組み合わせることができる。 The following describes examples of embodiments of the present disclosure, but the present disclosure is not limited to the examples described below. In the following description, specific numerical values and materials may be used as examples, but other numerical values and materials may be used as long as the effects of the present disclosure are achieved. In this specification, the expression "numerical value A to numerical value B" includes numerical value A and numerical value B and can be read as "greater than or equal to numerical value A and less than or equal to numerical value B." In the following description, when lower and upper limits are given for numerical values of specific physical properties or conditions, any of the exemplified lower limits can be combined with any of the exemplified upper limits, as long as the lower limit is not greater than or equal to the upper limit.
(鉛蓄電池用セパレータ)
本発明の一側面の鉛蓄電池用セパレータは、多孔質膜と前記多孔質膜の表面に配置された炭素材料とを含む。当該多孔質膜を、以下では「多孔質膜(F)」と称する場合がある。多孔質膜(F)は、結晶質領域と非晶質領域とを含む。多孔質膜(F)のX線回折スペクトル(X-ray diffraction:XRD)において、A1/(A1+A2)で表される比率Rは、0.70以上である。ここで、A1は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である回折ピーク(第1回折ピーク)の面積である。A2は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い回折ピーク(第2回折ピーク)の面積である。
(Lead-acid battery separator)
A lead-acid battery separator according to one aspect of the present invention includes a porous membrane and a carbon material disposed on the surface of the porous membrane. Hereinafter, the porous membrane may be referred to as a "porous membrane (F)." The porous membrane (F) includes a crystalline region and an amorphous region. In an X-ray diffraction (XRD) spectrum of the porous membrane (F), the ratio R, expressed as A1 /( A1 + A2 ), is 0.70 or greater. Here, A1 is the area of the diffraction peak (first diffraction peak) having the largest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region. A2 is the area of the diffraction peak (second diffraction peak) having the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
鉛蓄電池は、過酷な条件下で使用される場合がある。鉛蓄電池の代表的な用途の1つに自動車用途がある。近年、自動車が、渋滞に巻き込まれたり、商用車のように常時使用されたりすることで、鉛蓄電池が過充電状態に晒される機会が増加している。また、温暖化に伴い、夏期には、より高い温度環境下で鉛蓄電池が使用される機会が増加している。そのため、近年、鉛蓄電池には、従来に比べて、さらに高いレベルの寿命性能(例えば高温過充電寿命性能)が求められるようになりつつある。 Lead-acid batteries are sometimes used under harsh conditions. One of the most common uses for lead-acid batteries is in automobiles. In recent years, there have been increasing opportunities for lead-acid batteries to be exposed to overcharge due to automobiles being caught in traffic jams or being used constantly like commercial vehicles. Furthermore, with global warming, there are more opportunities for lead-acid batteries to be used in higher temperature environments in the summer. For this reason, there has been a growing demand for lead-acid batteries to have even higher levels of life performance (for example, high-temperature overcharge life performance) than before.
鉛蓄電池の寿命を短くする要因の1つとして、セパレータの酸化劣化が挙げられる。セパレータの表面であって正極板に対向する表面にリブを設けると、セパレータと正極板との間に隙間が形成される。そのため、リブを設けることによって、セパレータの酸化劣化が軽減される傾向がある。しかし、鉛蓄電池の高性能化に伴い、従来に比べて、1つのセルにつき、厚さの小さい極板を数多く収容することが多くなっている。そのため、リブを設けるだけではセパレータの酸化劣化を抑制するには不十分である。セパレータがオイルを含有する場合にも、セパレータの酸化劣化をある程度軽減できる。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。そのため、高性能の鉛蓄電池では、セパレータ中のオイルの含有率を高めることが難しい。このように、従来のセパレータでは、鉛蓄電池の寿命性能を高いレベルまで向上させることは困難である。 Oxidative degradation of the separator is one of the factors shortening the lifespan of lead-acid batteries. When ribs are provided on the surface of the separator facing the positive electrode plate, gaps are formed between the separator and the positive electrode plate. Therefore, providing ribs tends to reduce oxidative degradation of the separator. However, as lead-acid batteries have become more powerful, they are increasingly using a larger number of thinner electrodes per cell than before. Therefore, providing ribs alone is not sufficient to prevent oxidative degradation of the separator. Oxidative degradation of the separator can also be reduced to some extent when the separator contains oil. However, insulating oil tends to clog the pores of the separator, increasing the separator's resistance and reducing the reactivity of the electrodes. Therefore, it is difficult to increase the oil content in the separator for high-performance lead-acid batteries. As such, it is difficult to improve the lifespan of lead-acid batteries to a high level using conventional separators.
比率Rは、多孔質膜(F)の結晶性を示している。すなわち、高い比率Rは、多孔質膜(F)の高い結晶性を示す。多孔質膜(F)の比率Rは0.70以上であるため、多孔質膜(F)の耐酸化性が高い。オイルによって耐酸化性を高める場合とは異なり、結晶性を高めることによって耐酸化性を高める場合には、それによって抵抗が増加するといったデメリットがほとんどない。そのため、高性能の鉛蓄電池でも、優れた寿命性能を確保することができる。 The ratio R indicates the crystallinity of the porous membrane (F). In other words, a high ratio R indicates high crystallinity of the porous membrane (F). Because the ratio R of the porous membrane (F) is 0.70 or higher, the oxidation resistance of the porous membrane (F) is high. Unlike increasing oxidation resistance using oil, increasing oxidation resistance by increasing crystallinity has almost no disadvantages, such as increased resistance. Therefore, even high-performance lead-acid batteries can ensure excellent life performance.
鉛蓄電池用のセパレータは、リチウムイオン二次電池などのセパレータとは異なり、ある程度大きな厚さを有する。また、鉛蓄電池では、リチウムイオン二次電池と比べると、過充電時の正極電位も低いため、従来の使用環境または使用形態であればリブやオイルなどによって十分な耐酸化性が確保できていた。また、セパレータの厚さが大きいほど、結晶性を高めることが難しくなる傾向があることに加え、結晶性が高くなると、セパレータが硬く脆くなる傾向がある。このような観点から、従来は、鉛蓄電池用のセパレータの結晶性を制御することはなされていなかった。従来の鉛蓄電池用のセパレータの比率Rは少なくとも0.65以下またはそれよりも低かった。このような従来の常識に対し、本実施形態のセパレータに用いられる多孔質膜(F)の比率Rを0.70以上としている。これによって、寿命性能(例えば高温過充電寿命性能)を大きく向上できる。 Unlike separators used in lithium-ion secondary batteries, separators for lead-acid batteries have a relatively large thickness. Furthermore, compared to lithium-ion secondary batteries, lead-acid batteries have a lower positive electrode potential during overcharge. Therefore, in conventional usage environments or configurations, sufficient oxidation resistance can be ensured by ribs, oil, etc. Furthermore, the thicker the separator, the more difficult it tends to be to increase crystallinity. Furthermore, as crystallinity increases, the separator tends to become harder and more brittle. For these reasons, the crystallinity of separators for lead-acid batteries has not been controlled in the past. The ratio R of conventional separators for lead-acid batteries has been at least 0.65 or less. Contrary to this conventional wisdom, the ratio R of the porous membrane (F) used in the separator of this embodiment is set to 0.70 or greater. This significantly improves life performance (e.g., high-temperature overcharge life performance).
また、鉛蓄電池の寿命は、電解液の濃度の不均一化(成層化)によっても大きく低下する。鉛蓄電池では、電池の上部の電解液の濃度が下部の電解液の濃度よりも低くなることがあり、それによって電池の寿命性能が低下する。 The lifespan of lead-acid batteries is also significantly reduced by uneven electrolyte concentration (stratification). In lead-acid batteries, the concentration of electrolyte in the upper part of the battery can be lower than that in the lower part, which reduces the battery's lifespan performance.
本実施形態のセパレータは、表面に配置された炭素材料を含む。この炭素材料は、鉛蓄電池内において電極(正極または負極)と接触するため、電極と電気的に接続される。その結果、鉛蓄電池が充電される際(例えば充電末期)に、炭素材料で水が電気分解されてガスが発生しうる。発生したガスによって電解液が攪拌されるため、電解液の成層化が抑制される。 The separator of this embodiment includes a carbon material disposed on its surface. This carbon material comes into contact with an electrode (positive electrode or negative electrode) within the lead-acid battery, and is therefore electrically connected to the electrode. As a result, when the lead-acid battery is charged (e.g., at the end of charging), water may be electrolyzed in the carbon material, generating gas. The generated gas agitates the electrolyte, thereby suppressing stratification of the electrolyte.
ただし、セパレータの表面で水の電気分解が生じる場合、発生した酸素ガスによるセパレータの酸化を抑制することが重要になる。本実施形態のセパレータでは、結晶性が高い樹脂膜(F)を用いているため、セパレータの酸化を抑制することが可能である。 However, when water electrolysis occurs on the surface of the separator, it is important to prevent oxidation of the separator due to the oxygen gas that is generated. The separator of this embodiment uses a highly crystalline resin film (F), which makes it possible to prevent oxidation of the separator.
また、鉛蓄電池では、多数の薄い極板を用いることによる高性能化が進められている。多数の薄い極板を用いる鉛蓄電池では、セパレータの強度不足による製造時の不良発生率が高くなる。そのため、セパレータの強度を高めることは、高性能な鉛蓄電池の信頼性および生産性の向上に特に重要になる。 In addition, efforts are being made to improve the performance of lead-acid batteries by using multiple thin plates. Lead-acid batteries that use multiple thin plates have a high rate of defects during manufacturing due to insufficient separator strength. Therefore, increasing separator strength is particularly important for improving the reliability and productivity of high-performance lead-acid batteries.
本願発明者らは、樹脂膜(F)と炭素材料とを組み合わせることによって、予想を超える強度を有するセパレータが得られることを見出した。すなわち、本実施形態のセパレータによれば、寿命性能および生産性が高い高性能な鉛蓄電池を構成することが可能である。 The inventors of the present application have discovered that by combining a resin film (F) with a carbon material, a separator with strength beyond expectations can be obtained. In other words, the separator of this embodiment makes it possible to construct a high-performance lead-acid battery with long life and high productivity.
セパレータの厚さは、100μm以上300μm以下であることが好ましい。厚さがこのような範囲である場合、セパレータの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まり、寿命性能をさらに向上することができる。 The thickness of the separator is preferably between 100 μm and 300 μm. When the thickness is within this range, the separator's oxidation degradation is further suppressed, further improving its lifespan.
比率Rは、0.90以下であることが好ましい。この場合、セパレータの柔軟性を担保し易いことに加え、製造が容易である。 The ratio R is preferably 0.90 or less. In this case, it is easy to ensure the flexibility of the separator and manufacturing is also easy.
セパレータは、オイルを含むことが好ましい。この場合、セパレータの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まり、より高い寿命性能を確保することができる。 It is preferable that the separator contains oil. In this case, the effect of suppressing oxidation degradation of the separator is further enhanced, ensuring a longer lifespan.
多孔質膜(F)の細孔の屈曲度は5以上であることが好ましい。この場合、セパレータの強度をさらに高めることができる。 It is preferable that the tortuosity of the pores of the porous membrane (F) is 5 or more. In this case, the strength of the separator can be further increased.
多孔質膜(F)は、ポリオレフィンを含むことが好ましく、少なくともエチレン単位を含むポリオレフィンを含むことがより好ましい。このような多孔質膜(F)は、強度が比較的低くなる傾向があるが、比率Rの調節が比較的容易であり、比率Rを調節することで多孔質膜(F)の強度を高めることができる。少なくともエチレン単位を含むポリオレフィンを多孔質膜(F)が含む場合、第1回折ピークは、結晶質領域による(110)面に相当し、第2回折ピークは、結晶質領域による(200)面に相当する。 The porous film (F) preferably contains a polyolefin, and more preferably contains a polyolefin containing at least ethylene units. Such porous films (F) tend to have relatively low strength, but the ratio R can be adjusted relatively easily, and adjusting the ratio R can increase the strength of the porous film (F). When the porous film (F) contains a polyolefin containing at least ethylene units, the first diffraction peak corresponds to the (110) plane due to the crystalline region, and the second diffraction peak corresponds to the (200) plane due to the crystalline region.
(炭素材料)
炭素材料としては、導電性を有する炭素材料を用いることができる。導電性を有する炭素材料の例には、黒鉛、活性炭、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブなどが含まれる。導電性カーボンブラックの例には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、高表面積カーボンブラックなどが含まれる。生産性の点で、カーボンブラックを用いることが好ましく、例えば、アセチレンブラック、高表面積カーボンブラック、ケッチェンブラックを用いることが好ましい。炭素材料は、導電性カーボンブラックおよび導電性炭素繊維からなる群より選択される少なくとも一種であってもよい。炭素材料は、多孔質膜(F)の表面に層状に配置されてもよい。炭素材料の配置の方法については後述する。
(carbon materials)
As the carbon material, a conductive carbon material can be used. Examples of conductive carbon materials include graphite, activated carbon, carbon black, carbon fiber, and carbon nanotubes. Examples of conductive carbon black include acetylene black, ketjen black, and high-surface-area carbon black. From the viewpoint of productivity, it is preferable to use carbon black, and for example, it is preferable to use acetylene black, high-surface-area carbon black, and ketjen black. The carbon material may be at least one selected from the group consisting of conductive carbon black and conductive carbon fiber. The carbon material may be arranged in the form of a layer on the surface of the porous membrane (F). The method of arranging the carbon material will be described later.
炭素材料は、多孔質膜(F)の2つの主面のうち、一方の主面(正極板側の主面または負極板側の主面)のみに配置されてもよいし、両方の主面に配置されてもよい。換言すれば、セパレータの少なくとも一方の表面には炭素材料が存在する。好ましい一例では、炭素材料は、多孔質膜(F)の一方の主面のみに配置される。後述するように、炭素材料は、多孔質膜(F)の負極板側の主面のみに配置されてもよい。 The carbon material may be disposed on only one of the two main surfaces of the porous membrane (F) (the main surface facing the positive electrode plate or the main surface facing the negative electrode plate), or on both main surfaces. In other words, the carbon material is present on at least one surface of the separator. In a preferred example, the carbon material is disposed on only one main surface of the porous membrane (F). As described below, the carbon material may be disposed on only the main surface of the porous membrane (F) facing the negative electrode plate.
炭素材料は、多孔質膜(F)の主面を覆うように層状に配置されてもよいし、層状ではない形態で配置されてもよい。層状ではない形態の例には、分散している島状に配置される形態が含まれる。炭素材料が層状に配置される場合、セパレータの強度を高める観点から、その厚さは、5μm以上であってもよい。炭素材料の層の厚さは、5μm~30μmの範囲(例えば10μm~20μmの範囲)にあってもよい。炭素材料の層の厚さは、セパレータの厚さと同様の方法で測定できる。 The carbon material may be arranged in a layered form covering the main surface of the porous membrane (F), or may be arranged in a non-layered form. Examples of a non-layered form include a form in which the carbon material is arranged in the form of dispersed islands. When the carbon material is arranged in a layered form, the thickness may be 5 μm or more in order to increase the strength of the separator. The thickness of the carbon material layer may be in the range of 5 μm to 30 μm (e.g., in the range of 10 μm to 20 μm). The thickness of the carbon material layer can be measured in the same manner as the thickness of the separator.
セパレータ中の炭素材料(多孔質膜(F)の表面に配置される炭素材料)の含有率は、2質量%以上であってもよく、好ましくは3質量%以上である。当該含有率を2質量%以上とすることによって、セパレータの耐酸化性および強度を特に高めることが可能となる。当該含有率は、40質量%以下、または30質量%以下であってもよい。 The content of carbon material in the separator (carbon material disposed on the surface of the porous membrane (F)) may be 2% by mass or more, and preferably 3% by mass or more. By setting this content to 2% by mass or more, it is possible to particularly improve the oxidation resistance and strength of the separator. This content may be 40% by mass or less, or 30% by mass or less.
(多孔質膜(F))
多孔質膜(F)は、多孔質膜(F)の構成材料の分子が比較的規則正しく配列した(つまり、配列性が高い)結晶質領域と、配列性が低い非晶質領域とを含む。そのため、多孔質膜(F)のXRDスペクトルでは、結晶質領域による回折ピークが観察されるとともに、非晶質領域による散乱光がハローとして観察される。多孔質膜(F)のXRDスペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが0.70以上であることによって、優れた寿命性能が得られる。ここで、A1は、結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である回折ピーク(第1回折ピーク)の面積であり、A2は、結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い回折ピーク(第2回折ピーク)の面積である。
(Porous membrane (F))
The porous film (F) contains crystalline regions in which the molecules of the constituent materials of the porous film (F) are arranged in a relatively regular pattern (i.e., highly ordered), and amorphous regions in which the order is low. Therefore, in the XRD spectrum of the porous film (F), diffraction peaks due to the crystalline regions are observed, and scattered light due to the amorphous regions is observed as a halo. In the XRD spectrum of the porous film (F), excellent life performance can be obtained by having the ratio R expressed as A1 /( A1 + A2 ) be 0.70 or more. Here, A1 is the area of the diffraction peak (first diffraction peak) with the largest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline regions, and A2 is the area of the diffraction peak (second diffraction peak) with the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline regions.
例えば、エチレン単位を含むポリオレフィンを含む多孔質膜(F)のXRDスペクトルでは、結晶質領域の(110)面に相当する回折ピークが、2θが20°以上22.5°以下の範囲に観察され、結晶質領域の(200)面に相当する回折ピークが、2θが23°以上24.5°以下の範囲に観察される。また、非晶質領域のハローは、2θが17°以上27°以下の範囲に観察される。結晶質領域による回折ピークのうち、(110)面に相当する回折ピークは、ピーク高さが最大であり、第1回折ピークに相当する。(200)面に相当する回折ピークは、ピーク高さが2番目に高く、第2回折ピークに相当する。 For example, in the XRD spectrum of a porous film (F) containing a polyolefin containing ethylene units, a diffraction peak corresponding to the (110) plane of the crystalline region is observed in the 2θ range of 20° to 22.5°, and a diffraction peak corresponding to the (200) plane of the crystalline region is observed in the 2θ range of 23° to 24.5°. Furthermore, a halo of the amorphous region is observed in the 2θ range of 17° to 27°. Of the diffraction peaks due to the crystalline region, the diffraction peak corresponding to the (110) plane has the largest peak height and corresponds to the first diffraction peak. The diffraction peak corresponding to the (200) plane has the second highest peak height and corresponds to the second diffraction peak.
比率Rは、0.70以上である。セパレータのより高い強度を確保する観点からは、比率Rは、0.75以上であってもよい。比率Rは、0.90以下であってもよく、0.85以下、または0.80以下であってもよい。比率Rがこのような範囲である場合、セパレータの柔軟性を担保し易いことに加え、製造が容易である。 The ratio R is 0.70 or greater. From the perspective of ensuring higher separator strength, the ratio R may be 0.75 or greater. The ratio R may be 0.90 or less, 0.85 or less, or 0.80 or less. When the ratio R is within this range, it is easy to ensure the flexibility of the separator and manufacturing is also easy.
比率Rは、0.70以上0.90以下、または0.75以上0.90以下であってもよい。これらの範囲において、上限を0.85以下または0.80以下としてもよい。 The ratio R may be 0.70 or greater and 0.90 or less, or 0.75 or greater and 0.90 or less. Within these ranges, the upper limit may be 0.85 or less, or 0.80 or less.
回折ピークの面積は、多孔質膜(F)のXRDスペクトルにおいて、結晶質領域による回折ピークをフィッティングすることによって求められる。求められた第1回折ピークの面積A1および第2回折ピークの面積A2を用いて、上記の式から比率Rが求められる。 The area of the diffraction peaks is determined by fitting the diffraction peaks due to the crystalline region in the XRD spectrum of the porous film (F). The ratio R is determined from the above formula using the area A1 of the first diffraction peak and the area A2 of the second diffraction peak.
多孔質膜(F)は、ポリマー材料(以下、ベースポリマーとも称する。)を含む。多孔質膜(F)は、結晶質領域を含むため、ベースポリマーは、通常、結晶性ポリマーを含む。多孔質膜(F)は、例えば、ポリオレフィンを含む。ポリオレフィンとは、少なくともオレフィン単位を含む重合体(つまり、少なくともオレフィンに由来するモノマー単位を含む重合体)である。 The porous membrane (F) contains a polymer material (hereinafter also referred to as a base polymer). Because the porous membrane (F) contains crystalline regions, the base polymer typically contains a crystalline polymer. The porous membrane (F) contains, for example, a polyolefin. A polyolefin is a polymer containing at least olefin units (i.e., a polymer containing at least monomer units derived from an olefin).
ベースポリマーとして、ポリオレフィンと他のベースポリマーとを併用してもよい。多孔質膜(F)に含まれるベースポリマー全体に占めるポリオレフィンの比率は、例えば、50質量%以上であり、80質量%以上であってもよく、90質量%以上であってもよい。ポリオレフィンの比率は、例えば、100質量%以下である。ベースポリマーをポリオレフィンのみで構成してもよい。ポリオレフィンの比率がこのように多い場合、多孔質膜(F)の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、比率Rを上記の範囲とすることによって、高い寿命性能を確保することができる。 Polyolefins may be used in combination with other base polymers as the base polymer. The proportion of polyolefins in the total base polymers contained in the porous membrane (F) is, for example, 50% by mass or more, 80% by mass or more, or 90% by mass or more. The proportion of polyolefins is, for example, 100% by mass or less. The base polymer may be composed solely of polyolefins. When the proportion of polyolefins is this high, the oxidation resistance of the porous membrane (F) tends to be reduced. However, even in such cases, a long service life can be ensured by keeping the ratio R within the above range.
ポリオレフィンには、例えば、オレフィンの単独重合体、異なるオレフィン単位を含む共重合体、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体が包含される。オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上のオレフィン単位を含んでいてもよい。また、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上の共重合性モノマー単位を含んでいてもよい。共重合性モノマー単位とは、オレフィン以外で、かつオレフィンと共重合可能な重合性モノマーに由来するモノマー単位である。 Polyolefins include, for example, olefin homopolymers, copolymers containing different olefin units, and copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units. Copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units may contain one or more types of olefin units. Copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units may contain one or more types of copolymerizable monomer units. Copolymerizable monomer units are monomer units derived from polymerizable monomers other than olefins that are copolymerizable with olefins.
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.
セパレータ(より詳細には多孔質膜(F))は、オイルを含むことが好ましい。セパレータがオイルを含む場合、セパレータの酸化劣化を抑制する効果をさらに高めることができるため、より高い寿命性能を確保することができる。オイルとは、室温(20℃以上35℃以下の温度)で液状であり、水と分離する疎水性物質を言う。オイルには、天然由来のオイル、鉱物オイル、および合成オイルが包含される。オイルとしては、鉱物オイル、合成オイルなどが好ましい。オイルとしては、例えば、パラフィンオイル、シリコーンオイルが挙げられる。セパレータは、オイルを一種含んでもよく、二種以上組み合わせて含んでもよい。 The separator (more specifically, the porous membrane (F)) preferably contains oil. When the separator contains oil, the effect of suppressing oxidative degradation of the separator can be further enhanced, ensuring a longer lifespan. Oil refers to a hydrophobic substance that is liquid at room temperature (a temperature between 20°C and 35°C) and separates from water. Oils include naturally occurring oils, mineral oils, and synthetic oils. Mineral oils, synthetic oils, etc. are preferred. Examples of oils include paraffin oil and silicone oil. The separator may contain one type of oil or a combination of two or more types of oil.
セパレータ中のオイルの含有率は、11質量%以上18質量%以下が好ましい。オイルの含有率がこのような範囲である場合、セパレータの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる。また、セパレータの抵抗を比較的低く抑えることができる。 The oil content in the separator is preferably 11% by mass or more and 18% by mass or less. When the oil content is within this range, the effect of suppressing oxidative degradation of the separator is further enhanced. In addition, the resistance of the separator can be kept relatively low.
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い。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。 The separator may be in sheet form. Alternatively, a sheet folded into an accordion shape may be used as the separator. The separator may also be formed in a bag shape. Either the positive electrode plate or the negative electrode plate may be wrapped in the bag-shaped separator.
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、セパレータまたは各ベース部の一方の表面のみに設けてもよく、両方の表面にそれぞれ設けてもよい。なお、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.
セパレータの厚さは、100μm以上である。より高い寿命性能が得られる観点からは、セパレータの厚さは、好ましくは150μm以上である。セパレータの厚さは、例えば、300μm以下である。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、250μm以下または200μm以下であってもよい。セパレータの厚さとは、セパレータの電極材料に対向する部分における平均厚さを意味する。セパレータが、ベース部とベース部の少なくとも一方の表面から立設されたリブとを備える場合には、セパレータの厚さとは、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 is 100 μm or more. From the perspective of achieving higher life performance, the thickness of the separator is preferably 150 μm or more. The thickness of the separator is, for example, 300 μm or less. From the perspective of keeping the separator's resistance low, the thickness of the separator may be 250 μm or less or 200 μm or less. The thickness of the separator refers to the average thickness of the portion of the separator facing the electrode material. If the separator has a base portion and a rib extending from at least one surface of the base portion, the thickness of the separator 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.
セパレータの厚さは、100μm以上300μm以下、100μm以上250μm以下、100μm以上200μm以下であってもよい。これらの範囲の下限は、120μm以上、または150μm以上であってもよい。 The thickness of the separator may be 100 μm or more and 300 μm or less, 100 μm or more and 250 μm or less, or 100 μm or more and 200 μm or less. The lower limit of these ranges may be 120 μm or more, or 150 μm or more.
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).
セパレータの領域のうち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。セパレータの領域のうち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 region of the separator facing the positive electrode plate may be 0.4 mm or more. The height of the ribs provided in the region of the separator facing the positive electrode plate may be 1.2 mm or less.
炭素材料は、形成された多孔質膜(F)の表面に配置される。炭素材料を配置する方法に特に限定はない。例えば、炭素材料は、炭素材料、炭素材料を含む組成物、または炭素材料を含む分散液を多孔質膜(F)の表面に塗布することによって形成してもよい。塗布の方法に特に限定はなく、ドクターブレード法、ローラーコーティング法、スプレーコーティング法、浸漬法、蒸着法、その他の印刷法などを用いてもよい。炭素材料を含む分散液の例には、炭素材料を分散媒(水および/または有機溶媒)に分散させた分散液が含まれる。多孔質膜(F)の表面に配置される炭素材料の量や厚さは、塗布する炭素材料の量を制御することによって調整できる。 The carbon material is disposed on the surface of the formed porous membrane (F). There are no particular limitations on the method for disposing the carbon material. For example, the carbon material may be formed by applying a carbon material, a composition containing a carbon material, or a dispersion containing a carbon material to the surface of the porous membrane (F). There are no particular limitations on the application method, and doctor blade methods, roller coating methods, spray coating methods, immersion methods, vapor deposition methods, and other printing methods may be used. Examples of dispersions containing a carbon material include dispersions in which a carbon material is dispersed in a dispersion medium (water and/or an organic solvent). The amount and thickness of the carbon material disposed on the surface of the porous membrane (F) can be adjusted by controlling the amount of carbon material applied.
多孔質膜(F)は、例えば、ベースポリマーと、造孔剤と、浸透剤(界面活性剤)とを含む樹脂組成物をシート状に押出成形し、延伸処理した後、造孔剤の少なくとも一部を除去することにより得られる。少なくとも一部の造孔剤を除去することで、ベースポリマーのマトリックス中に微細孔が形成される。シート状の多孔質膜(F)は、造孔剤を除去した後、必要に応じて乾燥処理される。例えば、押出成形する際のシートの冷却速度、延伸処理の際の延伸倍率、および乾燥処理の際の温度からなる群より選択される少なくとも1つを調節することによって、比率Rが調節される。例えば、押出成形する際にシートを急冷したり、延伸倍率を高くしたり、または乾燥処理の際の温度を低くしたりすると、比率Rが高くなる傾向がある。延伸処理は、二軸延伸によって行ってもよいが、通常、一軸延伸によって行われる。シート状のセパレータは、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。多孔質膜(F)の一主面のみに炭素材料を配置したセパレータを袋状に加工した場合、炭素材料は、袋の内側の面または外側の面のいずれかに配置される。 Porous membrane (F) can be obtained, for example, by extruding a resin composition containing a base polymer, a pore-forming agent, and a penetrating agent (surfactant) into a sheet, stretching the extrusion, and then removing at least a portion of the pore-forming agent. Removing at least a portion of the pore-forming agent forms micropores in the base polymer matrix. After removing the pore-forming agent, the sheet-shaped porous membrane (F) is optionally dried. For example, the ratio R can be adjusted by adjusting at least one of the following: the cooling rate of the sheet during extrusion, the stretching ratio during stretching, and the temperature during drying. For example, rapid cooling of the sheet during extrusion, increasing the stretching ratio, or decreasing the temperature during drying tends to increase the ratio R. Stretching can be performed by biaxial stretching, but is typically performed by uniaxial stretching. The sheet-shaped separator can be folded into an accordion shape or processed into a bag shape as needed. When a separator having a carbon material disposed on only one main surface of the porous membrane (F) is processed into a bag shape, the carbon material is disposed on either the inner or outer surface of the bag.
リブを有するセパレータでは、リブは、樹脂組成物をシート状に押出成形する際に形成してもよい。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 when the resin composition is extruded into a sheet. 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.
造孔剤としては、液状造孔剤および固形造孔剤などが挙げられる。造孔剤は、少なくともオイルを含むことが好ましい。オイルを用いることで、オイルを含有するセパレータが得られ、酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる。造孔剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。オイルと他の造孔剤とを併用してもよい。液状造孔剤と、固形造孔剤とを併用してもよい。なお、室温(20℃以上35℃以下の温度)において、液状の造孔剤を液状造孔剤、固形の造孔剤を固形造孔剤と分類する。 Examples of pore-forming agents include liquid pore-forming agents and solid pore-forming agents. It is preferable that the pore-forming agent contains at least oil. By using oil, a separator containing oil is obtained, further enhancing the effect of suppressing oxidative degradation. 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 of 20°C or higher and 35°C or lower), 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、上述のオイルが好ましい。固形造孔剤としては、例えば、ポリマー粉末が挙げられる。 The above-mentioned oils are preferred as liquid pore-forming agents. Examples of solid pore-forming agents include polymer powders.
多孔質膜(F)中の造孔剤の量は、造孔剤の種類によっては変化することがある。多孔質膜(F)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 porous membrane (F) may vary depending on the type of pore-forming agent. The amount of pore-forming agent in porous membrane (F) is, for example, 30 parts by mass or more per 100 parts by mass of base polymer. The amount of pore-forming agent is, for example, 60 parts by mass or less per 100 parts by mass of base polymer.
例えば、造孔剤としてのオイルを用いて形成されるシートから、溶剤を用いて一部のオイルを抽出除去することによって、オイルを含有する多孔質膜(F)が形成される。溶剤は、例えば、オイルの種類に応じて選択される。例えば、溶剤の種類および組成、抽出条件(抽出時間、抽出温度、溶剤を供給する速度など)などを調節することによって、多孔質膜(F)中のオイルの含有率が調節される。 For example, a porous membrane (F) containing oil is formed by extracting and removing some of the oil from a sheet formed using oil as a pore-forming agent using a solvent. The solvent is selected, for example, depending on the type of oil. For example, the oil content in the porous membrane (F) can be adjusted by adjusting the type and composition of the solvent, extraction conditions (extraction time, extraction temperature, solvent supply rate, etc.), etc.
浸透剤としての界面活性剤としては、例えば、イオン性界面活性剤、ノニオン性界面活性剤のいずれであってもよい。界面活性剤は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。 The surfactant used as the penetrating agent may be, for example, either an ionic surfactant or a nonionic surfactant. One type of surfactant may be used alone, or two or more types may be used in combination.
多孔質膜(F)中の浸透剤の含有率は、例えば、0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であってもよい。多孔質膜(F)中の浸透剤の含有率は、10質量%以下であってもよい。 The content of the penetrant in the porous membrane (F) is, for example, 0.01% by mass or more, and may be 0.1% by mass or more. The content of the penetrant in the porous membrane (F) may be 10% by mass or less.
多孔質膜(F)(または多孔質膜(F)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。なお、この無機粒子には、多孔質膜(F)の表面に配置される炭素材料は含まれない。 The porous membrane (F) (or the resin composition used to produce the porous membrane (F)) may contain inorganic particles. Note that these inorganic particles do not include carbon materials disposed on the surface of the porous membrane (F).
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.
多孔質膜(F)中の炭素材料以外の無機粒子の含有率は、例えば、40質量%以上であってもよい。無機粒子の含有率は、例えば、80質量%以下であり、70質量%以下であってもよい。 The content of inorganic particles other than carbon materials in the porous membrane (F) may be, for example, 40% by mass or more. The content of inorganic particles may be, for example, 80% by mass or less, or 70% by mass or less.
多孔質膜(F)の細孔の屈曲度は、例えば、5以上であり、20以上であってもよい。細孔の屈曲度は、例えば、150以下であり、70以下であってもよい。細孔の屈曲度を5以上とすることによって、セパレータの強度をさらに高めることができる。また、高い浸透短絡抑制効果が得られるとともに、高容量が得られる。 The tortuosity of the pores of the porous membrane (F) is, for example, 5 or more, and may be 20 or more. The tortuosity of the pores is, for example, 150 or less, and may be 70 or less. By making the tortuosity of the pores 5 or more, the strength of the separator can be further increased. In addition, a high permeation short-circuit suppression effect can be obtained, and a high capacity can be obtained.
セパレータにおいて、細孔の屈曲度は、5以上(または20以上)150以下、あるいは5以上(または20以上)70以下であってもよい。 In the separator, the tortuosity of the pores may be 5 or more (or 20 or more) and 150 or less, or 5 or more (or 20 or more) and 70 or less.
細孔の屈曲度は、水銀圧入法により求められる。屈曲度は、下記式で表される。 The degree of tortuosity of pores can be determined using mercury intrusion porosimetry. The degree of tortuosity is expressed by the following formula:
屈曲度は、造孔剤とベースポリマーとの親和性を調節したり、無機粒子の種類および/または粒子径を選択したり、ならびに/もしくは、無機粒子の表面に存在する官能基および/または原子などの量を調節したりすることにより、調節することができる。また、屈曲度は、造孔剤を抽出除去する際の溶剤の種類および組成、抽出条件(抽出時間、抽出温度、溶剤を供給する速度など)などを調節することによっても調節することができる。 The degree of tortuosity can be adjusted by adjusting the affinity between the pore-forming agent and the base polymer, selecting the type and/or particle size of the inorganic particles, and/or adjusting the amount of functional groups and/or atoms present on the surface of the inorganic particles. The degree of tortuosity can also be adjusted by adjusting the type and composition of the solvent used to extract and remove the pore-forming agent, as well as the extraction conditions (extraction time, extraction temperature, solvent supply rate, etc.).
(セパレータの分析またはサイズの計測)
(セパレータの準備)
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。なお、多孔質膜(F)のXRDスペクトルの測定は、表面に炭素材料を配置する前の多孔質膜(F)を用いて行ってもよい。また、片面にのみ炭素材料が配置されている多孔質膜(F)のXRDスペクトルの測定は、炭素材料が配置されていない側の表面を用いて行ってもよい。
(Separator analysis or size measurement)
(Preparing the separator)
For separator analysis or size measurement, an unused separator or a separator removed from a lead-acid battery in a fully charged state at the beginning of use is used. The separator removed from the lead-acid battery is washed and dried prior to analysis or measurement. The XRD spectrum of the porous membrane (F) may be measured using the porous membrane (F) before a carbon material is disposed on its surface. Furthermore, the XRD spectrum of the porous membrane (F) having a carbon material disposed on only one side may be measured using the surface on which the carbon material is not disposed.
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。なお、両面に炭素材料が配置されているセパレータについては、炭素材料を研磨することによって除去してから、XRDスペクトルを測定する。 Separators removed from lead-acid batteries are 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. For separators with carbon material on both sides, the carbon material is removed by polishing before measuring the XRD spectrum.
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(アンペアアワー)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(アンペア)とする。 In this specification, the fully charged state of a lead-acid battery is defined in accordance with 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 listed 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 listed as the rated capacity is in Ah (ampere-hours). The unit of current set based on the value listed as the rated capacity is A (ampere).
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).
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.
(XRDスペクトル)
多孔質膜(F)のXRDスペクトルは、多孔質膜(F)の表面に垂直な方向からX線を照射することによって測定される。測定用のサンプルは、多孔質膜(F)のうち電極材料に対向する部分を短冊状に加工することによって作製される。リブを有する多孔質膜(F)では、リブを含まないように、ベース部を短冊状に加工してサンプルを作製する。XRDスペクトルの測定およびフィッティングは、以下の測定条件で行われる。
(XRD spectrum)
The XRD spectrum of the porous membrane (F) is measured by irradiating the surface of the porous membrane (F) with X-rays perpendicularly. The measurement sample is prepared by processing the portion of the porous membrane (F) facing the electrode material into a strip. For the porous membrane (F) having ribs, the base portion is processed into a strip so as not to include the ribs. The measurement and fitting of the XRD spectrum are performed under the following measurement conditions.
(測定条件)
測定装置:RINT-TTR2、リガク社製
フィッティング:FT(ステップスキャン)法
測定角度範囲:15-35°
ステップ幅:0.02°
計測速度:5°/min
XRDデータ処理:XRDパターン解析ソフト(PDXL2、リガク製)を使用。
(Measurement conditions)
Measurement device: RINT-TTR2, manufactured by Rigaku Corporation Fitting: FT (step scan) method Measurement angle range: 15-35°
Step width: 0.02°
Measurement speed: 5°/min
XRD data processing: XRD pattern analysis software (PDXL2, manufactured by Rigaku) was used.
(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、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って求められる。炭素材料が層状である場合には、同様の方法で、炭素材料の層の厚さが求められる。
(Separator thickness and rib height)
The thickness of the separator is determined by measuring the thickness at five arbitrarily selected points in a cross-sectional photograph of the separator and averaging the measurements. If the carbon material is layered, the thickness of the carbon material layer can be determined in the same manner.
リブの高さは、以下の手順で求められる。まず、セパレータの断面写真において、リブの任意の10箇所を選択する。次に、選択された10箇所のそれぞれにおいて、リブの高さ(ベース部の表面からの高さ)を計測する。次に、計測された10箇所の高さを平均することによってリブの高さが求められる。 The rib height is determined using the following procedure. First, ten random locations on the rib are selected in a cross-sectional photograph of the separator. Next, the rib height (height from the surface of the base) is measured at each of the ten selected locations. Next, the rib height is determined by averaging the heights measured at the ten locations.
(多孔質膜(F)中のオイル含有率)
セパレータのうち電極材料に対向する部分を短冊状に加工してサンプル(以下、サンプルAと称する)を作製する。このとき、多孔質膜(F)の表面の炭素材料は研磨によって除去してサンプルを作製する。リブを有するセパレータでは、リブを含まないように、ベース部を短冊状に加工してサンプルAを作製する。
(Oil content in porous membrane (F))
The portion of the separator facing the electrode material is processed into a strip to prepare a sample (hereinafter referred to as Sample A). At this time, the carbon material on the surface of the porous membrane (F) is removed by polishing to prepare the sample. For separators having ribs, Sample A is prepared by processing the base portion into a strip so as not to include the ribs.
サンプルAの約0.5gを採取し、正確に秤量し、初期のサンプルの質量(m0)を求める。秤量したサンプルAを、適当な大きさのガラス製ビーカーに入れ、n-ヘキサン50mLを加える。次いで、ビーカーごと、サンプルに約30分間、超音波を付与することにより、サンプルA中に含まれるオイル分をn-ヘキサン中に溶出させる。次いで、n-ヘキサンからサンプルを取り出し、大気中、室温(20℃以上35℃以下の温度)で乾燥させた後、秤量することにより、オイル除去後のサンプルの質量(m1)を求める。そして、下記式により、オイルの含有率を算出する。10個のサンプルAについてオイルの含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質膜(F)中のオイルの含有率とする。
オイルの含有率(質量%)=100×(m0-m1)/m0
Approximately 0.5 g of sample A is collected and accurately weighed to determine the initial sample mass (m0). The weighed sample A 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, thereby dissolving the oil contained in sample A into n-hexane. Next, the sample is removed from n-hexane, dried in the atmosphere 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 of 10 samples A is determined, and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the oil content in the porous membrane (F).
Oil content (mass%) = 100 x (m0 - m1) / m0
(多孔質膜(F)中の無機粒子の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、白金坩堝中に入れ、ブンゼンバーナーで白煙が出なくなるまで加熱する。次に、得られるサンプルを、電気炉(酸素気流中、550℃±10℃)で、約1時間加熱して灰化し、灰化物を秤量する。サンプルAの質量に占める灰化物の質量の比率(百分率)を算出し、上記の無機粒子の含有率(質量%)とする。10個のサンプルAについて無機粒子の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質膜(F)中の無機粒子(炭素材料以外の無機粒子)の含有率とする。
(Content of inorganic particles in porous membrane (F))
A portion of the sample A prepared in the same manner as above is taken, accurately weighed, placed in a platinum crucible, and heated with a Bunsen burner until no white smoke is emitted. Next, the obtained sample is heated in an electric furnace (in an oxygen stream, 550°C ± 10°C) for about 1 hour to incinerate, and the incinerated material is weighed. The mass ratio (percentage) of the incinerated material to the mass of sample A is calculated, and this is the inorganic particle content (mass%). The inorganic particle content is determined for 10 samples A, and the average value is calculated. The obtained average value is the inorganic particle content (inorganic particles other than carbon material) in the porous film (F).
(多孔質膜(F)中の浸透剤の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、室温(20℃以上35℃以下の温度)で大気圧より低い減圧環境下で、12時間以上乾燥させる。乾燥物を白金セルに入れて、熱重量測定装置にセットし、昇温速度10K/分で、室温から800℃±1℃まで昇温する。室温から250℃±1℃まで昇温させたときの重量減少量を浸透剤の質量とし、サンプルBの質量に占める浸透剤の質量の比率(百分率)を算出し、上記の浸透剤の含有率(質量%)とする。熱重量測定装置としては、T.A.インスツルメント社製のQ5000IRが使用される。10個のサンプルAについて浸透剤の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質膜(F)中の浸透剤の含有率とする。
(Content of penetrant in porous membrane (F))
A portion of sample A prepared in the same manner as above is taken and accurately weighed, and then dried for 12 hours or more at room temperature (a temperature of 20°C to 35°C) in a reduced pressure environment lower than atmospheric pressure. The dried product is placed in a platinum cell and set in a thermogravimetric measuring device, and the temperature is raised from room temperature to 800°C ± 1°C at a heating rate of 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 B is calculated, and this is taken as the penetrant content (mass%). A Q5000IR manufactured by T.A. Instruments is used as the thermogravimetric measuring device. The penetrant content is determined for 10 samples A, and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the penetrant content in the porous membrane (F).
(屈曲度)
屈曲度を求めるための上記式における各項(密度、全細孔容積、浸透率、および微分細孔分布)は、以下の手順で求められる。まず、多孔質膜(F)のうち電極材料に対向する部分を縦20mm×横5mmのサイズにカットしてサンプル(サンプルB)を作製する。次に、当該サンプルについて、水銀ポロシメータを用いて下記の条件で測定することによって、上記の各項が求められる。
水銀ポロシメータ:オートポアIV9510、(株)島津製作所製
測定の圧力範囲:4psia(≒27.6kPa)以上60,000psia(≒414MPa)以下
細孔分布:0.01μm以上50μm以下
(degree of curvature)
The terms in the above formula for determining the degree of tortuosity (density, total pore volume, permeability, and differential pore distribution) are determined by the following procedure. First, a portion of the porous membrane (F) facing the electrode material is cut into a size of 20 mm length x 5 mm width to prepare a sample (sample B). Next, the sample is measured using a mercury porosimeter under the following conditions to determine the above terms.
Mercury porosimeter: Autopore IV9510, manufactured by Shimadzu Corporation. Measurement pressure range: 4 psia (≒ 27.6 kPa) to 60,000 psia (≒ 414 MPa). Pore distribution: 0.01 μm to 50 μm.
(鉛蓄電池)
本発明の一側面の鉛蓄電池は、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む。セパレータは、本実施形態の鉛蓄電池用セパレータである。本実施形態のセパレータを用いることによって、鉛蓄電池の寿命性能および生産性を大幅に向上できる。
(lead acid battery)
A lead-acid battery according to one aspect of the present invention 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. The separator is the lead-acid battery separator of this embodiment. Use of the separator of this embodiment can significantly improve the life performance and productivity of the lead-acid battery.
鉛蓄電池は、制御弁式電池(VRLA型電池)であってもよいが、液式電池(ベント型電池)が好ましい。 The lead-acid battery may be a valve-regulated (VRLA) battery, but a flooded (vented) battery is preferred.
セパレータの炭素材料は、多孔質膜(F)の2つの主面の両方に配置されていてもよいし、正極板側または負極板側の主面に配置されていてもよい。例えば、セパレータの炭素材料は、多孔質膜(F)の2つの主面のうち負極板側の主面に配置されていてもよい。充電時に水の電気分解が生じる場合、正極側では酸素ガスが発生する。炭素材料を負極板側に配置することによって、セパレータ内で酸素ガスが発生して多孔質膜(F)が酸化されることを抑制できる。 The carbon material of the separator may be disposed on both of the two main surfaces of the porous membrane (F), or on the main surface facing the positive or negative electrode plate. For example, the carbon material of the separator may be disposed on the main surface facing the negative electrode plate, out of the two main surfaces of the porous membrane (F). When water electrolysis occurs during charging, oxygen gas is generated on the positive electrode side. By disposing the carbon material on the negative electrode plate side, it is possible to prevent oxygen gas from being generated within the separator and oxidizing the porous membrane (F).
本明細書中、鉛蓄電池または鉛蓄電池の構成要素(極板、電槽、セパレータなど)の上下方向は、鉛蓄電池が使用される状態において、鉛蓄電池の鉛直方向における上下方向を意味する。なお、正極板および負極板の各極板は、外部端子と接続するための耳部を備えており、液式電池では、耳部は、極板の上部に上方に突出するように設けられている。鉛蓄電池の構成要素の例について、以下に説明する。 In this specification, the up-down direction of a lead-acid battery or its components (electrode plates, battery case, separator, etc.) refers to the up-down direction in the vertical direction of the lead-acid battery when the lead-acid battery is in use. Each positive and negative electrode plate has a lug for connecting to an external terminal, and in a liquid battery, the lug is provided on the top of the electrode plate so as to protrude upward. Examples of the components of a lead-acid battery are described below.
(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.
補強材としては、例えば、繊維(無機繊維、有機繊維など)が挙げられる。有機繊維を構成する樹脂(または高分子)としては、例えば、アクリル系樹脂、ポリオレフィン系樹脂(ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレン系樹脂など)、ポリエステル系樹脂(ポリアルキレンアリーレート(ポリエチレンテレフタレートなど)を含む)、およびセルロース類(セルロース、セルロース誘導体(セルロースエーテル、セルロースエステルなど)など)からなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。セルロース類には、レーヨンも含まれる。 Examples of reinforcing materials include fibers (inorganic fibers, organic fibers, etc.). Examples of resins (or polymers) that make up 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含有率は、例えば、0.03質量%以上である。また、正極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.5質量%以下である。 The content of the reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the content of the reinforcing material in the positive electrode material is, for example, 0.5 mass% or less.
未化成のペースト式正極板は、正極集電体に、正極ペーストを充填し、熟成および乾燥することにより得られる。正極ペーストは、鉛粉、アンチモン化合物、および必要に応じて他の添加剤(補強材など)に、水および硫酸を加えて混練することで調製される。 Unformed paste-type positive 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、極板の製造工程において、製造装置との干渉によって極板の隅部が変形することがある。このような極板を用いて鉛蓄電池を作製すると、初期の段階で、極板の隅部がセパレータを突き破って短絡が起こり易い。本実施形態のセパレータは高い強度を有するため、エキスパンド格子を用いた極板と組み合わせる場合でも、極板の変形に伴う初期の短絡を抑制することができる。正極板および負極板の少なくとも一方がエキスパンド格子を含んでいてもよい。 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. In electrode plates using current collectors formed by expanding, the corners of the electrode plate may be deformed due to interference with the manufacturing equipment during the electrode plate manufacturing process. When such electrode plates are used to manufacture a lead-acid battery, the corners of the electrode plate are likely to break through the separator in the early stages, causing a short circuit. Because the separator of this embodiment has high strength, it can suppress initial short circuits caused by electrode plate deformation, even when combined with electrode plates using expanded lattices. At least one of the positive electrode plate and the negative electrode plate may contain expanded lattices.
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.
負極電極材料中の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 in the negative electrode material 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含有率は、例えば、0.03質量%以上である。また、負極電極材料中の補強材の含有率は、例えば、0.5質量%以下である。 The reinforcing material content in the negative electrode material is, for example, 0.03 mass% or more. Also, the reinforcing material content 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.
1つのセルに含まれる正極板および負極板の枚数に特に限定はない。しかし、本実施形態のセパレータは、1つのセルに多数の正極板および負極板が収容される鉛蓄電池に特に好ましく用いられる。合計で12枚以上の正極板および負極板を1つのセルに収容する場合、セパレータの引っ張り強度が特に重要になる。 There is no particular limit to the number of positive and negative electrode plates contained in one cell. However, the separator of this embodiment is particularly suitable for use in lead-acid batteries in which a single cell contains a large number of positive and negative electrode plates. When a single cell contains a total of 12 or more positive and negative electrode plates, the tensile strength of the separator becomes particularly important.
(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.
(1)寿命性能
鉛蓄電池の寿命性能(高温過充電寿命性能)は、下記の手順で、高温過充電耐久試験を行い、このときの鉛蓄電池の寿命に基づいて評価される。
(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(以下では「サイクル数N」と称する場合がある)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。
(1) Life Performance The life performance (high-temperature overcharge life performance) of a lead-acid battery is evaluated based on the life of the lead-acid battery at the time of a high-temperature overcharge durability test carried out according to the following procedure.
(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) is 7.2 V or less and does not rise again, and the total number of cycles at this time (hereinafter sometimes referred to as the "number of cycles N") 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.
(2)引っ張り強度
セパレータの引っ張り強度は、以下の手順で測定される。まず、セパレータを10mm×40mmの大きさにカットすることによって試験片を得る。この試験片に対して、精密万能試験機(島津製作所、製品名:AGS-X)を用い、チャック間距離20mm、引っ張り速度5mm/分、25℃条件で引っ張り試験を行い、破断時の応力を引っ張り強度とする。
(2) Tensile Strength The tensile strength of a separator is measured by the following procedure. First, a separator is cut into a size of 10 mm x 40 mm to obtain a test piece. A tensile test is performed on this test piece using a precision universal testing machine (Shimadzu Corporation, product name: AGS-X) under conditions of a chuck distance of 20 mm, a tensile speed of 5 mm/min, and 25°C, and the stress at break is taken as the tensile strength.
以下では、本実施形態に係る鉛蓄電池の一例について、図面を参照して具体的に説明する。以下で説明する一例の鉛蓄電池の構成要素には、上述した構成要素を適用できる。また、以下で説明する一例の鉛蓄電池の構成要素は、上述した記載に基づいて変更できる。また、以下で説明する事項を、上記の実施形態に適用してもよい。また、以下で説明する実施形態において、本実施形態に係る鉛蓄電池に必須ではない構成要素は省略してもよい。 Below, an example of a lead-acid battery according to this embodiment will be described in detail with reference to the drawings. The components described above can be applied to the components of the example lead-acid battery described below. Furthermore, the components of the example lead-acid battery described below can be modified based on the above description. Furthermore, the matters described below may be applied to the above embodiment. Furthermore, in the embodiment described below, components that are not essential for the lead-acid battery according to this embodiment may be omitted.
図1は、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。 Figure 1 shows the 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 assembly 11 and an electrolyte (not shown). The battery case 12 is divided into multiple cell chambers 14 by partitions 13. Each cell chamber 14 contains one plate assembly 11. The opening of the battery case 12 is closed by a lid 15 equipped with a negative terminal 16 and a positive 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 liquid is added. The vent plug 18 may also 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.
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.
[実施例]
以下、本発明を実施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るものではない。
[Example]
The present invention will be specifically described below based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
(実験例1)
実験例1では、下記の手順で、複数のセパレータおよび複数の鉛蓄電池を作製した。
(Experimental Example 1)
In Experimental Example 1, a plurality of separators and a plurality of lead-acid batteries were fabricated in the following procedure.
(1)セパレータの作製および評価
ポリエチレン100質量部と、シリカ粒子160質量部と、造孔剤としてのパラフィン系オイル80質量部と、2質量部の浸透剤とを含む樹脂組成物を、シート状に押出成形し、延伸処理した後、造孔剤の一部を除去することによって、片面にリブを有する多孔質膜を作製した。このとき、既述の手順で求められる多孔質膜の比率Rが表1に示す値となるように、押出成形されたシートの冷却速度および延伸処理の倍率を調節した。
(1) Preparation and evaluation of separator The resin composition that comprises 100 mass parts of polyethylene, 160 mass parts of silica particles, 80 mass parts of paraffin oil as pore-forming agent, and 2 mass parts of penetrant is extruded into sheet, and then stretched, by removing part of pore-forming agent, prepare porous membrane with rib on one side.At this time, the cooling speed of extruded sheet and the stretching ratio are adjusted so that the ratio R of porous membrane that is obtained by the above-mentioned procedure is the value shown in Table 1.
次に、形成されたそれぞれの多孔質膜の一方の主面(負極板側の主面)に、以下の手順で炭素材料を配置した。まず、セパレータ上にシリカと炭素材料との混合物を堆積させ、次いで、その上にローラーコーティング法またはスプレーコーティング法で純粋な炭素層を堆積した。このようにして、炭素材料を配置した。炭素材料の厚さは、各多孔質膜で同じとした。具体的には、10μmとした。以上の手順によって、多孔質膜の比率Rが異なる複数のセパレータを作製した。 Next, a carbon material was placed on one main surface (the main surface facing the negative electrode plate) of each of the formed porous membranes using the following procedure. First, a mixture of silica and carbon material was deposited on the separator, and then a pure carbon layer was deposited on top of that using roller coating or spray coating. In this way, the carbon material was placed. The thickness of the carbon material was the same for each porous membrane. Specifically, it was 10 μm. Using the above procedure, multiple separators with different porous membrane ratios R were produced.
既述の手順で求められるセパレータのオイル含有率は、11~18質量%であり、シリカ粒子の含有率は、60質量%であった。既述の手順で求められるリブの高さは0.6mmであった。既述の手順で求められるセパレータの厚さ(ベース部の厚さ)を表1に示す。 The oil content of the separator determined using the procedure described above was 11-18% by mass, and the silica particle content was 60% by mass. The rib height determined using the procedure described above was 0.6 mm. The separator thickness (thickness of the base portion) determined using the procedure described above is shown in Table 1.
上記の手順で得られたシート状のセパレータを、外面にリブが配置されるように二つ折りにして袋を形成した。次に、重ね合わせた両端部を圧着することによって、袋状セパレータを得た。袋状のセパレータの内側の表面は、炭素材料が配置された表面である。 The sheet-like separator obtained by the above procedure was folded in half so that the ribs were located on the outer surface to form a bag. The overlapping ends were then crimped together to obtain a bag-like separator. The inner surface of the bag-like separator is the surface on which the carbon material is located.
なお、セパレータにおける多孔質膜(F)の比率R、オイル含有率、シリカ粒子の含有率、セパレータの厚さ、およびリブの高さは、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。これらの値は、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。 The ratio R of porous membrane (F) in the separator, oil content, silica particle content, separator thickness, and rib height were determined for the separator before fabrication into a lead-acid battery. These values are approximately the same as those measured using the procedure described above for a separator removed from a fabricated lead-acid battery.
(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1.3mmの未化成の負極板を得た。カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニンおよび合成樹脂繊維の使用量は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した負極板について各成分の含有率が、それぞれ0.3質量%、2.1質量%、0.1質量%および0.1質量%になるように調節した。
(3) Preparation of Negative Electrode Plate: 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 in width, 110 mm in height, and 1.3 mm in thickness. The amounts of carbon black, barium sulfate, lignin, and synthetic resin fiber were adjusted so that the respective component contents of the negative electrode plate removed from a fully charged lead-acid battery were 0.3%, 2.1%, 0.1%, and 0.1% by mass, 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。 Aqueous sulfuric acid solution was used as the electrolyte. The specific gravity of the electrolyte after formation at 20°C was 1.285.
電池A1のセパレータで用いた多孔質膜について、既述の手順で測定されたXRDスペクトルを図2に示す。図2に示されるように、ポリエチレンの結晶質領域の(110)面に相当する回折ピークが、2θ=21.5°~22.5°の範囲に観察され、(200)面に相当する回折ピークが、2θ=23°~24.5°の範囲に観察された。そして、非晶質領域によるハローが2θ=17°~27°の広い範囲にブロードに観察された。 Figure 2 shows the XRD spectrum of the porous membrane used in the separator of Battery A1, measured using the procedure described above. As shown in Figure 2, a diffraction peak corresponding to the (110) plane of the polyethylene crystalline region was observed in the 2θ range of 21.5° to 22.5°, and a diffraction peak corresponding to the (200) plane was observed in the 2θ range of 23° to 24.5°. A broad halo due to the amorphous region was observed in the wide 2θ range of 17° to 27°.
得られた鉛蓄電池を用いて、既述の手順で寿命性能(サイクル数N)を評価した。寿命性能は、各鉛蓄電池のサイクル数Nの相対値で評価した。サイクル数Nの相対値は、電池CA1のサイクル数Nを90としたときの値である。評価結果を表1に示す。電池A1~A4は発明例の電池であり、電池CA1は比較例の電池である。 The resulting lead-acid batteries were used to evaluate their lifespan performance (number of cycles N) using the procedure previously described. Lifespan performance was evaluated as the relative value of the number of cycles N for each lead-acid battery. The relative value of the number of cycles N is the value when the number of cycles N for battery CA1 is set to 90. The evaluation results are shown in Table 1. Batteries A1 to A4 are inventive examples, and battery CA1 is a comparative example.
表1に示されるように、多孔質膜の比率Rが.0.70以上である場合、比率Rが0.65の場合と比べて、寿命性能が大幅に向上した。これは、多孔質膜の結晶性が高いことによってセパレータの耐酸化性が向上したためであると考えられる。 As shown in Table 1, when the porous membrane ratio R was 0.70 or higher, the life performance was significantly improved compared to when the ratio R was 0.65. This is thought to be due to the high crystallinity of the porous membrane, which improved the oxidation resistance of the separator.
(実験例2)
実験例2では、セパレータを変えたことを除いて実験例1と同様に鉛蓄電池を作製して評価した。具体的には、多孔質膜の比率Rとセパレータの厚さととを変化させるための製造条件を変えたことを除いて、実験例1の方法と同様の方法で、複数のセパレータを作製した。炭素材料は、実験例1のセパレータと同様の条件で配置した。
(Experimental Example 2)
In Experimental Example 2, lead-acid batteries were fabricated and evaluated in the same manner as in Experimental Example 1, except that the separator was changed. Specifically, a plurality of separators were fabricated in the same manner as in Experimental Example 1, except that the manufacturing conditions were changed to change the porous membrane ratio R and the separator thickness. The carbon material was arranged under the same conditions as in the separator of Experimental Example 1.
作製されたセパレータおよび鉛蓄電池を、実験例1と同様に評価した。評価結果を表2に示す。電池B1~B12は発明例であり、電池CB1~CB4は比較例である。表2の寿命性能(サイクル数N)は、電池B1のサイクル数Nを100としたときの相対値である。 The produced separators and lead-acid batteries were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1. The evaluation results are shown in Table 2. Batteries B1 to B12 are invention examples, and batteries CB1 to CB4 are comparative examples. The life performance (number of cycles N) in Table 2 is a relative value when the number of cycles N for battery B1 is set to 100.
表2に示すように、セパレータの厚さを100μm以上とすることによって、寿命性能を大幅に高めることができた。セパレータが薄い場合(多孔質膜が薄い場合)、多孔質膜を形成する際の樹脂成型時に金型への樹脂回りが悪くなり、厚さのばらつきや細孔のばらつきが大きくなったり、割れ(セパレータが裂ける)が部分的に発生したりすることがあると考えられる。一方、セパレータの厚さが100μm以上(多孔質膜の厚さが90μm以上)の場合は、樹脂回りが良化して均質な多孔質膜が得られる。それに加えて、多孔質膜の表面に炭素材料を配置することによって、後述するようにセパレータの引っ張り強度が大幅に向上する。そのため、寿命特性が大幅に向上したと考えられる。 As shown in Table 2, by making the separator thickness 100 μm or more, it was possible to significantly improve the lifespan performance. If the separator is thin (if the porous membrane is thin), it is thought that the resin does not flow well around the mold during resin molding to form the porous membrane, resulting in large variations in thickness and pore size, and partial cracking (separator tears). On the other hand, if the separator is 100 μm or thicker (porous membrane thickness is 90 μm or thicker), the resin flows better and a uniform porous membrane is obtained. In addition, by placing a carbon material on the surface of the porous membrane, the tensile strength of the separator is significantly improved, as described below. This is thought to be why the lifespan characteristics are significantly improved.
(実験例3)
実験例3では、作製条件を変えて複数のセパレータを作製した。具体的には、多孔質膜の比率Rとセパレータの厚さとを変化させるための製造条件、および、炭素材料の配置の有無を変えたことを除いて実験例1の方法と同様の方法で、複数のセパレータを作製した。作製したセパレータについて、実験例1と同様に評価した。
(Experimental Example 3)
In Experimental Example 3, multiple separators were produced under different production conditions. Specifically, multiple separators were produced using the same method as in Experimental Example 1, except that the production conditions were changed to change the porous membrane ratio R and the separator thickness, and the presence or absence of a carbon material was changed. The produced separators were evaluated in the same manner as in Experimental Example 1.
さらに、作製されたセパレータについて、上述した方法で引っ張り強度を測定した。セパレータの評価結果を表3におよび表4示す。セパレータS1~S10は発明例のセパレータであり、セパレータCS1~CS12は比較例のセパレータである。なお、引っ張り強度は、セパレータCS1の引っ張り強度を100としたときの相対値である。 The tensile strength of the produced separators was also measured using the method described above. The separator evaluation results are shown in Tables 3 and 4. Separators S1 to S10 are inventive examples, and separators CS1 to CS12 are comparative examples. Note that the tensile strength is a relative value, with the tensile strength of separator CS1 set at 100.
表3の結果を図3に示し、表4の結果を図4に示す。表3および図3に示すように、炭素材料を表面に配置するとともに多孔質膜の比率Rを0.70以上とすることによって、セパレータの引っ張り強度を大幅に高めることができた。表4及び図4に示すように、炭素材料を表面に配置するとともに厚さを100μm以上とすることによって、セパレータの引っ張り強度を大幅に高めることができた。 The results of Table 3 are shown in Figure 3, and the results of Table 4 are shown in Figure 4. As shown in Table 3 and Figure 3, by placing a carbon material on the surface and setting the porous membrane ratio R to 0.70 or more, the tensile strength of the separator was significantly increased. As shown in Table 4 and Figure 4, by placing a carbon material on the surface and setting the thickness to 100 μm or more, the tensile strength of the separator was significantly increased.
図3に示すように、炭素材料が配置されたセパレータでは、比率Rを高めることによる引っ張り強度の増大の効果が、炭素材料が配置されていないセパレータよりも高かった。図4に示すように、炭素材料が配置されたセパレータでは、セパレータを厚くすることによる引っ張り強度の増大の効果が、炭素材料が配置されていないセパレータよりも高かった。これらの理由は明確ではないが、多孔質膜の表面に炭素材料を配置することが、何らかの相乗効果を奏していると考えられる。 As shown in Figure 3, the effect of increasing the ratio R on increasing tensile strength was greater in separators with carbon material disposed therein than in separators without carbon material disposed therein. As shown in Figure 4, the effect of increasing tensile strength on separators with carbon material disposed therein by increasing the separator thickness was greater than in separators without carbon material disposed therein. The reasons for these are not clear, but it is thought that disposing carbon material on the surface of the porous membrane has some kind of synergistic effect.
本発明は、鉛蓄電池およびそれに用いられるセパレータに利用できる。本発明の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。当該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 present invention can be used for lead-acid batteries and separators used therein. The lead-acid battery separator 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 of the present invention are not limited to these.
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 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: Through-connector, 9: Negative electrode pole, 11: Plate group, 12: Battery case, 13: Partition, 14: Cell chamber, 15: Lid, 16: Negative electrode terminal, 17: Positive electrode terminal, 18: Vent plug
Claims (8)
ポリオレフィンを含む多孔質膜と前記多孔質膜の表面に配置された炭素材料とを含み、
前記多孔質膜は、結晶質領域と非晶質領域とを含み、
前記多孔質膜のX線回折スペクトルにおいて、A1/(A1+A2)で表される比率Rが、0.70以上であり、
A1は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが最大である第1回折ピークの面積であり、
A2は、前記結晶質領域に相当する回折ピークのうちピーク高さが2番目に高い第2回折ピークの面積であり、
前記ポリオレフィンは、少なくともエチレン単位を含み、
前記第1回折ピークは、前記結晶質領域の(110)面に相当し、
前記第2回折ピークは、前記結晶質領域の(200)面に相当する、鉛蓄電池用セパレータ。 A separator for a lead-acid battery,
a porous membrane containing polyolefin and a carbon material disposed on a surface of the porous membrane,
the porous film includes a crystalline region and an amorphous region;
In an X-ray diffraction spectrum of the porous film, the ratio R represented by A 1 /(A 1 +A 2 ) is 0.70 or more;
A1 is the area of the first diffraction peak having the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region,
A2 is the area of the second diffraction peak having the second highest peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region,
The polyolefin contains at least ethylene units,
the first diffraction peak corresponds to the (110) plane of the crystalline region;
The separator for a lead-acid battery , wherein the second diffraction peak corresponds to the (200) plane of the crystalline region .
前記鉛蓄電池は、極板群および電解液を含む少なくとも1つのセルを含み、
前記極板群は、正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に介在するセパレータとを含み、
前記セパレータは、請求項1~6のいずれか1項に記載の鉛蓄電池用セパレータである、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 6 .
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