JP7848652B2 - lead acid battery - Google Patents
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Description
本発明は、鉛蓄電池に関する。 This invention relates to a lead-acid battery.
鉛蓄電池は、車載用、産業用の他、様々な用途で使用されている。鉛蓄電池は、正極板および負極板と、これらの間に介在するセパレータと、電解液と、を含む。鉛蓄電池のセパレータには、様々な性能が要求される。セパレータとしては、一般にポリオレフィン製の多孔質フィルムが使用されている。 Lead-acid batteries are used in a variety of applications, including automotive and industrial uses. A lead-acid battery consists of a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator between them, and an electrolyte. The separator in a lead-acid battery requires various performance characteristics. Generally, porous polyolefin films are used as separators.
特許文献1は、「ポリオレフィン微孔性膜を含む鉛蓄電池のためのセパレータであって、前記ポリオレフィン微孔性膜は、好ましくは超高分子量ポリエチレンであるポリエチレンと、粒子状充填剤と、処理可塑剤と、を含み、前記粒子状充填剤は重量で40%以上の量で存在し、前記ポリエチレンは、複数の伸び切り鎖結晶(シシ形成)及び複数の折り畳み鎖結晶(ケバブ形成)を含むシシケバブ形成のポリマーを含み、前記ケバブ形成の平均繰り返し又は周期は1nmから150nmであり、好ましくは120nm未満である、セパレータ」を提案している。 Patent Document 1 proposes a separator for a lead-acid battery comprising a polyolefin microporous membrane, wherein the polyolefin microporous membrane comprises polyethylene, preferably ultra-high molecular weight polyethylene, a particulate filler, and a treatment plasticizer, wherein the particulate filler is present in an amount of 40% or more by weight, and the polyethylene comprises a shish-kebab forming polymer containing a plurality of elongated chain crystals (shishi formation) and a plurality of folded chain crystals (kebab formation), and the average repetition or period of the kebab formation is from 1 nm to 150 nm, preferably less than 120 nm.
特許文献2は、「電解液中に0.5mg/L以上3mg/L以下の還元性有機物を含むことを特徴とする鉛蓄電池」を提案している。 Patent Document 2 proposes a lead-acid battery characterized by containing a reducing organic substance in the electrolyte at a concentration of 0.5 mg/L to 3 mg/L.
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 these components, kneading it, forming it into a sheet with ribs, immersing it in an immersion tank of an organic solvent capable of dissolving the oil to extract and remove a portion of the oil, and then heating and drying it, characterized in that the difference in oil content between the rib portion and the base portion of the separator is 5% by mass or less.
本発明者らは、電解液中の有機成分の濃度の指標となる化学的酸素要求量(COD)を低減することで、充電受入性が向上するという知見を得た。 The inventors have found that reducing the chemical oxygen demand (COD), which is an indicator of the concentration of organic components in the electrolyte, improves charge acceptance.
しかし、電解液中の有機成分の量を低下させることで充電受入性が高くなると、その背反として、高温過充電状態の試験において寿命が短くなる傾向があることを、本発明者らは新たに見出した。例えば、軽負荷寿命試験(例えば75℃JIS軽負荷寿命試験(2分法))では、放電電気量よりも充電電気量の方が大きい試験条件となっているため、試験中に鉛蓄電池は過充電状態となり、電解液の分解によって負極側で水素が発生し、正極側で酸素が発生する。軽負荷寿命試験において有機成分の量を低下させると、充電受入性が向上することにより鉛蓄電池がさらに過充電状態になる傾向がある。 However, the inventors have newly discovered that while reducing the amount of organic components in the electrolyte improves charge acceptance, this comes at the cost of a shorter lifespan in high-temperature overcharge tests. For example, in light-load life tests (e.g., the 75°C JIS light-load life test (two-part method)), the charge amount is greater than the discharge amount. Therefore, during the test, the lead-acid battery becomes overcharged, generating hydrogen at the negative electrode and oxygen at the positive electrode due to electrolyte decomposition. Reducing the amount of organic components in light-load life tests improves charge acceptance, which tends to further overcharge the lead-acid battery.
正極側で発生した酸素は、セパレータの構成材料をアタックしてセパレータの酸化劣化を引き起こす。そのためセパレータに亀裂もしくは破れが発生し、正極電極材料と負極電極材料とがセパレータの損傷した箇所で接触して短絡が発生し、寿命に至る。 Oxygen generated on the positive electrode side attacks the separator's constituent materials, causing oxidative degradation of the separator. This leads to cracks or tears in the separator, causing the positive and negative electrode materials to come into contact at the damaged area, resulting in a short circuit and ultimately ending the separator's lifespan.
本開示の一側面は、正極板と、負極板と、前記正極板および前記負極板の間に介在する樹脂製の多孔質フィルムと、電解液と、を備え、前記多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含み、前記セパレータのX線回折スペクトルにおいて、100×Ic/(Ic+Ia)で示される結晶化度が18%以上であり、Ic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の積分強度であり、Iaは、前記非晶質領域に相当するハローの積分強度であり、前記電解液中の化学的酸素要求量は、160mg/L以下である、鉛蓄電池に関する。 One aspect of this disclosure relates to a lead-acid battery comprising a positive electrode plate, a negative electrode plate, a porous resin film interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte, wherein the porous film includes a crystalline region and an amorphous region, and the degree of crystallinity in the X-ray diffraction spectrum of the separator, expressed as 100 × I c / (I c + I a ), is 18% or more, where I c is the integrated intensity of the diffraction peak with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region, and I a is the integrated intensity of the halo corresponding to the amorphous region, and the chemical oxygen demand in the electrolyte is 160 mg/L or less.
本開示によれば、鉛蓄電池において、充電受入性を向上させつつ、高温過充電状態の試験における寿命を向上させることができる。 According to this disclosure, it is possible to improve the lifespan of a lead-acid battery in high-temperature overcharge conditions while simultaneously improving its charge acceptance.
以下では、本開示の実施形態について例を挙げて説明するが、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に関する数値の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を任意に組み合わせることができる。複数の材料が例示される場合、その中から1種を選択して単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。 The following describes embodiments of this disclosure with examples, but this disclosure is not limited to the examples described below. While specific numerical values and materials may be given as examples in the following description, other numerical values and materials may be applied as long as the effects of this disclosure are achieved. In this specification, the phrase "numerical value A to numerical value B" includes numerical values A and B, and can be interpreted 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 of numerical values relating to specific physical properties or conditions are given as examples, either the given lower limit or either the given upper limit can be arbitrarily combined, as long as the lower limit does not exceed the upper limit. When multiple materials are given as examples, one may be selected and used alone, or two or more may be used in combination.
また、本開示は、添付の特許請求の範囲に記載の複数の請求項から任意に選択される2つ以上の請求項に記載の事項の組み合わせを包含する。つまり、技術的な矛盾が生じない限り、添付の特許請求の範囲に記載の複数の請求項から任意に選択される2つ以上の請求項に記載の事項を組み合わせることができる。 Furthermore, this disclosure encompasses combinations of matters described in two or more claims arbitrarily selected from the multiple claims set forth in the attached claims. In other words, as long as no technical inconsistency arises, any combination of matters described in two or more claims arbitrarily selected from the multiple claims set forth in the attached claims is possible.
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、使用される状態に配置された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いる。例えば液式電池では、耳部は、極板の上部に上方に突出するように設けられている。 In this specification, the vertical direction of a lead-acid battery or its components (plates, case, separator, etc.) refers to the vertical direction of the lead-acid battery as it is positioned in its intended use. Each of the positive and negative plates is provided with tabs for connecting to external terminals. For example, in a liquid-type battery, the tabs are provided on the upper part of the plate, protruding upward.
本開示に係る鉛蓄電池は、制御弁式電池(VRLA型電池)でもよいが、COD低減による作用効果を有効活用できる点で液式電池(ベント型電池)が好ましい。 The lead-acid battery relating to this disclosure may be a valve-regulated lead-acid battery (VRLA type battery), but a liquid-type battery (vented type battery) is preferred because it allows for effective utilization of the effects of COD reduction.
鉛蓄電池は、正極板と、負極板と、正極板および負極板の間に介在するセパレータと、電解液とを備える。電解液は硫酸を含む。正極板および負極板と電解液との間で硫酸イオンが移動することで充電と放電が進行する。放電時には、硫酸イオンが正極板および負極板に移動するため、電解液の密度が低下する。充電時には、硫酸イオンが正極板および負極板から電解液中に移動するため、電解液の密度が上昇する。 A lead-acid battery comprises a positive electrode plate, a negative electrode plate, a separator interposed between the positive and negative electrode plates, and an electrolyte. The electrolyte contains sulfuric acid. Charging and discharging proceed through the movement of sulfate ions between the positive and negative electrode plates and the electrolyte. During discharge, sulfate ions move to the positive and negative electrode plates, decreasing the density of the electrolyte. During charging, sulfate ions move from the positive and negative electrode plates into the electrolyte, increasing the density of the electrolyte.
セパレータは樹脂製の多孔質フィルムを含む。多孔質フィルムは、単独でセパレータとして使用し得る。よって、多孔質フィルムをセパレータと称してもよい。セパレータは、多孔質フィルムに加えて不織布を含んでもよい。 The separator includes a porous film made of resin. The porous film can be used as a separator on its own. Therefore, the porous film may also be referred to as a separator. The separator may also include a nonwoven fabric in addition to the porous film.
正極板と負極板とセパレータは極板群を構成する。極板群は電解液とともにセルを構成する。1つの極板群は1つのセルを構成する。鉛蓄電池は1つの以上の電極群を具備することで1つ以上のセルを具備する。1つの極板群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。本開示に係る鉛蓄電池が具備する極板群は、例えば、正極板と負極板を合計で12枚以上含む。複数の極板群は、通常それぞれ個別のセル室に収容されて互いに直列に接続される。 The positive electrode plate, negative electrode plate, and separator constitute an electrode group. The electrode group, together with the electrolyte, constitutes a cell. One electrode group constitutes one cell. A lead-acid battery comprises one or more cells by having one or more electrode groups. There is no particular limit to the number of positive and negative electrode plates included in one electrode group. An electrode group comprising a lead-acid battery according to this disclosure, for example, includes a total of 12 or more positive and negative electrode plates. Multiple electrode groups are usually housed in separate cell chambers and connected in series with one another.
正極板は、正極電極材料を含む。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として、充電時には少なくとも二酸化鉛を含み、放電時には少なくとも硫酸鉛を含む。 The positive electrode plate includes a positive electrode material. The positive electrode material, as a positive electrode active material that exhibits capacity through oxidation-reduction reactions, contains at least lead dioxide during charging and at least lead sulfate during discharge.
負極板は、負極電極材料を含む。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として、充電時には少なくとも鉛を含み、放電時には少なくとも硫酸鉛を含む。 The negative electrode plate includes a negative electrode material. The negative electrode material, as a negative electrode active material that exhibits capacity through oxidation-reduction reactions, contains at least lead during charging and at least lead sulfate during discharge.
(1)本開示の一実施形態に係る鉛蓄電池は、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樹脂製の多孔質フィルムと、電解液と、を備え、前記多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含み、前記セパレータのX線回折スペクトルにおいて、100×Ic/(Ic+Ia)で示される結晶化度が18%以上であり、Ic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の積分強度であり、Iaは、前記非晶質領域に相当するハローの積分強度であり、前記電解液中の化学的酸素要求量(Chemical Oxygen Demand:COD)は、160mg/L以下である。 (1) A lead-acid battery according to one embodiment of the present disclosure comprises a positive electrode plate, a negative electrode plate, a porous resin film interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate, and an electrolyte, wherein the porous film includes a crystalline region and an amorphous region, and the degree of crystallinity in the X-ray diffraction spectrum of the separator, represented by 100 × I c / (I c + I a ), is 18% or more, where I c is the integrated intensity of the diffraction peak with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region, I a is the integrated intensity of the halo corresponding to the amorphous region, and the chemical oxygen demand (COD) in the electrolyte is 160 mg/L or less.
CODは、電解液中の被酸化性物質を酸化するために必要とされる酸素量である。電解液中のCODは、電解液中に含まれる有機成分の濃度の指標と言える。本明細書において、CODは、使用初期の満充電状態の鉛畜電池から採取した電解液中のCODである。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。 COD (Chemical Oxygen Demand) is the amount of oxygen required to oxidize oxidizable substances in the electrolyte. The COD in the electrolyte can be considered an indicator of the concentration of organic components contained in the electrolyte. In this specification, COD refers to the COD in the electrolyte sampled from a fully charged lead-acid battery in its initial state of use. An "initial-use battery" refers to a battery that has not been in use for very long and has shown little degradation.
上記(1)に記載の鉛蓄電池は、充電受入性に優れ、かつ高温過充電状態の試験における寿命性能に優れている。 The lead-acid battery described in (1) above exhibits excellent charge acceptance and superior lifespan performance in high-temperature overcharge tests.
(2)上記(1)に記載の鉛蓄電池において、前記化学的酸素要求量は、100mg/L以下であってもよい。 (2) In the lead-acid battery described in (1) above, the chemical oxygen demand may be 100 mg/L or less.
上記(2)に記載の鉛蓄電池は、更に充電受入性に優れ、かつ高温過充電状態の試験における寿命性能が劣化しにくい。 The lead-acid battery described in (2) above has superior charge acceptance and its lifespan performance does not degrade easily under high-temperature overcharge conditions.
(3)上記(1)または(2)に記載の鉛蓄電池において、前記化学的酸素要求量は、15mg/L以上であってもよい。 (3) In the lead-acid battery described in (1) or (2) above, the chemical oxygen demand may be 15 mg/L or more.
上記(3)に記載の鉛蓄電池は、高温過充電状態の試験における寿命性能が更に劣化しにくい。 The lead-acid batteries described in (3) above exhibit less degradation in lifespan performance during high-temperature overcharge tests.
(4)上記(1)~(3)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池において、前記結晶化度は、40%以下であってもよい。 (4) In the lead-acid battery described in any one of (1) to (3) above, the degree of crystallinity may be 40% or less.
上記(4)に記載の鉛蓄電池が具備する多孔質フィルムは、柔軟性に優れることに加え、製造が容易である。 The porous film provided in the lead-acid battery described in (4) above is not only highly flexible but also easy to manufacture.
(5)上記(1)~(4)のいずれか1つに記載の鉛蓄電池において、前記多孔質フィルムは、0.1mm以上0.3mm以下の厚さを有してもよい。 (5) In the lead-acid battery described in any one of (1) to (4) above, the porous film may have a thickness of 0.1 mm or more and 0.3 mm or less.
上記(5)に記載の鉛蓄電池では、多孔質フィルムが十分に薄く、かつ高い強度を有するため、より高い充電受入性と、高温過充電状態の試験におけるより優れた寿命性能を得ることができる。 In the lead-acid battery described in (5) above, the porous film is sufficiently thin yet possesses high strength, thus enabling higher charge acceptance and superior lifespan performance in high-temperature overcharge tests.
本開示に係る鉛蓄電池が具備する多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含む。セパレータのX線回折スペクトルにおいて、100×Ic/(Ic+Ia)で示される結晶化度が18%以上である。ただし、Ic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の積分強度である。Iaは、非晶質領域に相当するハローの積分強度である。 The porous film comprising the lead-acid battery according to this disclosure includes a crystalline region and an amorphous region. In the X-ray diffraction spectrum of the separator, the degree of crystallinity, expressed as 100 × I c / (I c + I a ), is 18% or more. Here, I c is the integrated intensity of the diffraction peak with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region. I a is the integrated intensity of the halo corresponding to the amorphous region.
電解液中のCODを低減することで、有機成分の酸化等による副反応が減少し、正極活物質および負極活物質の充電反応が進行しやすくなるため、充電受入性が向上する。電解液中のCODを160mg/L以下にすると、充電受入性は顕著に向上する。 Reducing the COD in the electrolyte decreases side reactions caused by oxidation of organic components, thereby facilitating the charging reaction of the positive and negative electrode active materials, and improving charge acceptance. Reducing the COD in the electrolyte to 160 mg/L or less significantly improves charge acceptance.
一方、充電受入性が高くなると、その背反として、高温過充電状態の試験において寿命が短くなる傾向がある。この理由は、以下のように推測される。充電受入性が高いことに起因して、より鉛蓄電池が過充電されやすくなると、電解液の分解による水素および酸素の発生量が増加する。正極側で発生した多量の酸素は、多孔質フィルムをアタックする。その結果、多孔質フィルムが酸化劣化して亀裂もしくは破れが発生し、内部短絡が発生して寿命に至る。 On the other hand, while charge acceptance is improved, a trade-off is that the battery life tends to be shorter in high-temperature overcharge tests. The reason for this is presumed to be as follows: Higher charge acceptance makes lead-acid batteries more susceptible to overcharging, leading to increased generation of hydrogen and oxygen due to electrolyte decomposition. The large amount of oxygen generated on the positive electrode side attacks the porous film. As a result, the porous film oxidizes and deteriorates, causing cracks or tears, leading to internal short circuits and ultimately the battery's lifespan.
これに対し、多孔質フィルムの結晶化度が18%以上である場合、電解液中のCODを160mg/L以下まで低減して充電受入性を向上させた場合でも、高温過充電状態の試験における寿命性能の低下が顕著に抑制されることが判明した。これは、結晶化度がある程度まで大きくなると、多孔質フィルムの耐酸化性が顕著に向上するためである。その結果、多孔質フィルムの亀裂もしくは破れが発生するまでの期間が長くなり、寿命性能が向上する。 In contrast, when the crystallinity of the porous film is 18% or higher, even when the COD in the electrolyte is reduced to 160 mg/L or less to improve charge acceptance, the deterioration of lifespan performance in high-temperature overcharge conditions is significantly suppressed. This is because, once the crystallinity reaches a certain level, the oxidation resistance of the porous film improves significantly. As a result, the time until cracks or tears occur in the porous film is extended, improving its lifespan performance.
更に、多孔質フィルムの結晶化度を23%以上にまで向上させると、電解液中のCODを160mg/L以下まで低減した場合の高温過充電状態の試験における寿命性能は顕著に向上する。これは、多孔質フィルムの亀裂もしくは破れが発生するまでの期間が更に長くなり、多孔質フィルムの劣化によって寿命に至ることが稀になるためである。 Furthermore, increasing the crystallinity of the porous film to 23% or higher significantly improves its lifespan performance in high-temperature overcharge tests when the COD in the electrolyte is reduced to 160 mg/L or less. This is because the time until cracks or tears occur in the porous film becomes even longer, making it rare for the porous film to reach the end of its lifespan due to degradation.
正極電極材料の質量の負極電極材料の質量に対する比(以下、「Mp/Mn比」とも称する。)は、例えば1.2以上であり、1.3以上でもよい。Mp/Mn比は、1.4以下でもよい。Mp/Mn比の好ましい範囲は、例えば、1.2以上1.4以下であり、1.3以上1.4以下でもよい。正極電極材料の質量とは、1枚の正極板が有する正極電極材料の質量である。負極電極材料の質量とは、1枚の負極板が有する負極電極材料の質量である。Mp/Mn比を1.2以上まで大きくすることは、負極電極材料の使用量を減少させることを意味する。換言すれば、Mp/Mn比を1.2以上にすることで鉛蓄電池を軽量化できるとともに低コスト化できる。また、Mp/Mn比が1.2以上である場合、正極板の負荷を軽減できるため、正極板の軟化、脱落を抑制しやすくなる。 The ratio of the mass of the positive electrode material to the mass of the negative electrode material (hereinafter also referred to as the "Mp/Mn ratio") is, for example, 1.2 or higher, and may also be 1.3 or higher. The Mp/Mn ratio may also be 1.4 or lower. A preferred range for the Mp/Mn ratio is, for example, 1.2 to 1.4, and may also be 1.3 to 1.4. The mass of the positive electrode material refers to the mass of the positive electrode material contained in one positive electrode plate. The mass of the negative electrode material refers to the mass of the negative electrode material contained in one negative electrode plate. Increasing the Mp/Mn ratio to 1.2 or higher means reducing the amount of negative electrode material used. In other words, by increasing the Mp/Mn ratio to 1.2 or higher, lead-acid batteries can be made lighter and less expensive. Furthermore, when the Mp/Mn ratio is 1.2 or higher, the load on the positive electrode plate can be reduced, making it easier to suppress softening and detachment of the positive electrode plate.
本開示に係る鉛蓄電池は、アイドリングストップ・スタート(ISS)制御される車両用としても適している。 The lead-acid battery described herein is also suitable for use in vehicles with idle stop-start (ISS) control.
本明細書中、液式の鉛蓄電池の満充電状態とは、JIS D 5301:2019の定義によって定められる。より具体的には、25℃±2℃の水槽中で、15分ごとに測定した充電中の端子電圧(単位: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、20時間率電流I20の2倍の電流2I20(単位:A)で、鉛蓄電池を充電した状態を満充電状態とする。なお、20時間率電流I20とは、定格容量に記載のAhの数値の1/20の電流(A)のことである。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。また、制御弁式の鉛蓄電池の場合、満充電状態とは、25℃±2℃の気槽中で、20時間率電流I20の5倍の電流5I20(単位:A)で、2.67V/セル(定格電圧12Vの鉛蓄電池においては16.00V)の定電流定電圧充電を行い、総充電時間が24時間になった時点で充電を終了した状態である。 In this specification, the fully charged state of a liquid-type lead-acid battery is defined according to the definition in JIS D 5301:2019. More specifically, the fully charged state is defined as the state in which the lead-acid battery is charged at a current of 2 I²⁰ (unit: A), which is twice the 20-hour rate current I²⁰ , for three consecutive times in a water bath at 25°C ± 2°C, until the terminal voltage (unit: V) during charging, measured every 15 minutes, or the electrolyte density converted to 20°C, shows a constant value with three significant figures. The 20-hour rate current I²⁰ is 1/20 of the Ah value stated in the rated capacity (A). The value stated as the rated capacity is a value in Ah (ampere-hour). The unit of the current set based on the value stated as the rated capacity is A (ampere). Furthermore, in the case of valve-regulated lead-acid batteries, a fully charged state is defined as a state where charging is performed in an air chamber at 25°C ± 2 °C with a constant current and constant voltage of 2.67V/cell (16.00V for a lead-acid battery with a rated voltage of 12V) at a current of 5I²⁰ (unit: A), five times the 20-hour rate current I²⁰, and charging is completed when the total charging time reaches 24 hours.
満充電状態の鉛蓄電池は、既化成の鉛蓄電池を満充電状態まで充電した鉛蓄電池である。鉛蓄電池を満充電状態まで充電するタイミングは、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でもよい。例えば、化成後で、使用中(好ましくは使用初期)の鉛蓄電池を充電してもよい。 A fully charged lead-acid battery is a lead-acid battery that has been charged to its full capacity after chemical formation. The timing of charging the lead-acid battery to its full capacity can be immediately after chemical formation or after some time has passed. For example, a lead-acid battery in use (preferably in the early stages of use) after chemical formation may be 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 initial use" refers to a battery that has not been in use for very long and has shown little to no degradation.
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るものではない。 The following describes a lead-acid battery according to an embodiment of the present invention with reference to the drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiments.
以下、鉛蓄電池の構成要素の例について説明する。 The following describes examples of components of a lead-acid battery.
(正極板)
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、正極板には、導電層、マット、ペースティングペーパなどの貼付部材が貼り付けられ得る。貼付部材は正極板と一体で使用されるため、極板の構成要素に含まれる。正極板が貼付部材を含む場合、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 plate)
The positive electrode plate comprises 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 adhesive members such as conductive layers, mats, and pasting paper may be attached to the positive electrode plate. Since the adhesive members are used integrally with the positive electrode plate, they are included as components of the electrode plate. When the positive electrode plate includes adhesive members, the positive electrode material is the portion of the positive electrode plate excluding the positive electrode current collector and the adhesive members.
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。加工方法は、例えば、エキスパンド加工でもよく、打ち抜き(パンチング)加工でもよい。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やすい。 The positive electrode current collector may be formed by casting lead (Pb) or a lead alloy, or by processing a lead or lead alloy sheet. The processing method may include, for example, expansion or punching. Using a grid-like current collector as the positive electrode current collector 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に優れるPb-Ca系合金、Pb-Ca-Sn系合金が好ましい。正極集電体は、組成の異なる金属層を有してもよく、金属層は1層でもよく、複数層でもよい。 As the lead alloy used for the positive electrode current collector, Pb-Ca alloys and Pb-Ca-Sn alloys, which have excellent corrosion resistance and mechanical strength, are preferred. The positive electrode current collector may have metal layers with different compositions, and the metal layers may be a single layer or multiple layers.
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を含む。正極活物質は、二酸化鉛、硫酸鉛などを含む。正極電極材料は、必要に応じて、添加剤を含み得る。添加剤は、補強材、アンチモン化合物などを含み得る。補強材としては、例えば、無機繊維、有機繊維などが挙げられる。 The positive electrode material contains a positive electrode active material that exhibits capacity through a redox reaction. The positive electrode active material includes lead dioxide, lead sulfate, etc. The positive electrode material may also contain additives as needed. These additives may include reinforcing materials, antimony compounds, etc. Examples of reinforcing materials include inorganic fibers and organic fibers.
未化成の正極板は、正極集電体と正極集電体に充填された正極ペーストを熟成し、乾燥させることにより得られる。正極ペーストは、鉛粉、水および硫酸を含む混合物を混練することで調製される。正極ペーストは、必要に応じて、添加剤を含み得る。添加剤は、補強材、アンチモン化合物などを含み得る。このような正極板は、ペースト式正極板とも称される。 Unformed positive electrode plates are obtained by maturing and drying a positive electrode current collector and a positive electrode paste filled in the current collector. The positive electrode paste is prepared by kneading a mixture containing lead powder, water, and sulfuric acid. The positive electrode paste may contain additives as needed. These additives may include reinforcing materials, antimony compounds, etc. Such positive electrode plates are also called paste-type positive electrode plates.
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し、極板群を充電することにより行ってもよい。化成は、鉛蓄電池または極板群の組み立て前に行ってもよい。 A positive electrode plate can be obtained by chemically treating an untreated positive electrode plate. Chemical treatment may be carried out by immersing the electrode plate group, including the untreated positive electrode plate, in an electrolyte containing sulfuric acid within the lead-acid battery case, and then charging the electrode plate group. Chemical treatment may also be performed before the assembly of the lead-acid battery or the electrode plate group.
(負極板)
負極板は、負極集電体と、負極電極材料とを備える。負極電極材料は、負極集電体に保持されている。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、導電層、マット、ペースティングペーパなどの貼付部材が貼り付けられ得る。貼付部材は負極板の構成要素に含まれる。負極板が貼付部材を含む場合、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 comprises a negative electrode current collector and a negative electrode material. The negative electrode material is held by the negative electrode current collector. The negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative electrode current collector. Note that adhesive members such as conductive layers, mats, and pasting paper may be attached to the negative electrode plate. The adhesive members are included as components of the negative electrode plate. When the negative electrode plate includes adhesive members, the negative electrode material is the portion of the negative electrode plate excluding the negative electrode current collector and the adhesive members.
負極集電体は、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。加工方法は、エキスパンド加工でもよく、打ち抜き(パンチング)加工でもよい。負極集電体として格子状の集電体を用いると、負極電極材料を担持させやすい。 The negative electrode current collector may be formed by casting lead (Pb) or a lead alloy, or by processing a lead or lead alloy sheet. The processing method may be expansion or punching. Using a grid-like current collector as the negative electrode current collector makes it easier to support the negative electrode material.
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。負極集電体に用いる鉛合金は、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る少なくとも1種を含んでもよい。負極集電体は、組成の異なる金属層を有してもよく、金属層は1層でもよく、複数層でもよい。 The lead alloy used in the negative electrode current collector may be any of the following: Pb-Sb alloy, Pb-Ca alloy, or Pb-Ca-Sn alloy. The lead alloy used in the negative electrode current collector may also contain at least one additive element selected from the group consisting of Ba, Ag, Al, Bi, As, Se, Cu, etc. The negative electrode current collector may have metal layers with different compositions, and the metal layers may be a single layer or multiple layers.
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を含む。負極活物質は、鉛、硫酸鉛などを含む。負極電極材料は、質量基準で100ppm以上300ppm以下のBi元素を含んでもよい。負極電極材料は、必要に応じて、他の添加剤を含み得る。添加剤は、有機防縮剤、炭素質材料、硫酸バリウムなどを含み得る。 The negative electrode material contains a negative electrode active material that exhibits capacity through a redox reaction. The negative electrode active material includes lead, lead sulfate, etc. The negative electrode material may also contain 100 ppm to 300 ppm of element Bi by mass. The negative electrode material may contain other additives as needed. These additives may include organic shrinkage inhibitors, carbonaceous materials, barium sulfate, etc.
有機防縮剤としては、リグニン、リグニンスルホン酸、合成有機防縮剤などが挙げられる。合成有機防縮剤は、例えばフェノール化合物のホルムアルデヒド縮合物などであり得る。有機防縮剤は、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。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1質量%以下である。 Examples of organic shrinkage inhibitors include lignin, lignin sulfonic acid, and synthetic organic shrinkage inhibitors. Synthetic organic shrinkage inhibitors may include, for example, formaldehyde condensates of phenolic compounds. Organic shrinkage inhibitors may be used individually or in combination of two or more. The content of the organic shrinkage inhibitor in the negative electrode material is, for example, 0.01% by mass or more and 1% by mass or less.
炭素質材料としては、カーボンブラック、人造黒鉛、天然黒鉛、ハードカーボン、ソフトカーボンなどを用い得る。炭素質材料は、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。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3質量%以下である。 As carbonaceous materials, carbon black, artificial graphite, natural graphite, hard carbon, soft carbon, etc., can be used. One type of carbonaceous material may be used alone, or two or more types may be used in combination. The carbonaceous material content in the negative electrode material is, for example, 0.1% by mass or more and 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 and 3% by mass or less.
未化成の負極板は、負極集電体と負極集電体に充填された負極ペーストを熟成し、乾燥させることにより得られる。熟成は、室温より高温かつ高湿度の雰囲気下で行うことが好ましい。負極ペーストは、鉛粉、水および硫酸を含む混合物を混練することで調製される。負極ペーストは、必要に応じて、添加剤を含み得る。添加剤は、ビスマス化合物(例えば、硫酸ビスマス)、有機防縮剤、炭素質材料、硫酸バリウムなどを含み得る。 The unformed negative electrode plate is obtained by aging and drying the negative electrode current collector and the negative electrode paste filled in the negative electrode current collector. Aging is preferably carried out in an atmosphere with a temperature higher than room temperature and high humidity. The negative electrode paste is prepared by kneading a mixture containing lead powder, water, and sulfuric acid. The negative electrode paste may contain additives as needed. These additives may include bismuth compounds (e.g., bismuth sulfate), organic shrinkage inhibitors, carbonaceous materials, barium sulfate, etc.
未化成の負極板を化成することにより負極板が得られる。化成は、鉛蓄電池の電槽内の硫酸を含む電解液中に、未化成の負極板を含む極板群を浸漬し、極板群を充電することにより行ってもよい。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。充電状態の負極活物質は、海綿状鉛を含む。 A negative electrode plate is obtained by chemically treating an untreated negative electrode plate. Chemical treatment may be carried out by immersing the electrode plate group, including the untreated negative electrode plate, in an electrolyte containing sulfuric acid in the lead-acid battery case, and charging the electrode plate group. Chemical treatment may also be carried out before the assembly of the lead-acid battery or the electrode plate group. The charged negative electrode active material contains spongy lead.
(電解液)
電解液は、硫酸を含む水溶液である。電解液は、必要に応じてゲル化させてもよい。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。電解液の20℃における密度は、例えば、1.10以上である。電解液の20℃における密度は、1.35以下であってもよい。なお、これらの密度は、満充電状態の鉛蓄電池の電解液についての値である。
(electrolyte)
The electrolyte is an aqueous solution containing sulfuric acid. The electrolyte may be gelled as needed. 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. The density of the electrolyte at 20°C is, for example, 1.10 or higher. The density of the electrolyte at 20°C may be 1.35 or lower. These densities are values for the electrolyte of a fully charged lead-acid battery.
高い受電受入性を確保するためには、電解液中のCODを160mg/L以下にすればよいが、130mg/L以下でもよく、100mg/L以下としてもよく、80mg/L以下としてもよい。また、電解液中のCODは、15mg/L以上でもよく、25mg/L以上でもよく、50mg/L以上でもよく、80mg/L以上でもよい。電解液中のCODの好ましい範囲は、例えば、15mg/L以上160mg/L以下であり、25mg/L以上130mg/L以下でもよく、50mg/L以上100mg/L以下でもよい。 To ensure high power acceptance, the COD in the electrolyte should be 160 mg/L or less, but it may also be 130 mg/L or less, 100 mg/L or less, or 80 mg/L or less. Furthermore, the COD in the electrolyte may be 15 mg/L or more, 25 mg/L or more, 50 mg/L or more, or 80 mg/L or more. A preferred range for the COD in the electrolyte is, for example, 15 mg/L to 160 mg/L, but it may also be 25 mg/L to 130 mg/L, or 50 mg/L to 100 mg/L.
電解液中のCOD量は、例えば、以下の方法で制御し得る。以下の方法を一つ採用してもよく、複数組み合わせてもよい。
(1)電解液中の有機系添加剤の濃度を調整する。
(2)電解液以外の構成要素に含まれる有機成分の含有率を調整する。「電解液以外の構成要素」としては、セパレータ、正極板または負極板の集電体、並びに正極電極材料または負極電極材料が挙げられる。すなわち、(2)の方法は次の3つの方法に大別できる。
(2-1)多孔質フィルムに含まれる比較的低分子量の有機系添加剤の含有率を制御する。有機系添加剤としては、浸透剤、オイルなどが挙げられる。
(2-2)正極板もしくは負極板の集電体または集電体に加工する前の金属板に付着した切削油の少なくとも一部を洗浄等により除去する。
(2-3)正極電極材料もしくは負極電極材料に含まれる有機成分および炭素質材料の少なくとも一方の含有率を制御する。電極材料に含まれる有機成分には有機防縮剤も含まれる。
The amount of COD in the electrolyte can be controlled, for example, by the following methods. One of these methods may be used, or a combination of several may be used.
(1) Adjust the concentration of organic additives in the electrolyte.
(2) Adjust the content of organic components in components other than the electrolyte. "Components other than the electrolyte" include separators, current collectors for positive or negative electrode plates, and positive or negative electrode materials. In other words, the method in (2) can be broadly divided into the following three methods.
(2-1) Control the content of relatively low molecular weight organic additives in the porous film. Examples of organic additives include penetrants and oils.
(2) Remove at least a portion of the cutting oil adhering to the current collector of the positive or negative electrode plate, or to the metal plate before it is processed into a current collector, by washing or other means.
(2-3) Control the content of at least one of the organic component and carbonaceous material contained in the positive electrode material or the negative electrode material. The organic component contained in the electrode material also includes an organic shrinkage inhibitor.
集電体または金属板の洗浄には、有機溶剤を用い得る。有機溶剤としては、例えば、アルコール、ケトン、エステル、エーテル、アミド、およびスルホキシドから選択される少なくとも一種が挙げられる。アルコールとしては、例えば、エタノールが挙げられる。ケトンとしては、例えば、アセトン、エチルメチルケトンが挙げられる。エステルとしては、例えば、酢酸エチルが挙げられる。エーテルとしては、例えば、テトラヒドロフランが挙げられる。アミドとしては、例えば、ジメチルホルムアミド、N-メチル-2-ピロリドンが挙げられる。スルホキシドとしては、例えば、ジメチルスルホキシドが挙げられる。 Organic solvents may be used to clean the current collector or metal plate. Examples of organic solvents include at least one selected from alcohols, ketones, esters, ethers, amides, and sulfoxides. Examples of alcohols include ethanol. Examples of ketones include acetone and ethyl methyl ketone. Examples of esters include ethyl acetate. Examples of ethers include tetrahydrofuran. Examples of amides include dimethylformamide and N-methyl-2-pyrrolidone. Examples of sulfoxides include dimethyl sulfoxide.
電解液中のCODを過度に上昇させないように、集電体または金属板の洗浄に用いる有機溶剤として、水洗により除去しやすい有機溶剤、水と混和する有機溶剤などを用いることが望ましい。洗浄時間は、例えば、水と混和する有機溶剤中で3秒以上であることが好ましい。洗浄時間の上限は特に限定されず、例えば、60秒以下であってもよい。 To prevent an excessive increase in COD in the electrolyte, it is desirable to use organic solvents that are easily removed by rinsing with water, or organic solvents that are miscible with water, as the organic solvents used to clean the current collector or metal plate. The cleaning time is preferably 3 seconds or more in an organic solvent that is miscible with water. There is no particular upper limit to the cleaning time; for example, it may be 60 seconds or less.
鉛蓄電池の組み立てに供される電解液は、有機系添加剤を含んでもよい。有機系添加剤としては、例えば、界面活性剤が挙げられる。しかし、鉛蓄電池に含まれる電解液中のCOD量を低く抑える観点から、鉛蓄電池の組み立てに供される電解液は、有機系添加剤を含まないことが好ましい。 The electrolyte used in the assembly of lead-acid batteries may contain organic additives. Examples of organic additives include surfactants. However, from the viewpoint of keeping the COD (Chemical Oxide) content in the electrolyte of lead-acid batteries low, it is preferable that the electrolyte used in the assembly of lead-acid batteries does not contain organic additives.
電解液のCODは、JIS K 0102-1:2021の「17.2酸性過マンガン酸カリウムによる酸素消費量(CODMn)」に準拠して測定される。
COD(CODMn)は、下記式により求められる。このとき、CODMnは、有効数字2桁、小数第1位、および下限値<0.5で求められる。
CODMn=(滴定値-BL)×F×1000/V×0.2
滴定値:電解液から調製したサンプルの滴定に要した5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液の量(mL)
ブランク(BL):蒸留水を用いた試験での滴定に要した5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液の量(mL)
F:5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液のファクター
V:電解液から調製したサンプル(滴定に用いられたサンプル)の量(mL)
0.2:5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液1mLの酸素相当量(mg)
The COD of the electrolyte is measured in accordance with JIS K 0102-1:2021, "17.2 Oxygen consumption by acidic potassium permanganate (CODMn)".
The COD (CODMn) is calculated using the following formula. In this calculation, CODMn is calculated with two significant figures, one decimal place, and a lower limit of <0.5.
CODMn=(titration value-BL)×F×1000/V×0.2
Titration value: The volume (mL) of 5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution required to titrate the sample prepared from the electrolyte.
Blank (BL): The volume (mL) of 5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution required for titration in a test using distilled water.
F: Factor of a 5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution. V: Volume (mL) of the sample prepared from the electrolyte (the sample used for titration).
Oxygen equivalent (mg) in 1 mL of 0.2:5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution
滴定用サンプルは、次のような手順で調製される。まず、初期の満充電状態の鉛蓄電池から電解液を300mL容積の三角フラスコに採取する。電解液の採取量は、最大100mLとし、滴定量が3.5mL~5.5mLの範囲になるように調節する。採取量が100mL未満の場合には、採取量を測定し、希釈後の量が100mLになるまで蒸留水を添加する。このようにして、電解液のサンプルを準備する。また、BL用のサンプルとして、蒸留水100mLを別の300mL容積の三角フラスコに準備する。BLの測定は、電解液から調製されるサンプルの滴定を行う毎に実施する。 The titration sample is prepared using the following procedure. First, the electrolyte is collected from a fully charged lead-acid battery into a 300 mL Erlenmeyer flask. The amount of electrolyte collected should be a maximum of 100 mL, adjusted so that the titration volume is between 3.5 mL and 5.5 mL. If the collected amount is less than 100 mL, measure the amount and add distilled water until the diluted volume reaches 100 mL. In this way, the electrolyte sample is prepared. Additionally, 100 mL of distilled water is prepared in a separate 300 mL Erlenmeyer flask as a sample for BL (Body Line). BL measurement is performed each time the sample prepared from the electrolyte is titrated.
100mLの電解液のサンプルおよびBL用の蒸留水のサンプルから滴定用のサンプルを次の手順でそれぞれ調製する。まず、上記サンプルに、5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液10mLをホールピペットで加え、撹拌する。次いで、各三角フラスコを、沸騰した水浴中に入れて30分間加熱する。このとき、水浴内の水は常に沸騰した状態で、水浴の液面が、三角フラスコ内の液体の液面以下にならないようにする。30分の加熱の後、三角フラスコを取り出して、直ちに、12.5mmol/L濃度のしゅう酸ナトリウム水溶液10mLをホールピペットで三角フラスコ内の液体に加える。液体の温度が50℃~60℃の範囲内になるまで冷却することによって、滴定用のサンプルを準備する。なお、サンプルが塩化物イオンを含む場合には、500g/L濃度の硝酸銀水溶液2mLをメスピペットで加えて、得られる混合物を、沈殿がなくなり透明な液体になるまでよく攪拌する。白濁が無くならない場合は、白濁が無くなるまで、さらに硝酸銀水溶液を少しずつ加えながら、撹拌する。硝酸銀水溶液は、全体として、各サンプルに含まれる塩化物イオンの当量より、硝酸銀が1g過剰になるような添加量で加える。硝酸銀水溶液は、上記のサンプルに添加される。 Prepare titration samples from 100 mL of electrolyte solution and distilled water for BL using the following procedure. First, add 10 mL of 5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution to the above sample using a volumetric pipette and stir. Next, place each Erlenmeyer flask in a boiling water bath and heat for 30 minutes. During this time, ensure that the water in the water bath is always boiling and that the liquid level in the water bath does not fall below the liquid level in the Erlenmeyer flask. After 30 minutes of heating, remove the Erlenmeyer flask and immediately add 10 mL of 12.5 mmol/L sodium oxalate aqueous solution to the liquid in the Erlenmeyer flask using a volumetric pipette. Prepare the titration sample by cooling the liquid until the temperature is within the range of 50°C to 60°C. If the sample contains chloride ions, add 2 mL of 500 g/L silver nitrate aqueous solution using a volumetric pipette and stir the resulting mixture well until no precipitate remains and the liquid becomes clear. If the cloudiness persists, continue adding silver nitrate solution little by little while stirring until the cloudiness disappears. The amount of silver nitrate solution added should be such that the total amount of silver nitrate is 1g more than the equivalent amount of chloride ions contained in each sample. The silver nitrate solution is then added to the sample described above.
準備した滴定用のサンプルは、それぞれ、5mmol/L濃度の過マンガン酸カリウム水溶液で滴定する。滴定の際、三角フラスコ内の液体がわずかに紅い色を呈したら滴定を停止し、30秒程度静置して、紅い色が消えていないかを確認する。紅い色が消えた場合には、紅い色が消えなくなるまで、滴定と、静置とを繰り返す。電解液から調製されたサンプルと蒸留水から調製されたサンプルとについて、滴定に要した過マンガン酸カリウム水溶液の量(mL)を、上記式の滴定値およびBLとして用いて、電解液のCODを求める。サンプルの調製において、電解液を蒸留水で希釈した場合には、希釈分を考慮して、希釈前の電解液のCODを算出する。 Each prepared sample for titration is titrated with a 5 mmol/L potassium permanganate aqueous solution. During titration, when the liquid in the Erlenmeyer flask turns slightly red, stop the titration and allow it to stand for approximately 30 seconds to check if the red color has disappeared. If the red color disappears, repeat the titration and standing process until the red color is no longer present. For both the sample prepared from the electrolyte and the sample prepared from distilled water, the amount of potassium permanganate aqueous solution (mL) required for titration is used as the titration value and BL (Block Line) in the above formula to determine the COD of the electrolyte. If the electrolyte is diluted with distilled water during sample preparation, the COD of the undiluted electrolyte should be calculated taking the dilution into account.
(多孔質フィルム)
多孔質フィルムは、細孔を有する樹脂フィルムである。多孔質フィルムは、ポリマー材料を含む。多孔質フィルムは、必要に応じて、オイル、無機粒子、浸透剤、造孔剤などの任意成分を含む。樹脂フィルムを構成するポリマー材料(以下、ベースポリマーとも称する。)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(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。
(Porous film)
A porous film is a resin film having pores. A porous film contains a polymer material. A porous film may optionally contain components such as oil, inorganic particles, penetrating agents, and pore-forming agents. The polymer material constituting the resin film (hereinafter also referred to as the base polymer) includes, for example, polyolefins. A polyolefin is a polymer containing at least olefin units (monomer units derived from olefins).
ベースポリマーは、通常、結晶性ポリマーを含む。結晶性ポリマーは、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 base polymer typically includes crystalline polymers. Crystalline polymers include, for example, polyolefins. A polyolefin is a polymer containing at least olefin units (i.e., a polymer containing at least monomer units derived from olefins).
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。結晶性ポリマー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、結晶性ポリマー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、結晶化度を上記の範囲とすることにより、高い高温過充電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 ratio of polyolefins to the total base polymer in the crystalline polymer is, for example, 50% by mass or more, may be 80% by mass or more, or 90% by mass or more. The ratio of polyolefins is, for example, 100% by mass or less. The base polymer may also be composed solely of polyolefins. While such a high ratio of polyolefins tends to lower the oxidation resistance of the crystalline polymer, even in such cases, high high-temperature overcharge life performance can be ensured by maintaining the degree of crystallinity within the above range.
多孔質フィルムは、ベースポリマーの分子が比較的規則正しく配列した(つまり、配列性が高い)結晶質領域と、配列性が低い非晶質領域とを含む。そのため、多孔質フィルムのXRDスペクトルでは、結晶質領域による回折ピークが観察されるとともに、非晶質領域による散乱光がハローとして観察される。多孔質フィルムのXRDスペクトルにおいて、100×Ic/(Ic+Ia)で表される結晶化度が18%以上であることによって、CODが低く、充電受入性が高い場合でも、優れた高温過充電寿命性能が得られる。 Porous films contain crystalline regions where the base polymer molecules are relatively regularly arranged (i.e., highly aligned) and amorphous regions with low alignment. Therefore, in the XRD spectrum of a porous film, diffraction peaks from the crystalline regions are observed, as well as scattered light from the amorphous regions, which is observed as a halo. In the XRD spectrum of a porous film, a crystallinity of 18% or more, expressed as 100 × I c / (I c + I a ), results in excellent high-temperature overcharge life performance even with low COD and high charge acceptance.
ここで、Ic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)の積分強度であり、Iaは、非晶質領域に相当するハローの積分強度である。 Here, Ic is the integrated intensity of the diffraction peak with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region (the first diffraction peak), and Ia is the integrated intensity of the halo corresponding to the amorphous region.
例えば、エチレン単位を含むポリオレフィンを含むセパレータの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。 For example, in the XRD spectrum of a separator containing a polyolefin with ethylene units, diffraction peaks corresponding to the (110) plane in the crystalline region are observed in the range where 2θ is between 20° and 22.5°, and diffraction peaks corresponding to the (200) plane in the crystalline region are observed in the range where 2θ is between 23° and 24.5°. Furthermore, a halo in the amorphous region is observed in the range where 2θ is between 17° and 27°. Among 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.
結晶化度は、18%以上であればよいが、より高い高温過充電寿命性能を確保する観点からは、23%以上または25%以上であってもよい。結晶化度は、40%以下であってもよく、37%以下または35%以下であってもよい。結晶化度がこのような範囲である場合、多孔質フィルムの柔軟性を担保し易いことに加え、製造が容易である。 The degree of crystallinity should ideally be 18% or higher, but from the perspective of ensuring higher high-temperature overcharge lifespan performance, it may be 23% or higher, or even 25% or higher. The degree of crystallinity may also be 40% or lower, or 37% or lower, or 35% or lower. When the degree of crystallinity is within this range, it is easier to ensure the flexibility of the porous film, and manufacturing is also easier.
多孔質フィルムの結晶化度は、18%以上40%以下、23%以上37%以下、25%以上35%以下、23%以上40%以下、あるいは23%以上35%以下であってもよい。 The degree of crystallinity of the porous film may be 18% to 40%, 23% to 37%, 25% to 35%, 23% to 40%, or 23% to 35%.
回折ピークおよびハローの積分強度は、セパレータのXRDスペクトルにおいて、結晶質領域による回折ピークと非晶質領域によるハローと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回折ピークの積分強度Icおよびハローの積分強度Iaを用いて、上記の式から結晶化度が求められる。 The integrated intensities of the diffraction peak and halo are obtained by fitting the diffraction peak from the crystalline region and the halo from the amorphous region in the XRD spectrum of the separator. Using the obtained integrated intensity Ic of the first diffraction peak and the integrated intensity Ia of the halo, the degree of crystallinity can be determined from the above formula.
ポリオレフィンには、例えば、オレフィンの単独重合体、異なるオレフィン単位を含む共重合体、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体が包含される。オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上のオレフィン単位を含んでいてもよい。また、オレフィン単位および共重合性モノマー単位を含む共重合体は、1種または2種以上の共重合性モノマー単位を含んでいてもよい。共重合性モノマー単位とは、オレフィン以外で、かつオレフィンと共重合可能な重合性モノマーに由来するモノマー単位である。 Polyolefins include, for example, homopolymers of olefins, copolymers containing different olefin units, and copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units. Copolymers containing olefin units and copolymerizable monomer units may contain one or more types of olefin units. Furthermore, 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 C2-3 olefins as monomer units. Examples of C2-3 olefins include at least one selected from the group consisting of ethylene and propylene. More preferably, polyolefins include polyethylene, polypropylene, and copolymers containing C2-3 olefins as monomer units (e.g., ethylene-propylene copolymers). Among polyolefins, it is preferable to use polyolefins containing at least ethylene units (e.g., polyethylene, ethylene-propylene copolymers). Polyolefins containing ethylene units (e.g., polyethylene, ethylene-propylene copolymers) may be used in combination with other polyolefins.
多孔質フィルムは、オイルを含むことが好ましい。多孔質フィルムがオイルを含む場合、多孔質フィルムの酸化劣化を抑制する効果をさらに高めることができるため、より高い高温過充電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。多孔質フィルムは、オイルを一種含んでもよく、二種以上組み合わせて含んでもよい。 The porous film preferably contains oil. When the porous film contains oil, the effect of suppressing oxidative degradation of the porous film can be further enhanced, thereby ensuring higher high-temperature overcharge life performance. Oil refers to a hydrophobic substance that is liquid at room temperature (20°C to 35°C) and separates from water. Oils include naturally derived oils, mineral oils, and synthetic oils. Mineral oils and synthetic oils are preferred. Examples of oils include paraffin oil and silicone oil. The porous film may contain one type of oil, or a combination of two or more types.
多孔質フィルム中のオイルの含有率は、11質量%以上18質量%以下が好ましい。オイルの含有率がこのような範囲である場合、多孔質フィルムの酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる。また、多孔質フィルムの抵抗を比較的低く抑えることができる。 The oil content in the porous film is preferably 11% by mass or more and 18% by mass or less. When the oil content is within this range, the effect of suppressing oxidative degradation of the porous film is further enhanced. Furthermore, the resistance of the porous film can be kept relatively low.
多孔質フィルムは、シート状であってもよい。また、蛇腹状に折り曲げたシートを多孔質フィルムとして用いてもよい。多孔質フィルムは袋状に形成してもよい。正極板または負極板のうちのいずれか一方を袋状の多孔質フィルムに包んでもよい。 The porous film may be in sheet form. Alternatively, a sheet folded in an accordion-like manner may be used as the porous film. The porous film may also be formed into a bag shape. Either the positive or negative electrode plate may be wrapped in a bag-shaped porous film.
多孔質フィルムは、リブを有してもよく、リブを有さなくてもよい。リブを有する多孔質フィルムは、例えば、ベース部とベース部の表面から立設されたリブとを備える。リブは、多孔質フィルムまたは各ベース部の一方の表面のみに設けてもよく、両方の表面にそれぞれ設けてもよい。なお、多孔質フィルムのベース部とは、多孔質フィルムの構成部位のうち、リブなどの突起を除く部分であり、多孔質フィルムの外形を画定するシート状の部分をいう。 A porous film may or may not have ribs. A porous film with ribs, for example, comprises a base portion and ribs erected from the surface of the base portion. The ribs may be provided on only one surface of the porous film or each base portion, or on both surfaces. The base portion of a porous film refers to the sheet-like portion that defines the outer shape of the porous film, excluding protrusions such as ribs.
多孔質フィルムの厚さは、例えば、0.09mm以上である。より高い高温過充電寿命性能が得られる観点からは、0.1mm以上または0.15mm以上が好ましい。多孔質フィルムの厚さは、例えば、0.3mm以下である。多孔質フィルムの抵抗を低く抑える観点からは、多孔質フィルムの厚さは、0.25mm以下または0.2mm以下であってもよい。多孔質フィルムの厚さとは、多孔質フィルムの電極材料に対向する部分における平均厚さを意味する。多孔質フィルムが、ベース部とベース部の少なくとも一方の表面から立設されたリブとを備える場合には、多孔質フィルムの厚さとは、ベース部における平均厚さである。多孔質フィルムに貼付部材(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、多孔質フィルムの厚さには含まれない。 The thickness of the porous film is, for example, 0.09 mm or more. From the viewpoint of obtaining higher high-temperature overcharge life performance, 0.1 mm or more or 0.15 mm or more is preferable. The thickness of the porous film is, for example, 0.3 mm or less. From the viewpoint of keeping the resistance of the porous film low, the thickness of the porous film may be 0.25 mm or less or 0.2 mm or less. The thickness of the porous film refers to the average thickness of the portion of the porous film facing the electrode material. If the porous film comprises a base portion and ribs erected from at least one surface of the base portion, the thickness of the porous film refers to the average thickness of the base portion. If an adhesive member (mat, pasting paper, etc.) is attached to the porous film, the thickness of the adhesive member is not included in the thickness of the porous film.
多孔質フィルムの厚さは、0.09mm以上0.3mm以下(または0.25mm以下)、0.09mm以上0.2mm以下、0.1mm以上(または0.15mm以上)0.3mm以下、0.1mm以上(または0.15mm以上)0.25mm以下、あるいは0.1mm以上(または0.15mm以上)0.2mm以下であってもよい。 The thickness of the porous film may be 0.09 mm or more and 0.3 mm or less (or 0.25 mm or less), 0.09 mm or more and 0.2 mm or less, 0.1 mm or more (or 0.15 mm or more) and 0.3 mm or less, 0.1 mm or more (or 0.15 mm or more) and 0.25 mm or less, or 0.1 mm or more (or 0.15 mm or more) and 0.2 mm or less.
多孔質フィルム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 porous film 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 (projection height).
多孔質フィルム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。多孔質フィルム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 region of the porous film facing the positive electrode plate may be 0.4 mm or more. The height of the ribs provided in the region of the porous film facing the positive electrode plate may be 1.2 mm or less.
多孔質フィルムは、例えば、ベースポリマーと、造孔剤と、浸透剤(界面活性剤)とを含む樹脂組成物をシート状に押出成形し、延伸処理した後、造孔剤の少なくとも一部を除去することにより得られる。少なくとも一部の造孔剤を除去することで、ベースポリマーのマトリックス中に微細孔が形成される。シート状の多孔質フィルムは、造孔剤を除去した後、必要に応じて乾燥処理される。例えば、押出成形する際のシートの冷却速度、延伸処理の際の延伸倍率、および乾燥処理の際の温度からなる群より選択される少なくとも1つを調節することによって、結晶化度が調節される。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、結晶化度が高くなる傾向がある。延伸処理は、二軸延伸によって行ってもよいが、通常、一軸延伸によって行われる。シート状の多孔質フィルムは、必要に応じて、蛇腹状に折り曲げたり、袋状に加工したりしてもよい。 Porous films are 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 it, 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 matrix of the base polymer. After the removal of the pore-forming agent, the sheet-like porous film is dried as needed. For example, the degree of crystallinity is adjusted by adjusting at least one selected from the group consisting of the cooling rate of the sheet during extrusion, the stretching ratio during stretching, and the temperature during drying. For example, rapidly cooling the sheet during extrusion, increasing the stretching ratio, or lowering the drying temperature tends to increase the degree of crystallinity. Stretching may be performed by biaxial stretching, but is usually performed by uniaxial stretching. The sheet-like porous film may be folded into an accordion shape or processed into a bag shape as needed.
リブを有する多孔質フィルムでは、リブは、樹脂組成物を押出成形する際にシートに形成してもよい。また、リブは、樹脂組成物をシート状に成形した後または造孔剤を除去した後に、各リブに対応する溝を有するローラでシートを押圧することにより形成してもよい。 In porous films with ribs, the ribs may be formed on the sheet during the extrusion molding of the resin composition. Alternatively, the ribs may be formed after the resin composition has been formed into a sheet or after the porosizing agent has been removed, by pressing the sheet with a roller having grooves corresponding to each rib.
造孔剤としては、液状造孔剤および固形造孔剤などが挙げられる。造孔剤は、少なくともオイルを含むことが好ましい。オイルを用いることで、オイルを含有する多孔質フィルムが得られ、酸化劣化を抑制する効果がさらに高まる。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. Preferably, the pore-forming agent contains at least oil. Using oil allows for the production of a porous film containing oil, further enhancing the effect of suppressing oxidative degradation. The pore-forming agent may be used alone or in combination of two or more types. Oil may be used in combination with other pore-forming agents. Liquid pore-forming agents and solid pore-forming agents may also be used in combination. Note that at room temperature (20°C to 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、上述のオイルが好ましい。固形造孔剤としては、例えば、ポリマー粉末が挙げられる。 As a liquid pore-forming agent, the oils mentioned above are preferred. As a solid pore-forming agent, polymer powders are examples.
多孔質フィルム中の造孔剤の量は、種類によっては変化することがある。多孔質フィルム中の造孔剤の量は、ベースポリマー100質量部あたり、例えば、30質量部以上である。造孔剤の量は、ベースポリマー100質量部あたり、例えば、60質量部以下である。 The amount of pore-forming agent in a porous film may vary depending on the type. The amount of pore-forming agent in a porous film is, for example, 30 parts by mass or more per 100 parts by mass of the base polymer. Alternatively, the amount of pore-forming agent may be, for example, 60 parts by mass or less per 100 parts by mass of the base polymer.
例えば、造孔剤としてのオイルを用いて形成されるシートから、溶剤を用いて一部のオイルを抽出除去することによって、オイルを含有する多孔質フィルムが形成される。溶剤は、例えば、オイルの種類に応じて選択される。例えば、溶剤の種類および組成、抽出条件(抽出時間、抽出温度、溶剤を供給する速度など)などを調節することによって、多孔質フィルム中のオイルの含有率が調節される。 For example, a porous film containing oil is formed by extracting and removing some of the oil from a sheet formed using oil as a pore-forming agent, using a solvent. The solvent is selected, for example, depending on the type of oil. The oil content in the porous film can be adjusted by controlling, for example, the type and composition of the solvent, and the extraction conditions (extraction time, extraction temperature, solvent supply rate, 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 a penetrating agent may be either an ionic surfactant or a nonionic surfactant. The surfactant may be used alone or in combination of two or more types.
多孔質フィルム中の浸透剤の含有率は、例えば、0.01質量%以上であり、0.1質量%以上であってもよい。多孔質フィルム中の浸透剤の含有率は、10質量%以下であってもよい。電解液中のCODを低く抑え、充電受入性を向上させる観点から、多孔質フィルム中の浸透剤の含有率は、3質量%以下、または1質量%以下であってもよく、0.5質量%以下が好ましく、0.2質量%以下がより好ましい。 The content of the penetrant in the porous film is, for example, 0.01% by mass or more, and may be 0.1% by mass or more. The content of the penetrant in the porous film may be 10% by mass or less. From the viewpoint of suppressing COD in the electrolyte and improving charge acceptance, the content of the penetrant in the porous film may be 3% by mass or less, or 1% by mass or less, preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.2% by mass or less.
多孔質フィルム(または多孔質フィルムの製造に供される樹脂組成物)は、無機粒子を含んでもよい。 Porous films (or resin compositions used in the manufacture of porous films) may contain inorganic particles.
無機粒子としては、例えば、セラミックス粒子が好ましい。セラミックス粒子を構成するセラミックスとしては、例えば、シリカ、アルミナ、およびチタニアからなる群より選択される少なくとも一種が挙げられる。 As inorganic particles, ceramic particles are preferred, for example. Examples of ceramics constituting the ceramic particles include at least one selected from the group consisting of silica, alumina, and titania.
多孔質フィルム中の無機粒子の含有率は、例えば、40質量%以上であってもよい。無機粒子の含有率は、例えば、80質量%以下であり、70質量%以下であってもよい。 The inorganic particle content in the porous film may be, for example, 40% by mass or more. Alternatively, the inorganic particle content may be, for example, 80% by mass or less, or 70% by mass or less.
以下、評価、測定方法について説明する。
(1)多孔質フィルムの分析またはサイズの計測
(多孔質フィルムの準備)
多孔質フィルム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多孔質フィルムが用いられる。鉛蓄電池から取り出した多孔質フィルムは、分析または計測に先立って、洗浄および乾燥される。
The evaluation and measurement methods are described below.
(1) Analysis or size measurement of porous film (Preparation of porous film)
For the analysis or size measurement of porous films, porous films extracted from unused separators or from fully charged lead-acid batteries in their initial stages of use are used. The porous films extracted from lead-acid batteries are washed and dried prior to analysis or measurement.
鉛蓄電池から取り出した多孔質フィルム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多孔質フィルムを純水中に1時間浸漬し、多孔質フィルム中の硫酸を除去する。次いで浸漬していた液体から多孔質フィルムを取り出して、25℃±5℃環境下で、16時間以上静置し、乾燥させる。 The cleaning and drying of the porous film removed from the lead-acid battery is performed using the following procedure: The porous film is immersed in pure water for one hour to remove sulfuric acid from the film. Then, the porous film is removed from the liquid and allowed to stand at 25°C ± 5°C for at least 16 hours to dry.
(XRDスペクトル)
多孔質フィルムのXRDスペクトルは、多孔質フィルム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、多孔質フィルムの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フィルムでは、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、以下の条件で行われる。
(XRD spectrum)
The XRD spectrum of a porous film is measured by irradiating the porous film surface with X-rays perpendicular to it. A sample for measurement is prepared by processing the portion of the porous film facing the electrode material into a strip. For porous films with ribs, the sample is prepared by processing the base portion into a strip, excluding the ribs. XRD spectrum measurement and fitting are performed under the following 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.
(多孔質フィルムの厚さおよびリブの高さ)
多孔質フィルムの厚さは、多孔質フィルムの断面写真において、任意に選択した5箇所について厚みを計測し、平均化することによって求められる。
(Thickness of the porous film and height of the ribs)
The thickness of a porous film can be determined by measuring the thickness at five arbitrarily selected locations in a cross-sectional photograph of the porous film and averaging the results.
リブの高さは、多孔質フィルム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 heights from one surface of the rib's base, measured at 10 arbitrarily selected locations on the rib in a cross-sectional photograph of the porous film.
(多孔質フィルム中のオイル含有率)
多孔質フィルムの電極材料に対向する部分を短冊状に加工してサンプル(以下、サンプルAと称する)を作製する。リブを有する多孔質フィルムでは、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 film)
A sample (hereinafter referred to as Sample A) is prepared by processing the portion of the porous film facing the electrode material into a strip shape. In the case of a porous film with ribs, Sample A is prepared by processing the base portion into a strip shape 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。得られる平均値をセパレータ中のオイルの含有率とする。
オイルの含有率(質量%)=(m0-m1)/m0×100
Approximately 0.5 g of sample A is taken, accurately weighed, and the initial sample mass (m0) is determined. The weighed sample A is placed in a glass beaker of appropriate size, and 50 mL of n-hexane is added. Next, the beaker and sample are subjected to ultrasound for approximately 30 minutes to dissolve the oil contained in sample A into the n-hexane. Then, the sample is removed from the n-hexane, dried in the air at room temperature (temperature between 20°C and 35°C), and weighed to determine the mass of the sample after oil removal (m1). The oil content is then calculated using the following formula. The oil content is determined for 10 samples of sample A, and the average value is calculated. The resulting average value is taken as the oil content in the separator.
Oil content (mass %) = (m0 - m1) / m0 × 100
(多孔質フィルム中の無機粒子の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、白金坩堝中に入れ、ブンゼンバーナーで白煙が出なくなるまで加熱する。次に、得られるサンプルを、電気炉(酸素気流中、550℃±10℃)で、約1時間加熱して灰化し、灰化物を秤量する。サンプルAの質量に占める灰化物の質量の比率(百分率)を算出し、上記の無機粒子の含有率(質量%)とする。10個のサンプルAについて無機粒子の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質フィルム中の無機粒子の含有率とする。
(Content of inorganic particles in porous film)
A portion of sample A, prepared in the same manner as described above, is taken, accurately weighed, placed in a platinum crucible, and heated with a Bunsen burner until no more white smoke is emitted. Next, the resulting sample is heated in an electric furnace (in an oxygen stream, 550°C ± 10°C) for approximately one hour to ash, and the ashed material is weighed. The ratio (percentage) of the mass of the ashed material to the mass of sample A is calculated and used as the inorganic particle content (mass %). The inorganic particle content is determined for 10 samples of sample A, and the average value is calculated. The resulting average value is used as the inorganic particle content in the porous film.
(多孔質フィルム中の浸透剤の含有率)
上記と同様に作製したサンプルAの一部を採取し、正確に秤量した後、室温(20℃以上35℃以下の温度)で大気圧より低い減圧環境下で、12時間以上乾燥させる。乾燥物を白金セルに入れて、熱重量測定装置にセットし、昇温速度10K/分で、室温から800℃±1℃まで昇温する。室温から250℃±1℃まで昇温させたときの重量減少量を浸透剤の質量とし、サンプルAの質量に占める浸透剤の質量の比率(百分率)を算出し、上記の浸透剤の含有率(質量%)とする。熱重量測定装置としては、T.A.インスツルメント社製のQ5000IRが使用される。10個のサンプルAについて浸透剤の含有率を求め、平均値を算出する。得られる平均値を多孔質フィルム中の浸透剤の含有率とする。
(Percentage of penetrant in porous film)
A portion of sample A, prepared in the same manner as described above, is taken, accurately weighed, and dried at room temperature (20°C to 35°C) under reduced pressure below atmospheric pressure for at least 12 hours. The dried material is placed in a platinum cell and set in a thermogravimetric analyzer, 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 A is calculated and taken as the penetrant content (mass %). A Q5000IR manufactured by T. A. Instruments Corporation is used as the thermogravimetric analyzer. The penetrant content is determined for 10 samples of sample A, and the average value is calculated. The obtained average value is taken as the penetrant content in the porous film.
(2)充電受入性の評価
鉛蓄電池の充電受入性は、JIS D5301:2019に準拠して、下記の条件で、放電および充電を行い、充電開始後10分目の充電電流Ica2に基づいて、評価する。
1)鉛蓄電池の中央付近にあるいずれか1つのセルの電解液の温度が25±2℃であることを確認後、20時間率電流I20の3.42倍の電流で、2.5時間放電する。
2)上記1)の放電後、直ちに、鉛蓄電池を0±1℃の冷却室に移動して、中央付近にあるいずれか1つのセルの電解液の温度が0±1℃になるまで置く。
3)中央付近にあるいずれか1つのセルの電解液の温度が0±2℃であることを確認後、同じ温度で2.4±0.015V/セルの定電圧で、制限電流を100Aとして鉛蓄電池を充電し,充電開始後10分目の充電電流Ica2を測定する。
(2) Evaluation of charge acceptance The charge acceptance of the lead-acid battery shall be evaluated in accordance with JIS D5301:2019, by performing discharge and charging under the following conditions, and based on the charging current I ca2 at 10 minutes after the start of charging.
1) After confirming that the electrolyte temperature of one cell near the center of the lead-acid battery is 25±2℃, discharge it for 2.5 hours at a current 3.42 times the 20-hour rate current I20 .
2) Immediately after the discharge described in 1) above, move the lead-acid battery to a cooling chamber at 0±1°C and leave it there until the electrolyte temperature of one of the cells near the center reaches 0±1°C.
3) After confirming that the electrolyte temperature of one of the cells near the center is 0±2℃, the lead-acid battery is charged at the same temperature with a constant voltage of 2.4±0.015V/cell and a limiting current of 100A, and the charging current I ca2 is measured 10 minutes after the start of charging.
(3)軽負荷寿命試験
軽負荷寿命は、JIS D5301:2019に準拠して、以下の充放電サイクル試験において、寿命に達するまでのサイクル数に基づいて評価される。ただし、便宜上、試験の雰囲気温度を40℃液相から75℃気相に変更し、充放電サイクルにおける25A放電の時間を4分から2分に変更する。
(a)75℃環境下、試験電池を放電電流25A±0.1Aで2分間放電する。
(b)その後、充電電圧14.80V(制限電流25.0A)で10分間充電する。
(c)上記(a)、(b)を1サイクルとして480サイクル繰り返す。480サイクル毎に40~60時間の休止を行い、その後、定格コールドクランキング電流Iccで30秒間放電する。そして、この30秒目電圧が7.2Vにまで低下した時点のサイクル数を寿命回数とする。ここで、コールドクランキング電流Iccは、JIS D 5301:2019に定められる性能ランクに応じた電流値とする。
(3) Light Load Life Test The light load life is evaluated in accordance with JIS D5301:2019, based on the number of cycles until the life is reached in the following charge-discharge cycle test. However, for convenience, the ambient temperature of the test is changed from 40°C liquid phase to 75°C gas phase, and the time of 25A discharge in the charge-discharge cycle is changed from 4 minutes to 2 minutes.
(a) Discharge the test battery at a discharge current of 25A ± 0.1A for 2 minutes in a 75°C environment.
(b) Then, charge at a charging voltage of 14.80V (limiting current of 25.0A) for 10 minutes.
(c) Repeat (a) and (b) above for 480 cycles, with each cycle counting as one cycle. After every 480 cycles, allow for a 40 to 60-hour rest period, then discharge for 30 seconds at the rated cold cranking current I cc . The number of cycles at which the voltage drops to 7.2V after 30 seconds is defined as the life cycle. Here, the cold cranking current I cc is the current value corresponding to the performance rank specified in JIS D 5301:2019.
なお、定格コールドクランキング電流Iccによる放電は480サイクル毎に行うため、縦軸を前記Icc放電における30秒目電圧とし、横軸をサイクル数としたグラフから、30秒目電圧が7.2Vとなるサイクル数を直線内挿法により求め、これを寿命回数としてもよい。 Since discharge at the rated cold cranking current I cc is performed every 480 cycles, the number of cycles at which the voltage at 30 seconds reaches 7.2V can be determined by linear interpolation from a graph with the vertical axis representing the voltage at 30 seconds during the I cc discharge and the horizontal axis representing the number of cycles, and this can be used as the life cycle count.
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 matters described herein can be combined in any way.
図1に、本発明の実施形態に係る鉛蓄電池の一例の外観を示す。
鉛蓄電池1は、極板群11と電解液(図示せず)とを収容する電槽12を具備する。電槽12内は、隔壁13により、複数のセル室14に仕切られている。各セル室14には、極板群11が1つずつ収納されている。電槽12の開口部は、負極端子16および正極端子17を具備する蓋15で閉じられる。蓋15には、セル室毎に液口栓18が設けられている。補水の際には、液口栓18を外して補水液が補給される。液口栓18は、セル室14内で発生したガスを電池外に排出する機能を有してもよい。
Figure 1 shows the external appearance of an example of a lead-acid battery according to an embodiment of the present invention.
The lead-acid battery 1 comprises a battery case 12 that houses an electrode plate group 11 and an electrolyte (not shown). The battery case 12 is divided into a number of cell chambers 14 by a partition wall 13. Each cell chamber 14 houses one electrode plate group 11. The opening of the battery case 12 is closed with a lid 15 equipped with 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 replenishing with water, the vent plug 18 is removed and the water is supplied. The vent plug 18 may also have a function of discharging 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。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 positive electrode plates 3 with separators 4 in between. In the cell chamber 14 located at one end of the battery case 12, a negative electrode shelf 6, which connects multiple negative electrode plates 2 in parallel, is connected to a through-connector 8, and a positive electrode shelf 5, which connects multiple positive electrode plates 3 in parallel, is connected to a positive electrode column 7. The positive electrode column 7 is connected to a positive electrode terminal 17 on the outside of the lid 15. In the cell chamber 14 located at the other end of the battery case 12, a negative electrode column 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 column 9 is connected to a negative electrode terminal 16 on the outside of 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.
[実施例]
以下、本発明を実施例および参考例に基づいて具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されない。
[Examples]
The present invention will be described in detail below based on examples and reference examples, but the present invention is not limited to the following examples.
《鉛蓄電池R1~R10》
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
ポリエチレンと、シリカ粒子と、造孔剤としてのパラフィン系オイルと、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フィルムを作製した。既述の手順で求められる多孔質フィルムの結晶化度(%)(100×Ic/(Ic+Ia))が表1に示す値(13%)となるように、押出成形されたシートの冷却速度および延伸処理の倍率を調節した。
《Lead-acid batteries R1 to R10》
Each lead-acid battery was manufactured using the following procedure.
(1) Preparation of separators A resin composition containing polyethylene, silica particles, paraffin-based oil as a pore-forming agent, and a penetrating agent was extruded into a sheet, stretched, and then a portion of the pore-forming agent was removed to produce a porous film having ribs on one side. The cooling rate of the extruded sheet and the stretching ratio were adjusted so that the degree of crystallinity (%) (100 × I c / (I c + I a )) of the porous film obtained by the procedure described above was the value shown in Table 1 (13%).
既述の手順で求められる多孔質フィルムのオイル含有率は、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0.55mmであった。
既述の手順で求められる多孔質フィルムの厚さ(ベース部の厚さ)は0.2mmで統一した。
The oil content of the porous film obtained by the procedure described above was 11-18% by mass, and the silica particle content was 60% by mass.
The rib height obtained using the previously described procedure was 0.55 mm.
The thickness of the porous film (base thickness) obtained using the previously described procedure was standardized to 0.2 mm.
次に、シート状の多孔質フィルムを内面にリブが配置されるように二つ折りにして袋を形成し、重ね合わせた両端部を圧着して、袋状の多孔質フィルム(平置きした状態のサイズ:縦117mm×横152mm)を得た。圧着部は、多孔質フィルムの側端から2mmの位置より内側で、3mmの幅であった。 Next, a sheet of porous film was folded in half so that ribs were positioned on the inner surface to form a bag. The overlapping ends were then compressed to obtain a bag-shaped porous film (size when laid flat: 117 mm long x 152 mm wide). The compressed section was 3 mm wide and located 2 mm inward from the side edge of the porous film.
なお、多孔質フィルムの結晶化度、オイル含有率、シリカ粒子の含有率、ベース部の厚さ、リブの高さは、鉛蓄電池の作製前の多孔質フィルムについて求めた値であるが、作製後の鉛蓄電池から取り出した多孔質フィルムについて既述の手順で測定した値とほぼ同じであった。 Furthermore, the crystallinity, oil content, silica particle content, base thickness, and rib height of the porous film were determined from the porous film before the lead-acid battery was fabricated. These values were almost identical to those measured using the previously described procedure for porous film removed from the 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137mm、高さ110mm、厚さ1.6mmの未化成の正極板を得た。
(2) Preparation of positive electrode plate A positive electrode paste was prepared by mixing lead oxide, reinforcing material (synthetic resin fiber), water, and sulfuric acid. The positive electrode paste was filled into the mesh of an expanded grid made of Pb-Ca-Sn alloy that did not contain antimony, and by aging and drying, an unformed positive electrode plate with a width of 137 mm, a height of 110 mm, and a thickness of 1.6 mm was obtained.
(3)負極板の作製
鉛酸化物、カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニン、補強材(合成樹脂繊維)、水および硫酸を混合して負極ペーストを調製した。負極ペーストを、アンチモンを含まないPb-Ca-Sn系合金製のエキスパンド格子の網目部に充填し、熟成および乾燥を行うことによって、幅137mm、高さ110mm、厚さ1.3mmの未化成の負極板を得た。カーボンブラック、硫酸バリウム、リグニンおよび合成樹脂繊維の使用量は、満充電状態の鉛蓄電池から取り出した負極板について各成分の含有率が、それぞれ0.3質量%、2.1質量%、0.1質量%および0.1質量%になるように調節した。
(3) Preparation of the negative electrode plate A negative electrode paste was prepared by mixing lead oxide, carbon black, barium sulfate, lignin, reinforcing material (synthetic resin fiber), water, and sulfuric acid. The negative electrode paste was filled into the mesh of an expanded grid made of Pb-Ca-Sn alloy that did not contain antimony, and aged and dried to obtain an unformed negative electrode plate with a width of 137 mm, a height of 110 mm, and a thickness of 1.3 mm. The amounts of carbon black, barium sulfate, lignin, and synthetic resin fiber used were adjusted so that the content of each component in the negative electrode plate taken from a fully charged lead-acid battery was 0.3 mass%, 2.1 mass%, 0.1 mass%, and 0.1 mass%, respectively.
(4)鉛蓄電池の作製
未化成の負極板を、セパレータの袋状の多孔質フィルムに収容した。負極板と正極板とをセパレータを介して積層した。このようにして、未化成の負極板7枚と未化成の正極板6枚とで極板群を形成した。
(4) Fabrication of lead-acid battery Untreated negative electrode plates were placed in a porous film bag-shaped separator. The negative electrode plates and positive electrode plates were stacked with the separator in between. In this way, an electrode plate group was formed with seven untreated negative electrode plates and six untreated positive electrode plates.
正極板の耳部同士および負極板の耳部同士をそれぞれキャストオンストラップ方式で正極棚部および負極棚部と溶接した。極板群をポリプロピレン製の電槽に挿入し、電解液を注液して、電槽内で化成を施して、定格電圧12Vおよび5時間率容量が30Ahの液式の鉛蓄電池を組み立てた。5時間率容量とは、定格容量に記載のAhの数値の1/5の電流(A)で放電したときの容量を意味する。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 tabs of the positive and negative electrode plates were welded to the positive and negative electrode trays, respectively, using a cast-on-strap method. The electrode plates were inserted into a polypropylene battery case, electrolyte was added, and a chemical conversion process was performed within the case to assemble a liquid-type lead-acid battery with a rated voltage of 12V and a 5-hour rate capacity of 30Ah. The 5-hour rate capacity refers to the capacity when discharged at a current (A) equal to 1/5 of the Ah value indicated in the rated capacity. Six electrode plate groups are connected in series within 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℃における密度は1.285であった。満充電状態の鉛蓄電池から取り出した電解液についてCODが質量基準で表1に示す値になるように調節した。CODは、多孔質フィルムを作製する際の浸透剤の使用量を変更することにより制御した。 A sulfuric acid aqueous solution was used as the electrolyte. The density of the electrolyte after chemical conversion at 20°C was 1.285. The COD of the electrolyte extracted from a fully charged lead-acid battery was adjusted to the values shown in Table 1 (based on mass). The COD was controlled by changing the amount of penetrant used when preparing the porous film.
《鉛蓄電池R11、E1~E9》
既述の手順で求められる結晶化度(%)が表2に示す値(18%)となるように調節した多孔質フィルムを用いた点以外、比較例1~10と同様に鉛蓄電池を作製した。
《Lead acid battery R11, E1 to E9》
A lead-acid battery was fabricated in the same manner as in Comparative Examples 1 to 10, except that a porous film was used that was adjusted so that the degree of crystallinity (%) obtained by the procedure described above was the value shown in Table 2 (18%).
《鉛蓄電池E10~E16》
既述の手順で求められる結晶化度(%)が表2に示す値(23%)となるように調節した多孔質フィルムを用いた点以外、比較例4~10と同様に鉛蓄電池を作製した。
《Lead-acid batteries E10 to E16》
A lead-acid battery was fabricated in the same manner as in Comparative Examples 4 to 10, except that a porous film was used that was adjusted so that the degree of crystallinity (%) obtained by the procedure described above was the value shown in Table 2 (23%).
《鉛蓄電池E17~E23》
既述の手順で求められる結晶化度(%)が表2に示す値(25%)となるように調節した多孔質フィルムを用いた点以外、比較例4~10と同様に鉛蓄電池を作製した。
《Lead-acid batteries E17-E23》
A lead-acid battery was fabricated in the same manner as in Comparative Examples 4 to 10, except that a porous film was used that was adjusted so that the degree of crystallinity (%) obtained by the procedure described above was the value shown in Table 2 (25%).
(5)評価
既述の手順で、鉛蓄電池の充電受入性および75℃での軽負荷寿命試験における寿命性能を評価した。充電受け入れ性は鉛蓄電池R1の評価結果を100、軽負荷寿命試験における寿命性能は鉛蓄電池R1の寿命回数を100としたときの相対値によって評価した。
(5) Evaluation The charge acceptance and life performance of the lead-acid battery in the light load life test at 75°C were evaluated using the procedure described above. Charge acceptance was evaluated as a relative value with the evaluation result of lead-acid battery R1 set to 100, and life performance in the light load life test was evaluated as a relative value with the life cycle of lead-acid battery R1 set to 100.
評価結果を表1~4に示す。E1~E23は実施例である。R1~R11は比較例である。 The evaluation results are shown in Tables 1-4. E1-E23 are examples. R1-R11 are comparative examples.
電池R1とR11とを対比すると、CODが170mg/Lと大きい場合、結晶化度を13%から18%に高くすることで、軽負荷寿命性能は100%から140%へと40%向上している。これに対し、電池R10とE9とを対比すると、CODが15mg/Lと小さい場合、結晶化度を13%から18%に高めることで、軽負荷寿命性能は40%から104%へと64%向上しており、結晶化度13%のときを基準にすると160%の向上率が達成されている。つまり、CODが小さいほど結晶化度を向上させることによる軽負荷寿命性能の向上幅は大きくなる。そして、電池E9は電池R1の100%を上回る104%の寿命性能を達成している。表1と表3、4との対比でも同様のことがいえる。 Comparing batteries R1 and R11, when the COD is high at 170 mg/L, increasing the crystallinity from 13% to 18% improves the light-load life performance from 100% to 140%, a 40% improvement. In contrast, comparing batteries R10 and E9, when the COD is low at 15 mg/L, increasing the crystallinity from 13% to 18% improves the light-load life performance from 40% to 104%, a 64% improvement, and a 160% improvement compared to the 13% crystallinity baseline. In other words, the lower the COD, the greater the improvement in light-load life performance from increasing the crystallinity. Furthermore, battery E9 achieves a life performance of 104%, exceeding battery R1's 100%. The same can be said when comparing Table 1 with Tables 3 and 4.
また、結晶化度が23%以上になるとCODが80mg/L以上、結晶化度が25%以上になるとCODが50mg/L以上であれば、更に優れた寿命性能が安定的に得られることが理解できる。これは、CODの低減に起因する多孔質フィルムの酸化劣化が、多孔質フィルムの結晶化度を高くしたことによって抑制され、内部短絡が抑制されたことによるものと推測される。 Furthermore, it can be understood that if the COD is 80 mg/L or higher when the crystallinity is 23% or higher, and 50 mg/L or higher when the crystallinity is 25% or higher, even better lifespan performance can be stably obtained. This is presumed to be because the oxidative degradation of the porous film caused by the reduction of COD is suppressed by increasing the crystallinity of the porous film, thereby suppressing internal short circuits.
本開示に係る鉛蓄電池は、例えば、アイドリングストップ用途(アイドリングストップシステム車用の鉛蓄電池など)、様々な車両(トラック、タクシー等の商用車、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。本開示に係る鉛蓄電池の用途は、これらに限定されない。アイドリングストップ(Idling Reductionとも言う。)は、ISと称されることがある。 The lead-acid battery described in this disclosure is suitable for applications such as idle stop systems (e.g., lead-acid batteries for vehicles with idle stop systems) and as a starting power source for various vehicles (trucks, commercial vehicles such as taxis, motorcycles, etc.). Furthermore, the lead-acid battery is also suitable for use as a power source for industrial energy storage devices such as those for electric vehicles (e.g., forklifts). These applications are merely examples. The applications of the lead-acid battery described in this disclosure are not limited to these. Idling reduction (also known as IS) is sometimes referred to as IS.
1:鉛蓄電池
2:負極板
3:正極板
4:セパレータ
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 column 8: Through connector 9: Negative electrode column 11: Electrode plate group 12: Battery case 13: Partition wall 14: Cell chamber 15: Cover 16: Negative electrode terminal 17: Positive electrode terminal 18: Electrode cap
Claims (5)
負極板と、
前記正極板および前記負極板の間に介在する樹脂製の多孔質フィルムと、
電解液と、
を備え、
前記多孔質フィルムは、結晶質領域と非晶質領域とを含み、
前記多孔質フィルムのX線回折スペクトルにおいて、100×Ic/(Ic+Ia)で示される結晶化度が18%以上であり、
Ic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の積分強度であり、
Iaは、前記非晶質領域に相当するハローの積分強度であり、
前記電解液中の化学的酸素要求量は、160mg/L以下である、鉛蓄電池。 Positive plate and
The negative electrode plate and
A porous resin film interposed between the positive electrode plate and the negative electrode plate,
Electrolyte and
Equipped with,
The porous film includes a crystalline region and an amorphous region.
In the X-ray diffraction spectrum of the porous film, the degree of crystallinity, expressed as 100 × I c / (I c + I a ), is 18% or more.
Ic is the integrated intensity of the diffraction peak with the maximum peak height among the diffraction peaks corresponding to the crystalline region.
I a is the integrated intensity of the halo corresponding to the amorphous region,
A lead-acid battery in which the chemical oxygen demand in the electrolyte is 160 mg/L or less.
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