JPH05242882A - 鉛蓄電池 - Google Patents

鉛蓄電池

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JPH05242882A
JPH05242882A JP4041121A JP4112192A JPH05242882A JP H05242882 A JPH05242882 A JP H05242882A JP 4041121 A JP4041121 A JP 4041121A JP 4112192 A JP4112192 A JP 4112192A JP H05242882 A JPH05242882 A JP H05242882A
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Japan
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electrode plate
particles
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JP4041121A
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Arihiko Takemasa
有彦 武政
Katsura Mitani
桂 三谷
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Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】過充電特性を改善できる構造の鉛蓄電池を提供
する。 【構成】正極板の集電体1に接する周辺に活物質の1次
粒子2よりなる1次粒子活物質層3を設ける。1次粒子
活物質層3の外側に活物質の1次粒子2が密に集合した
2次粒子4よりなる2次粒子活物質層5を設ける。1次
粒子活物質層3と2次粒子活物質層5を構成する活物質
間には、全体として0.1 μm以下の径の細孔を0.03ml/g
以上存在させ、且つ0.5 μm以上の径の細孔を0.06ml/g
以上存在させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鉛蓄電池の改良に関す
るものである。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池の用途として、停電等の非常時
の機器のバックアップ用電源としての使われ方がある。
通常、鉛蓄電池は定電圧で常に充電状態にあるが、充電
器の故障で定電流が流れ続けることも考えられ、長時間
過充電状態に置かれることになる。このような過充電が
起こる状態で充放電が繰り返されると、該鉛蓄電池は早
期に寿命となってしまう。一方、定電圧で充電している
ときの電流値が大きい場合、該鉛蓄電池は電流値が小さ
いときに比べて寿命が短くなり、また熱逸走の危険性も
高くなる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで過充電の繰り
返しによる電池寿命の低下は、主として正極板に起因す
る。正極板では、過充電中に集電体表面が徐々にPbO
2 に変化し、体積膨脹が起きる。また、過充電中に正極
板で発生する酸素ガスの移動で、活物質が集電体から剥
がれ易くなる。そして、この活物質が剥がれたところの
集電体に電解液である硫酸が侵入するため、放電のとき
に集電体表面にPbO2 が生成し、放電性能が低下す
る。過充電を繰り返すと、このようにして電池寿命が短
くなってしまう。
【0004】一方、定電圧充電中の寿命低下も正極板に
起因するので、過充電したときと同じ過程で集電体の体
積膨脹が生じ、活物質が剥離し、電池容量が低下する。
【0005】この問題を解決するために、活物質粒子間
に細孔の小さいものを多く存在させ、集電体側への硫酸
の拡散を抑制させることが考えられるが、硫酸の拡散が
良くないため放電容量が低下する。
【0006】本発明の目的は、過充電特性を改善できる
構造の鉛蓄電池を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成する本
発明の手段を説明すると、次の通りである。
【0008】請求項1に記載の発明は、鉛合金を集電体
とする正極板を有する鉛蓄電池において、前記正極板の
前記集電体に接する周辺に活物質の1次粒子よりなる1
次粒子活物質層が設けられ、前記1次粒子活物質層の外
側に活物質の1次粒子が密に集合した2次粒子よりなる
2次粒子活物質層が設けられていることを特徴とする。
【0009】請求項2に記載の発明は、請求項1におい
て、前記1次粒子活物質層と前記2次粒子活物質層を構
成する活物質粒子間には、全体として0.1 μm以下の径
の細孔が0.03ml/g以上存在し、且つ0.5 μm以上の径の
細孔が0.06ml/g以上存在することを特徴とする。
【0010】
【作用】請求項1のように、極板表面側に2次粒子活物
質層を存在させると、該極板表面側に大きな径の細孔が
でき、電解液である硫酸が極板内部まで拡散し易くな
り、放電性能が向上する。そして1次粒子が単独に存在
するよりも、1次粒子が集合してできた2次粒子で活物
質層を形成した方が、活物質の比表面積が低下するた
め、これを一定電流で充電したときは過電圧が上がり、
定電圧で充電した場合は電流値は小さくなる。そして2
次粒子は、集電体に接する部分に存在すると、集電体と
活物質の接触面積が小さくなって活物質が集電体から剥
がれ易くなり、また細孔径が大きいと硫酸の拡散が良く
なって硫酸が集電体と接触し易くなり、容量低下をきた
すため、該2次粒子は極板表面側に存在させた方が良
い。
【0011】また、集電体の表面側に活物質の1次粒子
よりなる1次粒子活物質層を設けると、集電体と活物質
の接触面積が大きくなって活物質が集電体から剥がれ難
くなる。更に、1次粒子活物質層によれば、活物質粒子
間の細孔径が小さくなり、硫酸が拡散し難くなり、放電
のときに集電体表面にPbO2 が生成され難くなり、放
電性能の低下を防止できる。
【0012】請求項2のように、集電体に接する1次粒
子活物質層において活物質粒子間の細孔のうち、0.1 μ
m以下の小さな細孔を増やすと、充電中に発生するガス
の拡散が悪くなり、極板内にガス溜まりができ易くなっ
て反応面積が減少し、この状態で充電すると過電圧が高
くなり、定電圧充電中の電流値が小さくなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を従来例及び比較例と
比較しながら詳細に説明する。
【0014】正極板の作製は、次のようにして行った。
まず、Pb−Ca合金からなる集電体に、PbOとPb
4 からなるペーストを充填し、次いで熟成を行う。次
に、活物質粒径と化成条件を変えて7種類の正極板を作
製した。
【0015】作製した正極板の種類をA,B,C,D,
E,F,Gとし、A,Gが従来品、B,Cが本発明品、
D,E,Fが比較品である。
【0016】これら正極板のモデル図を図1(a)
(b),図2(a)(b),図3(a)(b)に示す。
図1(a),図2(a),図3(a)は、本発明品の正
極板B,Cと、従来品の正極板A,Gと、比較品の正極
板D,E,Fとの集電体1の周囲のモデル図を示したも
のである。図1(a)に示す本発明品の正極板では、集
電体1に接する周辺に活物質の1次粒子2よりなる1次
粒子活物質層3が設けられている。図2(a)に示す従
来品の正極板でも、集電体1に接する周辺に活物質の1
次粒子2よりなる1次粒子活物質層3が設けられてい
る。但し、この場合の1次粒子2の粒径は、図1(a)
の場合の1次粒子2の粒径より大きい。図3(a)に示
す比較品の正極板Fでは、集電体1に接する周辺に1次
粒子2が集合してできた2次粒子4よりなる2次粒子活
物質層5が設けられている。
【0017】図1(b),図2(b),図3(b)は、
本発明品の正極板B,Cと、従来品の正極板A,Gと、
比較品の正極板D,E,Fとの極板表面側のモデル図を
示したものである。図1(b)に示す本発明品の正極板
B,Cでは、1次粒子活物質層3に重ねて外側に1次粒
子2が集合してできた2次粒子4よりなる2次粒子活物
質層5が設けられている。図2(b)に示す従来品の正
極板A,Gでは、1次粒子活物質層3に重ねて外側に活
物質の1次粒子2よりなる1次粒子活物質層3が再び設
けられている。◎図3(b)に示す比較品の正極板D,
E,Fでは、2次粒子活物質層5に重ねて外側に1次粒
子2が集合してできた2次粒子4よりなる2次粒子活物
質層5が再び設けられている。即ち、図2(b)に示す
従来品の正極板A,Gでは2次粒子活物質層5が不定形
をしているのに対し、図1(b)と図3(b)に示す本
発明品の正極板B,Cと比較品の正極板D,E,Fの2
次粒子活物質層5では従来品より小さな1次粒子2が密
に集合した大きな2次粒子4で形成されている。この場
合、各正極板の各活物質の平均粒径を示すと、次の通り
である。
【0018】従来品の正極板A,Gにおける活物質1次
粒子の平均粒径は 0.2 μm〜0.3 μm 本発明品の正極板B,Cにおける活物質1次粒子の平均
粒径は 0.1 μm〜0.2 μm 比較品の正極板D,E,Fにおける活物質1次粒子の平
均粒径は 0.1 μm〜0.2 μm 本発明品の正極板B,Cにおける活物質2次粒子の平均
粒径は 2μm〜3μm 比較品の正極板D,E,Fにおける活物質2次粒子の平
均粒径は 2.5 μm〜3.5 μm である。
【0019】これら正極板A,B,C,D,E,F,G
の化成時の液比重の大きさを比較すると、C>(B,
D)>(A,E,F,G)となり、通電電流の大きさは
(D,G)>A>Fの順となり、B,C,Eについては
課電量が正極板の理論電気量の60%になるまでD,Gと
同じ大きさの電流を流し、その後Fと同じ大きさの電流
にした。化成終了時の課電量は、全て300 %である。そ
して、液温の大きさはF>D>A>Gの順となり、B,
C,Eについては、課電量が60%になるまでAと同じ温
度を保ち、その後徐々に温度を上げ、Fと同じ温度とし
た。
【0020】以上のようにして作製した正極板A,B,
C,D,E,F,Gを用い、30Ah−2Vタイプの密閉形
鉛蓄電池を作製し、試験に供した。
【0021】まず、従来品A,本発明品B,比較品Fの
正極板をもつ密閉形鉛蓄電池を過充電サイクルにより試
験した結果を図4に示す。試験条件としては、25℃中で
0.1CAの定電流により過充電を行い、10日に1度0.17
CAの定電流で容量確認を行うこととした。その結果、
図4に示すように、本発明品Bは従来品Aに比べ寿命が
向上したが、集電体1の周囲に2次粒子4が存在する比
較品Fは寿命が短くなっている。
【0022】次に、浮動充電中の電流値を図5に示す。
試験条件としては、25℃中で2.275V/セルで定電圧充
電を行ったときの電流値を測定した。その結果、0.5 μ
m以上の径の細孔が0.06ml/g以上、0.1 μm以下の径の
細孔が0.03ml/g以上存在することにより電流値が従来の
1/5 までに低下している。
【0023】次に、25℃中で0.17CAの定電流で放電し
たときの初期容量を、従来品Aの容量を100 %として表
したものを図6に示す。この中で細孔径0.5 μm以上の
ものを0.06ml/g以上含む正極板B,Gのうち、正極板B
の活物質は図1(b)に示すように2次粒子4を形成し
ており、極板Gの活物質は図1(a)に示すような不定
形をしている。ここで図6をみると、細孔径0.5 μm以
上のものを0.05ml/g以上含むことにより、放電容量はほ
ぼ一定となるが、細孔径0.5 μm以上のものを0.06ml/g
以上含むものでも、2次粒子4を形成していない極板G
は、放電性能が劣る。
【0024】なお、本発明の正極板の作製方法は、本実
施例に示したものに限定されるものではない。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る鉛蓄電
池によれば、下記のような効果を得ることができる。
【0026】請求項1に記載の発明では、正極板の表面
側に2次粒子活物質層を設けたので、該正極板の表面側
に大きな径の細孔ができ、電解液である硫酸が極板内部
まで拡散し易くなり、放電性能を向上させることができ
る。また、1次粒子が単独に存在するよりも、1次粒子
が集合してできた2次粒子で活物質層を形成すると、該
活物質の比表面積が低下するため、これを一定電流で充
電したときは過電圧が上がり、定電圧で充電した場合は
電流値は小さくなる。
【0027】また、集電体の表面側に活物質の1次粒子
よりなる1次粒子活物質層を設けたので、集電体と活物
質の接触面積が大きくなって活物質が集電体から剥がれ
難くなる。更に、1次粒子活物質層によれば、活物質粒
子間の細孔径が小さくなり、硫酸が拡散し難くなり、放
電のときに集電体表面にPbO2 が生成され難くなり、
放電性能の低下を防止できる。
【0028】請求項2に記載の発明では、集電体に接す
る1次粒子活物質層において活物質粒子間の細孔のう
ち、0.1 μm以下の小さな細孔を増やしているので、充
電中に発生するガスの拡散が悪くなり、極板内にガス溜
まりができ易くなって反応面積が減少し、この状態で充
電すると過電圧が高くなり、定電圧充電中の電流値が小
さくなる。
【0029】従って、本発明に係る鉛蓄電池によれば、
過充電や浮動充電での特性を向上させることができ、浮
動充電中の電流値を低減することで熱逸走の危険性を少
なくすることができ、かつ放電容量を損わない電池を提
供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は本発明で用いる正極板の集電体周辺に
おける活物質形状を示したモデル図、(b)は本発明で
用いる正極板の表面側における活物質形状を示したモデ
ル図である。
【図2】(a)は従来品で用いる正極板の集電体周辺に
おける活物質形状を示したモデル図、(b)は従来品で
用いる正極板の表面側における活物質形状を示したモデ
ル図である。
【図3】(a)は比較品で用いる正極板の集電体周辺に
おける活物質形状を示したモデル図、(b)は比較品で
用いる正極板の表面側における活物質形状を示したモデ
ル図である。
【図4】本発明品,従来品,比較品の鉛蓄電池における
過充電サイクルの試験結果を示す線図である。
【図5】本発明品,従来品,比較品の鉛蓄電池における
浮動充電中の電流値を示した線図である。
【図6】本発明品,従来品,比較品の鉛蓄電池において
定電流で放電したときの初期容量を、従来品の容量を10
0 %として表したときの放電容量を示す線図である。
【符号の説明】
1…集電体、2…1次粒子、3…1次粒子活物質層、4
…2次粒子、5…2次粒子活物質層。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉛合金を集電体とする正極板を有する鉛
    蓄電池において、 前記正極板の前記集電体に接する周辺に活物質の1次粒
    子よりなる1次粒子活物質層が設けられ、前記1次粒子
    活物質層の外側に活物質の1次粒子が密に集合した2次
    粒子よりなる2次粒子活物質層が設けられていることを
    特徴とする鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】 前記1次粒子活物質層と前記2次粒子活
    物質層を構成する活物質粒子間には、全体として0.1 μ
    m以下の径の細孔が0.03ml/g以上存在し、且つ0.5 μm
    以上の径の細孔が0.06ml/g以上存在することを特徴とす
    る請求項1に記載の鉛蓄電池。
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JP2009158286A (ja) * 2007-12-26 2009-07-16 Gs Yuasa Corporation 鉛蓄電池および鉛蓄電池の製造方法
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