JPH05242883A - 二次電池 - Google Patents

二次電池

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JPH05242883A
JPH05242883A JP4267476A JP26747692A JPH05242883A JP H05242883 A JPH05242883 A JP H05242883A JP 4267476 A JP4267476 A JP 4267476A JP 26747692 A JP26747692 A JP 26747692A JP H05242883 A JPH05242883 A JP H05242883A
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JP
Japan
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lead
battery
discharge
secondary battery
charge
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4267476A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Hamamoto
修 浜本
Masami Yoshitake
正実 吉竹
Yoshito Arimoto
義人 有元
Zenji Kamio
善二 神尾
Keiichi Watanabe
敬一 渡辺
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Original Assignee
Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd filed Critical Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Publication of JPH05242883A publication Critical patent/JPH05242883A/ja
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64Carriers or collectors
    • H01M4/70Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80Porous plates, e.g. sintered carriers
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 電池活物質の脱落がなく、過放電耐久性に優
れ、高い電流密度でも良好な充放電を行うことができる
メンテナンスフリーの二次電池を提供する。 【構成】 正極および負極として鉛−すず合金フェルト
を保持した鉛−アンチモンからなる格子集電体に硫酸鉛
スラリを担持する。繊維径が10μm以下の鉛ウールを
集電材として用いて電池を構成する。 【効果】 過放電および逆放電に対して極めて優れた耐
久性を有し、高い電流密度でも良好な充放電を行うこと
ができる長寿命でメンテナンスフリーの二次電池が得ら
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、二次電池に係り、特に
メンテナンスの手間を大幅に軽減することができる、長
寿命の二次電池に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、安価な二次電池として鉛蓄電
池が、また高価ではあるが、耐久性や使用上の制限が少
ない二次電池としてニッケル−カドミウム電池、ニッケ
ル−水素電池等が知られている。鉛蓄電池は、価格的に
は他の二次電池に較べて圧倒的に有利であり、比較的大
型の電池をはじめ、産業用電池の主流として使用されて
おり、その需要は今なお根強いものがある。
【0003】しかしながら、上記従来の鉛蓄電池は、深
い放電を行うと電池活物質が脱落等するので、再充電で
きなくなるという大きな問題があった。また、過放電に
よるサルフェーション(硫酸)化、放電状態における正
極格子の腐食、ガスの発生等の問題があり、保守作業は
極めて煩雑であった。さらに従来の二次電池、例えば集
電材として鉛繊維集合体を用いた二次電池は、繊維径が
100μmよりも大きいために炭素繊維からなる集電材
を用いた電池に比べて集電体表面積が狭くなり、例えば
見かけ電流密度が10mA/cm2 程度の場合には良好
な充放電特性を示し、良好な活物質利用率を示すが、1
00mA/cm2 程度に高くすると良好な充放電を行う
ことができず充分な活物質利用率にならないという問題
があった。このような問題は未だほとんど解決されてお
らず、これが鉛蓄電池の用途拡大の途を閉ざす原因とな
っている。一方、ニッケル−カドミウム電池、ニッケル
−水素電池等は、耐久性等の点で優れているが、製作コ
ストが高くなるという問題がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、上記
従来技術の問題点を解決し、電池活物質の脱落がなく、
過放電耐久性に優れたメンテナンスフリーで、しかも安
価な二次電池および高い電流密度でも良好な充放電を行
うことができる長寿命の二次電池を提供することにあ
る。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本願の第一の発明は、鉛または鉛合金からなる繊維
状導電性物質を集電材として用いた二次電池において、
前記繊維状導電性物質に少なくとも一部が固形物である
電池活物質を担持したことを特徴とする。
【0006】
【作用】鉛、または鉛合金からなる繊維状導電性物質を
集電材として使用する二次電池において、前記繊維状導
電性物質に少なくとも一部が固形物として存在する電池
活物質を担持または包み込ませることにより、単位体積
当りの表面積が大きい繊維状導電性物質と、細かな固形
物である活物質とを接触させることになるので、その有
効接触面積が大きくなり、活物質の脱落が防止されると
ともに電池反応が速やかに進行するようになる。
【0007】本発明において、集電材としては、鉛また
は鉛合金からなる繊維状導電性物質が使用される。集電
材は正極耐久性の観点から貴金属系のものを使用するこ
ともできるが、酸素、水素過電圧の点、すなわちガスが
発生しにくいという点から鉛系の集電材が使用される。
鉛合金としては、例えば鉛−アンチモン合金、鉛−カル
シウム合金、鉛−すず合金等があげられる。
【0008】本発明において、少なくとも一部が固形物
として存在する電池活物質としては、例えば固体状また
はスラリ状の硫酸酸性の鉛化合物、バナジウム化合物等
があげられる。このような電池活物質は、通常、正極お
よび負極に対して使用されるが、正極のみに限定して使
用することもできる。また本願の第2の発明は、鉛また
は鉛合金からなる繊維状導電性物質を集電材として用い
た二次電池において、前記繊維状導電性物質の繊維径を
10μm以下としたことを特徴とする二次電池に関す
る。
【0009】鉛または鉛合金からなる繊維状導電性物質
を集電材として使用する二次電池において、前記繊維状
導電性物質の繊維径を10μm以下とすることにより、
集電材の表面積が増大するので、電解液を流通する場合
だけでなく、静止させた場合でも充放電電流密度を高め
ることができる。本発明において鉛または鉛合金からな
る繊維状導電性物質としては、例えば鉛ウール、鉛合金
ウール等が使用され、その繊維径は10μm以下であ
り、好ましくは7〜10μmである。
【0010】本発明において、繊維径が10μm以下の
繊維状導電性物質に少なくとも一部が固形物である電池
活物質を担持することもできる。これによって、過放電
特性に優れ、しかも高い電流密度でも良好な充放電を行
うことができる二次電池が得られる。
【0011】
【実施例】次に本願の第1の発明を実施例によりさらに
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施例を示す二次
電池の説明図である。この電池は、電池活物質4として
固体状の硫酸鉛を担持した鉛フェルトからなる正極1お
よび負極2と、該正極1および負極2の間に配置された
ガラスマットからなる隔膜3と、前記正極1および負極
2に接続された鉛リード線5とから主として構成されて
いる。
【0012】このような二次電池において、電解液とし
て約10N−硫酸を用い、硫酸鉛100%の完全放電状
態から立ち上げて、放電終止電圧を逆極性の−1Vまで
とする充放電サイクル試験を行った。結果の一部を図2
に示す。図において、数十回の充放電を繰り返しても電
池容量および寿命の低下は見られず、放電耐久性に優れ
た二次電池であることが分かる。また、極性を反転させ
ても同様の特性を示した。
【0013】本実施例によれば、充放電による容量の低
下が見られず、これを複極仕切り板を介して多数積層し
て高性能な積層電池とすることができる。このようにし
て構成した積層電池は、不規則な充放電を繰り返すこと
により各単電池相互間のSOC(充電深度)にずれが生
じ、過放電状態に陥る単電池が生じても、元の状態への
復帰は容易である。したがって、本実施例の電池を用い
ることにより、バイポーラ積層化の大型電池を容易に組
むことができるので、入出力を高電圧化した大型の二次
電池を作ることによって鉛蓄電池の新たな市場を開発す
ることもできる。
【0014】次に、本発明の具体的実施例を説明する。 実施例1 図1の構成の二次電池において、正極および負極とし
て、平均線径70μmの鉛−すず合金フェルトを保持し
た鉛−アンチモンからなる鉛格子集電体に硫酸鉛スラリ
(硫酸酸性)を担持したものをそれぞれ用い、また隔膜
としてガラスマットを用いて単電池を構成し、電解液と
して約10N−硫酸を用いて定電流充放電サイクル試験
を実施して過放電耐久性を確認した。結果を図3に示
す。
【0015】図3において、0Vまでの放電においても
性能が低下する傾向は見られなかったことがわかる。ま
た、逆充電を行っても、そのまま逆の極性で充放電を続
けることができた。 実施例2 負極を酸化鉛担持鉛格子とした以外は、実施例1と同様
の構成の単電池において、放電終止電圧を1Vまでにし
て充放電サイクル試験を行ったところ、50サイクルの
試験においても容量低下等の異常は認められなかった。
【0016】比較例1 正極および負極とも酸化鉛担持の鉛格子とした以外は上
記実施例1と同様にして放電終止電圧1Vの充放電試験
を行ったところ、3サイクル目から容量の低下が認めら
れ20サイクルに至ってはほとんど容量を持たない状態
となった。 実施例3 上記実施例1と同様の構成の単電池を平均線径70μm
の鉛−アンチモン合金フェルトを用いて構成し、図4に
示すように積層して積層電池とし、この積層電池につい
て放電終止電圧0Vの充放電試験(50サイクル)を行
ったところ、容量の低下等の異常は認められなかった。
【0017】実施例4 正極として硫酸酸性バナジウム(4価バナジウム)スラ
リを担持した平均線径70μmの鉛金属フェルトを、負
極として硫酸酸性バナジウム(3価バナジウム)スラリ
を担持した鉛金属フェルトを、隔膜として陽イオン交換
膜をそれぞれ用いて電池を構成し、実施例1と同様に放
電終止電圧を0Vとして50サイクル充放電試験を行っ
たところ、セル抵抗、電池容量等に異常は全く認められ
なかった。
【0018】実施例5 正極として水酸化ニッケル担持鉛−アンチモン合金フェ
ルトを、負極として水酸化鉄担持鉛−アンチモン合金フ
ェルトをそれぞれ用いた以外は実施例1と同様にして充
放電試験を行ったところ、クーロン効率98%以上の良
好な充放電を行うことができた。
【0019】実施例1〜5および比較例1の電池の構
成、充放電条件およびその結果をまとめて表1に示す。
【0020】
【表1】
【0021】表1より、正極および負極、または正極の
みに少なくとも一部が固形物である電池活物質を担持し
た本実施例によれば電池容量の低下等を生じることなく
良好な充放電を行うことができたことが分かる。次に本
願の第2の発明を実施例によりさらに詳細に説明する。
図5は、本発明の一実施例を示す積層型二次電池の構成
を示す部分分解図である。図において、スペーサ25に
それぞれ装填された繊維径10μmの鉛ウールからなる
正極21および負極22が隔膜23を介して積層された
単電池が示されており、この単電池は複極仕切板24を
介して複数個積層される。26は、端子板であり、該端
子板26には正極液の入口27および出口29、負極液
の入口28および出口30がそれぞれ設けられている。
【0022】本実施例によれば、繊維径が10μm以下
の繊維状導電性物質を電極材としたことにより電極の表
面積が増大するので、高い電流密度でも良好な充放電を
行うことができる。次に本発明の具体的実施例を説明す
る。 実施例6 正極および負極として繊維径が10μmの鉛ウールから
なる縦100mm、横10mm、厚さ5mmの電極板
を、集電板として鉛シートを、隔膜としてイオン交換膜
をそれぞれ用い、押え板・集電板/正極/隔膜/負極/
押え板・集電板からなる電池を構成し、正極および負極
液として1.5Mバナジウム(4価、3価)の2.5M
硫酸酸性溶液を用い、この電極液を3ml/minで流
通させ、電流密度を100mA/cm2 として充放電試
験を行ったところ、電圧効率は93%、クーロン効率は
100%であった。
【0023】実施例7 電極液を静止させた以外は上記実施例6と同様にして充
放電試験を行ったところ、電圧効率は85%、クーロン
効率は100%であった。 実施例8 電流密度を50mA/cm2 とし、電極液を静止させた
以外は上記実施例6と同様にして充放電試験を行ったと
ころ、電圧効率は91%、クローン効率は100%であ
った。
【0024】比較例2 正極および負極として、繊維径が100μm以上の鉛フ
ェルトを用いた以外は、上記実施例6と同様にして電池
を構成して充放電試験を行ったところ、電圧効率が88
%、クローン効率が99%であった。 比較例3 正極および負極として、繊維径が150〜170μmの
カーボンフェルトを用いた以外は、上記実施例6と同様
にして電池を構成して充放電試験を行ったところ、電圧
効率が87%、クーロン効率が98%であり、負極から
若干のガスが発生した。
【0025】実施例6〜8および比較例2〜3の電池構
成、充放電条件およびその結果をまとめて表2に示す。
【0026】
【表2】
【0027】表2から、繊維径が10μmの鉛ウールを
集電体として用いた本実施例は電流密度を100mA/
cm2 とした場合でもクーロン効率が100%であり、
良好な充放電を行うことができたことが分かる。
【0028】
【発明の効果】本願の第1の発明によれば、過放電さら
に逆充電に対しても極めて優れた耐久性を有し、小型か
ら大型に至るまで、長寿命でメンテナンスフリーの二次
電池が、従来の鉛蓄電池と同様、安価に得られる。また
本発明の二次電池を積層した複極式積層電池は、各単電
池相互間に充放電深度のばらつきが生じて、放電時に従
来型電池における許容放電電圧以下になる電池が生じて
も破壊の懸念がないので、寿命特性の非常に良好な二次
電池となる。
【0029】本願の第2の発明によれば、集電材である
繊維状導電性物質の繊維径を10μm以下としたことに
より、電極面積が増大するので高い電流密度でも良好な
充放電を行うことができる長寿命の二次電池が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例である二次電池の構成を示す
説明図。
【図2】本発明の一実施例における充放電試験の結果を
示す図。
【図3】本発明の具体的実施例における充放電試験の結
果を示す図。
【図4】本発明の一実施例である複極式積層電池の構成
を示す説明図。
【図5】本発明の一実施例を示す積層電池の構成を示す
部分分解図。
【符号の説明】
1…正極、2…負極、3…隔膜、4…電池活物質、5…
鉛リード線、11…正極側鉛合金フェルト、12…負極
側集電担持材、13…正極活物質、14…負極活物質、
15…バイポーラ板(複極仕切板)、16…隔膜(セパ
レータ)、17…端子板、21…鉛ウール正極、22…
鉛ウール負極、23…隔膜、24…複極仕切板、25…
スペーサ、26…端子板、27…正極液入口、28…負
極液入口、29…正極液出口、30…負極液出口。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神尾 善二 千葉県市原市八幡海岸通1番地 三井造船 株式会社千葉事業所内 (72)発明者 渡辺 敬一 千葉県市原市八幡海岸通1番地 三井造船 株式会社千葉事業所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鉛または鉛合金からなる繊維状導電性物
    質を集電材として用いた二次電池において、前記繊維状
    導電性物質に少なくとも一部が固形物である電池活物質
    を担持したことを特徴とする二次電池。
  2. 【請求項2】 鉛または鉛合金からなる繊維状導電性物
    質を集電材として用いた二次電池において、前記繊維状
    導電性物質の繊維径を10μm以下としたことを特徴と
    する二次電池。
JP4267476A 1991-10-09 1992-10-06 二次電池 Withdrawn JPH05242883A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP3-262359 1991-10-09
JP26235991 1991-10-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH05242883A true JPH05242883A (ja) 1993-09-21

Family

ID=17374647

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4267476A Withdrawn JPH05242883A (ja) 1991-10-09 1992-10-06 二次電池

Country Status (1)

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JP (1) JPH05242883A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102782905A (zh) * 2009-12-24 2012-11-14 阿克爱科蒂夫有限公司 铅酸蓄电池结构的改进
JP2018171595A (ja) * 2017-03-31 2018-11-08 住友金属鉱山エンジニアリング株式会社 鉛リード線固定用治具、鉛リード線固定設置方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102782905A (zh) * 2009-12-24 2012-11-14 阿克爱科蒂夫有限公司 铅酸蓄电池结构的改进
JP2013516035A (ja) * 2009-12-24 2013-05-09 アークアクティブ リミテッド 鉛酸電池の構築における改良
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Effective date: 20000104