JP2001185130A - 鉛蓄電池とその劣化判定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集電体が腐食してもその進行を簡単に検知で
きる鉛蓄電池、あるいは集電体が腐食しても正極と負極
が短絡しにくく、かつ腐食の進行を簡単に検知できる鉛
蓄電池を提供する。また、これら電池の劣化状態を判定
する方法を提供する。 【構成】 本発明の鉛蓄電池は、集電体１の一方の面に
正極活物質５を配置し、他方の面に負極活物質６を配置
したバイポーラ型電極１００を電槽１０２内に収納した
鉛蓄電池であって、前記集電体１は、鉛合金板２、２’
と、耐酸性かつ多孔性の絶縁体４で覆われた金属板３と
からなり、前記鉛合金板２、２’は、前記金属板３の両
面に配置され、これら鉛合金板２と２’が前記金属板３
の外周の少なくとも一部分で導電接続されているもので
あり、前記金属板３は、電槽１０２外に突出するセンサ
ー端子７を有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、バイポーラ電極を
備えた鉛蓄電池の改良と、その電池の劣化判定方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉛蓄電池は、通常、複数のセル
（単電池）が集合して一体化したモノブロック電池であ
る。このモノブロック電池は、一般に直方形の樹脂製電
槽と、この電槽内を樹脂製の隔壁を用いて区画形成した
複数のセル室と、このセル室のそれぞれに収納された極
群とを備えている。ここで、各セル室に収納された極群
は、正極板と負極板をセパレータを介して積層されたも
のであり、同極性の極板がストラップで連結され、スト
ラップと一体化したセル間接続極柱が隣接するセル室の
極群と互いにセル間接続され、電槽上部に配置された一
対の正極端子および負極端子に接続され電池として完成
される。そのため、極板を接続するためのストラップや
セル間接続極柱などの部品が必要となり、その結果部品
点数や工程数が多くなる。また、電池の内部抵抗や上部
空間が大きくなり出力特性や充電効率、軽量化や容積効
率の向上が困難、といった問題を有していた。このよう
な問題を解決する一つの方法として、バイポーラ式鉛蓄
電池が提案されている。

【０００３】バイポーラ式鉛蓄電池は、図５に示すよう
にバイポーラ型電極１００とセパレータ１０１を順次積
層して電槽１０２内に収納されたものである。バイポー
ラ型電極に使用される集電体１は、セル間の電気的接
続、電解液の隔離および活物質の保持といった機能を兼
ねている。従って、バイポーラ式鉛蓄電池では、従来の
鉛蓄電池に用いられるストラップやセル間接続極柱、電
槽隔壁などの部品がなくなるため、内部抵抗が低くかつ
高い容積効率を得ることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】バイポーラ型電極の集
電体１は、鉛または鉛合金のシートからなり、一方の面
に正極活物質５が、他方の面に負極活物質６が配置され
ている。この集電体１は正極電位におかれた場合、徐々
に鉛が二酸化鉛となり腐食が進行する。バイポーラ型電
極に用いている鉛または鉛合金シートは、セル間の電気
的接続、電解液の隔離を兼ねているため従来のような樹
脂製の隔壁がなく、腐食が進行すると集電体１を貫通
し、集電体両面に形成した正極活物質５と負極活物質６
が液絡と同時に短絡する。その結果、バイポーラ型電極
としての機能が損なわれるばかりでなく、最悪の場合電
槽内で小爆発が起こり電槽１０２を破損するなどの問題
があった。このような理由から、上記問題が発生しな
い、あるいは発生するする以前に電池の劣化や寿命を検
知できるバイポーラ型電極が求められている。

【０００５】本発明は、上記従来の問題点を解決するた
めになされたものであって、その目的とするところは、
前記シートが腐食してもその進行を簡単に検知できる鉛
蓄電池、あるいは前記シートが腐食しても正極と負極が
短絡し難くく、かつ腐食の進行を簡単に検知できる鉛蓄
電池と、この電池の劣化や寿命を判定する方法を提供す
ることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決する為、平板状集電体１の一方の面に正極活物質５を
配置し、他方の面に負極活物質６を配置したバイポーラ
型電極１００を電槽１０２内に収納した鉛蓄電池におい
て、前記集電体１は、表面が耐酸性かつ多孔性の絶縁体
４に覆われた金属板３を有し、該金属板３を包囲するよ
うに、両サイドから鉛を主成分とする鉛合金板２、２’
が配置され、かつ両サイドの鉛合金板２、２’が金属板
３の外周の少なくとも一部分で接続された構造からな
り、該金属板３は、鉛合金板２、２’と絶縁されかつ一
部が電槽の外部に突出してセンサー端子７となることを
特徴とする。この電極は、充放電を繰り返す内に、正極
側の鉛合金板２’が表面から内部に向かって腐食する
が、絶縁体４によって負極側の鉛合金板２に達するのが
防止される。腐食が絶縁体４に達すると、絶縁体の多孔
空間部に硫酸が侵入し、絶縁体に覆われた金属板３に電
位が発生する。

【０００７】金属板３としては、硫酸電解液と接触した
際、電位を発生する物であれば限定されない。しかし、
チタン、ジルコニウム、ニオブ、タンタル、タングステ
ン、白金、金、銀またはこれらの基合金は、鉛合金より
も軽く、耐食性も優れているため適している。

【０００８】絶縁体４は層あるいは板として鉛合金板
２、２’間の全面を遮ると、鉛合金板２，２’間（セル
間）の導通を妨げるので、前記絶縁体４に覆われた金属
板３の外周の少なくとも一部分で鉛合金板２と２’を導
電接続してセル間接続する。また、前記金属板３および
絶縁体４に複数の貫通孔８，８’を形成し、該貫通孔
８，８’を通して正極側と負極側の鉛合金板２、２’を
導電接続すると共に、該貫通孔８，８’内の鉛合金板
２、２’は、絶縁体４により前記金属板３と絶縁されて
いる構造を併用してもよい。この場合は、セル間接続部
が増え、大電流放電などには適するが、貫通孔８，８’
内の鉛合金が腐食して正極と負極が短絡し易くなり、短
絡を防止する効果は貫通孔８がない場合より減ぜられ
る。

【０００９】また、本発明の電池の劣化判定方法は、上
記バイポーラ型電極からなる鉛蓄電池の電槽から突出し
たセンサー端子７と、正極端子１０３または負極端子１
０４との間のの電圧または電流を測定し、電圧値または
電流値が検出された場合、電池が劣化または寿命に至っ
たと判定することを特徴とする。これにより、集電体の
腐食の進行を検知し、電池の劣化や寿命の表示を行うこ
とができるので極板の性能低下に伴う不具合を事前に防
ぐことが可能となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１１】図１は本発明の一実施形態を示す断面図、
図２は本発明に係る鉛蓄電池用バイポーラ電極の断面
図、図３は図２の一部切り欠き斜視図であり、図５と同
一符号は同一名称である。なお、図２では絶縁板４の貫
通孔８’は省略している。

【００１２】図１に示すように、本発明の鉛蓄電池は、
バイポーラ型電極１００の間にセパレータ１０１を挟ん
で積層したものを電槽１０２内に収納したものである。
各バイポーラ型電極は、図２に示すように平板状の集電
体１と、正極活物質５と、負極活物質６とからなる。集
電体１は、鉛ーカルシウムー錫合金からなる鉛を主成分
とする厚さ１００μｍの鉛合金板２および同様な組成か
らなる厚さ２００μｍの鉛合金板２’と、耐酸性かつ多
孔性の、たとえばポリプロピレン樹脂からなる多孔度５
０％の厚さ５０μｍの絶縁体４と、白金からなる厚さ１
００μｍの金属板３とからなる。絶縁体４は、図３に示
すように上面から下面に貫通する直径１ｍｍの円形の貫
通孔８が複数形成され、多孔度が５０％となっている。
また、金属板３は、一側面から細い板状のセンサー端子
７が突出している。そして、集電体１は、例えば四角形
であって、前記金属板３の両面および側面が前記絶縁体
４で覆われており、さらに、この絶縁体４を覆う鉛合金
板２の下面に正極活物質５が、鉛合金板２の上面に負極
活物質６が配置され、これら鉛合金板２と２’が該金属
板３の外周で導電（セル間）接続されている。

【００１３】前記センサー端子７は、前記電槽１０２か
ら突出し、外部に露出している。また、図１のようにバ
イポーラ型電極の両端に位置する電極は、鉛合金板２の
一方の面に正極活物質５または負極活物質６が積層され
たものであり、該鉛合金板２の一端が電槽１０２から外
部に突出して、正極端子１０３または負極端子１０４に
なっている。なお、図１のようにバイポーラ型電極のセ
ル間接続部１０５を電槽１０２から突出させ、正極また
は負極端子としてもよい。セル間接続部１０５を電槽か
ら突出させる必要が必ずしもないが、突出させておく
と、最大電圧だけでなく中間の電圧も取り出すことがで
きる。

【００１４】また、図４に示すように前記金属板３に、
前記絶縁体４の貫通孔８と連通する位置に貫通孔８’を
設け、該金属板４の上面と下面の鉛合金板２と２’を該
貫通孔８，８’内で一体に連結させると共に、該連結部
分と金属板３とを絶縁体４によって絶縁する構造として
もよい。このようにすると、セル間接続部が集電体１の
外周のみでなく内部にもできるので断面積が増え、大電
流の充放電を行うことができる。しかし、この部分の鉛
合金板２’が腐食して正極活物質５と負極活物質６が短
絡し易くなるので、本発明の一方の目的が達成できなく
なることがある。

【００１５】なお、前記絶縁体４は、貫通孔８が必ずし
も上面から下面に直線的に貫通しているものでなくても
よく、ガラスマットのように内部に空洞のあるものでも
よい。また、該絶縁体４や金属板３の厚さ、サイズ、多
孔度、形状などは、本実施形態に限定されるものでな
く、極板の設計仕様により自由に変更できる。例えば、
線状の金属板に絶縁体を被覆して正極側と負極側から鉛
合金板を貼り合わせた構造としてもよい。

【００１６】次に、上記構造の鉛蓄電池の製造方法につ
いて簡単に説明する。まず、耐食性金属板３として、Ｐ
ｔ板を用意し、表面がＰＰ樹脂からなる絶縁体４のシー
トを貼りつける。さらに、前記金属板３および絶縁体４
の両面に、正極側から鉛合金板２’のシートを、負極側
から鉛合金板２のシートを圧延ロールにより貼り合わせ
る。そして、前記絶縁体４の外周からはみ出した鉛合金
板２、２’同士も貼り合わせる。このとき、該金属板３
は、絶縁体４により鉛合金板２、２’と絶縁されると共
に、絶縁体４を介した金属板３両面の鉛合金板２、２’
は接続される。なお、センサー端子７は、絶縁体４と鉛
合金板２を突き抜けさせておく。

【００１７】次に、該シートの正極側に正極活物質５
を、負極側に負極活物質６を圧延ロールで充填してバイ
ポーラ型電極を完成する。

【００１８】このようなバイポーラ型電極をセパレータ
を介して複数積層し、その一端に、鉛合金板２’の一方
の面に正極活物質５を充填した正極板をセパレータを介
して積層し、その他端に、鉛合金板２の一方の面に負極
活物質６を充填した負極板をセパレータを介して積層す
る。そして、この積層体を電槽内に収納する。このと
き、前記正極板から正極端子１０３を、前記負極板から
負極端子１０４を電槽外へ突出させると共に、センサー
端子７も電槽外へ突出させる。その後、電槽１０２に蓋
を取り付け、電解液を注入して本発明の鉛蓄電池が完成
する。

【００１９】このような電池のバイポーラ型電極は、充
放電を繰り返すうちに、正極側の鉛合金板２’の表面か
ら腐食が内部へ進行し、負極側に貫通する前に絶縁体４
に達する。その際絶縁体４の多孔空間部に硫酸が侵入
し、絶縁体４に覆われた金属板３が電解液と接触し、電
位が発生する。電位の発生は、隣接するセンサー端子７
間を電圧計でつなぐか、またはセンサー端子７と隣接す
る正極端子１０３または負極端子１０４とを電圧計でつ
なぐことで検知することができる。また、電圧計の代わ
りに電流計を用いても、電流の発生を検知する方法で、
絶縁体４への腐食の進行を、検知することができる。

【００２０】本発明のバイポーラ型極板を用いた電池
は、正極活物質側の鉛合金板２’の腐食が絶縁体４の深
さまで到達し、その領域の増加に伴い、活物質と集電体
との導通が絶縁体４の貫通孔８部と周囲部のみになる。
その結果、抵抗が上昇し、前記放電容量が低下し寿命と
なる。つまり、集電体１を貫通し短絡する以前に、集電
体１の腐食が抑えられ寿命をむかえる。従って、従来の
極板にあったような、腐食の進行で集電体１を貫通し、
集電体１両面に形成した正極および負極活物質が液絡と
同時に短絡するという問題を防止することができる。

【００２１】次に、このバイポーラ型電極を用いて複数
セルからなる鉛蓄電池を作製し、従来の電極を用いた電
池と共にＳＢＡ寿命試験を行った。このとき、本発明電
池においては、寿命試験中、隣接するセルのセンサー端
子７間の電圧と電流を測定した。ここで、電圧値または
電流値が検出された場合、電池劣化および寿命の表示を
行うように表示機を配置した。その結果、寿命終期の放
電容量の低下が加速し、定格容量の８０％前後になった
時点において、電圧値または電流値が検出されはじめ
た。電圧値または電流値が検出された電池を解体調査し
たところ、正極側の鉛合金シート２’の腐食が絶縁体４
に達していることが確認された。一方、従来の極板は、
腐食が正極から負極に達しており、短絡の兆候が見られ
た。以上の結果、本発明は、集電体の腐食の進行を検知
し、電池の劣化や寿命の表示を行うことができるので、
電極の短絡に起因する不具合を事前に防ぐことが可能と
なる。本発明の劣化および寿命判定方法は、本実施形態
のバイポーラ電極に限定されるものではなく、従来の鉛
電池、例えば正極ストラップや極柱に絶縁体４に覆われ
た金属板３を内蔵したり、格子体の前記絶縁体４に覆わ
れた金属板３を芯材としても同様の効果が得られる。

【００２２】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通り、次に記載
する効果を奏する。 （１）請求項１によれば、集電体の腐食状態を検知でき
るので、鉛蓄電池の劣化状態や寿命を知ることができ
る。また、集電体の腐食によるセル間の短絡を予知でき
るので、短絡による電槽割れなどの不具合を事前に防ぐ
ことができる。さらに、絶縁体や金属板によってセル間
の短絡を防止または抑制できるので、寿命性能の優れた
鉛蓄電池を提供できる。 （２）請求項２によれば、請求項１の効果に加え金属板
が耐食性に優れ、劣化または寿命状態を正確に検知でき
る鉛蓄電池を提供できる。 （３）請求項３によれば、電池の劣化や寿命を検知で
き、セル間の短絡による不具合を事前に防ぐことができ
ると共に、大電流の充放電に適する鉛蓄電池を提供でき
る。 （４）請求項４によれば、鉛蓄電池の劣化状態や寿命を
簡単に検知できる。また、セル間の短絡を予知できるの
で、短絡による電槽割れなどの不具合を予防できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す断面図である。

【図２】図１のバイポーラ電極を示す断面図である。

【図３】図２の一部切り欠き斜視図である。

【図４】本発明に係るバイポーラ型電極の他の実施形態
を示す要部拡大断面図である。

【図５】従来のバイポーラ型電極を備えた鉛蓄電池の断
面図である。

【符号の説明】

１ 集電体 ２ 負極側の鉛合金板 ２’ 正極側の鉛合金板 ３ 金属板 ４ 絶縁体 ５ 正極活物質 ６ 負極活物質 ７ センサー端子 ８ 金属板の貫通孔 ８’ 絶縁体の貫通孔 １００ バイポーラ型電極 １０２ 電槽 １０３ 正極端子 １０４ 負極端子

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状集電体の一方の面に正極活物質
   （５）を配置し、他方の面に負極活物質（６）を配置し
   たバイポーラ型電極（１００）を電槽（１０２）内に収
   納した鉛蓄電池であって、 前記集電体（１）は、鉛を主成分とする鉛合金板（２、
   ２’）と、耐酸性かつ多孔性の絶縁体（４）で覆われた
   金属板（３）とからなり、 前記鉛合金板（２、２’）は、前記金属板（３）の両面
   に配置され、該金属板（３）の外周の少なくとも一部分
   で導電接続されているものであり、 前記金属板（３）は、電槽（１０２）外に突出するセン
   サー端子（７）を有することを特徴とする、 鉛蓄電池。
2. 【請求項２】 前記金属板（３）は、チタン、ジルコニ
   ウム、ニオブ、タンタル、タングステン、金、銀、白金
   またはこれらの合金の、一つからなる請求項１記載の鉛
   蓄電池。
3. 【請求項３】 前記金属板（３）および絶縁体（４）
   は、複数の貫通孔（８、８’）を有し、該貫通孔（８、
   ８’）を通して正極側と負極側の鉛合金板（２、２’）
   が導電接続されている請求項１記載の鉛蓄電池。
4. 【請求項４】 請求項１記載の鉛蓄電池のセンサー端子
   （７）と、正極端子（１０３）または負極端子（１０
   ４）との間の電圧または電流を測定し、電圧値または電
   流値によって電池の劣化状態を判定することを特徴とす
   る鉛蓄電池の劣化判定方法。