JP3266918B2 - 密閉式鉛蓄電池 - Google Patents

密閉式鉛蓄電池

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孝夫 大前
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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  • Gas Exhaust Devices For Batteries (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は密閉式鉛蓄電池の改良に
関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】現在、密閉式鉛蓄電池として
リテーナ式とゲル式の2種類が実用化されている。いず
れも電池の充電中に発生する酸素ガスを負極で吸収させ
ることで電解液の減少をなくし密閉化をはかっている。
【0003】リテーナ式は正極板と負極板との間に微細
ガラス繊維を素材とするマット状セパレータ(ガラスセ
パレータ)を挿入し、これによって放電に必要な硫酸電
解液の保持と両極の隔離を行なっており、無保守、無漏
液、ポジションフリーなどの特徴を生かして、近年、ポ
ータブル機器やコンピュータのバックアップ電源として
広く用いられるようになってきた。
【0004】しかし、反面ガラスセパレータが高価なこ
とや極板群を強く圧迫する必要から電槽の強度も大きく
しなければならないなど電池の製造コストが高くなる要
因が多く、さらに流動液が過剰にある電池(以下、液式
電池という)に比べて低率放電性能が劣るなどの欠点が
あって、この種の密閉電池の普及に障害となっている。
【0005】一方、ゲル式はリテーナ式よりも安価であ
るが、電池性能が液式やリテーナ式に劣るという欠点を
有している。
【0006】そこでこれらの欠点を解消するために、微
細ガラス繊維を用いるリテーナ式でもなく、ゲル状の電
解液を用いるゲル式でもない密閉式鉛蓄電池が提案され
ている。すなわち、電解液保持材として高い多孔度と大
きい比表面積を有する粉体、たとえばシリカ粉体を使用
するもので、正極板と負極板との間隙および極板群の周
囲に上記粉体を充填した構成の密閉式鉛蓄電池である。
シリカ粉体は大量に生産、販売されている安価な材料で
あり、耐酸性や電解液の保持力も優れているので、この
タイプの密閉式鉛蓄電池の電解液保持材に用いる粉体と
して優れた素材であるといえる。
【0007】しかし、シリカ粉体を用いた密閉式鉛蓄電
池の実験を進めていくと共に問題点が明らかになってき
た。それは両極を充分に隔離しなければ特に自動車用な
どのような両極板の間隔の狭い電池ではシリカ粉末の間
隙を通って活物質粒子が浸透し、短絡を起こしてしまう
ことである。これを防止するためには、両極板の間に隔
離体を用いる必要がある。
【0008】シリカの造粒粉体を電解液保持体として用
いる場合、上述したように隔離体を用いなければならな
いが、あわせて両極板間を一定に保つために極間保持体
を併用しなければならない。これまでシート状の隔離体
と極間保持体とを併用する方法や上下方向に直線状のリ
ブのついた隔離体を用いることなどが提案されている。
しかし、これらの方法では上下方向に位置する極間保持
体あるいはリブによって極板の空間がいくつかのブロッ
クに分割されてしまうため電池内へのシリカ造粒粉体の
充填が難しくなり、また充填したシリカ造粒粉体が不均
一になったりした。シリカ造粒粉体を充填し電解液を注
入した後、この電解液の横方向の移動が妨げられ電池性
能に影響することも考えられる。
【0009】また、片面あるいは両面に樹脂などで凸部
を設けた隔離体も提案されている。これを用いると前述
した問題点を解決することができる。しかし、隔離体に
樹脂などで凸部を形成するという加工が必要なことから
製造コストが大幅に増加してしまう。さらに凸部は電池
反応にとっては邪魔な部分なので、凸部が多くなると放
電容量の低下などの悪影響がでてくる恐れがあった。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明にかかる密閉形鉛
蓄電池は、エンボス加工により片面あるいは両面に凸部
を設けた隔離体を正、負極板間に介在させてなる極板群
を電槽内に収納すると共に、極板間および極板の周囲に
充填したシリカ粉体を固定し、硫酸電解液を該シリカ粉
体、隔離体および正負極板に保持させたことを特徴とす
る。
【0011】
【実施例】図1は本発明による密閉式鉛蓄電池を示す概
略図である。正極板1はアンチモンフリーの鉛合金また
はアンチモンを少量含む鉛合金格子に正極活物質を充填
したものである。アンチモンフリーの鉛合金としては、
カルシウム0.02〜0.12重量%、錫0〜1.0重
量%および微量のアルミニウムを含む一般的な鉛−カル
シウム系合金が使用できる。
【0012】本発明で電解液保持体として使用するシリ
カ微粉体は、アンチモンを吸着する特性があるので正極
格子合金に鉛−アンチモン系合金の使用が可能である。
鉛−アンチモン合金を用いた場合のアンチモン含有量と
してはアンチモン0.7〜2.0重量%、とくに0.7
〜1.5重量% が好ましい。
【0013】負極板2はアンチモンフリーの鉛合金を用
いた格子にリグニンや硫酸バリウムなどの防縮剤を添加
した通常の負極ペーストを充填して製造する。負極格子
の鉛合金はカルシウム0.05〜0.12重量%、錫0
〜0.5重量%および微量のアルミニウムを含む一般的
な鉛−カルシウム系合金が使用できる。負極格子は鋳造
したものや鉛合金シートを展開したエキスパンド格子あ
るいは打ち抜き格子などいずれも使用可能である。
【0014】3は正極板と負極板との間に挿入したエン
ボス加工により両面に断続的に突起部4を設けた隔離体
である。隔離体には厚みが薄く多孔性でかつ電気抵抗が
低ければいずれも使用できるが、孔径の小さすぎるもの
ではガスが透過しにくいので好ましくない。粉体を電解
液保持体とする密閉式鉛蓄電池では正、負極板間に粉体
を均一に充填しなければならないので、極板間の間隔を
一定に保つ必要からこのような突起部を設けるのであ
る。
【0015】図2にエンボス加工の概略を示す。ロール
状に巻いたセパレータ用の帯状のシート15を突起部を
有するローラー16の間を連続的に通すことで容易に突
起部が形成できる。図3に示す隔離体は無機粉体と無機
繊維および有機繊維とを少量のバインダーと共に湿式抄
造してシート状にし、半球状の突起部をエンボス加工に
より両面に一定間隔で形成せしめ、所定寸法に切断した
ものである。
【0016】上述した正極板、負極板および突起を設け
たセパレータとを積み重ね、正、負極板それぞれ別々に
溶接して極板群を作製し電槽5に挿入する。従来のガラ
スセパレータを用いたものでは、極板群を強く圧迫しな
ければならないので電槽への挿入が非常に困難である
が、本発明では極板群を圧迫する必要がないので挿入は
容易である。極板群を電槽に挿入したのちシリカ微粉体
8を充填する。
【0017】本実施例ではシリカ微粉体として、一次粒
子径が10〜40ミリミクロン、比表面積100〜15
0m2 /gの含水二酸化珪素(SiO2 /nH2 O)微
細粒子が凝集して50〜200ミクロンの二次粒子を形
成している粉体であって、安息角が25〜30度の流動
性のよい粉体を用いた。このように流動性に優れた粉体
なので、電槽内への粉体の充填は重力加速度2〜4G、
振幅1〜2mmの振動をかければ短時間に密に充填でき
る。
【0018】またこの粉体は、工業的に大量生産されて
いるため非常に安価であり、容易に入手することができ
る。該粉体は極板群の正極ストラップ6および負極スト
ラップ7がちょうど埋まる程度まで充填するのがよい。
【0019】ついでこの粉体の上部に、連続気泡を有す
る発泡樹脂板9を挿入し、粉体層を固定した。本発明で
用いた粉体は流動性が高いので、もし粉体8を発泡樹脂
板9で固定しないと粉体粒子が容易に移動し、粉体層内
に空洞が生じてしまう。とくに未充電電池に硫酸電解液
を注液する際や初充電中のガッシングで生じやすい。粉
体層に空洞が生じるとその部分には電解液が保持されな
いので、活物質が働かなくなって目標の電池性能が得ら
れない。粉体層の固定は非常に重要である。極板群を収
納し粉体を充填したのち上述した方法で粉体層を固定す
れば、あとは電槽5と電槽フタ12を接着または溶着す
れば未充電電池が完成する。
【0020】13は電槽フタ12と一体になった排気栓
で、14は電池内圧が上昇したときには開き、減圧され
たときは閉じるような排気弁である。排気弁14はキャ
ップ弁、リング弁、板弁など一般的に用いられるいずれ
の弁でもよい。排気弁は未充電電池に硫酸電解液を注液
後装着してもよいし、初充電後に装着してもよい。ただ
し、電池を充電してから装着する場合は充電完了後直ち
に装着しなければならない。
【0021】次に本発明による密閉式鉛蓄電池の容量試
験の結果を説明する。試験に供した電池は12Vの自動
車用密閉式鉛蓄電池で、公称容量は25Ahである。
【0022】電池No.1は、エンボス加工を施したセ
パレータを用い、シリカ微粉体を充填した本発明の電池
である。このセパレータは無機粉体と無機繊維および有
機繊維とを少量のバインダーと共に湿式抄造してシート
状にし、直径約2mm,高さ約0.6mmの円柱状の凸
部を両面に一定間隔で形成せしめたものである。この凸
部はロール状に巻いたセパレータ用の帯状のシートを凸
部を有するローラーの間を連続的に通して形成した。こ
こでは厚み0.25mmの合成セパレータの両面に直径
約 2mm、高さ0.6mmの突起を隔離板の面積の約
0.7%となるように設けた。
【0023】電池No.2は、スポットリブ加工を施し
たセパレータを用い、シリカ微粉体を充填した電池であ
る。スポットリブ加工とは、セパレータに樹脂の突起を
つけたものである。この突起はロール状に巻いたセパレ
ータ用の帯状のシートにホットメルトガンを用いて断続
的に点状または線状にホットメルト樹脂を付着させるこ
とによって形成した。セパレータには突起を設けた部分
では、セパレータの空孔がブロックされてイオン電導性
が失われるため、突起部分の占める面積を大きくするの
は電池性能上好ましくない。本実施例では厚み0.25
mmの合成セパレータの片面に直径約 2mm、高さ
1.2mmの突起を隔離板の面積の約0.7%となるよ
うに設けた。
【0024】いずれの電池も正極には、厚み1.6mm
のものを鉛−カルシウム−錫−アルミニウム合金を用い
て通常の方法で作製した鋳造格子を用いた。
【0025】負極格子には、いずれの電池についても厚
み0.6mmの鉛−カルシウム−錫合金よりなる鉛シー
トより作ったエキスパンド格子を用いた。
【0026】正負極活物質などは通常のものを用い、電
槽化成を行なった。電槽化成後の電解液比重は1.30
とした。次に容量試験を行なった結果を表2に示す。
【0027】
【表2】
【0028】25℃、5A放電容量は電池No.2は2
3Ahであったのに対し、電池No.1は26Ahと大
きかった。−15℃、150A放電容量についても電池
No.2は7.4Ahであったのに対し、電池No.1
は7.7Ahと大きかった。
【0029】電池No.2は樹脂の突起を設けたセパレ
ータを用いているため、セパレータの空孔が樹脂により
ブロックされてイオン電導性が失われ、放電反応が起こ
りにくくなったため、容量が少なかったものと考えられ
る。それに対し電池No.1のエンボス加工を施したセ
パレータを用いたものでは突起の部分でもイオン導電性
が失われることはないので容量が大きかったものと思わ
れる。
【0030】また、エンボス加工は、スポットリブ加工
などに比べ非常に安価にできるので、エンボス加工した
セパレータを用いシリカ微粉体を充填した密閉式鉛蓄電
池は低コストで製作可能であった。
【0031】
【発明の効果】上述の実施例からも明らかなように、従
来の密閉式鉛蓄電池に比べ低コストとなるものであり、
その工業的価値は甚だ大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明密閉式鉛蓄電池の要部断面図
【図2】エンボス加工法の概略を示した図
【図3】エンボス加工したセパレータの図
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 3 エンボス加工したセパレータ 4 突起 5 電槽 8 シリカ微粉体 9 発泡樹脂板 12 電槽フタ

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電池の充電中に発生する酸素ガスを負極で
    吸収させる密閉式鉛蓄電池において、エンボス加工によ
    り片面あるいは両面に凸部を設けた隔離体を正、負極板
    間に介在させてなる極板群を電槽内に収納すると共に
    極板間および極板の周囲に充填したシリカ粉体を固定
    し、硫酸電解液を該シリカ粉体、隔離体および正負極板
    保持させたことを特徴とする密閉式鉛蓄電池。
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