JPH04149967A - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は密閉形鉛蓄電池の改良に関するものである。

従来の技術とその課題 電池の充電中に発生する酸素ガスを負極で吸収させるタ
イプの密閉形鉛蓄電池にはリテーナ式とゲル式の二種類
がある。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、ポータプ
ル機器やコンピューター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。“しかじ、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、さらに従来の液式電池に
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。

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があった、そこ
でこれらの欠点を解消するなめに、８＆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
式でもない新規な密閉形鉛蓄電池が提案されている。こ
れは電解液の保持材としてシリカの微粉＃４ｃ［正確に
は含水二酸化珪素＜５ｈｏ２　・ｎＨ２ｏ）であるが、
ここでは単にシリカ微粉体と略す］を使用するもので、
■極板と負極板との間隙および極板群の周囲に上記シリ
カ微粉体を充填した構成の電池である。シリカ微粉体は
大量に生産され、市販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、密閉形鉛蓄電
池の電解液保持材として優れた新素材である。ところが
この新規な密閉形鉛蓄電池にも次のような問題点があっ
た。すなわち、シリカ微粉体は非常にバルキーな細かい
粉体であるなめ、極間や極板群の周囲に密に充填するの
が困難なことおよび充填しな粉本層に電解液を注液する
のに長時間を要することであった。これらの点はシリカ
微粉体が硫酸を非常によく吸収するという特性を利用し
て、あらかじめ電解液を含浸したシリカ微粉体を極間お
よび極板群の周囲に充填、配置することで改善できるこ
とを提案した。すなわち、シリカ微粉体は一次粒子が１
０〜４０ミリミクロンと細かく、比表面積も大きいので
、多量の硫酸電解液を加えても、粉体の状態を維持でき
、これを用いれば電槽内への粉体の充填が容易になる。

さらに、あらかじめ電池の放電に必要なＶｉ酸量を含浸
させておけば、電池の充電の際に水を加えるだけでよい
ので電池製造の工程上腐食性の硫酸を扱う必要がなくな
り非常にメリットが大きい。

しかし、この方法にも１つの欠点がみつかった。

あらかじめ電池の充放電に必要な硫酸量を粉体に含浸さ
せておき、電池の充電の際に水を加えると、電池に注入
した水は電池上部から下部へと充填した粉体の層内を浸
透していく。このとき注入した水と粉体に含浸したｖＡ
酸電解液とが混ざり合いながら浸透していくので上部の
電解液の濃度が低くなり、下部のそれは上昇し、いわゆ
る上部と下部の硫酸濃度が異なる成層化と呼ばれる現象
が生じてしまう。成層化が生じると放電容量の減少や寿
命性能の低下を引き起こす。

課題を解決するための手段 本発明は上述した従来の粉体充填方式の密閉形鉛蓄電池
の欠点を除去し、優れた放電性能を有する安価な密閉形
鉛′ｒｉｔ池を提供するもので、あらかじめ電解液を含
浸したシリカ粉体を極間および極板群の周囲に充填し、
かつ、電池上部には高濃度の硫酸電解液を含浸したシリ
カ微粉体を、電池下部には低濃度の硫酸電解液を含浸し
なシリカ粉体を充填、配置し、電池の初充電に際しては
所定量の水を注入することを発明の骨子とするものであ
る。以下本発明を実施に基づいて説明する。

実施例 本実施例では一次粒子径が１０〜４０ミリミクロンの市
販シリカ微粉体を用いた。この微粉体は一次粒子が凝集
して５０〜２００ミクロンの二次または三次粒子を形成
しており、比表面積が大きく、硫酸の吸収能も高いバル
キーな粉体である。珪酸ソーダと硫酸を反応させると Ｎａ２５ＩＯ，＋　Ｈ２３０４ −＋　　Ｓ＋Ｑ、　　−８２０＋Ｎａｘ　　５０４のよ
うに含水二酸化珪素として簡単に製造できるので、安価
な工業材料として大量に生産されているものである。そ
こで上記シリカ微粉体に電解液としての硫酸水溶液を加
え、硫酸を含浸させた状態での粉体を試作した。その作
り方は極めて簡単で、シリカ微粉体と硫酸を混合するだ
けでよい。

すなわち、シリカ微粉体に硫酸を加えると、加えた硫酸
はシリカ微粉体に吸収されて塊状となるが、撹拌するこ
とによって容易にこわれ、均一な粉体となる。ただし、
ここで注意しなければならないことは、加えた硫酸量が
多い場合撹拌が激しすぎると粉状とはならずペースト状
となってしまうことである。とくにすりつぶすような力
が働くと、粉体に吸収された硫酸かにじみ出てきてペー
スト状となるので、このような撹拌方法は避けなければ
ならない。軽くかき混ぜる程度が最も好ましい。

そこで上記の方法で含浸させる硫酸比重の興なる３種類
の硫酸含浸シリカ微粉体を作製し、これらを電解液保持
体とする密閉形鉛蓄電池を試作し、従来のリテーナ式お
よびゲル式密閉形鉛蓄電池とその放電性能を比較した。

試験電池は公称容量４゜５＾ｈの２ｖ電池で、この電池
は化成して乾燥した正極板３枚と負極板４枚から構成さ
れており、本発明品については、極間に幅２ＩＩｌｌ、
厚さ１．５ｎｎ耐酸性合成樹脂のスベサーを２本ずつ挿
入した。極間および極板群周囲に充填する３種類の硫酸
含浸シリカ微粉体は次のものを用いた。すなわち、次粒
子が１０〜４０ミリミクロンの含水二ｉ化珪素が凝集し
て５０〜２００ミクロンの二次または三次粒子を形成す
るシリカ微粉体１００ｇに対して比重１．６１の硫酸を
１７３　　ｒｉｌｌ加えて軽く撹拌し、均一な粉体とし
た。同様にしてシリカ微粉体１００（ＩＩに対して比重
１，７８の硫酸を１７３ｎ　Ａ含浸させたもの、比重１
．４５の硫酸を１７３１１　Ｊ含浸させたものを作製し
た。これら３種類の硫酸を含浸させた粉体はいずれもさ
らさらした性状で、極間や極板群の周囲に簡単に充填す
ることができる。電池Ａには比重１．６１の硫酸を含浸
した粉体を５０ｇ充填した。電池Ｂにはまず比重１．４
５の硫酸を含浸させた粉体を２３ｇ充填し、その上部に
比重１．７８の硫酸を含浸させた粉体を２７９充填した
。硫酸含浸シリカ微粉体を充填したこれらの電池に含ま
れる硫酸は等しく、電池の放電に必要かつ充分な量とし
た。このようにして電槽内に硫酸含浸シリカ微粉体を充
填した後電槽フタを接着した。この試験電池Ｂの縦断面
模式図を第１図に示す。図において１は正極板、２は負
極板で、図には示していないがこれらの極間にはスペー
サーが挿入されている。３は比重１．４５の硫酸を含浸
した粉体、４は比重１．７８の！酸を含浸した粉体、５
は電槽、６は液口である。

つぎにこの試験電池の初充電を行った。まず、電池の液
口から水を３３　＋ｉ注入し、液口にゴム弁を装着した
後０．８Ａで１８ｈの初充電を行った。シリカ微粉体に
あらかじめ含浸した硫酸が存在するため水の浸透は速や
かであった。初充電終了後電池を解体してシリカ微粉体
中に含まれる硫酸の比重を測定した。比重１．６１の硫
酸を含浸した粉体を充填した従来品の電池Ａでは電池上
部の粉体中の硫酸比重と電池下部の粉体中の硫酸比重と
を比べると下部の方が上部より約４０ポイント（０，０
４０）高かった。これは初充電に先だって電池に水を注
入するときに、電池上部に充填した粉体中の［０を希釈
し、逆に水は硫酸分を吸収して徐々に高濃度になって電
池下部へと浸透していったなめである。一方、上部に充
填した粉体中に含浸した硫酸の比重を下部に充填した粉
体中の硫酸比重より高くした本発明品である電池Ｂでは
下部の硫酸比重の方が上部のそれより約１０ポイント（
０，０１０＞逆に低かった。これは注入した水により上
部の［１が下部に移動するものの下部に比重の低い硫酸
が存在するため、その影響が相殺されたものである。

本実施例では上部と下部の２つに分割して比重のことな
る硫酸を含浸したシリカ微粉体を充填したが、さらに多
くの区分に分割し、上部から下部に徐々に電解液比重を
下げていくとより効果的であった。

ついで容量試験を行った。容量試験は０．２０（２５℃
）と３ＯＡ（−１５℃）で行った。結果を第１表に示す
。

第１表 第１表において、電池Ａは従来品、電池Ｂは本発明品、
ＣとＤはそれぞれリテーナ式およびゲル式の従来品であ
る。

この試験結果より、リテーナ式とゲル式とを比較すると
、リテーナ式は電解液比重がやや高いためにゲル式より
も高率放電性能が優れていた。

方、従来のシリカ粉体を用いた電池Ａはこれらリテーナ
式およびゲル式の密閉式鉛蓄電池に比べて低率放電、高
率放電とも１０〜２０％も性能が向上した。これは電解
液量がリテーナ式よりも多いこと、液比型をゲル式より
高くしたこと、酸の拡散がリテーナ式やゲル式に比べて
優れていたことなどの相乗効果によるものと思われる。

本発明品である電池Ｂは電池Ａと比べ低率放電および高
率放電ともやや性能が向上した。硫酸比重が上下方向で
ほとんど差がなかったためと思う。つぎにサイクル充放
電試験を行った。充放電条件はつぎのようで試験温度は
２５℃で行った。

放電、　２．ＯＡ　（終止電圧１．７０Ｖ／セル）充電
、０．４Ａ（放電電気量の１３０％）なお、放電容量が
２．　ＯＡｈ以下になった時点を寿命とした。結果を第
１表に示す。なお、寿命性能はリテーナ式（を池Ｃ）を
１００％とし、それに対する比率で示した０本発明品は
初期の容量試験では従来のシリカ粉体を用いた電池Ａに
比べやや性能が向上したにすぎなかったが、寿命性能は
大幅に向上した。寿命試験後電池を解体したところ、電
池Ａでは正極板の下部の活物質の軟化が著しく、負極板
も硫酸鉛が蓄積し、いわゆる成層化の影響が顕著であっ
た。一方、本発明品である電池Ｂは極板全体にわたって
均一に劣化が進行しており、成層化の形成は認められな
かった。なお、本実施例では極間にスペーサーを挿入し
たが、通常の鉛蓄電池用セパレータ特にリブ付や波付セ
パレータを挿入してもよい。

発明の効果 実施例から明らかなように、本発明による密閉形鉛蓄電
池は電解液の保持にシリカ微粉体を用いると共に、予め
放電に必要かつ充分な量の硫酸を含浸させることができ
るので、初充電に際しては水を加えるたけでよく、電池
の製造工程が簡略化されるばかりでなく、腐食性の硫酸
を取り扱う必要がないという従来の粉体を電解液保持材
のもつ特徴を残したまま、粉体に含浸される硫酸の比重
を電池上部を高く、電池下部を低くするという簡単な操
作で電池の寿命性能を大幅に向上できるなど工業上の価
値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明密閉形鉛蓄電池の縦断面模式図である。 １・・・正極板、２・・・負極板、 ３・・・比重１．４５の硫酸を含浸した粉体、４・・・
比重１．７８の硫酸を含浸させた粉体、５・・・電槽、 ６・・・液口 笑 酊 １．１砂板

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、電池の充電中に発生する酸素ガスを負極で吸収させ
   る密閉形鉛蓄電池において、スペーサーまたはセパレー
   タを介して組み合わせた正極板と負極板との間隙および
   極板群の周囲に、一次粒子が１０〜４０ミリミクロンの
   含水二酸化珪素の微粉体が凝集して５０〜２００ミクロ
   ンの二次または三次粒子を形成する粉体にあらかじめ電
   池の放電に必要、充分な量の硫酸を含浸させた粉体を充
   填、配置し、かつ、充填する粉体にあらかじめ含浸する
   希硫酸の比重は電池上部に充填した粉体中の方が電池下
   部に充填した粉体中よりも高く、電池の初充電に際して
   は所定量の水を加えることを特徴とする密閉形鉛蓄電池
   。