JP2000323188A - 鉛電池の活性化法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】劣化した鉛蓄電池の負極を、充電方法の改良に
より活性化し、且つその特性を長期間保持させる。 【解決手段】放電パルス電流を流した直後に、この放電
した電気量よりも大きな電気量の充電パルス電流を印加
することにより、負極活物質の結晶を微細化し、電気容
量と内部抵抗を新品と同程度に回復させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】 本発明は鉛蓄電池の活性化
法に関するものであり、特に長期間の使用により電気容
量が低下した鉛蓄電池を殆ど初期の性能にまで回復させ
ることができる活性化法に関する。

【０００２】

【従来の技術】 鉛蓄電池は充放電を繰り返したり、長
期間放置することにより、電極に硫酸鉛の結晶が成長す
る。この成長した硫酸鉛は充電により負極では金属鉛に
還元されるが、その形状は元の硫酸鉛の結晶を引き継ぐ
ので、やはり大きな結晶となり、表面積が小さいため、
電池の内部抵抗は大きく、大電流の放電は不可能にな
る。また充放電の繰り返しに伴い成長した硫酸鉛の大き
な結晶は、不活性となるため、電極活物質の量が減少し
電池の容量が減少する。これらの対策として微小電流で
長時間過充電し硫酸鉛を再び金属鉛にする方法がある
が、この方法では結晶成長した硫酸鉛のごく一部しか金
属鉛にならず、金属鉛の粒子径も大きく、効果に乏しい
ものであった。また電解液中に各種の添加物、例えば微
粒のカーボン等を添加する方法があるが、微粒のカーボ
ンは正極で酸化されやすく、比較的短時間で消滅してし
まい、これに伴って効果も無くなるという欠点が有っ
た。更に従来、鉛蓄電池の電極活物質成形体のバインダ
ーとして加えたリグニンが電池特性を改良する効果が若
干認められているが、その効果は僅かであり、また正極
での電解酸化で生成した有機酸が導体を腐食する等の副
作用が有り、有用性に乏しいものであった。また従来、
制御回路を低価格にするとか、電流効率を高める手段と
して、鉛蓄電池をパルス電流で充電することが、しばし
ば用いられてきたが、鉛蓄電池の容量や内部抵抗を回復
させる手段としてはあまり有効性が認められていなかっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】 本発明はこれらの従
来の方法にくらべ、遙に長寿命で、且つ簡便な鉛蓄電池
の活性化法を見いだしたものである。本発明の第一の目
的は鉛蓄電池の充放電サイクル寿命を延長させることに
ある。本発明の第二の目的は鉛蓄電池の容量を増大させ
ることにある。本発明の第三の目的は鉛蓄電池の内部抵
抗を減少させることにある。本発明の第四の目的は鉛蓄
電池の急速充電性能を向上させることにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】 本発明は、正極に過酸
化鉛、負極に金属鉛、電解液に希硫酸を用いる鉛蓄電池
において、放電パルス電流を流した直後に、この放電し
た電気量よりも大きな電気量の充電パルス電流を印加す
ることを特徴とする鉛蓄電池の活性化法である。

【０００５】 本発明の原理について以下説明する。最
初の短時間の放電により、負極の表面近傍の電解液中に
高濃度の鉛イオンを溶出させ、この鉛イオンが遠くに拡
散しない間に、大電流の充電電流を流すと、高濃度の鉛
イオンが急激に還元される結果、多数の鉛の結晶核が生
成し、この多数の核によって細かな鉛、即ち活性の高い
負極ができることを見いだしたものである。また短時間
の大電流の放電により生成した高濃度の鉛イオンは短時
間であれば過飽和の状態で負極近傍の電解液中に留まる
ことが可能であるので、その過渡的な状態を利用して大
電流で充電を行うことにより、容易に負極の活物質の微
細化が可能となったものである。

【０００６】 放電および充電の電流はパルス状である
ことが望ましく、パルス状の放電電流値は０．１Ｃ以
上、より好ましくは０．５Ｃ以上が好適である。またパ
ルス状の充電電流は放電電気量の１．５倍以上、より好
ましくは３倍以上が好適である。充電パルスは大電流が
望ましく、０．２Ｃ以上、より好ましくは１Ｃないし１
０Ｃ程度が好適である。図１ないし図３は本発明の方法
における放電電流と充電電流のパルス波形の例であり、
縦軸は電流値を示し、＋ｉは充電電流、−ｉは放電電流
である。横軸は時間を示す。充電パルスの形状は図１の
様に放電パルスに対してより大きな電流を放電パルスと
同じ時間流しても良く、図２の様に放電パルスに対して
より長時間同じ大きさの電流を流しても良く、また図３
の様に充電の電流値、時間共に放電パルスより大きくし
ても良い。更に放電パルスの電流値の方が充電パルスの
電流値より大きくても、両者の値にそれぞれのパルス幅
を掛けた電気量として、充電電気量の方が大きければ良
い。放電のパルス幅は負極近傍の電解液中に溶出した鉛
イオンが拡散により散逸するのを防ぐ目的で、できるだ
け短時間であることが望ましいが、負極と電解液との界
面の電気二重層の静電容量の充放電による電力損失を少
なくする意味で、０．０００１ないし１秒程度が望まし
い。充電のパルス幅は負極活物質表面での核形成とその
後の充電とを兼ねるため、これよりも広範囲の０．００
０１ないし１０秒程度が望ましい。パルスの休止期間は
熱放散の良好な電池では必ずしも必要では無く、矩形波
状の連続波形でも良いが、一般には充電反応により生成
する硫酸イオンが電解液中に拡散するに必要な時間を確
保したり、温度上昇をおさえるために、適当な間隔を設
けることが望ましい。またこのパルスの休止期間は必ず
しも電流がゼロである必要は無く、比較的小さい直流の
充電電流を流しても良い。また本発明の方法は、深い放
電の後、充電を行う操作を数回繰り返すことにより、一
層効果が大きい。

【０００７】 本発明の方法で電気容量および内部抵抗
が回復した鉛蓄電池は、負極の活物質の微構造が新品と
同程度になるので、その効果が１年以上の長期間にわた
り持続する。また内部抵抗が低くなる結果、充電時の電
池の温度上昇が小さく、大電流による急速充電が可能に
なる。更に例えば従来２ないし３年で寿命を終わった自
動車用の鉛蓄電池を、本発明の方法で活性化することに
より、更に２ないし３年使用することが可能となり、そ
の繰り返しにより、従来の３倍以上の期間の使用も可能
となる。

【０００８】

【実施例】 容量が初期値の３０％以下に劣化し、内部
抵抗が初期値の３倍に劣化した定格容量３８ＡＨ、定格
電圧１２Ｖの自動車用鉛蓄電池を、放電パルス５０アン
ペア、パルス幅０．０２秒、充電パルス１００アンペ
ア、パルス幅０．０５秒、繰り返し周期１秒で１２時間
充電した。この電池を放電電流５アンペアで端子電圧１
０ボルトになるまで連続放電した後、再び前記の充電条
件で処理した。この結果、容量は新品の８０％に回復
し、内部抵抗も新品と同等になった。この電池の負極活
物質の表面の走査型電子顕微鏡写真は、処理前の劣化し
た電池では図４に示す様に数マイクロメートルないし１
０マイクロメートルの粗大な結晶の集合体である。これ
に対し、前記の本発明の処理を施した電池では図５に示
す様に１マイクロメートル前後の極めて微細な結晶に変
わっていることが観察された。

【０００９】

【発明の効果】 以上の説明から明らかな通り、本発明
の方法では、負極活物質の微構造を回復させることによ
り、鉛蓄電池の電気容量と内部抵抗を著しく回復させる
ことが出来、長期間にわたってその効果が持続し、更に
その操作を繰り返すことにより電池の寿命を従来の数倍
にも延長することが可能となったものであり、各種の自
動車、無停電電源装置、商用電源の電力貯蔵用等の電池
として好適な電池を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパルス波形の一例を示すグラフであ
る。

【図２】本発明のパルス波形の他の一例を示すグラフで
ある。

【図３】本発明のパルス波形の他の一例を示すグラフで
ある。

【図４】従来の劣化した電池の負極活物質表面の走査型
電子顕微鏡写真である。

【図５】本発明の方法で処理した電池の負極活物質表面
の走査型電子顕微鏡写真である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 正極に過酸化鉛、負極に金属鉛、電解液
   に希硫酸を用いる鉛蓄電池において、放電パルス電流を
   流した直後に、この放電した電気量よりも大きな電気量
   の充電パルス電流を印加することを特徴とする鉛蓄電池
   の活性化法。
2. 【請求項２】 請求項１において、放電パルス電流の電
   流値が０．１Ｃ以上で、且つそのパルス幅が０．０００
   １秒ないし１秒である鉛蓄電池の活性化法。