JP2001023620A - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池

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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 本発明は、電解液が減少しても密閉形鉛蓄電
池の寿命性能を低下させない手段を提供することを課題
とする。 【解決手段】 本発明は、リテーナ式又は顆粒シリカ式
又はゲル式の密閉形鉛蓄電池において、負極活物質の密
度を従来の3.8g/cm3に対して、4.2〜5.0
g/cm3に増やすものである。また、特に、顆粒シリ
カ式の場合には、シリカの平均粒子径を100μm以下
にすると寿命性能の向上が著しい。なお、リテーナ式電
池の場合には、平均孔径が15μm 以下又は、正・負
極板間の間隔以上の厚さ(20kg/dm2加圧時)の
リテーナマットを用いることにより特大の効果が得られ
る。さらに、負極活物質にカーボン粉末を0.5〜3重
量%添加することにより、相乗効果によって、寿命がよ
り向上する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池の負極板
及びセパレータに関する。
【0002】
【従来の技術】密閉形鉛蓄電池には、現在最も広く使わ
れている、微細ガラスマットセパレータを正、負極板に
挿入したリテーナ式電池と、古くから用いられている、
電解液をコロイダルシリカでゲル化したゲル式電池と、
近年特許出願がなされている、顆粒状のシリカを極板間
および極板群の周囲に充填し、そのシリカに電解液を含
浸させたた顆粒シリカ式電池とがある。これらの電池は
電池の特徴に応じて、使い分けられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしこれらの電池は
用途にもよるが、高温で使われたり、過充電が多いと、
使用中電解液が減少することがある。その結果、電池の
内部抵抗が増加し、期待していた期間よりも早期に寿命
が終了することが知られている。
【0004】そこで本発明は、電解液が減少しても密閉
形鉛電池の寿命性能を低下させない手段を提供すること
を課題とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決する為
に、請求項1に記載の発明の密閉形鉛蓄電池では、負極
板において、負極活物質層の密度が4.2g/cm3
上5.0g/cm3以下であることを特徴とするもので
ある。また請求項2に記載の発明では、請求項1に記載
の発明において、密閉形鉛蓄電池が顆粒シリカ式密閉電
池であって、用いるシリカの平均粒子径が100μm以
下であることを特徴とするものである。次に、請求項3
に記載の発明では、請求項1に記載の発明において、密
閉形鉛蓄電池がリテーナ式密閉電池であって、ガラス繊
維を主体とするリテーナマットセパレータの平均孔径が
15μm 以下であることを特徴とするものである。次
に、請求項4に記載の発明では、請求項1又は3に記載
の発明において、密閉形鉛蓄電池がリテーナ式密閉電池
であって、正極板と負極板との間に挿入されるリテーナ
マットの乾式状態での20kg/dm2加圧時の厚さ
が、正極板と負極板との間の空隙寸法以上であることを
特徴とするものである。
【0006】そして、請求項5に記載の発明では、請求
項1〜4に記載の発明において、負極板にカーボン粉末
が0.5〜3重量%添加されている事を特徴とするもの
である。
【0007】
【発明の実施の形態】以下に本発明の好ましい実施の形
態を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるも
のではない。本発明は、リテーナ式又は顆粒シリカ式又
はゲル式の密閉形鉛畜電池において、負極活物質の密度
を従来の3.8g/cm3に対して、4.2〜5.0g
/cm3に増やすものである。これにより従来は、使用
中に電解液が減少した場合、正極活物質やセパレータに
比べて孔径の大きい負極活物質内の電解液が選択的に少
なくなった為、負極活物質の劣化により早期に寿命とな
っていたものが、密度の増加によって負極活物質の孔径
が小さくなることにより、負極活物質内の電解液の減少
が防止でき、寿命性能を向上することができるものであ
る。ただし、密度が5.0g/cm3を越えるとかえっ
て逆効果となり、寿命性能は従来品よりも低下するの
で、好ましくない。
【0008】また、特に、顆粒シリカ式の場合には、シ
リカの平均粒子径を100μm以下にすると寿命性能の
向上が著しい。なお、リテーナ式電池の場合には、平均
孔径が15μm 以下又は、正・負極板間の間隔以上の
厚さ(20kg/dm2加圧時)のリテーナマットを用
いることにより特大の効果が得られる。
【0009】さらに、負極活物質にカーボン粉末を0.
5〜3重量%添加することにより、相乗効果によって、
寿命がより向上する。
【0010】
【実施例】次に実施例に基ずき説明する。
【0011】
【実施例1】リテーナ式電池について、本発明品と従来
品と比較品をつくるため、表1に示す内容のとおり、P
b−0.1%Ca−1.5%Sn合金からなる格子に充
填した2.4mm厚さの通常の正極板10枚と、Pb−
0.1%Ca−0.8%Sn合金からなる格子に1.7
mm厚さの、表1の密度の活物質を充填したペースト式
負極板11枚と、繊維径の異なる4種類のガラス繊維か
らなるリテーナマットセパレータとから、電解液比重が
1.30(20℃)の約63Ah(3hR)−12Vの
リテーナ式密閉電池を通常の製法にならって製作した。
なお、本電池の極間距離は1.2mmであり、セパレー
タの厚さは、20kg/dm2加圧時で1.1、1.
2、1.3、及び1.4mmのものを用いて種々の圧迫
度の電池を作製した。なお、負極活物質の密度は極板を
化成した後に水銀圧入法で測定し、リテーナマットの平
均孔径も水銀圧入法で測定した。
【0012】 表1
【0013】電池の試験は、まず30℃で定格容量の1
/3の電流で放電容量を測定した後、寿命試験を行っ
た。寿命試験は40℃で、前記電流で定格容量の80%
を放電した後、定電圧−定電流方式で充電するという一
般的な方法で行った。
【0014】寿命性能はその結果を図1と図2とに示す
が、4.2〜5.0g/cm3の密度の負極活物質を使
うことにより、寿命性能が著しく向上していることがわ
かる。特に、0.7μm以下の繊維径のリテーナマット
を用い、そのリテーナマットに極間距離以上の厚さ(2
0kg/dm2加圧時の厚さ)のセパを用いたときにその
効果が非常に大きかった。また最大の寿命性能は、最も
細いカ゛ラス繊維径の、最も厚いリテーナマットを用い、し
かも5.0g/cm3の高密度負極活物質を用いたとき
に得られ、1,200サイクルを達成した。これらの原
因を明らかにするため、寿命試験前の同構成の電池を解
体して、負極活物質中の保持液量を測定したところ、密
度が低い負極活物質ほど保持液量が少なかった。しかも
その傾向は繊維径の小さなリテーナマットほど、また厚
いセパレータを用いた電池ほど著しかった。なお、これ
らの場合では、負極の活物質密度を4.2g/cm3
上にすれば、負極に電解液が少なくなるようなことはな
かった。繊維径の小さなセパレータは電解液を保持する
能力が高く、本来は寿命性能の向上に寄与するはずであ
る。また、厚いセパレータを用いて活物質を強く圧迫す
れば、本来は活物質の劣化を抑えることが可能である。
本実施例の結果からわかるように、この本来の効果をう
まく引き出させていなかったのは、負極活物質の密度が
低かったためであることがわかった。なお、5.0g/
cm3を超えた密度の負極活物質の場合には容量、寿命
性能ともに悪かった。
【0015】なお、本実施例では、いずれも負極活物質
中にはカーボン粉末を0.1%添加した負極板を用いた
が、カーボンの量を増やすと、さらに長寿命の結果が得
られた。従来から負極にカーボンを増量すると長寿命化
が達成できることが知られているが、このカーボン増量
極板を用いる場合に活物質密度を本発明の4.2〜5.
0g/cm3にすると、さらに相乗効果により長寿命化
が達成できた。表2にリテーナ式電池における寿命試験
時の寿命サイクル数を示すが、カーボン増量と高密度活
物質との組み合わせにより最大の長寿命化が達成でき
た。なお、この電池において、リテーナマットには0.
8μmのガラス繊維からなる1.2mm厚さのセパレー
タを用いた。
【0016】表2
【0017】
【実施例2】実施例1とほぼ同じ構成で、表3に示す内
容のとおり、顆粒シリカ式電池を製作した。なお、セパ
レータには通常の自動車用鉛蓄電池に用いられているポ
リエチレンセパレータを用い、顆粒シリカには以下の平
均粒子径のシリカを用いた。なお、シリカの粒子径は例
えば顕微鏡により観察して求められる。
【0018】これらの電池は、実施例1と同じ試験に供
した。寿命試験結果を図3に示す。寿命性能について
は、実施例1のリテーナ式と同じく、密度が4.2〜
5.0g/cm3の負極活物質を用いた顆粒シリカ式電
池は、従来の顆粒シリカ式電池よりも著しく長寿命であ
った。そして上記効果は、用いるシリカの粒子径が10
0μmよりも小さい場合に、特に大きかった。なかで
も、今回試験した中で最も小さい30μmの粒子径のシ
リカを用い、5.0g/cm3の密度の負極活物質を用
いた場合には、1500サイクルという最長の寿命性能
が得られた。なお、このような小さな粒子径のシリカを
用いた場合には、負極活物質密度が従来品のように低け
れば、寿命性能がかえって低下した。つまり、粒子径の
小さいシリカを用いた場合には、保持液能力が高いので
容量も寿命性能も向上する能力はあるが、この場合に密
度の低い負極活物質を使うと負極の保持液がシリカに吸
い取られるので、その場合にはかえって寿命性能が低下
したのである。
【0019】表3
【0020】以上、実施例1および実施例2で示したよ
うに、リテーナ式および顆粒シリカ式密閉鉛電池におい
て、活物質密度が4.2〜5.0g/cm3の負極板を
用いることにより寿命性能が著しく改善できることがわ
かった。なお、本実施例では示さなかったが、ゲル式密
閉鉛電池においても上記実施例と同じく4.2〜5.0
g/cm3の負極板を用いることにより寿命性能が著し
く改善された。
【0021】
【発明の効果】以上述べたように、本発明は活物質密度
が4.2〜5.0g/cm3の負極板を用いることによ
り、負極活物質の劣化を防ぎ、密閉形鉛電池の寿命性能
向上に著しい効果があることがわかった。特に、リテー
ナ式密閉鉛電池の場合には平均孔径が15μm以下で、
極板間距離以上の厚さ(20kg/dm2加圧時の厚
さ)のリテーナマットを用いることにより、最大の効果
が得られる。また顆粒シリカ式電池の場合には、シリカ
の平均粒子径が100μm以下の場合にその効果が著し
く大きかった。また、負極活物質にカーボン粉末を0.
5〜3重量%と多量に添加する技術と組み合わせると、
非常に大きい長寿命化効果が得られることがわかった。
以上のように、密閉形鉛蓄電池の長寿命化という見地か
ら、その工業的価値はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 リテーナ式電池の負極活物質密度およびリテ
ーナマットの平均ガラス繊維径と寿命性能との関係を示
す特性図(リテーナマットの厚さ1.2mm)
【図2】 リテーナ式電池の負極活物質密度およびリテ
ーナマットの厚さと寿命性能との関係を示す特性図(リ
テーナマットの平均ガラス繊維径0.8μm)
【図3】 顆粒シリカ式電池の負極活物質密度およびシ
リカ粒子径と寿命性能との関係を示す特性図。
フロントページの続き Fターム(参考) 5H003 AA04 BB04 BB15 BC01 BC02 BC04 BD01 BD02 BD04 5H016 AA02 AA10 EE01 EE04 EE05 HH01 HH08 HH13 HH17 5H021 CC02 EE28 HH01 HH03 HH05 HH06 5H028 AA05 EE01 EE04 EE05 HH01 HH03 HH05 HH09

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】密閉形鉛蓄電池の負極板において、負極活
    物質層の密度が4.2g/cm3以上5.0g/cm3
    下であることを特徴とする密閉形鉛蓄電池。
  2. 【請求項2】密閉形鉛蓄電池が顆粒シリカ式密閉電池で
    あって、用いるシリカの平均粒子径が100μm以下で
    あることを特徴とする請求項1に記載された密閉形鉛蓄
    電池。
  3. 【請求項3】密閉形鉛蓄電池がリテーナ式密閉電池であ
    って、ガラス繊維を主体とするリテーナマットセパレー
    タの平均孔径が15μm 以下であることを特徴とする
    請求項1に記載された密閉形鉛蓄電池。
  4. 【請求項4】密閉形鉛蓄電池がリテーナ式密閉電池であ
    って、正極板と負極板との間に挿入されるリテーナマッ
    トの乾式状態での20kg/dm2加圧時の厚さが、正
    極板と負極板との間の空隙寸法以上であることを特徴と
    する請求項1又は3に記載された密閉形鉛蓄電池。
  5. 【請求項5】密閉形鉛蓄電池において、負極板にカーボ
    ン粉末が0.5〜3重量%添加されている事を特徴とす
    る請求項1〜4に記載された密閉形鉛蓄電池。
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