JP2002042857A - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池

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JP2002042857A
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group
thickness
battery case
battery
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English (en)
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Nobuyuki Takami
宣行 高見
Kazuhiro Sugie
一宏 杉江
Kiichi Koike
喜一 小池
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Panasonic Holdings Corp
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • 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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  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高圧迫荷重では寿命特性改善と出力特性改善
が図れるが、電槽への極板群挿入時に不具合が発生する
といった課題があった。 【解決手段】 正極板1と負極板2とをマットセパレー
タ3を介して積層した極板群4を電槽5に収納した密閉
形鉛蓄電池において、極板群4はその積層方向に392
00N/m2以上の群圧を印加し、極板群4の上部の厚
みをHとし、下部の厚みをGとした場合においてH>G
とし、正極板の上部の厚みをCとし、下部の厚みをDと
した場合においてC>Dとし、負極板の上部の厚みをE
とし、下部の厚みをFとした場合においてE>Fとし、
電槽5の極板群積層方向の内寸においてそれぞれ電槽開
口部5aに対応する上部内寸Aを電槽底部に対応する下
部内寸Bよりも大きくした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は密閉形鉛蓄電池の電
池特性に関するもので特に出力特性の改善および寿命改
善とともに、高圧迫で電槽に極板群挿入を行う信頼性,
生産性の改善に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉛蓄電池は2次電池として安価で比較的
信頼性も高く、自動車のエンジン始動用電源や無停電電
源、ポータブル機器の電源として広く使用されている。
【0003】近年自動車用鉛蓄電池に、メンテナンスフ
リー化の観点から密閉形鉛蓄電池が用いられているもの
がある。
【0004】こうしたエンジン始動用電源としての用途
では、電池として瞬間的な出力を取り出す特性、すなわ
ち高出力化の要望と、この高出力を長期にわたって安定
して得る、すなわち長寿命化の要望がなされてきてい
る。
【0005】一般的に、密閉形鉛蓄電池では極板群にか
かる群圧を高く、すなわち、極板群を極板の積層方向へ
圧縮する圧力を高くすることにより寿命改善ができると
言われている。
【0006】また、電池の高出力化を図る手段としては
極板群を構成する極板の厚みを薄くして極板面積を大き
くするとともに、極板間の距離を狭く構成することが有
効とされている。ところが、薄型の極板、特に厚みが1
mm以下で縦横の比率が1を越えて縦長の極板群から構
成される極板群を高群圧で電槽に収納する場合には、極
板群を構成する極板が変形して正極と負極とが短絡する
等の課題があった。反対にこのような薄型の極板から構
成される縦長の極板群を電槽に収納するためには極板群
への群圧を高くすることができず、結果としてすぐれた
高出力特性と長寿命特性を両立させた構成を得ることは
極めて困難であった。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記したよ
うな薄型、かつ縦長の極板から構成される極板群を有す
る密閉形鉛蓄電池において、安定した高い極板群圧を印
加でき、すぐれた出力特性と寿命特性とを両立させた構
成を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決するための手段として、本発明の請求項1記載に係
る発明は、正極板と負極板とをセパレータを介して積層
した極板群を電槽に収納した密閉形鉛蓄電池において、
極板群にはその積層方向に39200N/m2以上の群
圧を印加し、極板群の上部の厚みをHとし、下部の厚み
をGとした場合にH>Gとし、正極板の上部の厚みをC
とし、下部の厚みをDとした場合にC>Dとし、負極板
の上部の厚みをEとし、下部の厚みをFとした場合にE
>Fとし、電槽の極板群積層方向の内寸において電槽開
口部に対応する上部の内寸をAとし、電槽底部に対応す
る下部の内寸をBとした場合にA>Bとすることとした
ものである。
【0009】また、本発明の請求項2記載に係る発明
は、請求項1に記載した構成を有する密閉形鉛蓄電池に
おいて、正極集電体および負極集電体の電槽開口部に対
応する上部の断面積を電槽底部に対応する下部の断面積
よりも大きく構成することとしたものである。
【0010】また、本発明の請求項3記載に係る発明
は、請求項1もしくは2に記載した構成を有する密閉形
鉛蓄電池において、正極板および負極板はいずれもそれ
ぞれの高さ寸法を幅寸法以上に構成することとしたもの
である。
【0011】また、本発明の請求項4記載に係る発明
は、請求項1,2もしくは3のいずれかに記載の密閉形
鉛蓄電池において、正極板の厚みと負極板の厚みをそれ
ぞれ1.0mm以下に形成することとしたものである。
【0012】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について図を
参照しながら説明する。
【0013】図1は本発明の密閉形鉛蓄電池の要部を示
す図である。
【0014】正極板1と負極板2とがガラス繊維等から
なるマットセパレータ3を介して積層されて構成した極
板群4を電槽5に収納する。
【0015】ここで正極板1と負極板2の厚みを電槽開
口部5aに対応する上部を電槽底部5bに対応する下部
よりも厚く形成する。すなわち、図1において、負極板
2ではE>Fとし、正極板1ではC>Dとし、極板群4
の厚みについては上部の厚みGを下部の厚みHよりも厚
く形成する。
【0016】そして電槽5については電槽開口部5aで
の内寸Aを電槽底部5bでの内寸Bよりも大きく形成す
る。
【0017】このような構成とすれば電槽5に極板群4
を挿入する際に挿入当初は群圧は極板群に印加されない
が、極板群4を電槽5に収納するに従い徐々に群圧を印
加することができ、正極板1や負極板2の変形を抑制す
ることができる。
【0018】従来発生していたこのような極板の変形
は、電槽への極板群の挿入当初に極板の先端が捲れ上が
ることによることが多かったが、本発明の構成によれば
電槽5への極板群4の挿入当初は群圧が印加されないの
で従来のような変形を抑制するのに効果がある。
【0019】またこのような変形は極板厚みが1.0m
m程度と薄く、かつ極板の高さが幅に比較して大きい縦
長の極板形状であって、かつ極板群に印加する群圧が通
常よりも高く、39200N/m2以上(40kgf/
dm2以上に相当)の場合に特に顕著である。従って、
このような変形が起き易い構成において本発明を実施す
ることにより本発明の効果をより顕著に達成し得ること
ができる。
【0020】また正極板1と負極板2の厚みを変化させ
る手段として、それぞれの集電体の厚みを下部から上部
に行くに従い厚く形成することが考えられる。正極板の
長手方向に対し上部での厚みを下部に対して厚くし、か
つ上部での断面積を下部での断面積より大きくとること
により、エンジン始動に必要な大電流での放電における
電圧特性(出力特性)を確保することができる。これは
特に大電流放電においては極板活物質量よりも集電体の
抵抗に起因する部分が大きいためである。
【0021】また、群圧を高く、高圧迫で極板群4を電
槽5に収納するに当たり、電槽開口部5aの電槽内寸A
を電槽底部5bの電槽内寸Bよりも大きくとり、極板群
4の厚みを上下方向において、上部厚みGを下部厚みH
より大きくすることにより、極板群4を電槽5にスムー
ズに挿入でき、生産上の課題と電池特性改善を同時に行
う事ができる。
【0022】また、電槽内壁に上下方向のリブを設ける
ことも可能であり、この場合にはリブ間の距離が電槽内
寸に相当し、リブ間の距離を電槽底部よりも電槽開口部
で大きく構成すればよい。
【0023】
【実施例】以下本発明の効果を確認するための実施例に
ついて詳述する。
【0024】(準備実験)Pb−0.07重量%Ca−
1.25重量%Sn合金から鋳造により得た厚さ6mm
のスラブを多段階に圧延して得た厚み0.3mmの圧延
体に一定間隔でスリットを入れエキスパンド加工した集
電体を作製した。この集電体の表面に所定量の水,硫
酸,鉛粉(金属鉛と鉛酸化物との混合粉体)とカット繊
維を練合した活物質ペーストを塗布し正極板と負極板を
構成した。ここで集電体をエキスパンド加工する際のス
リット間隔を同一としてエキスパンド加工したのち、一
定間隔を有するローラー中に集電体を通過させて集電体
の厚みを部位により一定となるように構成した。この時
の集電体の厚みは正極・負極用ともに0.7mmであ
る。また、活物質充填後の極板厚みは正極・負極ともに
1.0mmとなるように活物質充填量を調整し、高さ寸
法70mm,幅寸法70mmの正・負極板を得た。これ
らの正・負極板を19600N/m2加圧時の厚みが
0.3mmであるセパレータを介して交互に積層して極
板群を形成し、これらの極板群を電槽内寸が様々に異な
る電槽に収納し、その時の極板の変形による不具合の発
生状況を確認した。ここで電槽内寸を変化させたのは電
槽収納後の極板群にかかる群圧を様々に変化させるため
である。さらに極板の形状を高さ寸法を100mm、幅
寸法を50mmとした縦長の極板、また高さ寸法を50
mm、幅寸法を100mmとした幅広の極板についても
同様の確認を行った。これらの結果を電槽に収納された
状態での極板群にかかる群圧と極板の変形等による不具
合の発生確率との関係を図2に示した。
【0025】図2に示した結果から群圧が39200N
/m2以上の領域であって、かつ、極板の形状が幅寸法
よりも縦寸法が長い縦長の極板になるにしたがい極板群
を電槽に収納する際の極板変形の発生確率が増大するこ
とがわかる。よって、このような縦長形状を有し、厚み
が1.0mm程度の極板を用いる場合には極板群圧を3
9200N/m2以上に構成することは極めて困難であ
ることがわかる。
【0026】(比較実験)次に、高さ寸法および幅寸法
がともに70mmの正極集電体と負極集電体を前記した
準備実験と同様にして作製し、活物質ペーストを充填後
熟成乾燥して正極板および負極板を得た。これらの極板
と前記した準備実験で用いたセパレータとを積層して極
板群を形成した。なお、集電体の耳部は極板の側部に幅
25mmで形成した。
【0027】ここで表1に示すような構成で集電体の厚
みと活物質充填後の極板厚みを変化させた極板群を同じ
く表1に示す構成を有する電槽に収納した時の極板の変
形不具合の発生確率を比較した。なお、極板群圧値は圧
力センサーを用いて極板群の上部,中央部,下部の3点
で測定した。この結果を表1に示す。
【0028】
【表1】
【0029】表1に示した結果から本発明例の電池A,
電池Bの構成によれば39200N/m2以上の490
00N/m2と高い群圧設定であって極板変形による不
具合発生率は0%で、極板の変形を生じることなく、安
定して電池を構成することができることがわかる。
【0030】次に表1に示した電池A,BおよびDにつ
いて電槽内寸を上下の寸法関係はそのまま維持しながら
群圧値を変化させることにより表2に示すような群圧値
を有する12V15Ahの密閉形鉛蓄電池を作製した。
これらの電池について寿命試験と高率放試験を行った。
【0031】
【表2】
【0032】寿命試験は25℃雰囲気中で0.25C電
流で10.5Vまで放電し、その14.7Vで8時間充
電を行い、それを1サイクルとし、50サイクル毎に
0.25C放電で電池容量を確認し、この電池容量が初
期(寿命試験開始時)の50%となった時点を寿命とし
て寿命試験評価を行った。
【0033】高率放電試験としては−15℃中で100
A放電時における放電5秒目電圧値を測定した。この放
電5秒目電圧値と放電電流値(100A)との積で出力
値とした。
【0034】これらの寿命試験の結果を図3に、高率放
電試験の結果を図4に示す。なお、寿命,出力値とも電
池A1の平均値を100とした指数で示した。
【0035】図3に示した結果から本発明例の電池A属
とB属については群圧値を39200N/m2以上とす
ることにより良好な寿命特性が得られることがわかる。
このような高い群圧値を有する電池を表1に示す従来例
の電池Cでは得ることができない。
【0036】また、図4に示した高率放電特性から極板
厚みの傾斜を集電体厚みの傾斜により設けることによ
り、高率放電特性がさらに改善されることが確認でき
た。また、比較例の電池D属すなわち電池D,D1〜D
6に関しては寿命および高率放電特性ともにばらつきが
大きく、安定した特性が得られないことがわかる。これ
らの不安定な特性は群圧が上部と下部とで異なることに
起因すると推測する。
【0037】群圧の上限としては98000N/m2
よい。これ以上、群圧値を上昇させることは電槽強度の
面から不適当であり、このような高い群圧値を用いても
それほどの寿命・高率放電特性の改善が得られない。
【0038】
【発明の効果】以上、説明したように本発明の構成によ
れば、密閉形鉛蓄電池の寿命改善、出力特性の改善を達
成しつつ高圧迫荷重時、極板群の電槽入れの時の信頼性
向上を図ることができるもので、その工業的価値は極め
て大きい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による密閉形鉛蓄電池の極板群を示す側
面略図
【図2】極板群圧値と極板変形発生率との関係を示す図
【図3】極板群圧値と電池寿命との関係を示す図
【図4】極板群圧値と電池出力との関係を示す図
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 3 マットセパレータ 4 極板群 5 電槽 5a 電槽開口部 5b 電槽底部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小池 喜一 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 5H011 AA03 BB03 KK01 5H017 AA01 BB06 CC05 HH04 HH05 5H028 AA01 AA07 BB04 CC22 HH00 HH06 HH09 5H050 AA07 BA10 CA06 CB15 DA05 FA02 GA03 HA04

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 正極板と負極板とをセパレータを介して
    積層した極板群を電槽に収納した密閉形鉛蓄電池におい
    て、前記極板群にはその積層方向に39200N/m2
    以上の群圧を印加し、前記極板群の上部の厚みをHと
    し、下部の厚みをGとした場合にH>Gとし、前記正極
    板の上部の厚みをCとし、下部の厚みをDとした場合に
    C>Dとし、前記負極板の上部の厚みをEとし、下部の
    厚みをFとした場合にE>Fとし、前記電槽の前記極板
    群積層方向の内寸において電槽開口部に対応する上部の
    内寸をAとし、電槽底部に対応する下部の内寸をBとし
    た場合にA>Bとしたことを特徴とする密閉形鉛蓄電
    池。
  2. 【請求項2】 前記正極板の正極集電体および前記負極
    板の負極集電体にそれぞれ活物質を塗着するとともに、
    前記正極集電体と負極集電体の電槽開口部に対応する上
    部の断面積を電槽底部に対応する下部の断面積よりも大
    きく構成したことを特徴とする請求項1に記載の密閉形
    鉛蓄電池。
  3. 【請求項3】 前記正極板および前記負極板はいずれも
    それぞれの高さ寸法を幅寸法以上に構成したことを特徴
    とする請求項1もしくは2のいずれかに記載の密閉形鉛
    蓄電池。
  4. 【請求項4】 前記正極板の厚みと前記負極板の厚みを
    それぞれ1.0mm以下にしたことを特徴とする請求項
    1ないし3のいずれかに記載の密閉形鉛蓄電池。
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