JP2002075433A

JP2002075433A - 電池

Info

Publication number: JP2002075433A
Application number: JP2000253735A
Authority: JP
Inventors: Yoshibumi Hisama; 義文久間; Kiichi Koike; 喜一小池
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-24
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2002-03-15

Abstract

(57)【要約】【課題】薄型セパレータを用いた電池において、極板
群構成時にセパレータが変形したり、位置ずれが発生す
ることを解決する。【解決手段】極板１１のペースト練塗時に、直接ガラ
ス繊維を主体とするガラスマットセパレータ９，１０を
貼り付ける。好ましくはペースト練液中の硫酸量を鉛粉
量に対して５．６質量％以下とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電池、特に鉛蓄電
池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池は、二次電池として比較的安価
で安定な特性を有しているため、自動車用を始め、ポー
タブル機器用の電源やコンピュータのバックアップ用電
源としても多く普及してきた。

【０００３】特に自動車用電池においては従来からのエ
ンジン始動用だけではなく、駆動力アシストモーターの
起動電源や車両減速時にアシストモーターから発生する
回生電流の回収用といった新機能を目的として高出力，
小型といったより出力密度を高めた電池が市場から求め
られている。

【０００４】また、以上のような高性能化と同時に電池
の低価格化が課題であり、これらを両立した電池が市場
から強く求められている。

【０００５】そして、一般に従来から知られている極板
にペースト紙を貼付ける工程を図６を参照して説明す
る。

【０００６】図６において、鉛蓄電池用の極板１は、一
般に金属鉛と酸化鉛との混合粉体である鉛粉を水および
希硫酸で混練して得たペースト充填機２中の活物質ペー
スト３もしくは活物質スラリーを混練ローラ２ａ，２ｂ
で練って鉛−錫−カルシウム合金もしくは鉛−アンチモ
ン合金からなる集電体４に塗布した後、搬送ベルト５で
運ばれる際にペースト紙６を貼付け、プレスローラ７で
表面を加圧して厚みを均一化させた後、単板切断カッタ
ー８で切断することにより製造される。その後は、極板
１を４０℃〜６０℃程度の温度雰囲気下で加湿度状態と
して熟成反応すなわち酸化鉛同士および酸化鉛と鉛合金
格子を化学的に結合させる反応を進行させて、その後約
６０〜７０℃で乾燥空気を送風することにより極板１が
乾燥される。なお、前記したペースト紙６は耐酸性のあ
るパルプ紙を主体とするものであり、集電体４からの活
物質ペースト３の脱落や極板の熟成および乾燥工程での
極板同士の貼付きを抑制する目的で、活物質ペースト塗
布直後に極板表面に貼付けられるものである。

【０００７】そして熟成乾燥が終了して乾燥した極板と
ガラス繊維を主体としたセパレータとで極板群を構成し
て電槽に収納した後、電槽開口部が蓋で閉塞されて未充
電の鉛蓄電池となる。この未充電状態の鉛蓄電池は希硫
酸電解液の注液、充電工程および各種仕上げ、検査工程
を経て鉛蓄電池として完成される。

【０００８】ここで特に高出力化を図った電池の場合、
使用されるセパレータや極板は非常に薄型となり、取り
扱い中に、活物質が集電体から脱落したり、セパレータ
と極板群との位置ずれが発生する頻度は高く、結果とし
て製造効率を低下させたり、電池内の短絡不良を発生さ
せる要因の一つになっていた。

【０００９】例えば特開昭６０−２０７２４８号公報に
はガラスあるいは合成樹脂にバインダを加えたリテーナ
形成材に極板を浸漬することにより極板表面にガラス層
または合成樹脂の短繊維層を形成する方法が示されてい
る。このような方法によれば極板とセパレータが一体化
されるため、極板群構成工程での工数は削減されるとと
もに、極板表面がセパレータで被覆されるため、集電体
からの活物質の脱落を抑制することができるが、極板表
面層にセパレータを形成する工程自体が複雑であり、製
造価格を低下させることは非常に困難な問題点があっ
た。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したよう
な薄型の極板とセパレータとから構成される電池におい
て極板からの活物質の脱落を抑制するとともに、極板と
セパレータとの位置ずれを発生させることがない電池構
成を製造工数を増加させることなく安価に得ることを目
的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために、本発明の請求項１記載に係る発明は、活物質ペ
ーストもしくは活物質スラリーを集電体に塗布してなる
極板を備えた電池において、活物質ペーストもしくは活
物質スラリーが未乾燥の状態において極板面の少なくと
も片面に不織布からなるセパレータを貼合わせて構成し
た極板を備えたことを特徴とする電池を請求項１として
示すものである。

【００１２】本発明の請求項２記載に係る発明は、請求
項１に記載の構成を有する電池において、活物質ペース
トもしくは活物質スラリーは酸化鉛もしくは酸化鉛と金
属鉛の混合物からなる鉛粉を練液で混練したことを特徴
とするものであり、請求項２の構成は本発明の請求項５
に記載したように鉛蓄電池に適用されるものである。

【００１３】本発明の請求項３記載に係る発明は、請求
項２に記載する構成を有する電池において、活物質ペー
ストもしくは活物質スラリーの混練に用いる練液は水も
しくは希硫酸を主体とし、練液として希硫酸を用いる場
合、練液中に含まれる硫酸量は鉛粉量に対して６質量％
以下とした電池を請求項３として示すものである。そし
て本請求項３記載に係る発明は請求項２と同様に請求項
５に記載した鉛蓄電池に適用されるものである。

【００１４】本発明の請求項４記載に係る発明は請求項
２もしくは請求項３に記載の構成を有する電池におい
て、セパレータはガラス繊維を主体とするとともに極板
端面とセパレータ端面とが同一端面を形成するととも
に、極板のうち一方の極性の極板寸法が他方の極性を有
する極板寸法と異なるように構成した電池を請求項４と
して示すものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態を説明
する。

【００１６】集電体としてはＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金やＰ
ｂ−Ｓｂ合金の集電体が用いられる。なお図１において
図６に示した部分と同じ機能を果す部分には同一符号を
付与することとする。図１に示したように搬送ベルト５
によって送られる集電体４には混練ローラ２ａ，２ｂを
備えたペースト充填機２によって活物質ペースト３もし
くは活物質スラリーが塗布される。ペースト充填機２の
前後にはガラス繊維の不織布からなるガラスマットセパ
レータ９，１０のロールが配置され、集電体４の進行に
したがって極板の両面にガラスマットセパレータが貼付
けられる。その後、プレスローラ７によって極板表面に
ガラスマットセパレータを押し付けて両者が貼付けられ
る。その後、単板切断カッター８で活物質ペーストが充
填された集電体４は極板形状に切断加工されて極板１１
が形成される。ここで図１に示した例ではガラスマット
セパレータ９は活物質ペースト３の集電体４への塗布前
に集電体と重ね合わされ、ガラスマットセパレータ１０
は活物質ペースト３の集電体４への塗布直後に極板表面
に重ね合わされる構成を示しているが、活物質ペースト
が未乾燥状態で極板表面の活物質表面に貼付けられれば
よいので図１に示した構成に限定されるものではない。
また、図１の例では極板１１の両面にガラスマットセパ
レータ９，１０が貼付けられる例を示しているが極板群
構成に応じて片面のみに貼付けることもできる。

【００１７】ガラスマットセパレータ９，１０としては
特に群構成時の厚みが１．０ｍｍ以下である薄型のセパ
レータが用いられる。このような薄型セパレータの場
合、セパレータ自体の変形やずれが発生しやすいので本
発明の効果をより顕著に得ることができる。また、マッ
トセパレータとしてガラス繊維不織布を用いることが一
般的であるが、親水性のある不織布であればよいので、
例えばスルホン化されたポリプロピレン樹脂繊維等を用
いることも可能である。

【００１８】ここで活物質ペースト３もしくは活物質ス
ラリーとしては鉛酸化物もしくは鉛酸化物と金属鉛との
混合粉体で構成される鉛粉を練液で混練したものを用い
るがこの練液として硫酸量を鉛粉量に対して５．６質量
％以下に制限したものを用いるのが良い。特に硫酸量を
鉛粉量に対して０．１０〜４．２０質量％とすることが
より好ましい。練液中の硫酸量を鉛粉量に対して５．６
質量％を超えて多くした場合は、極板表面に貼付けられ
たガラスマットセパレータが熟成乾燥後、極板から容易
に剥離してしまうので好ましくない。

【００１９】また、極板表面にガラスマットセパレータ
を貼付けた状態で熟成乾燥を行うことにより、特に乾燥
時間を短くできることがわかってきた。従来の鉛蓄電池
においては極板表面に貼付けるペースト紙は０．０３ｍ
ｍ〜０．０１ｍｍであり、これらの従来極板を積層状態
で熟成乾燥を行う場合には極板間の距離は短いために乾
燥時間に長時間を有していた。一方、本願発明の構成に
よれば極板を積層状態で熟成乾燥した場合でも極板間に
は通気性に優れたガラスマットセパレータが存在するた
めに、乾燥時間を短縮して製造価格を低減することがで
きる。

【００２０】熟成乾燥された極板は正極と負極とが組み
合わされて極板群に構成される。本願発明においてはす
でに極板とガラスマットセパレータとが貼付けられた状
態であるので正極板と負極板との位置合わせを正確に行
うだけで正極板，負極板およびガラスマットセパレータ
との位置合わせを行うことができる。また、ガラスマッ
トセパレータは薄型の強度が低いものを用いても貼合わ
された極板が補強材として作用するので従来の鉛蓄電池
で発生していたようなガラスマットセパレータの変形は
抑制することができる。

【００２１】図２は本発明の電池の極板群の積層状態を
示す図である。図１に示したように、活物質ペースト３
の表面にガラスマットセパレータ９，１０が貼付けられ
た状態で切断加工されて極板形状となるので極板の端面
とガラスマットセパレータとの端面が同一に構成され
る。このような構成において、露出した極板端面間での
短絡を抑制するために図２に示すように極板幅寸法を正
極板１２と負極板１３とで変化させることが好ましい。

【００２２】以降は、従来の方法に従って極板群が電槽
内に組み込まれた後に希硫酸電解液を注液した後、化成
充電して電池を得ることができる。

【００２３】

【実施例】本発明の効果を次の実施例に従って示す。

【００２４】極板に用いる集電体として合金組成Ｐｂ−
２．５質量％Ｓｎ−０．０３質量％Ｃａ，厚さ１．１ｍ
ｍの鉛合金シートをエキスパンド加工してエキスパンド
網目を形成したものを用いた。なお、活物質ペーストと
しては鉛粉（３０質量％Ｐｂ＋７０質量％ＰｂＯの混合
粉体）の３００ｋｇに蒸留水６０リットルを加えて混合
撹拌を行った後に、濃度が５０．５質量％の硫酸を毎分
４リットルで滴下し混練して活物質ペーストとした。滴
下硫酸量は表１に示したように鉛粉に対して０から１
６．５８質量％に変化させて活物質ペーストとした。

【００２５】

【表１】

【００２６】表１に示した活物質ペーストを前記した集
電体に厚さ１．８ｍｍに充填した後、未乾燥状態の活物
質ペースト表面に繊維密度０．１４ｇ／ｃｍ³（１９．
６Ｎ／ｃｍ²加圧時）の２枚のガラスマットセパレータ
を重ね合わせてプレスローラにより４９Ｎ／ｃｍ²で加
圧して２枚のガラスマットセパレータを極板両面にそれ
ぞれ形成した活物質表面に貼付けた。なお、比較のため
にガラスマットセパレータに代えて従来のペースト紙、
すなわち厚み０．０２ｍｍの耐酸性パルプ紙を極板両面
に貼付けた表１のＮｏ．７に示すものも作製した。

【００２７】極板寸法は幅を６０ｍｍ、高さを１２０ｍ
ｍとした。また、その後、極板５０枚を極板面を重ね合
わせて積層し、４３℃（湿度８０ＲＨ％）１２時間の熟
成および６５℃（湿度５ＲＨ％）２０時間の乾燥工程を
行い、未化成極板とした。

【００２８】セパレータ剥離の評価前記の極板におけるセパレータと極板との密着度評価と
して、以下の条件でセパレータ剥離率の測定を行った。

【００２９】すなわち、ガラスマットセパレータを貼付
けたＮｏ．１〜６，Ｎｏ．８およびＮｏ．９の極板の表
面（セパレータ貼付け面）を開口直径３．０ｃｍの吸引
パイプを押し当て、吸引パイプ内を大気圧から１０ｋＰ
ａ減圧して極板を持ち上げて、３０秒の間そのままの状
態を保ち、この際に極板からのセパレータの剥離の有無
を確認し、（セパレータが剥離した枚数）×１００／
（試験枚数）をセパレータ剥離率（％）として求めた。
なお、試験枚数はそれぞれの極板について１００枚とし
た。また、吸引状態の極板からセパレータだけを残し、
極板が落下したものを剥離状態と判定した。このセパレ
ータ剥離試験の結果を図３に示す。

【００３０】図３に示した結果から鉛粉に対する硫酸量
が５．６０質量％以下（Ｎｏ．４，５，６，７，８，
９）の領域でセパレータ剥離率の減少が認められ、特に
硫酸量が４．２０質量％〜０．１０質量％（Ｎｏ．５，
６，７，８）の領域でセパレータ剥離率の著しい減少が
認められる。

【００３１】このセパレータ剥離率の減少は鉛粉に対す
る硫酸量の低下により活物質ペースト中に生成する硫酸
鉛の粒子径が粗大化しないため、活物質ペーストとガラ
スマットセパレータとが圧縮された時にガラスマットセ
パレータ内部に活物質ペースト粒子が流動により進入
し、乾燥後に活物質粒子とガラス繊維が絡み合った構造
を形成するためであると推測される。

【００３２】極板乾燥時間短縮効果の評価ガラスマットセパレータを貼付けた極板Ｎｏ．６とペー
スト紙を貼付けた極板Ｎｏ．７を前記したように５０枚
ずつ積層して熟成乾燥を行う際に熟成後の乾燥工程にお
ける極板中の水分の減少率の測定を行った。この試験の
結果を図４に示す。

【００３３】試験は、ペースト練塗後あらかじめ重量測
定した極板を、上記条件で熟成乾燥工程を行い、積層中
心部の極板を２時間ごとに重量測定し、その後完全に真
空乾燥させた極板の重量差から極板中の水分量を算出
し、その重量減を求めた。この結果、ペースト紙を貼付
けた極板Ｎｏ．７が乾燥に約２０時間かかるのに対し、
ガラスマットセパレータを貼付けた極板Ｎｏ．６は１２
〜１５時間で乾燥が終了していることがわかる。これ
は、厚さ０．０２ｍｍのペースト紙に比べ、多孔質なガ
ラスマットセパレータが、極板積層時においても極板間
隔を１．０ｍｍ以上に保つためこの空間から極板中の水
分が蒸発し、乾燥効率を向上させたためである。以上の
結果より、ガラスマットセパレータを使用する本発明に
よれば極板の乾燥工程における時間を短縮するという顕
著な効果を得られることがわかる。

【００３４】電池特性の評価極板表面にガラスマットセパレータを貼合わせた極板Ｎ
ｏ．６を用いて図２に示したように極板群を形成した。
図２に示す正極板１２の幅寸法６０ｍｍ×高さ寸法１２
０ｍｍに対して、負極板１３は幅寸法６３ｍｍ×高さ寸
法１２２ｍｍである。この極板群を電槽に収納後、希硫
酸電解液を注液して充電を行い、公称電圧１２Ｖ，１０
時間率定格容量１７Ａｈの密閉形鉛蓄電池（以下、本発
明の電池Ａと云う）を作製した。なお、負極用活物質ペ
ーストとしては鉛粉中に硫酸バリウム，リグニンスルホ
ン酸ナトリウム，アセチレンブラックを添加した他は正
極用活物質と同様のものを使用した。

【００３５】比較のために極板表面にガラスマットセパ
レータを貼付けずにペースト紙を貼付けた極板Ｎｏ．７
とガラスマットセパレータとを用いて極板群を作製し、
以降は本発明の電池Ａと同様に組み立てて比較例の電池
Ｂとした。この電池Ｂに用いるガラスマットセパレータ
は極板Ｎｏ．６表面に貼付けたガラスマットセパレータ
を正極板−負極板間に２枚重ねで配置している。また、
正極および負極に用いる活物質ペーストは本発明の電池
Ａの正極板および負極板に用いた活物質ペーストとそれ
ぞれ同じものを用いている。

【００３６】これらの本発明の電池Ａおよび比較例の電
池Ｂについて２５℃雰囲気中で充放電サイクル寿命試験
を行った。充電条件は１４．５Ｖ定電圧充電（最大充電
電流１７Ａ）１６時間、放電条件は８５Ａ（５ＣＡ）定
電流放電（放電終止電圧９．６Ｖ）とした。放電時間が
５分以下となり、再び５分以上に上昇しなくなった時点
のサイクル数を寿命サイクル数とした。この寿命試験の
結果を図５に示す。

【００３７】図５に示した結果から比較例の電池Ｂは１
５０サイクルで急激に放電時間の低下が起きて寿命に達
した。一方、本発明の電池Ａの寿命サイクル数は２５０
サイクルであった。また、充放電サイクル中の放電時間
についても本発明の電池Ａは比較例の電池Ｂに比較して
長く、本発明の電池Ａは比較例の電池Ｂに比較して５Ｃ
Ａという高率放電においても優れていることが確認でき
た。これはのセパレータ剥離の評価でも記載したよう
にセパレータのガラス繊維と活物質とが絡み合った構造
を有してセパレータと極板間との電解液の拡散移動が良
好に行われたことによるものと推測される。

【００３８】

【発明の効果】以上、説明したように本発明は電池、特
に鉛蓄電池において薄型セパレータを極板に一体化した
ときの極板とセパレータとの剥離を抑制するとともに、
高率放電特性および高率放電寿命を改善することができ
る。さらには極板乾燥時間を大幅に短縮化できることか
ら工業上、極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における極板にガラスマットセパレータ
を貼付ける工程を示す図

【図２】同極板群構成を示す図

【図３】極板からのセパレータ剥離率を示す図

【図４】極板乾燥工程における水分減少率を示す図

【図５】本発明の電池と比較例の電池の充放電サイクル
寿命特性を示す図

【図６】従来から知られた極板にペースト紙を貼付ける
工程を示す図

【符号の説明】

１，１１極板２ペースト充填機３活物質ペースト４集電体５搬送ベルト６ペースト紙７プレスローラ８単板切断カッター９，１０ガラスマットセパレータ１２正極板１３負極板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H021 AA06 CC02 EE28 5H028 AA05 BB00 BB03 BB06 CC08 HH01 HH05 5H050 AA02 AA19 BA09 CA06 CB15 DA18 DA19 FA02 GA10 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】活物質ペーストもしくは活物質スラリー
を集電体に塗布した極板を備えた電池であって、前記活
物質ペーストもしくは前記活物質スラリーが未乾燥の状
態において前記極板面の少なくとも片面に不織布からな
るセパレータを貼合わせて構成した極板を備えたことを
特徴とする電池。
【請求項２】前記活物質ペーストもしくは前記活物質
スラリーは酸化鉛もしくは酸化鉛と金属鉛の混合物から
なる鉛粉を練液で混練したものであることを特徴とする
請求項１に記載の電池。
【請求項３】前記練液は水もしくは希硫酸を主体と
し、練液として希硫酸を用いる場合は希硫酸に含まれる
硫酸量は前記鉛粉量に対して５．６質量％以下としたこ
とを特徴とする請求項２に記載の電池。
【請求項４】前記セパレータはガラス繊維を主体とす
るとともに前記極板端面と前記セパレータ端面とが同一
端面を形成するとともに、前記極板のうちの一方の極性
の極板寸法が他方の極性を有する極板寸法と異なるよう
に構成したことを特徴とする請求項２または３に記載の
電池。
【請求項５】請求項２または３記載に係る電池は鉛蓄
電池としたことを特徴とする電池。