JP2002270216A

JP2002270216A - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2002270216A
Application number: JP2001067994A
Authority: JP
Inventors: Hirobumi Umetani; 博文梅谷; Yoshihiro Eguchi; 能弘江口
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 2001-03-12
Filing date: 2001-03-12
Publication date: 2002-09-20

Abstract

(57)【要約】【目的】正極格子体の腐食変形による短絡を防止する
と共に、極板群内での電解液の拡散力を向上させ、負極
板のサルフェーションの進行を防止して充放電サイクル
寿命特性に優れた鉛蓄電池を提供する。【構成】本発明は、正極板と、負極板と、セパレータ
と、流動する電解液とからなる鉛蓄電池において、前記
セパレータは、Ｖ字状に折り曲げられたシートであっ
て、内部に負極板を収納すると共に、左右の側縁部が開
口し、隣接するセパレータの左右の側縁部と接合され、
正極板の左右の側縁部を覆っていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池、特に自
動車用鉛蓄電池の極板を隔離するセパレータの構造に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】流動する電解液を有する鉛蓄電池には、
正極板と負極板の間に、ポリエチレン等の合成樹脂を主
体とした微孔性シートからなるセパレータが用いられて
いる。このセパレータの一種に、長尺状のシートを幅方
向に２つ折りにして、その左右の両側縁部を圧着または
溶着して作製されたものがある。このセパレータは、袋
状セパレータと称され、上部が開口し、内部空間に負極
板を包み込んで使用されている。

【０００３】このように負極板を袋状セパレータによっ
て包み込んだ電池では、負極板の左右の側縁部及び底端
部がセパレータ外部のフリーな電解液と隔離されるた
め、電解液が負極板へ効率よく供給、拡散されないため
寿命特性が低下するという問題点を有していた。また、
電解液拡散性の低下により、充電の際に活物質から放出
された濃厚な硫酸イオンが袋状セパレータ内の極板の下
部にたまり、電解液が電池の上下で濃度差を生じる現
象、すなわち成層化現象を生じることがあった。

【０００４】その結果、電池が放置されると負極下部に
放電生成物である硫酸鉛が生成した。そして、充電時に
ストラップと接続部のある上部で充電電流が大きくな
り、負極下部の硫酸鉛が充電し難くなり、残存蓄積す
る、いわゆるサルフェ−ションが進行し、負極活物質の
利用率が低下して電池の充放電寿命特性が低下してい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような問題点を解
決するために、例えば特開平９−１２９２１２号公報で
は、セパレータの側縁端部を不連続に接合して接合領域
と隣接する接合領域との間隙を電解液が通過するように
している。しかし、前記間隙の長さが短いと、前記効果
が少なく、長いと、相隣り合う正極板と負極板の隔離が
左右の側縁部で不十分となり、正極活物質の軟化や正極
格子体の腐食変形により短絡を生じ易くなるという問題
点を生じた。

【０００６】また、負極板を袋状セパレータで包み込ま
ず、正極板を袋状セパレータによって包み込むことも提
案されている。このようにすると、正極板が腐食変形し
ても、変形した格子体の枠骨の端部がセパレータの側縁
端部や底端部の密閉部分に阻止されて、正極板と負極板
との内部短絡を防止することができた。

【０００７】ところが、近年の自動車のエンジンルーム
内は高性能エンジンの搭載やボディ形状のコンパクト化
等により年々高温になっており、このような高温条件下
で電池が使用されると、従来以上に正極板の腐食による
格子の変形が大きくなる。そして、この傾向は、電池の
自己放電や電解液の減少を防止すると共に生産性に優れ
る、アンチモン（Ｓｂ）を含まない鉛合金、たとえば鉛
−カルシウム−錫（Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ）合金からなるエ
キスパンド格子体を用いた自動車用鉛蓄電池に顕著であ
った。また、前記変形は極板の上下方向で大きいため、
変形した格子体の枠骨の下端部が袋状セパレータの下端
折り返し部を突き破り、正極板の底端部と負極板とが接
触して短絡する問題が発生した。

【０００８】さらに、正極板は、セパレータの外部のフ
リーな電解液と隔離されるため、正極板への電解液の供
給拡散が不充分になって、電池の充放電特性が低下して
いた。また、充電末期に電解液の電気分解によって発生
するガスが、正極板とセパレータ内に蓄積しセパレータ
の外部へ放出されないため、セパレータ内での電解液の
拡散力がさらに低下し、前記充放電特性を低下させてい
た。

【０００９】本発明は、これらの課題を解決するもので
あり、正極板の格子体の腐食変形による短絡を防止する
とともに、極板群内での電解液の拡散力を向上させ、負
極板のサルフェ−ションの進行を防止して充放電サイク
ル寿命特性に優れた鉛蓄電池を提供するものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の課題を
解決するため、正極板と、負極板と、セパレータと、流
動する電解液とからなる鉛蓄電池において、前記セパレ
ータは、Ｖ字状に折り曲げられたシートであって、内部
に負極板を収納すると共に、両側縁部が開口し、隣接す
るセパレータの両側縁部と接合され、正極板の両側縁部
を密閉化していることを特徴とする。

【００１１】そして、前記正極板の格子体は、エキスパ
ンド格子体からなり、前記負極板の格子体は、アンチモ
ンを含まない鉛合金からなることを特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明のセパレータは、Ｖ字状に折り曲げられ
たシートからなり、折り曲げられた部分の内側に負極板
が収納されているため、正極板が腐食伸長してもセパレ
ータに阻止されて負極板の底縁部と短絡することがな
い。

【００１３】また、負極板を包むセパレータの両側縁部
が開口しているので、負極板とセパレータとの間へセパ
レータの外側から電解液の供給、拡散を容易に行うこと
ができ、高率放電を良好にする。また、負極板の上部と
下部で電解液の濃度が均等化され、サルフェーションの
進行を抑制し、負極活物質の利用率の低下が抑制される
結果、寿命性能が向上する。

【００１４】また、正極板は、左右の側縁部でセパレー
タの接合部により負極板と隔離されているため、正極活
物質の軟化や正極格子体の腐食変形による短絡を防止で
きる。また、正極板は、底端部が開口しているので、電
解液の供給、拡散を容易に行うことができ、活物質利用
率が向上する。

【００１５】そして、これらにより、正、負極板の耐短
絡性および活物質利用率を向上させることができるの
で、電池の高率放電特性や充放電サイクル寿命特性が向
上する。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について説
明する。

【００１７】図1は、本発明のセパレータを用いた極板
群の要部側面断面図、図２は、同極板群の要部上面断面
図であり、蓋や端子、ストラップは省略している。

【００１８】図１に示したように、本発明の極板群で
は、カルシウムを０．０９重量％と、錫を０．３重量％
含む鉛−カルシウム−錫合金からなる格子体に、負極活
物質を充填した厚み０．７mmの負極板１を、ポリエチレ
ンを主成分とする微多孔性シートを負極板１の底端部に
おいてＶ字状に２つ折りにして、セパレータ２内に包み
込んでいる。

【００１９】また、正極板３には、カルシウムを０．０
７重量％と、錫を１．５０重量％含む鉛−カルシウム−
錫合金からなる格子体に、正極活物質を充填した厚み
０．９mmの極板を用いた。そして、図２に示したよう
に、相隣り合うセパレータ２，２は、左右の側縁部同士
が圧着され、正極板の側縁部を包み込んでいる。

【００２０】ここで、セパレータ２は、背中合わせに、
縦に平行な複数本のリブ（図示せず）が設けられてお
り、シート部分の厚みが０．２５mm、表裏両面に設けた
リブを含む総厚みが１．０５mmである。

【００２１】次に、セパレータと極板との構成を表１の
ように変化させて、種々の鉛蓄電池を作製した。すなわ
ち、電池Ａは正極板のみ従来の袋状セパレータで包み込
んだもの、電池Ｂは負極板のみ従来の袋状セパレータで
包み込んだもの、電池Ｃは本発明電池Ｄとは逆に、正極
板を側部が開口した袋状セパレータで包み込み、負極板
の側部を隣接するセパレータの側部同士の接合部分で包
み込んだものである。

【００２２】

【表１】

【００２３】なお、鉛蓄電池Ａ〜Dは、公称仕様１２Ｖ
２７Ａｈ（５時間率容量）であり、表１の構成のセパレ
ータと極板とを用いて極板群を６個構成し、各極板群を
６つのセル室に区画形成された電槽４（図１では単セル
のみ表示）にそれぞれ収納し、以降は常法により作製し
た。

【００２４】ついで、これらの電池Ａ〜Ｄを用いて、充
放電サイクル寿命試験を行った。充放電サイクル寿命試
験は、以下の条件で寿命試験を実施し、試験中および試
験後に、各電池を解体調査した。

【００２５】試験条件は、電池を温度７５℃の恒温槽の
中で、２５Ａの電流で４分間放電した後、１４．４Ｖの
定電圧（最大電流２５Ａ）で１０分間充電するサイクル
を1週間で４８０サイクル行い、５６時間の放置後にＣ
ＣＡ電流により判定放電を行なった。このとき、３０秒
目の電池電圧が７．２Ｖ以下になった時点を寿命と判断
した。ここで、各構成のセパレータを用いた電池の充放
電サイクル寿命数は、電池Ｂの寿命サイクル数を１００
としたときの相対値で示す。

【００２６】電池Ｃ、Ｄのように、セパレータの左右側
縁部または底端部のいずれかに開口部が設けられた電池
は、電池Ａ、Ｂより初期の高率放電の放電末電圧が約
０．３Ｖ高く、高率放電性に優れていた。また、寿命特
性は電池Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄそれぞれ１１０、１００、１２
５、１５０となり電池D、Ｃ、Ａ、Ｂの順に長くなっ
た。

【００２７】電池Ｃ、Ｄが他の電池より高率放電の放電
末電圧が高かったのは、セパレータ２の左右側縁部や底
端部の開口部が電解液の極板群内への供給経路となった
ため、極板群周囲のフリーな電解液が極板群内に進入す
るのをさえぎることなく、極板とセパレータ２との間に
電解液が充分に供給、拡散されたためであると考えられ
る。

【００２８】また、電池Ａ、Ｃは、腐食変形した正極格
子体の枠骨の下端部が一旦セパレータ２の底部折り返し
部で食い止められるが、正極格子体の腐食変形の進行に
より、セパレータ２の下端折り返し部を突き破り、正極
板の底端部と負極板とが接触して短絡し、寿命となっ
た。一方、電池Ｄは、負極板の底端部においてセパレー
タ２が折り返えされているため、腐食変形した正極格子
体の枠骨の下端部が負極板と内部短絡を起こすことはな
く最も寿命が長かった。

【００２９】つぎに、寿命末期になった電池の負極板に
おける硫酸鉛の生成の様子を顕微鏡を用いて観察した。
この結果、セパレータ２において負極板を包装した電池
Bは、サルフェ−ションが進行し、寿命原因となってい
たのに対して、セパレータ２により左右側縁部や底端部
が包み込まれていない電池Ａ、Ｃ、Ｄは、サルフェ−シ
ョンの進行が認められなかった。

【００３０】このように、負極板をセパレータで包み込
まないか、あるいは負極板を包むセパレータの左右側縁
部や底端部の何れか一方に開口部を設けることにより、
負極活物質である鉛が結晶性の高い硫酸鉛に変化するサ
ルフェ−ション現象を抑制することができる。

【００３１】また、電池Ｄは正極板３の左右側縁方向の
変形が小さく、寿命を迎えるまでセパレータ２が破れる
ことはなかった。また、正極活物質が軟化することで寿
命を迎えたが、正負極板間の左右側縁部や底端部がセパ
レータ２で隔離されているため、脱落した正極活物質に
より正極板と負極板が内部短絡を起こすことはなかっ
た。

【００３２】なお、本実施例では、正極板の格子体に鉛
−カルシウム−錫合金を用いたが、アンチモンを２．５
重量％以下の範囲で含む鉛−アンチモン（Ｐｂ−Ｓｂ）
系合金を用いても本発明の効果が得られた。

【００３３】

【発明の効果】本発明は、以上説明した通り、正極板の
格子体の腐食変形によって正極板底端部のセパレータが
破られて短絡することを防止するとともに、極板群内で
の電解液の拡散力を向上させて高率放電性能を良好に
し、かつサルフェ−ションが進行することを防止して充
放電サイクル寿命特性に優れた鉛蓄電池を提供すること
が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の袋状セパレータを用いた極板群の要部
側面断面図を示す図である。

【図２】本発明の袋状セパレータを用いた極板群の要部
上面断面図を示す図である。

【符号の説明】

１負極板２セパレータ３正極板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項1】正極板と、負極板と、セパレータと、流
動する電解液とからなる鉛蓄電池において、前記セパレ
ータは、Ｖ字状に折り曲げられたシートであって、内部
に負極板を収納すると共に、左右の側縁部が開口し、隣
接するセパレータの左右の側縁部と接合され、正極板の
左右の側縁部を覆っていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】前記正極板は、格子体がエキスパンド格
子体からなり、前記負極板は、格子体がアンチモンを含
まない鉛合金からなることを特徴とする請求項１記載の
鉛蓄電池。