JP2003187790A

JP2003187790A - 自動車用鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2003187790A
Application number: JP2001383309A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Arai; 孝之新井; Masahisa Okuda; 昌久奥田
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2001-12-17
Filing date: 2001-12-17
Publication date: 2003-07-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】上下方向で極間距離の調整して充放電反応の
上下方向での不均一を解消し、成層化を抑制することに
より、高頻度始動や重負荷使用環境下で長寿命の自動車
用鉛蓄電池を得る。【解決手段】極板１を、集電タブ２近傍の上部の活物
質厚みを薄く、集電タブ２から離れた下部の活物質厚み
を厚くして、電池の上下方向の極板厚みを変化させた構
造とする。また、充電の受け入れ制を向上させて硫酸鉛
の蓄積を抑えるために、正極板活物質に対して、電解液
中の硫酸量が質量比で０．７６〜０．８２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、始動用として用い
て好適な自動車用鉛蓄電池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】自動車用鉛畜電池（以下、電池とい
う。）は電装品の増加やエンジンルーム内の高密度化に
伴い、高負荷と高環境での使用が増えている。また、近
年宅配車、営業車は環境保護のためアイドリングストッ
プ運動が推進されている。アイドリングストップは停車
中にエンジンを停止し、発進時に再始動を掛けるため、
始動回数が通常車より増大する。また、アイドリングス
トップ中はエンジンの充電系統が停止するため、エアコ
ン、ワイパー等の負荷駆動力は電池から持出すことにな
る。さらに、配送トラックでは、ウィングドアの開閉や
保冷装置運転のため大きな負荷が掛かることになる。上
記のようにアイドリングストップ車両に搭載される電池
には、始動頻度増加と深い放電使用により、通常品より
劣化が加速されることが考えられる。

【０００３】実際に、アイドリングストップ使用車でモ
ニタした電池を、保証期間末期に回収して解体したとこ
ろ、以下の劣化が認められた。正極板及び負極板の下部
に放電生成物の硫酸鉛が蓄積し（サルフェーョン）、電
解液（希硫酸）の濃度が電池の上部で薄く、下部で高い
現象である成層化が発生していた。また、正極板中央部
で、活物質の泥状化と脱落が見られた。このことから、
前述の高頻度始動と深い放電で成層化が発生し、極板下
部では高濃度の電解液でサルフェーョンが進行して放電
できなくなり、極板上部では電解液が薄くなり、やはり
放電しがたくなる。そのため、適正濃度の極板中央部で
過度に放電が集中し、活物質が崩壊して泥や脱落が発生
するものと考えられる。

【０００４】従来、成層化を防止し長寿命の電池を提供
する手段として、特開2000-48856に開示されている手法
が提案されている。これは、極板内に多孔度の異なる活
物質を形成せしめ、成層化を防止する手法である。ここ
では、活物質多孔度を正極板に関しては耳部に近い部分
（上部）を耳部から遠い部分（下部）より小さくし、負
極板に関しては耳部から遠い部分（下部）を耳部に近い
部分（上部）より小さくしている。さらに、多孔度の低
い正極板上部と多孔度の高い負極板上部、多孔度の高い
正極板下部と多孔度の低い負極板下部を相対し、もしく
は近傍に配置することを特徴としている。このような構
成にすると、極板上部が放電され正極上部の活物質内の
電解液が速く消費され、放電反応は極板下部に移行し、
極板上部では負極板から正極板に電解液が拡散し、上下
つりあいのとれた放電が進行する。充電においても、従
来充電の入りにくかった負極板下部に金属鉛の残存が確
保されるので、電子伝導性が維持され充電が円滑に進
む。そのため、下部サルフェーションが防止される。さ
らに、正極板上部の利用率が抑制されるので、活物質の
泥状化等が防止される。上記の作用で極板の耐久性が向
上し、電池の長寿命化が図れる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如き従来技術
は、電解液量の制限された密閉型鉛蓄電池に関しての技
術である。一般に自動車用には、遊離液が多い液式（開
放式）鉛蓄電池がほとんどを占めている。遊離液がある
こと、また車に搭載されるため振動が掛かる等、液流動
が起こり易いため、成層化に関しては起こりにくい方向
にある。

【０００６】しかし、現実にはタクシー、宅配車のよう
な営業車では、成層化に起因する劣化で電池が短寿命と
なっている。従来の技術では、極板の上下半分ずつで多
孔度を変えているが、実際の極板の劣化は上中下３段で
発生している。従来品は密度の異なる活物質ペーストを
集電体に充填して多孔度を変えている。極板厚みは一定
であるので、正極上部は低密度ペーストで軽く、下部は
高密度ペーストで重くなる。このような状態では、乾燥
で活物質ペーストの脱水、収縮度合いが異なり境界部で
亀裂が生じやすい。なにより、正負極４種類のペースト
を充填することで、ペースト混練及び充填工程で工数が
増え、生産効率が大幅に低下することが問題となってい
る。

【０００７】また、営業車のような過酷な使用環境で
は、極板中央部の活物質境界部の弱い部分に負荷が集中
し、通常の活物質より活物質の崩壊が早く進行すること
が懸念される。

【０００８】本発明の目的は、高頻度始動や重負荷使用
環境下で長寿命の自動車用鉛蓄電池を提供することにあ
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は格子体に活物質を充填した正極板と負極板
とをセパレータを介して積層した自動車用鉛蓄電池にお
いて、極板は、集電タブ近傍の上部の活物質厚みを薄
く、集電タブから離れた下部の活物質厚みを厚くして、
電池の上下方向の極板厚みを変化させている。

【００１０】また、正極板活物質量に対して、電解液中
の硫酸量を質量比で０．７６〜０．８２に規定する。

【００１１】本発明のように、極板を、集電タブ（従来
法での耳部と同じ）を起点として、集電タブ近傍の上部
の活物質厚みを薄く、集電タブから離れた下部の活物質
厚みを厚くすると、極板下部に活物質が多くなるので、
集電タブから離れた下部でも放電反応が進み易くなる。
また、下部ほど極板の厚みが増すので、正極と負極の間
隔が狭まり、電解液の占有体積が減る。極板下部での活
物質が多いことで、電解液中の硫酸分も多く反応し、サ
ルフェーション化を防止する。さらに、放電と同じく充
電反応も進行し易くなるので、成層化を抑制する。

【００１２】極板上部では集電タブに近いので放電反応
は速やかに進行するが、極板が薄く極間の距離が広いの
で反応速度は緩和される方向になる。このように上下で
充放電反応の不均一を解消し、成層化を抑止する。

【００１３】また、充電の受入れ性を向上させて硫酸鉛
の蓄積を抑えるために電解液濃度を低める。濃度を下げ
ることで、成層化の濃度勾配を小さくする。電解液の濃
度は正極板活物質量に対して、電解液中の硫酸量が質量
比で０．７６〜０．８２が良い。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態の各例
について説明する。

【００１５】（実施の形態１）酸化鉛の粉に水と希硫酸
を加えて混練して活物質ペーストを調整する。ペースト
密度は、従来法の中央値の正極４．１ｇ／ｃｍ^３、負
極４．１５ｇ／ｃｍ^３とした。このペーストを鉛格子体
に、集電タブ近傍の上部を薄く、集電タブから離れた下
部を厚くなるように充填する。具体的には、活物質ペー
ストを混練機からホッパに落とし、ホッパから充填機に
投下して、ローターブレードによる摺切りで鉛格子体に
ペーストを充填する。このときローターブレードの回転
軸をわずかに傾け、加圧を調整して集電タブの近傍を薄
く、離れた部分を厚くなるようにペーストを充填する。
続いて、極板を熟成、乾燥し、未化成の極板を作製す
る。この正極板の厚い部分の厚さを１．６ｍｍ、薄い部
分の厚さを１．３ｍｍ、負極の厚い部分の厚さを１．４
ｍｍ、薄い部分の厚さを１．２ｍｍとなるようにした。

【００１６】本例の極板の外観を図１（Ａ）（Ｂ）に示
す。図において、１は極板、２は集電タブである。この
極板１では、上下方向に極板１の厚みを変化させている
ので、集電タブ２から離れるに従って極板１は厚みが増
している。

【００１７】次ぎに、セパレータを介して正極板３枚と
負極板４枚を互い違いに積層し、極板群を作った。この
極板群を電槽内に挿入して、同極性の極板同士を溶接
し、電槽に蓋を溶着して電池を組立てた。この未化成極
板からなる電池に希硫酸を注液し、通電して電槽化成す
る。電解液の量と濃度を調整して５時間率容量２８Ａｈ
の電池とした。

【００１８】この本発明の電池を電池Ａとする。このと
きの電解液濃度は正極活物質に対して０．８６である。

【００１９】つづいて特開2000-48856に開示されている
手法で作製した極板からなる電池をＢとする。極板面積
と極板群構成は、比較の都合上電池Ａと同じとする。

【００２０】さらに、上下方向の厚みが同じ通常の極板
からなる電池を電池Ｃとする。ペースト密度、極板群構
成等は電池Ａと同じとする。

【００２１】これら電池を表１に示すサイクル寿命試験
に供した。これは、ＪＩＳ軽負荷試験に高頻度始動とし
て高率放電を組入れた試験である。

【００２２】

【表１】Ｎｏ．１〜４を１セットとして１週間試験した後、２７
２Ａ放電で３０秒目の電圧を測定した。寿命の判定は、
ＪＩＳ軽負荷試験の７．２Ｖとした。

【００２３】サイクル寿命試験結果を図２に示す。この
図２に示すように７．２Ｖに至るサイクル数は本発明の
電池Ａが多く、長寿命となっている。

【００２４】サイクル寿命試験後に電池を解体したとこ
ろ、電池Ｃでは、サルフェーションと、正極活物質の泥
状化が発生していた。電池Ｂでも、電池Ｃと同じ現象が
見られた。電池Ｂの正極では、極板の多孔度の異なる境
界部で脱落が顕著だった。これに対して、電池Ａはサル
フェーション、泥状化の発生量は前記２種より少なかっ
た。

【００２５】また、本発明の電池Ａは、従来法の電池Ｂ
より製造工数を大幅に増やすことなく長寿命化できる。

【００２６】（実施の形態２）次に、電池Ａで、電解液
中の硫酸量を正極活物質との質量比で変えた場合の試験
を実施した。実施の形態１の電解液中の硫酸量／正極活
物質量は質量比で０．８６であり、これが基準となる。
この硫酸量／正極活物質量を質量比で０．７０から０．
８６まで変え、実施の形態１と同じ試験をして、３０秒
目電圧が７．２Ｖになるサイクル数をカウントした。な
お、質量比が０．７０より下は希硫酸濃度度が低く規定
容量が得られず、質量比が０．８６より上は鉛格子体の
腐食や成層化が起こり易いため除外した。結果を表２に
示す。

【００２７】

【表２】表２に示すように、硫酸量／正極活物質量比が質量比で
０．７６〜０．８２で標準０．８６より寿命に至るサイ
クル数が延び、長寿命化していることがわかる。比率の
小さい方が電解液中の希硫酸濃度が低く、これが充電受
入れ性の向上や鉛格子体の腐食速度低減に寄与し、劣化
を抑制しているためと考えられる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明では、極板は、電池
の上下方向に極板厚みを変化させ、集電タブ近傍の上部
の活物質厚みを薄く、集電タブから離れた下部の活物質
厚みを厚くしたので、長寿命の自動車用鉛蓄電池を得る
ことができる。また、この自動車用鉛蓄電池は、従来法
より製造工程の工数を大幅に増やすことなく長寿命化が
できるので、工業的価値が大きい。

【００２９】また、正極板活物質量に対し電解液中の硫
酸量を質量比で０．７６〜０．８２に規定することで、
さらなる寿命向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）（Ｂ）は本発明による自動車用鉛蓄電池
で用いる極板の一例を示す正面図と側面図である。

【図２】本発明による自動車用鉛蓄電池を含む３種の自
動車用鉛蓄電池のサイクル寿命試験結果である

【符号の説明】

１極板２集電タブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5H028 AA06 FF04 HH01 HH02 HH05 5H050 AA07 BA09 CA06 CB15 DA13 FA12 HA01 HA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】格子体に活物質を充填した正極板と負極
板とをセパレータを介して積層した自動車用鉛蓄電池に
おいて、前記極板は、集電タブ近傍の上部の活物質厚みを薄く、
集電タブから離れた下部の活物質厚みを厚くして、電池
の上下方向の極板厚みを変化させている自動車用鉛蓄電
池。
【請求項２】正極板活物質量に対して、電解液中の硫
酸量が質量比で０．７６〜０．８２である請求項１に記
載の自動車用鉛蓄電池。