JP2003338274A - 蓄電池用セパレータおよびそれを用いた鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ０．３０ｍｍ以下の比較的薄いベースを有す
るセパレータにおいて、セパレータ表面に形成したリブ
の基部に沿ったセパレータの切断と、これによる正極と
負極との短絡を抑制した蓄電池用セパレータと、これを
用いることにより信頼性の高い鉛蓄電池を得ること。 【解決手段】 合成樹脂シートからなる蓄電池用セパレ
ータ１１であって、前記蓄電池用セパレータ１１面に線
状のリブ１４が形成され、前記蓄電池用セパレータ１１
面と前記リブ１４の側部１４ａとが連続する基部１４ｂ
を曲面とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は特に液式の自動車用
鉛蓄電池に用いるセパレータに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から液式の自動車用鉛蓄電池におい
ては、正極板もしくは負極板の一方を微孔性ポリエチレ
ン等の合成樹脂のシートを袋状に構成したセパレータに
収納した構成が広く採用されている。

【０００３】特に、正極においては、電池の充電時に酸
素ガスが発生するとともに、正極活物質が二酸化鉛で構
成されているため、セパレータの正極に対向する面は酸
化雰囲気下にある。したがって、セパレータの正極側に
対向する面は負極側に対向する面に比較して酸化しやす
い。セパレータの厚みは電池の急放電特性を考慮して
０．５ｍｍ以下を採用することが多く、このような薄型
のセパレータは酸化することによって穴があきやすく、
その結果正極と負極が短絡するという問題がある。

【０００４】このような問題を緩和するために、図４に
示したようにセパレータ１の表面の正極板２に対向する
面にリブ３を線状に配置することが行われている。この
ような構成によって、セパレータ１と正極板２とはリブ
３の頂面３ａで接触することとなり、正極板２とセパレ
ータ１の主体部分である厚みの薄いベース４とが接触し
ないので、ベース４の穴あきを抑制することができる。

【０００５】近年、自動車用鉛蓄電池においても高出力
化が求められている。電池を高出力化する手法の一つと
して、セパレータと極板の厚みを薄くして電気抵抗を低
減し、出力電圧を増加させることが挙げられる。セパレ
ータと極板の厚みを薄くすることによって、極板群の厚
みは薄くできる。ところが、セパレータを薄くすること
によって極板間の距離がある程度短くなると、放電反応
に必要な電解液が確保できなくなる。したがって、セパ
レータ１のベース４の厚み寸法（Ｔ）を０．３０ｍｍ程
度以下にまで薄くし、リブ３の高さ寸法（Ｄ）を少なく
ともベース４の厚み以上に高くすることが検討されてき
ている。

【０００６】さらに、極板を１．５ｍｍ程度以下に構成
した場合、極板自体の強度が低いために、電池が振動を
受けた場合に容易に変形して活物質が極板から脱落する
等の不具合がある。このような活物質の脱落は正極にお
いて、特に顕著に発生する。このような極板の変形と活
物質の脱落を抑制するために、極板群に群圧をかけるこ
とによって、特に正極板２の表面をリブ３で保持する必
要がある。

【０００７】このような０．３０ｍｍ以下の比較的薄い
厚みのベース４をもつセパレータ１に比較的高い寸法で
リブ３を形成した場合、極板群圧によって、図５に示し
たようにリブ３が変形を受ける。この状態で長期間電池
を使用した場合に、リブ３の基部３ｂに沿って線状にク
ラック５が発生し、セパレータ１が切断されることによ
って、正極と負極とが短絡するという課題があった。特
に、正極と負極間の空間に電解液が潤沢に存在する液式
の鉛蓄電池の場合、セパレータ１と正極板２の間に充電
で発生した酸素ガス気泡が残留しやすく、セパレータ１
がリブ３に沿って切断するという現象が顕著に発生する
傾向にあった。

【０００８】また、このようなセパレータを袋状に構成
し、この袋状セパレータに収納する極板の極性が正極で
ある場合は、負極である場合に比較して酸素ガス気泡の
残留する度合いは大きく、セパレータの劣化が進行しや
すい傾向にあった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したよう
に０．３０ｍｍ以下の比較的薄いベースを有するセパレ
ータにおいて、セパレータの表面に形成したリブの基部
に沿ったクラックによるセパレータの切断と、これによ
る正極と負極との短絡を抑制した蓄電池用セパレータ
と、これを用いることにより信頼性の高い鉛蓄電池を得
るものである。

【００１０】

【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、合成樹脂
シートからなる蓄電池用セパレータであって、前記セパ
レータの面に線状のリブが形成され、前記セパレータの
面と前記リブの側面とは連続した曲面で接続されている
ことを特徴とする蓄電池用セパレータを示すものであ
る。

【００１１】本発明の請求項２記載に係る発明は、請求
項１記載の構成を備えた蓄電池用セパレータにおいて、
リブの高さ寸法をＤ、セパレータの厚み寸法をＴとした
時に、比率（Ｄ／Ｔ）を１．０以上に構成した蓄電池用
セパレータを示すものである。

【００１２】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の構成を備えた蓄電池用セパレータにお
いて、比率（Ｄ／Ｔ）を１．６以上で、かつ６．０以下
としたものである。

【００１３】また、本発明の請求項４記載に係る発明
は、請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄電池用セパ
レータを介して正極板と負極板とを積層した極板群を電
槽に収納した鉛蓄電池であって、前記電槽収納状態にお
いて、前記極板群は極板積層方向に圧縮され、前記リブ
と前記正極板が対向した構成を備えた鉛蓄電池を示すも
のである。

【００１４】さらに、本発明の請求項５記載に係る発明
は、請求項４に記載の構成を備えた鉛蓄電池において、
セパレータが袋状に構成され、この袋状セパレータに正
極板が収納された鉛蓄電池を示すものである。

【００１５】そして、本発明の請求項６記載に係る発明
は、請求項４もしくは請求項５に記載の構成を備えた鉛
蓄電池において、セパレータと正極板との間に電解液が
満たされた構成の鉛蓄電池を示すものである。

【００１６】

【発明の実施の形態】本発明の目的は、各請求項に記載
した構成を実施の形態とすることにより達成することが
できるのであるが、以下には本発明の実施の形態につい
て図面を用いて具体的かつ詳細に説明する。

【００１７】（第１の実施の形態）図１に示したよう
に、本発明の実施の形態による蓄電池用セパレータ１１
は径が０．１〜１０．０μｍ程度の微孔を有する合成樹
脂シートで構成されたベース１２を有している。用いる
合成樹脂としてはポリエチレン、特に分子量が１００万
程度の高分子ポリエチレンを主体とし、必要に応じてシ
リカ等の無機粉体を添加する。

【００１８】ベース１２の少なくとも正極板１３に対向
する片面にはリブ１４を形成する。リブ１４の形成パタ
ーンとしては種々のものを採用することができるが、一
般的には図１に示したように線状のリブ１４の複数本を
極板上下方向に沿って互いに平行配置する。

【００１９】本発明において、リブ１４の側部１４ａの
基部１４ｂの断面を例えばＲ形状とすることによって、
側部１４ａとベース１２とを連続する曲面で接続する。
例えばこの部分の曲率Ｒを０．５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度
に構成すれば良い。このような構成により、図２に示し
たように正極板１３に押しつけられたリブ１４が倒れこ
むような変形をしても、リブ１４の基部１４ｂを基点と
するクラックの発生を抑制することができる。

【００２０】このような本発明の構成は好ましくはベー
ス１２の厚み寸法（Ｔ）がリブ１４の高さ寸法（Ｄ）以
下、すなわち、比率（Ｄ／Ｔ）を１．０以上、特に好ま
しくは１．６以上で、かつ６．０以下である場合に適用
する。従来構成のセパレータにおいては、ベース４の厚
み寸法（Ｔ）がリブ３の高さ寸法（Ｄ）に比較して薄い
場合に基部３ｂでのクラック５が顕著に発生するからで
ある。したがって、比率（Ｄ／Ｔ）を１．０以上、特に
好ましくは１．６以上で、かつ６．０以下の構成のセパ
レータに本発明を適用することにより、本発明の効果を
より顕著に得ることができる。なお、Ｄ寸法はセパレー
タに群圧がかかっていない状態での値である。

【００２１】（第２の実施の形態）第１の実施の形態の
蓄電池用セパレータ１１をリブ１４を内側にして折り曲
げ、両側部をメカニカルシール等により貼り合わせて袋
状セパレータ１５を構成する。この袋状セパレータ１５
に正極板１３を収納し、負極板１６を重ね合わせ、同極
性の耳部同士を集合溶接してストラップを形成するとと
もに、このストラップに端子極柱もしくは接続体を形成
した極板群（図示せず）を構成する。この極板群を極板
積層方向に加圧した状態で電槽（図示せず）に収納す
る。以降は常法にしたがって、鉛蓄電池を組み立て、化
成充電することにより本発明の鉛蓄電池を得ることがで
きる。

【００２２】この本発明の鉛蓄電池の極板群の要部拡大
断面を図３に示す。袋状セパレータ１５に収納された正
極板１３はリブ１４によって加圧状態に保持されてい
る。リブ１４はこの加圧力によって倒れこむような変形
を受けるが、リブ１４の基部１４ｂとベース１２とが連
続する曲面で接続しているので基部１４ｂへの応力の集
中を抑制し、この基部１４ｂでのクラックの発生を抑制
することができる。

【００２３】本発明の鉛蓄電池において、必ずしも正極
板を袋状セパレータに収納した構成で用いる必要はない
が、このような極板群構成において、酸素ガス気泡がセ
パレータ内部に滞留しやすく、従来の鉛蓄電池では応力
の集中したリブの基部とこの滞留した酸素ガスとが接触
することによって、クラックが顕著に発生していたこと
から、正極板を袋状セパレータに収納した構成に本発明
を適用することが好ましい。

【００２４】また、電解液が潤沢に存在し、常に極板群
が電解液に浸漬された液式の鉛蓄電池ではセパレータが
常に電解液中の硫酸と接触した状態であり、さらにセパ
レータ内部に滞留した酸素ガスが存在するためにセパレ
ータに応力集中した部分があるとその部分から酸化劣化
が発生する。したがって、本発明は極板群が電解液に浸
漬した鉛蓄電池に適用することが好ましい。

【００２５】

【実施例】本発明、比較例および従来例のセパレータを
作製し、これらのセパレータを用いて鉛蓄電池を作製し
た。

【００２６】従来例のセパレータは図４に示したリブ形
状を有し、ベース４の厚み（Ｔ）を０．３ｍｍとし、リ
ブ３の高さ（Ｄ）を種々に設定した。リブ３の断面形状
は下底０．４ｍｍ、上底０．２ｍｍの台形形状を有して
いる。

【００２７】本発明例のセパレータは図１（ａ）に示し
たリブ形状を有し、リブ１４の基部１４ｂは曲面で構成
する。リブ１４の断面寸法は上底０．２ｍｍ、下底０．
４ｍｍの台形の基部１４ｂを曲率０．２ｍｍの曲面で構
成されることによってベース１２とリブ１４の側部１４
ａとが連続した曲面で接続された構成を有している。こ
の本発明例の蓄電池用セパレータ１１のベース１２の厚
み（Ｔ）は０．３０ｍｍで構成し、リブ１４の高さ寸法
（Ｄ）を種々に変化させることにより比率（Ｄ／Ｔ）を
変化させた。

【００２８】これら従来例と本発明例の蓄電池用セパレ
ータをそれぞれ袋状セパレータとし、極板を収納した。
なお、袋状セパレータの外側にリブを配置する場合に
は、収納する極板を負極板とし、袋状セパレータの内側
に配置する場合には、収納する極板を正極板として、常
に正極板にリブが対向するようにした。

【００２９】これらの袋状セパレータに収納した極板と
他の極性の極板のそれぞれ５枚を重ね合わせ、同極性の
極板耳を集合溶接して極板群を構成し、さらにこの極板
群を電槽内で直列に接続することによって、５５Ｄ２３
形の自動車用鉛蓄電池を作製した。

【００３０】なお、極板群は加圧された状態で電槽に収
納されているが、この状態でリブの高さが無加圧状態で
の高さ（Ｄ）の７５％となるように、電槽内寸を変化さ
せた。

【００３１】これらの蓄電池の構成を表１に示す。

【００３２】

【表１】

【００３３】表１に示した蓄電池について７５℃雰囲気
下でＪＩＳ Ｄ５３０１に定める軽負荷寿命試験を行っ
た。ＪＩＳ Ｄ５３０１に定める軽負荷寿命試験条件は
以下の通りである。

【００３４】試験する蓄電池を２５Ａで４分間放電し、
引き続き１４．８Ｖ（最大電流２５Ａ）で１０分間充電
するサイクルを１サイクルとする。このサイクルを４８
０回繰り返す毎に蓄電池を５６時間、２５℃雰囲気中に
放置し、その放置後に３５６Ａで３０秒間連続放電を行
い、放電３０秒目の電圧を測定する。電圧測定後、上記
を同じ条件で充電する。これらの操作を繰り返して行
い、放電３０秒目の放電電圧が７．２Ｖに低下するまで
のサイクル数を寿命サイクル数とした。なお、試験中に
電解液中の水分が減少するので、適宜精製水を補給し
た。

【００３５】これらの寿命試験の結果を表１に示す。

【００３６】表１に示した結果から、本発明の蓄電池は
従来例の蓄電池に比較して優れた寿命特性を有している
ことがわかる。これらの蓄電池について寿命試験終了後
に分解調査を行ったところ、従来例の蓄電池については
セパレータのリブの基部に穴あきが発生し、短絡した痕
跡が認められた。一方、本発明例の蓄電池においてはセ
パレータの酸化劣化が進行しているものの、劣化要因は
主として活物質自体に起因するものであった。

【００３７】また、本発明例の蓄電池の中でも正極板を
袋状セパレータに収納し、リブの高さＤとベースの厚み
Ｔの比率（Ｄ／Ｔ）を１．０以上、好ましくは１．６以
上で、かつ６．０以下に設定することで本発明の効果を
より顕著に得ることができる。比率（Ｄ／Ｔ）の値が上
記の数値以外であっても本発明の効果を得ることができ
るが、従来例の蓄電池からの寿命サイクル数の伸長効果
は３００〜２００サイクル程度であり、好ましい本発明
例に比較すればその効果は低下する。

【００３８】これらから比率（Ｄ／Ｔ）が１．０未満あ
るいは６．０を超える場合には、リブの圧縮変形によっ
てベースに及ぼされる応力が低下していると推測され
る。また、正極板を袋状セパレータに収納する従来例の
蓄電池において、寿命低下が最も著しい。これは正極板
から充電時に発生する酸素ガスが袋状セパレータ内に滞
留し、セパレータの酸化劣化を促進していると推測でき
るので、本発明はこのような正極板を袋状セパレータに
収納した電池に適用することが好ましいことがわかる。

【００３９】

【発明の効果】前記したように、本発明の構成により、
０．３０ｍｍ以下の比較的薄いベースを有するセパレー
タにおいて、セパレータの表面に形成したリブの基部に
沿ったセパレータの切断と、これによる正極と負極との
短絡を抑制した蓄電池用セパレータと、これを用いるこ
とにより信頼性の高い鉛蓄電池を提供できることから、
工業上極めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の実施の形態による蓄電池用セパ
レータを示す正面図 （ｂ）（ａ）における円部分のＢ−Ｂ’線拡大断面図

【図２】同リブが変形した場合の要部拡大断面図

【図３】本発明の第２の実施の形態による鉛蓄電池の要
部拡大断面図

【図４】（ａ）従来の蓄電池用セパレータを示す正面図 （ｂ）（ａ）における円部分のＡ−Ａ’線拡大断面図

【図５】（ａ）従来の蓄電池用セパレータの要部拡大断
面図 （ｂ）（ａ）の時間経過をした状態の要部拡大断面図

【符号の説明】

１ セパレータ ２，１３ 正極板 ３，１４ リブ ３ａ 頂面 ３ｂ，１４ｂ 基部 ４，１２ ベース ５ クラック １１ 蓄電池用セパレータ １４ａ 側部 １５ 袋状セパレータ １６ 負極板

フロントページの続き Ｆターム(参考） 5H021 AA06 CC09 CC18 EE02 HH01 HH03 5H028 AA05 BB04 EE06 HH01

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 合成樹脂シートからなる蓄電池用セパレ
   ータであって、前記セパレータの面に線状のリブが形成
   され、前記セパレータの面と前記リブの側面とは連続し
   た曲面で接続されていることを特徴とする蓄電池用セパ
   レータ。
2. 【請求項２】 前記リブの高さ寸法をＤ、前記セパレー
   タの厚み寸法をＴとした時に、比率（Ｄ／Ｔ）を１．０
   以上に構成したことを特徴とする請求項１に記載の蓄電
   池用セパレータ。
3. 【請求項３】 前記比率（Ｄ／Ｔ）を１．６以上で、か
   つ６．０以下に構成したことを特徴とする請求項２に記
   載の蓄電池用セパレータ。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の蓄
   電池用セパレータを介して正極板と負極板とを積層した
   極板群を電槽に収納した鉛蓄電池であって、前記電槽収
   納状態において、前記極板群は極板積層方向に圧縮さ
   れ、前記リブと前記正極板が対向したことを特徴とする
   鉛蓄電池。
5. 【請求項５】 前記セパレータが袋状に構成され、この
   袋状セパレータに正極板が収納されたことを特徴とする
   請求項４に記載の鉛蓄電池。
6. 【請求項６】 前記セパレータと前記正極板との間に電
   解液が満たされた請求項４もしくは５に記載の鉛蓄電
   池。