JP2013187172A

JP2013187172A - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2013187172A
Application number: JP2012054069A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kakuno; 博司覚野; Ichiro Mukaitani; 一郎向谷
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-03-12
Publication date: 2013-09-19

Abstract

【課題】鉛蓄電池の極柱周辺から蓄電池外部へ電解液が漏出することを防止できる鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】電槽を密閉する蓋体１に凹部４を備えた鉛蓄電池において、ブッシング２に挿入して外部と接続する極柱３と凹部４の隙間を、樹脂硬化物５により封止し、被覆体７の外縁部と凹部４の周縁部を接着することにより凹部４を密封し、電解液の漏出を防止することができる鉛蓄電池を提供する。切込み溝８を極柱３の側周面に極柱を周回して設け、被覆体７の貫通孔と嵌合させ凹部４を密閉する、あるいは蓋体１と被覆体７を同質材料にして熱膨張差で発生する応力を緩和して、凹部４の密閉をより確実にして電解液漏出を防止できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、鉛蓄電池に関し、特に、極柱周囲からの電解液漏出を防止するものに関する。

鉛蓄電池は、安価、信頼性の高さから長年使用されてきており、自動車、フォークリフト等の電源、非常用電源、近年は、太陽光・風力等の自然エネルギーの蓄電、発電変動の緩和用としても用いられている。
鉛蓄電池は、電槽内に収納した極板群と電解液の化学反応により充放電を行い、図１に示すように、極板群（図示省略）と電気的に接続され、蓋体１にインサートされたブッシング２に挿入された極柱３を通して蓄電池外部の機器と接続される。
極柱３に連結する極板群の周囲は電解液で満たされ、蓄電池の設置環境や使用状況により、電解液が極柱３の表面に沿って極柱３とブッシング２の界面やブッシング２と蓋体１の界面に到達し、それら界面の微小な隙間を這い上がり、蓄電池外部へ漏れ出して、蓄電池の端子間に拡がり端子間を短絡させたり、外部機器の損傷等を起こす恐れがあり、ブッシング２に極柱３を挿入後、ブッシング２と挿入された極柱３を溶接し（溶接部６）、更に、凹部４に樹脂を充填して硬化させ凹部４を樹脂硬化物５で満たし、ブッシング２と蓋体１の隙間から電解液が漏出するのを防止している。
下記に示す特許文献１には、鉛蓄電池の封止部の気密性を高める方法として、ブッシングに極柱を挿入したあとブッシングと極柱の側面を溶接により接続し、封止部をバーナーでフレーム処理し、更にエポキシ樹脂を流し込む方法が記載されている。

特開２０１１−１４１９５１号公報

しかしながら、極柱３とブッシング２は、鉛合金から成り、蓋体１は一般的に樹脂を用いているため、両者の熱膨張率の差が大きく、鉛蓄電池の設置される環境温度の変化、充放電時に反復して発生する化学反応による熱等により金属と樹脂の界面に応力が発生し、微小なクラックや隙間が生じる。そして、極柱３に連結する極板群の周辺は電解液で満たされているため、電解液が極柱３の表面に沿って、極柱３とブッシング２の界面やブッシング２と蓋体１の界面に到達し、界面に発生した微小な隙間を這い上がり、蓄電池外部へ漏出することが起こり得る。
本発明は、経時変化により極柱と樹脂硬化物との界面や蓋体と樹脂硬化物との界面に微小なクラック、隙間が発生しても、電解液の漏出を防止することができる鉛蓄電池を提供することを目的とする。

本発明は、以下のものに関する。
（１）正負極板とセパレータにより構成される極板群を電槽内に収容し、凹部を備え、この凹部底面に形成される貫通孔に、前記極板群に接続する極柱を挿入するためのブッシングを埋設して一体に形成した蓋体により、前記電槽を密閉した鉛蓄電池において、前記ブッシングに挿入して溶接される極柱と、前記凹部内に充填して極柱との隙間を封止する樹脂硬化物と、極柱を挿入できる貫通孔を設けて前記凹部を密封する被覆体とを備えることを特徴とする鉛蓄電池。
（２）項（１）において、極柱の側周表面に極柱を周回する切込み溝を設け、この切込み溝に被覆体の貫通孔が嵌合することを特徴とする鉛蓄電池。
（３）項（１）又は（２）において、蓋体と被覆体が同じ材質により形成されることを特徴とする鉛蓄電池。

本発明によれば、極柱と樹脂硬化物との界面及び蓋体と樹脂硬化物との界面に微小な隙間やクラックが発生したときにも、被覆体により電解液の漏出を防止することができ、蓄電池外部周辺設備の損傷や蓄電池の端子間の短絡を回避できる。
また、極柱が、その側周表面に切込み溝を備え、この切込み溝に被覆体に設けた貫通孔を嵌合させるときは、極柱側周表面に被覆体の貫通孔を単純に嵌め込むよりも、より確実に電解液の漏出を防止することができる。
更に、蓋体と被覆体が同一材質であれば、熱膨張率が同程度なので、使用中の温度変化により蓋体と被覆体の接着面に加わる応力は、無視できる程度なので、接着力の劣化を抑制し、剥離を防止することができる。

従来例である、蓋体凹部の概略部分断面図を示す。本発明の実施例である、蓋体凹部の概略部分断面図を示す。本発明の他の実施例である、蓋体凹部の概略部分断面図を示す。本発明の更に他の実施例である、蓋体凹部の概略部分断面図を示す。

＜蓋体＞
本発明にて述べる蓋体は、電槽の上面開口を閉塞するものであれば、特に制限されるものではないが、電槽の熱膨張係数と同程度の材質にしておくと、雰囲気温度の上昇や充放電時の熱により電槽との接合部に加わる変形応力を抑制することができ、接合部に発生するクラックや破損等を防止することができる。具体的には、ＰＰ、ＡＢＳ、変成ＰＰＥ等を用いることができる。
蓋体に形成した凹部底面部に、極柱を挿入するための貫通孔を設けた鉛合金製のブッシングを埋設して一体に形成する。例えば、正負極柱が各々１個のときは、凹部とブッシンングを一対として、蓋体の違う位置に、正極用、負極用それぞれ一つずつ設け、極柱が複数あるときは、一つの凹部にブッシングを複数個設けても良く、凹部を複数個設けて各々の凹部にブッシングを配置しても良い。ブッシングはインサート成形等により、蓋体と一体成形する方法が電槽内と外部の機密性を保持する上で好ましい。
凹部の底面積は、ブッシングの外径よりも広くして、ブッシングと蓋体との境界部から電解液が漏出するのを防止できるように設定し、樹脂を充填するときに凹部外へ樹脂が流れ出すのを防止できるように、凹部周囲には隔壁を設けることが好ましい。
凹部の深さは、特に限定されるものではないが、ブッシングと極柱の溶接部を樹脂硬化物に埋没させ、かつ樹脂硬化物と極柱の界面で発生する微小な隙間やクラックを防止できる密着力を得られるように、接触面積を確保する必要があるので、５〜１５ｍｍ程度とすることが好ましい。
凹部底面に一体成形されるブッシングは、凹部内であれば、その位置を限定されるものではないが、充填する樹脂が硬化するときの応力や、熱膨張差による応力が貫通させる極柱へ均等に加わるように凹部内の中央付近に配置するのが好ましい。
ブッシングに設ける貫通孔の大きさは、極柱断面積と同等か、僅かに大きいことが好ましい。貫通孔の大きさが、僅かに大きくても極柱の周辺をブッシングに溶接して固定するため、ブッシングと極柱の隙間は十分に塞がれるので電解液が漏出する恐れは少ない。

＜極柱＞
本発明にて述べる極柱は、電池内の極板群と電解液との化学反応により発生した電力を電池外部に取り出すことができるものであれば特に限定されるものではない。
極柱は、一般的には蓋体に設置されるもので、鉛合金、真鋳あるいは鉄等の導電体が使用できるが、電池内に配置される極板群や蓋に配置されるブッシングが鉛合金製で、更にブッシングと鉛合金により溶接されるので、電気抵抗や熱膨張率の関係から、同質の鉛合金材料を使用するのが好ましい。
極柱の形状は、ブッシングに挿入し易くするため、ブッシングと嵌合する部分は、円柱形状にするのが好ましい。また、電池外部に露出する部分は、後に述べる被覆体に嵌合させるため、極柱側周面に極柱を周回する切込み溝を設けたり、接続線と結束するため極柱の側周面にねじ山を切ったり、極注端面や側周面にねじ穴を開けておいても良い。場合によっては、ねじ山の強度を上げるために、真鍮等を極柱に鋳込んでも良い。
極柱の側周面に切込み溝を設ける場合は、その位置を、後に述べる被覆体が設置される位置に合わせて形成し、被覆体に設けた貫通孔を切込み溝に嵌合させる。切込み溝の幅は、被覆体の厚みに合わせて設ける。切込み溝の深さは、特に限定されるものではないが、１．５〜３．０ｍｍであることが好ましく、１．５ｍｍ未満では、極柱と被覆体の嵌合部分の面積が狭いため漏液防止効果が小さくなり、３．０ｍｍを超えると、被覆体の貫通孔周壁と切込み溝底部を接触させることが難しくなり、やはり漏液防止効果が小さくなる。また、極柱の切込み溝にパッキンを装着すると、更に高い漏液防止効果が得られる。
極柱の側周面にその上端からねじ山を切り極柱を周回する切込み溝に連続させておけば、被覆体について後述するように好都合である。

＜ブッシング＞
本発明にて述べるブッシングは、前述の蓋体に埋設して一体に形成し、蓋体の凹部底面に配置され、極柱の側周面と溶接する。
ブッシングの貫通孔の形状は、極柱の形状に合わせて形成し、例えば極柱が円柱形状のときは、貫通孔を丸孔にすると隙間を小さくできる。蓋体とブッシングが嵌合する部分、即ちブッシングの外周側面は、蓋体からの脱落を防止するため、凹凸形状を有するものが好ましく、例えばねじ山形状の他、円柱や四角柱等、突起を有するものにすることができる。

＜樹脂硬化物＞
本発明にて述べる樹脂硬化物は、極柱と蓋体との相性が良く、良好な接着強度が得られるものであれば、他に限定されるものではない。樹脂硬化物としては、熱硬化性樹脂を用いるのが好ましく、具体的には、アクリル系樹脂、ウレタン系樹脂、シアノアクリレート系樹脂、イソシアネート系樹脂等を用いることができ、特に作業性、耐久性、樹脂及び鉛との接着性からエポキシ系樹脂を使用するのが好ましく、例えばエポキシ樹脂に硬化剤を添加したものを用いることができる。
エポキシ樹脂は、常温（２５℃）で液状のエポキシ樹脂を用いることができ、公知のビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプ、カルボン酸類のグリシジルエーテル類、環式脂肪族エポキシ樹脂等があり、ビスフェノールＡタイプ、ビスフェノールＦタイプのエポキシ樹脂が他のエポキシ樹脂と比較しバランスの取れた特性を有しており好ましい。
硬化剤は、エポキシ樹脂と同様に、常温（２５℃）で液状のものが使用でき、公知のトリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジエチレントリアミン等の鎖状脂肪族ポリアミン、Ｎ−アミノエチルピベラシン、メンセンジアミン、イソフオロンジアミン等の環状脂肪族ポリアミン、ｍ−キシレンジアミン、ジエチルアミノプロピルアミン等の脂肪族アミンの他、メタフェニレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等の芳香族アミン等が使用でき、これらのなかで脂肪族アミンを使用するのがエポキシ樹脂と混合時の作業性や室温でも容易に硬化し硬化物の特性も優れるなどの点で好ましい。
上記のエポキシ樹脂：１００質量部に対して、硬化剤：５〜４５質量部、好ましくは均一でバランスのとれた樹脂硬化物を得るために１０〜４０質量部を混合し、十分に攪拌した後、蓋体の凹部へ充填し、６０〜７０℃雰囲気中に約１時間放置して硬化させ樹脂硬化物とする。
＜被覆体＞
本発明にて述べる被覆体は、極柱貫通孔を有し蓋体の凹部を密封するものであれば、他に限定されるものではない。
極柱貫通孔は、先に述べた極柱を貫通させるために設けるものであり、被覆体の中央に設けられることが好ましく、極柱貫通孔の大きさは、極柱断面と同じであるか、それよりも僅かに小さいことが好ましい。
凹部の閉塞は、被覆体を凹部周縁に接着又は溶着（ヒートシール、超音波溶着等）することで行われ、凹部の周縁に隔壁を形成している場合は、その隔壁の上端部と被覆体とを接着又は溶着する。
被覆体の大きさは、凹部を閉塞できる大きさがあれば良いが、凹部の周囲外縁に相当する大きさにするのが好ましく、このようにすることで、凹部の外側に被覆体が突出することがなく、手指が突出部分に触れることがなく安全で、工具等を突出部に引っ掛けて接着部の強度を損なうこともない。
被覆体の材質は、特に限定されるものではないが、蓋体と同程度の熱膨張係数を有するものが、応力発生による接着部あるいは溶着部の剥離、脱落の可能性が低く好ましい。また、溶着を行う場合は、蓋体と同じ材質とすることにより、良好な溶着ができる。
先に述べた極柱の側周面に極柱を周回する切込み溝を設けて被覆体を嵌合するときは、凹部の閉塞性がより向上する。この場合、極柱の側周面にその上端からねじ山を切り極柱を周回する切込み溝に連続させておくことにより、被覆体の極柱貫通孔を前記ねじ山に螺合して、大きな力をかけることなく、被覆体を切込み溝の位置まで導くことができるので好都合である。

以下、本発明の実施例について詳細に説明する。
＜実施例１＞
縦：２００ｍｍ×横：３００ｍｍ×高さ：５００ｍｍで肉厚が４ｍｍの電槽及び蓋体が、共にＰＰ製であるシール電池において、図２に示すように、貫通孔の内径が４０ｍｍであるブッシング２をインサート成形により、蓋体１の凹部４（直径：６０ｍｍ×深さ：１０ｍｍ、高さ：蓋体上面部より５ｍｍの隔壁を形成した）の底部に設置し、ブッシング２の貫通孔に直径：３８ｍｍの極柱を挿入後、ブッシング２と極柱３を溶接した。
溶接後、ビスフェノールＡ：１００質量部に対してｍ−キシレンジアミン：２０質量部を混合し、蓋体１の凹部４に充填後、６５℃の雰囲気温度中に１時間放置し、混合物を硬化させた。
硬化後、蓋体と同じ材質の直径：６０ｍｍ×厚み：１．５ｍｍで中央部に内径：３８ｍｍの極柱貫通孔を有するＰＰ製の被覆体７を、極柱３に挿入し、蓋体１の凹部４を覆い、被覆体７の周縁部と蓋体１の凹部外縁の隔壁上端部を超音波溶着し、密閉形鉛蓄電池を作製した。
＜実施例２＞
実施例２では、被覆体７の材質を、ＰＰからＰＥ製に変えた以外は実施例１と同様にして、密閉形鉛蓄電池を作製した。
＜実施例３＞
実施例３では、被覆体７の材質を、ＰＰからＡＢＳ製に変えた以外は実施例１と同様にして、密閉形鉛蓄電池を作製した。
尚、被覆体７のＡＢＳと蓋体１のＰＰの接着は、蓋体１の凹部外縁に設けた隔壁の上端面をプラズマ処理した後、エポキシ樹脂を用いて行った。
＜実施例４＞
実施例４では、図３に示すように、極柱３の側周面に、溝幅を被覆体７の厚みと同じ１．５ｍｍ、深さを１．５ｍｍとした極柱を周回する切込み溝８を設け、被覆体７の極柱貫通孔の内径を３７ｍｍとして、被覆体７の極柱貫通孔の周囲を極柱３の切込み溝に嵌合させた以外は実施例１と同様にして、密閉形鉛蓄電池を作製した。
尚、この場合、図４に示すように、極柱の側周面にその上端からねじ山９を切り極柱を周回する切込み溝に連続させておくことにより、被覆体の極柱貫通孔を前記ねじ山９に螺合して、大きな力をかけることなく、被覆体を切込み溝の位置まで導くことができる。
＜比較例１＞
比較例１では、被覆体７を配置しない以外は実施例１と同様にして、密閉形鉛蓄電池を作製した。
＜評価＞
上記各実施例１〜４及び比較例１の密閉形鉛蓄電池を、８０℃の雰囲気温度中で６時間放置した後に、−２０℃の雰囲気温度中で６時間放置するヒートサイクル条件で、２．２３Ｖの定電圧充電を行い、１０００サイクル後の各電池の極柱部周辺からの電解液の漏出の有無により評価した。
評価結果を表１に示す。

上記表１より、比較例１では電解液が漏液したが、実施例１及び実施例４では、電解液の漏出が無く、実施例２及び実施例３も漏液が殆ど無い結果となり、被覆体を用いることで、極柱周囲からの電解液の漏出を防止できることが確認できた。

１…蓋体
２…ブッシング
３…極柱
４…凹部
５…樹脂硬化物
６…溶接部
７…被覆体
８…切込み溝
９…ねじ山

Claims

正負極板とセパレータにより構成される極板群を電槽内に収容し、凹部を備え、この凹部底面に形成される貫通孔に、前記極板群に接続する極柱を挿入するためのブッシングを埋設して一体に形成した蓋体により、前記電槽を密閉した鉛蓄電池において、前記ブッシングに挿入して溶接される極柱と、前記凹部内に充填して極柱との隙間を封止する樹脂硬化物と、極柱を挿入できる貫通孔を設けて前記凹部を密封する被覆体とを備える、鉛蓄電池。
請求項１において、極柱の側周表面に極柱を周回する切込み溝を設け、この切込み溝に被覆体の貫通孔が嵌合する鉛蓄電池。
請求項１又は２において、蓋体と被覆体が同じ材質により形成される鉛蓄電池。