JP2014075288A - 鉛蓄電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】充電の際に発生する気体による電解液の攪拌作用をより有効に利用して、成層化を抑制することができる鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】セパレータを介して交互に積層された正極板と負極板とを有する極板群と、流動可能な電解液と、これらを収容する電槽とを備えた鉛蓄電池であって、前記極板群は、外観形状が略直方体状であり、前記極板群の側面のうち極板平面に垂直な面の少なくとも一方が、液密かつ気密な仕切部材により覆われており、前記極板群の側面のうち、前記仕切部材で覆われた面及び極板平面に平行な二面からなる群より選ばれた少なくとも一面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間には、６ｍｍ以上の幅の隙間があいており、前記極板平面に垂直な側面のうち前記仕切部材で覆われていない面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間にあいている隙間の幅は、３ｍｍ以下であり、前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間には、５ｍｍ以上の幅の隙間があいている。
【選択図】図４
【解決手段】セパレータを介して交互に積層された正極板と負極板とを有する極板群と、流動可能な電解液と、これらを収容する電槽とを備えた鉛蓄電池であって、前記極板群は、外観形状が略直方体状であり、前記極板群の側面のうち極板平面に垂直な面の少なくとも一方が、液密かつ気密な仕切部材により覆われており、前記極板群の側面のうち、前記仕切部材で覆われた面及び極板平面に平行な二面からなる群より選ばれた少なくとも一面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間には、６ｍｍ以上の幅の隙間があいており、前記極板平面に垂直な側面のうち前記仕切部材で覆われていない面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間にあいている隙間の幅は、３ｍｍ以下であり、前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間には、５ｍｍ以上の幅の隙間があいている。
【選択図】図４
Description
この発明は、鉛蓄電池に関するものである。
流動する電解液を持つ液式（ベント形）鉛蓄電池では、充放電を繰り返すと電解液の濃度が上下方向で異なってくる、いわゆる成層化が起こる。これは充電時に極板群内に生じる高濃度の硫酸がその重量によって下方に流動するために起こる現象である。そしてこの成層化は鉛蓄電池の寿命を低下させるため、従来様々な方法で成層化の緩和・抑制が図られてきた。
流動する電解液を持つ鉛蓄電池では、放電深度（ＤＯＤ）が８０％を超えるような深い放電を数回繰り返すと、直ちに電解液の成層化が起こる。これを解消する上で最も簡便な方法は、過剰に充電を行うことである。ＤＯＤが８０％程度なら放電電気量の１．２倍以上の充電を放電ごとに行えば、充電時に発生する気体（酸素及び水素）による電解液の攪拌作用により、電解液の成層化を略解消することができる。
しかし、この方法では、放電電気量よりも２０％以上も過剰な量の電気を消費しなければならないため、電力コストの上昇が無視できない上、鉛蓄電池の正極格子体の腐食という、鉛蓄電池にとって重大な故障因子となる事象を加速させる恐れがある。このため、充電電気量を安易に増加する方法は避けることが望ましい。
その一方、充電電気量が放電電気量の１１０％を下回ると上記作用による電解液の攪拌が不充分となり、電解液の成層化を緩和できない。
そこで、例えば特許文献１では、充電時に発生する気体の圧力を利用して電解液の成層化を緩和する方法が提案されている。しかし、この方法では、電池内にいくつかの専用部品を装着する必要があり、その専用部品の使用と製造工程の煩雑化によりコストの上昇が避けられない。
また、特許文献２では、電池に加わる振動を利用して電解液の成層化を緩和する方法が提案されている。しかし、この方法には重力方向（縦方向）の寸法が長い電池の場合には充分な効果が得られないという問題点がある。
そこで本発明は、上記現状に鑑み、充電の際に発生する気体による電解液の攪拌作用をより有効に利用して、成層化を抑制することができる鉛蓄電池を提供すべく図ったものである。
すなわち本発明に係る鉛蓄電池は、セパレータを介して交互に積層された正極板と負極板とを有する極板群と、流動可能な電解液と、これらを収容する電槽とを備えた鉛蓄電池であって、前記極板群は、外観形状が略直方体状であり、前記極板群の側面のうち極板平面に垂直な面（極板の積層方向に平行な面）の少なくとも一方が、液密かつ気密な仕切部材により覆われており、前記極板群の側面のうち、前記仕切部材で覆われた面及び極板平面に平行な二面からなる群より選ばれた少なくとも一面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間には、６ｍｍ以上の幅の隙間があいており、前記極板平面に垂直な側面のうち前記仕切部材で覆われていない面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間にあいている隙間の幅は、３ｍｍ以下であり、前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間には、５ｍｍ以上の幅の隙間があいていることを特徴とする。
このようなものであれば、極板群の側面うち極板平面に垂直な側面の少なくとも一方が仕切部材によって覆われていることにより、極板群の内外にわたる電解液の水平方向の対流が妨げられる。この結果、充電時に発生する気体の浮力を効果的に利用して電解液の上昇流を起こすことができるので、電解液の攪拌効果を高め成層化を抑制することができる。
より詳細には、従来の鉛蓄電池では、正／負極板間の平衡電位は、電解液の成層化によって、電解液濃度が高い下部の平衡電位は上部の平衡電位より大きくなる。そのため、極板間の充電中の電圧と平衡電位との差は、下部でより小さくなる。そのために充電中の気体発生量は上部でより多く、下部でより少なくなる。すると、電池内の電解液の対流は、上部でより強く、下部ではより弱くなるので、下部の比重が高い電解液は攪拌されにくくなる。しかも、極板群の外部に向かう水平方向の対流にもエネルギーを奪われるため、電池の上下全体を循環する対流が効果的に生まれない。
これに対して、本発明によれば、極板群側面を覆う仕切部材により、極板群の内外にわたる電解液の水平方向の対流が妨げられるので、極板群の内部で発生する気体が上昇する際の運動エネルギーを極板群内の電解液全体の下から上へ向かう対流に効果的に利用することができる。この結果、電解液の攪拌効果を高め成層化を抑制することができる。
なお、本発明では、極板群の側面のうち極板平面に垂直な面の少なくとも一方が仕切部材によって覆われていればよく、極板平面に平行な側面は仕切部材によって覆われていなくてもよい。これは、極板群の端板が実質的に仕切部材と同様な機能を果たすからである。
更に、本発明では、前記極板群の側面のうち、前記仕切部材で覆われた面及び極板平面に平行な二面からなる群より選ばれた少なくとも一面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間には、６ｍｍ以上の幅の隙間があいており、かつ、前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間にも、５ｍｍ以上、好ましくは９ｍｍ以上の幅の隙間があいているので、上昇方向の対流に見合う下降方向の対流が生じるスペースを確保して、電解液の上下方向の対流をより効果的に発生させることができる。
一方、前記極板平面に垂直な側面のうち前記仕切部材で覆われていない面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間隔は、実質的に隙間があいていないとみなせる３ｍｍ以下であることが必要である。
前記仕切部材としては、前記電解液に含まれる電解質に由来するイオンを通過させうる微孔性膜からなるものが好適に用いられる。前記仕切部材がこのようなものであれば、電解液に含まれる電解質に由来するイオンの極板群内外への拡散を確保できるので、極板群外の電解液を放電に利用でき、放電容量の低下を効果的に防ぐことができる。
このような構成を有する本発明によれば、極板群の内外にわたる電解液の水平方向の対流が妨げられ、充電時に発生する気体の浮力を効果的に利用して電解液の上昇流を起こすことができるので、縦方向の寸法が長い鉛蓄電池であっても、電解液の攪拌効果を高め成層化を抑制することができることができる。
以下に、本発明に係る鉛蓄電池の一実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る液式の鉛蓄電池１は、図１及び図２に示すように、極板群２と、流動可能な電解液３と、これらを収容する電槽４とを備えたものである。なお、図１及び図２に示す鉛蓄電池１は、単セル構造のものであるが、本発明に係る鉛蓄電池はこれに限定されず、複数のセル室を有するモノブロック型のものであってもよい。
以下に各部を詳述する。
極板群２は、多孔質体からなるセパレータＳを介して交互に積層された正極板２ａと負極板２ｂとを複数枚ずつ有するものである。正極板２ａには集電用の耳部２１ａが設けられており、当該耳部２１ａ同士は正極用ストラップ２２ａにより連結され一体化されている。負極板２ｂにも集電用の耳部２１ｂが設けられており、当該耳部２１ｂ同士は負極用ストラップ２２ｂにより連結され一体化されている。また、各ストラップ２２ａ、２２ｂの上部にはそれぞれ極柱５ａ、５ｂが設けられている。なお、本実施形態における正極板２ａはクラッド式のものであるが、本発明の実施に当たっては、正極板２ａの方式は特に限定されず、クラッド式ではなくペースト式のものであってもよい。
極板群２は、多孔質体からなるセパレータＳを介して交互に積層された正極板２ａと負極板２ｂとを複数枚ずつ有するものである。正極板２ａには集電用の耳部２１ａが設けられており、当該耳部２１ａ同士は正極用ストラップ２２ａにより連結され一体化されている。負極板２ｂにも集電用の耳部２１ｂが設けられており、当該耳部２１ｂ同士は負極用ストラップ２２ｂにより連結され一体化されている。また、各ストラップ２２ａ、２２ｂの上部にはそれぞれ極柱５ａ、５ｂが設けられている。なお、本実施形態における正極板２ａはクラッド式のものであるが、本発明の実施に当たっては、正極板２ａの方式は特に限定されず、クラッド式ではなくペースト式のものであってもよい。
本実施形態における極板群２は、外観形状が略直方体状のものであり、図４に示すように、その側面全体が仕切部材２１により覆われている。
仕切部材２１は、液密かつ気密なものである。このような仕切部材２１としては耐酸性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンや、ポリスチレン等を原料とする薄膜又は薄い板状体からなるものが挙げられる。これらの薄膜又は薄い板状体は、多孔性であっても多孔性でなくてもいずれでもよいが、電解液に含まれる電解質に由来するイオンが通過することができる微孔性膜が好適に用いられる。仕切部材２１がこのような微孔性膜からなるものであると、電解液３に含まれる電解質に由来するイオンが極板群２内外に拡散することができるので、極板群２外の電解液を放電に利用でき、放電容量の低下を防ぐことができる。
本実施形態では、極板平面に垂直な極板群２の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間の一方（図１の向かって左側）には、６ｍｍ以上、好ましくは９ｍｍ以上の幅の隙間Ｓ１が設けられている。当該隙間の幅が６ｍｍ未満であると、上昇方向の対流に見合う下降方向の対流を確保できないので、電解液３の対流が発生しにくい。なお、本実施形態では、極板平面に垂直な極板群２の他方（図１の向かって右側）の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間と、極板２ａ、２ｂの積層方向に直交する極板群２の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間とには、実質的に隙間が設けられていない。
電槽４の内底面には、図３に示すように、井桁状の形状の鞍部材４１が存在し、これにより極板群２の底面と電槽４の内底面との間には隙間Ｓ２が設けられている。このような隙間Ｓ２があれば、電解液３が対流しやすくなる。当該隙間Ｓ２の幅は５ｍｍ以上であり、好ましくは９ｍｍ以上である。当該隙間の上限としては特に限定されないが、エネルギー密度の点から、１５ｍｍ以下であることが好ましい。なお本発明の実施に当たっては、鞍部材４１は井桁状ではなく井桁三状又は目の字状等でもよいが、極板平面に垂直な桁（図１及び図２において、上側に設けられている桁）の高さは、極板平面に平行な桁（図１及び図２において、下側に設けられている桁）の高さより小さく、極力小さくすることが望ましい。本実施形態では井桁状の鞍部材４１の、極板平面に垂直な桁の高さを１ｍｍとした。
このように構成した本実施形態によれば、極板群２の側面を覆う仕切部材２１が設けられていることにより、極板群２の内外にわたる電解液の水平方向の対流が妨げられる。この結果、充電時に極板群２の内部で発生する気体が上昇する際の運動エネルギーを効果的に利用して電解液の上昇流を起こすことができるので、電解液の攪拌効果を高め成層化を抑制することができる。
また、本実施形態では、極板平面に垂直な極板群２の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間に、６ｍｍ以上の幅の隙間Ｓ１が設けられているので、上昇方向の対流に見合う下降方向の対流が生じるスペースを確保して、電解液３の対流をより効果的に発生させることができる。
更に、本実施形態では、極板群２の底面と電槽４の内底面との間に、５ｍｍ以上の幅の隙間Ｓ２が設けられているので、電解液３が対流しやすい。
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば、前記実施形態では極板群２の４つの側面全部が仕切部材２１により覆われているが、本発明においては、極板群２の４つの側面全部が仕切部材２１に覆われていなくてもよく、極板群２の側面のうち極板平面に垂直な側面の少なくとも一方が仕切部材２１により覆われていればよい。
また、前記実施形態では、極板群２の側面のうち極板平面に垂直な側面の一方（図１の向かって左側）と当該側面に対向する電槽４の内側面との間に６ｍｍ以上の幅の隙間が設けられているが、本発明においては、極板平面に垂直であり且つ仕切部材２１で覆われている側面及び極板平面に平行な２つの側面のうちのいずれか一面と、当該側面に対向する電槽４の内側面との間に、６ｍｍ以上の幅の隙間があいていればよい。従って、極板平面に垂直な側面の他方（図１の向かって右側）と当該側面に対向する電槽４の内側面との間に６ｍｍ以上の隙間が設けられていてもよく、又は、極板平面に平行な極板群２の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間に隙間が設けられていてもよい。また、これら側面のうち複数の側面と当該側面に対向する電槽４の内側面との間に隙間が設けられていてもよい。
更に、前記実施形態では、極板群２の底面と電槽４の内底面との間に隙間Ｓ２が設けられているが、これに加えて仕切部材２１の高さ方向の長さを極板２ａ、２ｂの長辺より短くして、極板群２の下端部を仕切部材２１により覆わずに開放することにより、電解液３が対流しやすくしてもよい。
その他、本発明は上記の各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない限り、前述した種々の構成の一部又は全部を適宜組み合わせて構成してもよい。
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
＜鉛蓄電池の作製＞
以下に示すように、実施例１〜９及び比較例１〜８の鉛蓄電池を作製した。
以下に示すように、実施例１〜９及び比較例１〜８の鉛蓄電池を作製した。
（共通構成）
集電用の耳部を除く寸法が長辺３５０ｍｍ、短辺１４０ｍｍ、厚み４ｍｍであるペースト式負極板４枚と、厚み以外は負極板と略同じ寸法であるクラッド式正極板３枚とを、セパレータを介して積層して構成される極板群を備え、当該極板群を、その正極板及び負極板の長辺が電解液の液面に対して垂直になるように配置したフォークリフト用単セル鉛蓄電池を準備した。当該鉛蓄電池の公称容量は２００Ａｈである。なお、正極板と負極板とは短辺側に耳部が形成されており、かつ、極板群の積層方向の寸法は１４．７×１０３Ｐａ（１５ｋｇｆ／ｄｍ２）の加圧下で該方向の電槽内寸より１ｍｍ小さく、積層方向における極板群と電槽内面との間には実質的には隙間はない。
集電用の耳部を除く寸法が長辺３５０ｍｍ、短辺１４０ｍｍ、厚み４ｍｍであるペースト式負極板４枚と、厚み以外は負極板と略同じ寸法であるクラッド式正極板３枚とを、セパレータを介して積層して構成される極板群を備え、当該極板群を、その正極板及び負極板の長辺が電解液の液面に対して垂直になるように配置したフォークリフト用単セル鉛蓄電池を準備した。当該鉛蓄電池の公称容量は２００Ａｈである。なお、正極板と負極板とは短辺側に耳部が形成されており、かつ、極板群の積層方向の寸法は１４．７×１０３Ｐａ（１５ｋｇｆ／ｄｍ２）の加圧下で該方向の電槽内寸より１ｍｍ小さく、積層方向における極板群と電槽内面との間には実質的には隙間はない。
これらの電池において、セパレータは各負極板に帯状に巻きつけるように配置した。
これらの電池の充電後の電解液は、濃度が３７質量％（２０℃での比重は１．２８）で、体積は２．５Ｌである。いずれの実施例及び比較例に対応する電池も２セルずつ準備した。
これらの電池の極板は、その長辺が電解液の液面に対して垂直になるように配置されるので、極板の長辺側の側面を含む極板群の４側面が電解液の液面に垂直になっている。
（実施例１）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に５ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の極板平面に垂直な側面の一方（図１の向かって左側、以下左側面という。）と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の極板平面に垂直な側面の他方（図１の向かって右側、以下右側面という。）及び極板群の極板平面に平行な側面の両方（以下、前側面及び後側面という。）と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に５ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の極板平面に垂直な側面の一方（図１の向かって左側、以下左側面という。）と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の極板平面に垂直な側面の他方（図１の向かって右側、以下右側面という。）及び極板群の極板平面に平行な側面の両方（以下、前側面及び後側面という。）と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例２）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例３）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に１５ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に１５ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例４）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例５）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例６）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの微孔性ポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。微孔性ポリプロピレン膜は、平均孔径が１μｍ、多孔度が５８％であり、電解液に含まれる電解質に由来するイオンは容易に通過させるが、厚み方向の電解液の対流と気体状の水素及び酸素とは通過しない。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの微孔性ポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。微孔性ポリプロピレン膜は、平均孔径が１μｍ、多孔度が５８％であり、電解液に含まれる電解質に由来するイオンは容易に通過させるが、厚み方向の電解液の対流と気体状の水素及び酸素とは通過しない。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例７）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の前側面（図２の向かって左側）と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の後側面（図２の向かって右側）、左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の前側面（図２の向かって左側）と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の後側面（図２の向かって右側）、左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例８）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（実施例９）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間には３ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間には３ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例１）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の底面と電槽の内底面との間、並びに、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には、実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の底面と電槽の内底面との間、並びに、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には、実質的な隙間は設けられていない。
（比較例２）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に３ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に３ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例３）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間には、寸法が極板群の積層方向の側面と同じで厚み２ｍｍの合成樹脂製平板を電槽の内側面に沿って配置した。この結果、極板群の当該側面と対向する電槽の内側面の間の隙間の実質的な幅は４ｍｍである。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間には、寸法が極板群の積層方向の側面と同じで厚み２ｍｍの合成樹脂製平板を電槽の内側面に沿って配置した。この結果、極板群の当該側面と対向する電槽の内側面の間の隙間の実質的な幅は４ｍｍである。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例４）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に４ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に２ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に４ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に２ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例５）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に３ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間にも３ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面を、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に３ｍｍの幅の隙間を設け、極板群の右側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間にも３ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例６）
極板群の全ての側面を膜で覆わずに、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の全ての側面を膜で覆わずに、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の右側面、前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例７）
極板群の全ての側面を膜で覆わずに、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の全ての側面を膜で覆わずに、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
（比較例８）
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
極板群の電解液の液面に垂直な４側面のうち左側面のみを、厚み０．５ｍｍの多孔質でないポリプロピレン膜で覆い、極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍの幅の隙間を設けた。また、極板群の左側面及び右側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間にも６ｍｍの幅の隙間を設けた。なお、極板群の前側面及び後側面と、これらの側面に対向する電槽の内側面との間には実質的な隙間は設けられていない。
上述した各実施例及び比較例の電池の仕様を下記表１にまとめた。
＜性能評価試験１＞
実施例１〜９及び比較例１〜８の電池を５０Ａで３時間放電し、４０Ａで４時間充電するサイクルを３０サイクル繰り返した。このサイクルの充電電気量の放電電気量に対する割合は１０７％である。そしてこの間、３サイクル毎に充電後に電池上部と下部の電解液を採取し、比重差を測定した。この結果を下記表２並びに図５及び図６のグラフに示す。
実施例１〜９及び比較例１〜８の電池を５０Ａで３時間放電し、４０Ａで４時間充電するサイクルを３０サイクル繰り返した。このサイクルの充電電気量の放電電気量に対する割合は１０７％である。そしてこの間、３サイクル毎に充電後に電池上部と下部の電解液を採取し、比重差を測定した。この結果を下記表２並びに図５及び図６のグラフに示す。
表２並びに図５及び図６のグラフ中、各比重差は２つの電池の平均値を示す。
図６に示すように、比較例１〜８での電解液の上下比重差は０サイクル目から３０サイクル目まで増加し続けた。実施例１〜９でも電解液に上下比重差が生じたが、比較例に比べると、１／２〜１／５程度であった。これは、本発明によれば、少ない過充電量でも鉛蓄電池の電解液の対流が効果的に発生するので、電解液の成層化の抑制に有効であることを示す。
比較例３〜５では、実施例よりも電解液の上下比重差が大幅に増大した。これは、極板群の側面が薄膜で覆われていても、極板群の側面の少なくとも１つと当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍ以上の幅の隙間がない場合には、電解液の対流を効果的に発生させるには不充分であることを示す。
また、比較例１及び２でも、実施例よりも電解液の上下比重差が大幅に増大した。これは、比較例１及び２のように極板群の側面が薄膜で覆われており、かつ、当該極板群の側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間に６ｍｍ以上の幅の隙間があいていても、当該極板群の底面と電槽の内底面との間に５ｍｍ以上の幅の隙間があいていない場合には、電解液の対流を効果的に発生させるには不充分であることを示す。
また、比較例６及び７でも、実施例よりも電解液の上下比重差が大幅に増大した。これは、比較例６及び７では、その極板群の４側面が電解液の水平方向の対流を妨げる薄膜で覆われていないので、当該電解液の上下方向の対流を効果的に発生させるには不充分であることを示す。
また、比較例８でも、実施例よりも、電解液の上下比重差が大幅に増大した。これは、比較例８では、その極板群の４側面のうち薄膜で覆われていない側面（右側面）側に隙間があったので、当該電解液の上下方向の対流を効果的に発生させるには不充分であったことを示す。
実施例２〜３では、実施例１よりも更に上下比重差が小さくなった。これは極板群の底面と電槽の内底面との間に９ｍｍ以上の幅の隙間があると、電解液の上下方向の対流により一層大きな攪拌効果が生じることを示す。
実施例７でも、上下比重差は充分に小さくなった。これは極板群の左側面及び右側面と電槽の内側面との間に隙間がなくても、極板群の前側面又は後側面と電槽の内側面との間に隙間があれば、電解液の上下方向の対流が生じ攪拌効果が得られることを示す。
＜性能評価試験２＞
次に、これらの実施例及び比較例の電池を寿命試験に供し、その容量を測定した。当該試験では、各電池を水槽に入れ、水温３０℃、電流５０Ａで３時間放電し、３６Ａで５時間充電するサイクルを繰り返し、３００サイクル毎に５０Ａで端子電圧が１．７Ｖになるまで放電する容量測定を行い、これを６００サイクル又は１２００サイクルまで続けた。その結果を表３に示す。なお、試験開始時に各電池の電解液の液面の位置を記録し、サイクル中に電解液の液面が開始時の位置から２５ｍｍ低下したら、次のサイクルの放電終了から２０分以内に開始時の液面位置まで精製水を注入した。
次に、これらの実施例及び比較例の電池を寿命試験に供し、その容量を測定した。当該試験では、各電池を水槽に入れ、水温３０℃、電流５０Ａで３時間放電し、３６Ａで５時間充電するサイクルを繰り返し、３００サイクル毎に５０Ａで端子電圧が１．７Ｖになるまで放電する容量測定を行い、これを６００サイクル又は１２００サイクルまで続けた。その結果を表３に示す。なお、試験開始時に各電池の電解液の液面の位置を記録し、サイクル中に電解液の液面が開始時の位置から２５ｍｍ低下したら、次のサイクルの放電終了から２０分以内に開始時の液面位置まで精製水を注入した。
表３中、各容量は２つの電池の平均値を示す。また、表３中の「負極の硫酸鉛（％）」は、サイクル試験終了時における負極板全体の質量に占める硫酸鉛の質量の割合であり、２つの電池の平均値を示す。
表３に示すように、各サイクルにて、実施例の電池は比較例の電池に比べて良好な容量を示した。また、サイクル試験終了時での負極板における硫酸鉛の割合は、実施例の電池では比較例の電池の１／３〜１／５程度であった。これは実施例の電池では電解液の成層化が緩和されたためである。
実施例と比較例とを比べると、前者の容量推移がより良好である。このことは、極板面の法線が電解液の液面に平行になるように極板群を配置したときに、電解液の液面と垂直になる極板群の側面の全部又は一部を、極板群の内外にわたる電解液の対流を妨げる薄膜又は薄い板状体で覆うとともに、極板群の極板平面に垂直な側面と当該側面に対向する電槽の内側面との間の少なくとも一方に６ｍｍ以上の幅の隙間を設け、かつ、極板群の底面と電槽の内底面との間に５ｍｍ以上の幅の隙間を設けることが、電池のサンプル寿命の向上に有効であることを示す。
実施例２〜７では、実施例１よりも容量の低下がより穏やかである。これは、極板群の底面と電槽の内底面との間の隙間の幅を９ｍｍ以上にすると寿命性能の向上効果がより一層大きくなることを示す。
また、実施例６の容量が実施例５よりも若干大きい理由は、実施例６では極板群の側面を覆うポリプロピレン膜が微孔性のものであるので、極板群の内外への電解質イオン浸透をより容易にするためであると推測される。
以上のとおり、本発明によれば、極めて簡単な手段で鉛蓄電池の電解液の成層化を緩和して、鉛蓄電池のサイクル寿命の向上しうることが明らかとなった。
なお、上記の実施例では、極板群の側面を厚み０．５ｍｍのポリプロピレン膜で覆ったが、これを他の材質からなる薄膜や厚みの異なる薄膜、又は、薄い板状体に代えても同じ効果が得られる。
また、上記の実施例では、帯状のセパレータが各負極板に巻き付けられた状態で配置されているが、セパレータの配置態様としてはこの態様に限定されず、例えば、セパレータを正極板と負極板との間にジグザグに配置してもよく、又は、正極板又は負極板の一方を袋状のセパレータで包むようにしてもよい。
また、実施例６では、平均孔径が１μｍで多孔度が５８％の微孔性膜を使用したが、厚み方向の気体の通過と電解液の対流とを妨げることが可能なものであれば、その孔径や多孔度は特に限定されない。
１・・・鉛蓄電池
２・・・極板群
２ａ・・・正極板
２ｂ・・・負極板
２１・・・仕切部材
３・・・電解液
４・・・電槽
Ｓ・・・セパレータ
２・・・極板群
２ａ・・・正極板
２ｂ・・・負極板
２１・・・仕切部材
３・・・電解液
４・・・電槽
Ｓ・・・セパレータ
Claims (3)
- セパレータを介して交互に積層された正極板と負極板とを有する極板群と、流動可能な電解液と、これらを収容する電槽とを備えた鉛蓄電池であって、
前記極板群は、外観形状が略直方体状であり、
前記極板群の側面のうち極板平面に垂直な面の少なくとも一方が、液密かつ気密な仕切部材により覆われており、
前記極板群の側面のうち、極板平面に垂直であり且つ前記仕切部材で覆われた面及び極板平面に平行な二面からなる群より選ばれた少なくとも一面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間には、６ｍｍ以上の幅の隙間があいており、
前記極板平面に垂直な側面のうち前記仕切部材で覆われていない面と、当該側面に対向する前記電槽の内側面との間にあいている隙間の幅は、３ｍｍ以下であり、
前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間には、５ｍｍ以上の幅の隙間があいていることを特徴とすることを特徴とする鉛蓄電池。 - 前記極板群の底面と前記電槽の内底面との間には、９ｍｍ以上の幅の隙間があいている請求項１記載の鉛蓄電池。
- 前記仕切部材は、前記電解液に含まれる電解質に由来するイオンを通過させうる微孔性膜からなるものである請求項１又は２記載の鉛蓄電池。
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