JP2573082B2 - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は密閉形鉛蓄電池の改良に関するものである。
従来の技術とその課題 電池の充電中に発生する酸素ガスを負極で吸収させる
タイプの密閉形鉛蓄電池にはリテーナ式とゲル式の二種
類がある。リテーナ式は正極板と負極板との間に微細ガ
ラス繊維を素材とするマット状セパレータ(ガラスセパ
レータ)を挿入し、これによって放電に必要な硫酸電解
液の保持と両極の隔離を行っており、無保守,無漏液,
ポジションフリーなどの特徴を生かして、近年、ポータ
ブル機器、コードレス機器、コンピューターのバックア
ップ等の電源としてその用途が拡大している。しかし、
ガラスセパレータは、特殊な方法で製造される直径1ミ
クロン前後の極細ガラス繊維を抄造してマット状とした
もので、一般的に用いられている鉛蓄電池用のセパレー
タに比してかなり高価なことや目標の電池性能を得るた
めには極板群を強く圧迫して組み込まなければならない
ので電池の組立が困難となり、必然的に電池の製造コス
トが高くなる。また、硫酸電解液を保持させることがで
きるのは正、負極板間に挿入したガラスセパレータだけ
であって、開放形の液式鉛蓄電池のように極板の周囲に
電解液を配置できないため、電池反応が電解液量で制限
され液式鉛蓄電池より電池性能が劣るという欠点があっ
た。さらに、リテーナ式密閉鉛蓄電池は充電中の水素ガ
ス発生をできるだけ少なくするために、鉛−カルシウム
系合金、いわゆるアンチモンフリーの合金を使用してい
るが、上述した極板群の圧迫が不十分な場合に深い充放
電を繰り返すと、格子と正極活物質との界面に電導性の
乏しい不働態層が生成することにより電池の放電がてき
なくなったり、格子の腐食が大きいなどの問題点があっ
た。
一方、ゲル式はリテーナ式よりも安価であるが、電池
性能が液式やリテーナ式に劣るという欠点があった。
課題を解決するための手段 本発明は高価なガラスセパレータの代わりに多孔度が
高く比表面積の大きな粉体を直接極板間および極板群の
周囲に配置し、この粉体に電池の充放電に必要な硫酸電
解液を保持させることによって電池の製造コストを低減
させると共に、電池性能の改善を図ろうとするものであ
る。
従来一般的なリテーナ式密閉鉛蓄電池に使用されてい
るガラスセパレータは、多孔度が90%前後、比表面積が
1〜2m2/gである。従って、極板群を収納した電槽内に
充填した粉体がガラスセパレータに相当する特性を有し
ておれば、電池の充放電に必要な電解液を保持できるは
ずであり、しかも極板群の周囲にも粉体を配置できるの
で、リテーナ式に比べてより多くの電解液を保持させる
ことも可能になり、電池性能の向上も期待できる。さら
にリテーナ式のように極板群を圧迫する必要もなく電池
の組立が容易になる。
粉体がリテーナ式密閉鉛蓄電池に用いられているガラ
スセパレータに代えて使用できるためには、高い多孔度
を有しまた粉体自身も大きい比表面積を持っていなけれ
ばならない。さらに硫酸電解液を含浸させて用いるから
硫酸とのなじみがよいものが望ましく、硫酸と接触する
と変質したり電池に有害な物質が溶出するようなものは
使えない。このような特性を持つ粉体としてはホワイト
カーボン、珪藻土、マグネシア、フローライトなどの無
機質系粉体がある。ホワイトカーボンの主成分は含水二
酸化珪素素(SiO2・nH2O)であって、珪酸ソーダを塩
酸や硫酸で分解する湿式法やハロゲン化珪素を燃焼させ
る乾式法によって製造され、ゴム充填剤としてカーボン
ブラックに代わる特性があるのでこの名がある。製法に
よって粒子の形状が異なるがいずれも一次粒子径が5〜
40ミリミクロンの超微粒子であって、比表面積は50〜40
0m2/gである。しかしこれは通常凝集してミクロンオー
ダーの粉体を形成している。フローライトはシリカリッ
チな珪酸カルシウムを水熱合成して製造され、板状結晶
がハニカム状に重合し、多孔度95%前後のバルキーな粉
体であり、比表面積が100〜150m2/gの極めて吸収能の高
い粉体である。珪藻土は単細胞植物の化石であって、細
胞の形状がそのまま残っているため円板状、球状、筒
状、棒状など様々な形状の多孔度の非常に高い粉体で、
比表面積は10〜50m2/gである。このような無機質系の粉
体以外にも有機質系の耐酸性合成樹脂の粉体でも高い多
孔度と大きい比表面積を有しておれば電解液の保持材と
して充分使用可能であり、粉体の改質によってさらに好
ましい特性を持たすこともできる。
上述した比表面積の大きな粉体はアンチモンをよく吸
着するという特性があり、この特性を利用することによ
って、本発明の密閉形鉛蓄電池では鉛−アンチモン系合
金格子の使用が可能になった。鉛−アンチモン系の合金
格子は鉛−カルシウム系に比べて鋳造し易く耐食性など
も優れており、電池をサイクル使用しても早期に容量低
下することもないので鉛蓄電池用の格子合金としては最
適であるが、電池の使用中にアンチモンが溶出して負極
に析出し、水素過電圧を低下させるため水の電気分解が
起こりやすくなり、これまで密閉形鉛蓄電池に使用する
ことができなかった。しかし本発明では電槽内に充填し
た粉体がアンチモンを吸着してその弊害を除去するので
鉛−アンチモン系の合金格子の使用が可能となり、サイ
クル用途においても優れた寿命性能の密閉形鉛蓄電池が
得られる。
本発明によれば一定の正、負極間を保って作製した極
板群を電槽内に収納し、粉体を極板間および極板群の周
囲に満たせばよいので、電池の組立工程は非常に簡略化
される。しかし粉体を単に充填するだけでは次のような
問題が起こる。すなわち、電池の初充電中に発生するガ
スによって粉体が持ち上げられ、粉体層に大きな孔が生
じたり粉体層と極板との間に隙間ができるため、電池の
放電中に電解液の補給が妨げられ放電容量の低下を来す
のである。そのため電槽内に充填した粉体層の上部は気
体や液体を通し粉体は通さない多孔体の層を設ける。こ
れには合成樹脂の発泡体(もちろん連続気泡のものでな
ければならない)を用いたり、鉛蓄電池用の薄いセパレ
ータやガラスマットを介して孔をあけた樹脂板を電槽内
に強挿すればよい。
実施例 次に本発明電池の一実施例につき説明する。
鉛−カルシウム系合金としてPb-0.1%Ca-0.5%Sn合金
を、鉛−アンチモン系合金としてPb-1.0%Sb-0.2%As-
0.1%Sn合金を用いた格子に通常の蓄電池ペーストを充
填して正、負それぞれ2種類の未化成極板を作製した。
そこでこれらの極板を用いて従来のリテーナ式密閉形鉛
蓄電池と本発明による密閉形鉛蓄電池を製作し電池性能
を比較した。従来の密閉形鉛蓄電池は直径0.8ミクロン
の極細ガラス繊維を抄造したガラスセパレータを用いて
常法により試験電池を作製した。本発明による密閉形鉛
蓄電池は、その正面図および断面図を示す第1図および
第2図に基づいて説明する。まず、蓄電池用セパレータ
を用いることなく正極板1および負極板2の極間を一定
に保って作製した極板群を電槽3に収納し、ついで一次
粒子が10〜40ミリミクロン、比表面積100〜150m2/gであ
って、凝集した粒子の大きさが50〜200ミクロンの含水
二酸化珪素粉体5を電槽3に振動を加えながら極間およ
び極板群周囲にちょうど正、負極ストラップ6および7
が埋没する程度に充填した。この粉体はさらさらしてお
り容易に充電ができた。電槽内の粉体上部を平坦になら
したのち、その上に電槽断面よりやや大きめの薄い多孔
性シート8を載置し、さらにその上を複数個の孔9を有
する孔あき樹脂板10を電槽内に強挿することにより粉体
層を固定した。ここで多孔性のシート8は鉛蓄電池用の
薄いセパレータを用いたが、ガラスマットやポリエチレ
ンの発泡シートなどでもよい。また、孔あき樹脂板10の
材質はポリエチレン、ポリスチレン、ポリエステル、ポ
リ塩化ビニルあるいはそれらの発泡体が使える。また、
薄い多孔性シートと孔あき樹脂板とを併用する代わりに
連続気泡のポリエチレン発泡体やフェノール発泡体など
も気体や液体は通し粉体粒子は通さないので使用可能で
ある。このようにして粉体層を固定するのは、電池の充
電中に発生するガスによって粉体層に空孔が生じ、その
部分で電解液の拡散が悪くなって電池反応が妨げられる
のでこれを防ぐためである。粉体層を固定したなら電槽
蓋4を電槽3に接着し、電解液を満たして初充電を行っ
て排気弁13を装着すれば電池が完成する。
次にJIS規格に基づいて初期性能試験および寿命試験
を行った。第1表は試験電池の内容を、第2表は従来の
リテーナ式密閉形鉛蓄電池の性能を100として、本発明
による試験電池のそれを相対的に示したものである。
表においてAは従来品、Bは極板群の圧迫度を低くし
た従来品、Cは正、負極にPb-Sb系合金格子を使用した
リテーナ式の密閉電池である。D、E、Fは本発明品で
ある。この結果から従来のリテーナ式密閉電池で極板群
の圧迫度を下げると電池性能は低下し、特に正極格子と
活物質との界面に不働態層が生成することによって寿命
性能は著しく低下することがわかる。また、Cの電池は
アンチモンの溶出による水素過電圧の低下が水分解を促
進し、減液量が多くなってやはり短寿命となった。
一方、本発明による粉体を充填した密閉電池は正極格
子がPb-Ca系でもPb-Sb系でも初期性能、寿命性能とも従
来品を上回る性能が得られている。これは遊離の電解液
を生じることなく極板間および極板群の周囲にリテーナ
式よりも多くの電解液を配置することができたため、放
電に必要な電解液の補給が充分であったこと、および正
極にPb-Sb系合金格子を使った場合では、溶出したアン
チモンイオンが粉体によって吸着され水素過電圧が低下
しなかったことが大きく寄与しているものと思われる。
なお、本発明は実施例で示したものに限らず種々の態
様が考えられ、Pb-Ca系合金としてはPb-0.3〜0.12%Ca-
0.3〜2.0%Snが、Pb-Sb系合金としてはPb-Sb0.5〜2.0%
-0.1〜0.3%Asの範囲であれば同様の結果が得られた。
また、電槽内に充填する粉体は前述した無機系および有
機系のいずれの粉体でも充填した状態での多孔度が90%
前後で、比表面積の大きなものであればよい。一般的に
比表面積が大きな粉体は一次粒子が非常に細かいが、こ
のような場合は凝集した粉体の粒子が1〜200ミクロン
程度の分布をしているのが望ましい。
発明の効果 以上述べたように本発明によれば初期性能、寿命性能
共に従来品を上回る密閉形鉛蓄電池が安価な材料と簡単
な構造によって容易に得られ工業的価値は大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明密閉形鉛蓄電池の正面図、第2図はその
断面図である。 1……正極板、2……負極板、3……電槽、4……電槽
蓋、5……粉体、8……多孔性シート、10……孔あき樹
脂板

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アンチモンフリーもしくは少量のアンチモ
    ンを含む鉛合金格子に蓄電池ペーストを充填した正、負
    極板からなる極板群が電槽内に収納され、極板群の周囲
    および正、負極板間には高い多孔度および大きい比表面
    積を有しかつアンチモンイオンを捕捉する粉体層が密に
    充満して極板群が埋設され、上記粉体層の上部は気体お
    よび液体は通し粉体は通さない多孔体層で固定され、電
    池の充放電に必要、充分な量の電解液を実質的に上記粉
    体層に含浸保持させ、遊離の電解液は存在しないことを
    特徴とする密閉形鉛蓄電池。
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