JP2632716B2

JP2632716B2 - 密閉形鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2632716B2
Application number: JP63246788A
Authority: JP
Inventors: 恭秀中山; 勝美北川; 健二郎岸本; 嘉晟三輪; 純資武藤; 宏紀北脇; 昌司杉山
Original assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Yuasa Corp
Current assignee: Nippon Sheet Glass Co Ltd; Yuasa Corp
Priority date: 1988-05-19
Filing date: 1988-09-30
Publication date: 1997-07-23
Anticipated expiration: 2012-07-23
Also published as: JPH0249348A

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に係り、特に吸液性、保液性
が良好であると共に、著しく高い強度を有するセパレー
タを用いた、長寿命で高容量の廉価な密閉形鉛蓄電池に
関する。

［従来の技術］蓄電池の陽極の形式としては、従来よりペースト式極
板とクラッド式極板とが知られている。近年、蓄電池に
ついてその密閉化が試みられつつあり、ペースト式密閉
形鉛蓄電池は極板間に平均直径１μｍ以下の微細ガラス
繊維を主体とするセパレータを介在させ、このセパレー
タに電解液を吸収させることにより流動する電解液をな
くし、充電終期に正極で発生する酸素ガスをセパレータ
内の空隙を通じて負極に移動せしめ負極活物質と反応さ
せることによって密閉化するように構成されている。

このような蓄電池用に用いられるガラス繊維を含んで
なる蓄電池用セパレータとしては、ガラス短繊維を主体とするもの、ガラス短繊維とアクリル等の合成繊維を混合、成形
したもの、などが知られている。

のガラス繊維を主体とするものとしては、液体接着
剤等のバインダを使用したものと、これらのバインダを
使用しないものとがある。バインダを使用した場合に
は、たとえ２〜３％程度の少量使用であっても、その接
着効果により強度、硬度は向上されるが、液吸収による
体積膨張がバインダにより阻害され、吸液速度が著しく
低下し、セパレータの保液性や吸液性が悪くなる。これ
に対し、バインダを使用しないものは、液の吸収による
自由な体積膨張が可能で、電解液の保液性、吸液性が最
も良く、電池特性の面で最も好適であるが、繊維のから
み力と繊維表面の化学反応による接着の効果とによりシ
ート形状を保持するものであるため、高速の電池組立工
程に適用するには強度不足であり、電池の生産性が低
く、高価な密閉形鉛蓄電池にならざるを得ない。

のアクリル等の合成繊維が混入されてなるセパレー
タは、機械的特性に優れている反面、合成繊維がガラス
繊維に比べて親水性が低いところから、硫酸液の吸液性
並びに保液性が劣るという欠点を有している。

このようなことから、より安価な密閉形鉛蓄電池を得
るために電池性能を損なうことなく、強度、硬度を向上
させる技術の出現が強く望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］従来の密閉形鉛蓄電池に用いるセパレータは、主体材
料であるガラス繊維が、引張強度は大きい反面剪断応力
は弱いため、一般にセパレータと極板とを組合せる場
合、第２図に示す如く、剪断応力Ｆが働きセパレータ１
と極板２との接点Ａ、Ｂにおいて、セパレータ１が破断
するという問題があった。セパレータ１の接点A,Bでの
破断は、正・負両極板間が短絡する危険性が高くなるこ
とを意味しているため、従来、このような破断が生じな
いように極めてゆっくり丁寧に組立てることが強いられ
ていた。このようなことから、得られる密閉形鉛蓄電池
は高価にならざるを得ないという欠点があった。

従来、蓄電池用セパレータの引張強度や硬さを向上さ
せる技術については種々研究がなされているが、正・負
両極板間の短絡防止のために剪断強度を改良する技術に
ついては何ら提案がなされていない。このようなことか
ら、高い生産性、即ち高速で正・負両極板をセパレータ
を介して重ね合わせても、極板の端部で短絡することが
ないような、高い剪断強度を有する蓄電池用セパレータ
を用いて、これを高速で重ね合わせて廉価な密閉形鉛蓄
電池とすることが望まれていた。

本発明は上記従来の問題点を解決し、保液性、吸液性
に優れ、しかも、強度及び硬度が改善され、とりわけ剪
断強度が著しく高いセパレータを用いて、長寿命で高容
量の密閉形鉛蓄電池を廉価に提供することを目的とす
る。

［課題を解決するための手段］本発明の密閉形鉛蓄電池は、ガラス繊維を主体とし、
芳香族ポリアミド繊維をセパレータを構成する繊維全量
の0.1〜15重量％含んでなるセパレータを極板間に配し
たことを特徴とする。

以下に本発明の詳細に説明する。

本発明の密閉型鉛蓄電池に用いるセパレータを構成す
る繊維成分はガラス繊維と芳香族ポリアミド繊維であ
る。

本発明において用いる芳香族ポリアミド繊維として
は、繊維直径1.0〜40μｍ、繊維長さ0.5〜25mm、とりわ
け繊維直径10〜20μｍ、平均繊維長さ2mm程度のものが
好ましく、例えば「ケブラー」（デュポン社製）等を
用いることができる。

本発明にかかるセパレータにおいて、このような芳香
族ポリアミド繊維の含有量は全繊維量の0.1〜15重量％
とする。芳香族ポリアミド繊維の含有量が0.1重量％未
満では本発明による十分な剪断強度の改善効果が得られ
ず、高速で正・負両極板を積み重ねるとその間が短絡す
る。逆に、芳香族ポリアミド繊維の含有量が15重量％を
超えると吸液性、保液性が低下して電池の容量が小さく
なり、また引張強度も低下することとなる上に、コスト
高となり好ましくない。好ましい芳香族ポリアミド繊維
の含有量はセパレータの全繊維量の0.5〜12重量％、特
に好ましくは1.0〜10重量％である。

ガラス繊維としては、耐酸性が良好な含アルカリガラ
ス繊維が好ましい。含アルカリガラス繊維を用いると、
製造工程の称造工程でガラス繊維の表面に水ガラス状物
質が生成し、この水ガラス状物質の粘着性によって繊維
同志が接着される。

ガラス繊維は、平均直径１μｍ以下の微細な直径のも
のを主体とするものが好ましく、全量がこの微細なガラ
ス繊維であっても良い。また、この平均直径１μｍ以下
の細径ガラス繊維を主体とし、平均直径10〜30μｍの太
径のガラス繊維８〜35重量％及び平均直径１μｍを超え
10μｍ未満の中細径のガラス繊維５〜30重量％を含むも
のであるものも好適である。中細径、太径のガラス繊維
は微細なものに比べ安価であり、特に太径のガラス繊維
をこれを併用することによりセパレータの引張強さを向
上させることができるという利点がある。

微細なガラス繊維の好ましい平均直径は0.5〜1.0μ
ｍ、より好ましくは0.6〜0.9μｍである。直径が1.0μ
ｍを超えるとセパレータの孔径が大きくなり、逆に0.5
μｍよりも小さくなるとその製造コストが高価となる。

この微細なガラス繊維の好ましい含有量は、ガラス繊
維重量の60重量％以上であり、とりわけ65重量％以上が
特に好ましい。含有量が60重量％よりも少ないと吸液
性、保液性が不足し、電池の容量が小さくなるからであ
る。

このような微細なガラス繊維はFA法（火炎法）、遠心
法その他のガラス短繊維製造法によって製造できる。

なお本発明においてガラス繊維の平均直径は、試料の
３ヶ所について電子顕微鏡で写真撮影し、それぞれ20本
の繊維についてその直径を0.1μｍ単位で測定し、これ
らの平均値をとることにより計算される。

中細径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均
直径2.0〜5.0μｍ、とりわけ3.0〜4.0μｍである。ま
た、含有量はガラス繊維重量の5.0〜30.0重量％、とり
わけ10.0〜25.0重量％とするのが好ましい。中細径のガ
ラス繊維の配合により細径ガラス繊維量を減らすことが
でき、コスト的に有利となる。

太径のガラス繊維を用いる場合、その好ましい平均直
径は10〜20μｍ、とりわけ12〜19μｍである。また、含
有量はガラス繊維重量の８〜35重量％、とりわけ10〜30
重量％とするのが好ましい。平均直径が10μｍよりも小
さいと、あるいは含有量が８重量％よりも少ないと、引
張強さ改善効果が小さくなり、平均直径が20μｍを超え
ると、あるいは含有量が35重量％を超えるとセパレータ
の吸液性、保液性が小さくなる。

ガラス繊維の組成の好適な範囲について次に説明す
る。

本発明の密閉形鉛蓄電池に用いるセパレータを構成す
るガラス繊維は、含アルカリ珪酸塩ガラス組成のもの
が、その表面に水ガラスを形成して接着性を発現すると
ころから好ましい。そして、このうちでも耐酸性の良好
なものが好適に使用される。この耐酸性の程度は、平均
繊維径１μｍ以下のガラス繊維の状態で、IJSC−2202に
従って測定した場合の重量減が２％以下であるのが望ま
しい。また、このようなガラス繊維の組成としては重量
比で60〜75％のSiO₂及び８〜20％のR₂O（Na₂O、K₂Oなど
のアルカり金属酸化物）を、主として含有し（ただしSi
O₂＋R₂Oは75〜90％）その他に例えばCaO、MgO、B₂O₃、A
l₂O₃、ZnO、Fe₂O₃などの１種又は２種以上を含んだもの
が挙げられる。尚好ましい含アルカリ珪酸塩ガラスの一
例を次の第１表に示す。

本発明の密閉形鉛蓄電池に用いるセパレータを製造す
るには、まず通常の合成繊維を配合したセパレータの製
造方法と同様の方法によって繊維の抄造体を製造する。
即ち、ガラス繊維として含アルカリ珪酸塩ガラス繊維を
用いる場合には、ガラス繊維と芳香族ポリアミド繊維と
を、例えばpH値2.5〜3.0に保った水の中に一定時間、例
えば５〜20分、水流型分散機等を用いて分散させてお
き、それを湿式抄造して、該ガラス繊維の表面に接着層
おそらくは水ガラス層を形成せしめ、ついでこれを所定
温度、例えば80〜180℃に加熱することによりガラス繊
維をその表面の水ガラスによって相互に接着し、また芳
香族ポリアミド繊維同志あるいは芳香族ポリアミド繊維
とガラス繊維とを該芳香族ポリアミド繊維の熱融着によ
り接着することによって得ることができる。

通常、このようにして湿式抄造された抄造体は、ドラ
ムドライヤに沿わせて乾燥され製品とされる。

このようにして得られるセパレータ自体の厚さは密閉
形鉛蓄電池の正・負両極板の間隔と同じかその1/2であ
ることが好ましく、通常は0.3〜3mmであることが好まし
い。

なお、繊維を水中に分散あるいは抄造工程において、
水ガラスを添加し、接着作用を助長させることも可能で
ある。水ガラス以外にも、類似の無機系接着剤を用いる
こともできる。このようなものとしては、Silpap700
（セントラル硝子（株）製、商品名）等が挙げられる。
その他、分散にあたり、分散剤を使用しても良い。又、
湿式抄造された繊維抄造体、例えば抄造コンベアー上に
ある繊維抄造体にジアルキルスルフオサクシネートをス
プレーして、ガラス繊維に対して0.005〜10重量％付着
させることによって、ジアルキルスルフオサクシネート
の有する親水性によりセパレータの保液性を向上させる
ことができる。ジアルキルスルフオサクシネートを上記
の如くスプレーする代わりに抄造槽中の分散水に混入し
てもよい。

［作用］芳香族ポリアミド繊維は他の合成繊維に比し、著しく
高い剪断強度を有する繊維であるため、比較的少量の使
用で、セパレータの強度、硬度とりわけ剪断強度を著し
く向上させ、しかも保液性、吸液性、耐酸性等を損なう
ことがない。従って、このようなセパレータを用いた本
発明の密閉形鉛蓄電池は、長寿命で高容量であり、高速
で正・負両極板を積み重ねることが可能であり、生産性
が高く廉価なものとすることができる。

［実施例］以下実施例について説明する。

実施例１第２表に示す配合の構成繊維を水中に投入して水流型
分散機により撹拌して分散させ、更に硫酸を加えて水の
pHを2.8とし約10分間保持した。次いで抄造を行い、160
℃に加熱してマット状の蓄電池用セパレータを製造し、
その諸特性を測定した。結果を第２表に示す。

また、これら５種類のセパレータの中から、No.3及び
No.4を選び、本発明による密閉形鉛蓄電池Ａ及び従来の
密閉形鉛蓄電池Ｂを作製した。なお正・負両極板間の間
隙は0.9mmであり、電槽に挿入する時に極板にかかる圧
力は55kg/dm²であって、積み重ねる速度は従来を100と
した時に５倍の500とした。得られた蓄電池の公称容量
は12V−5Ah/10HRであり、その特性は第３表の通りであ
った。

第２俵に示す通り、本発明の密閉形鉛蓄電池に用いる
芳香族ポリアミド繊維を含むセパレータは、従来のガラ
ス繊維から構成されるセパレータ（No.4）と同様に優れ
た吸液性、保液性を有し、その他の特性についても同様
に高特性を維持するものである上に、その剪断強度は著
しく高い。一方、芳香族ポリアミド繊維を20重量％と多
量に配合したセパレータ（No.5）では、吸液性が低下し
好ましくない。

従って、第３表からも明らかなように、本発明の密閉
形鉛蓄電池（Ａ）は従来のセパレータを用いたもの
（Ｂ）と同等あるいはそれ以上の容量を有し、その上、
高速で正・負両極板を積み重ねても極板端部で破断し、
短絡することがなく長い寿命を発揮する。そして、従来
よりも乱暴に扱っても短絡することがないので高速で正
・負両極板を積み重ねることが可能になり、より廉価な
密閉形鉛蓄電池となる。なお、第３表のＢの寿命性能が
大きくバラツイているのは、組立時に生じていた極板端
部の小さな破断部で充放電を繰り返すことによって短絡
が発生したためである。

なお、第２表に示される実施例及び比較例における特
性値の測定法は次の通りである。

厚さ（mm）試料をその厚み方向に20kg/dm²の荷重で押圧した状態
で測定する（JISC−2202）目付（g/cm²）試料重量を試料面積で除して得られる値である。

密度（g/cm³）試料（重量Ｗ）10cm×10cmの面積（Ｓ）に20kgの荷重
を加えた時の試料の厚さをＴとした時に、式:W/（Ｓ×
Ｔ）（g/cm³）で与えられる値で表わす。

引張強度（g/15mm幅）幅15mmの試料の両端を引張りそれが切断するときの外
力の値（ｇ）を求め、厚さ（mm）で除して、幅15mm、厚
さ1mm当りの値で表示する。

剪断強度（ｇ）第３図（ａ）（側面図）及び第３図（ｂ）（平面図）
に示す如く、鉄板11、剪断用治具12、試料13、アルミニ
ウム板14、鉄板15及び重り16を組み立て、鉄板11及び15
に配線し、試料13が切れたらブザーが鳴るようにセット
する。重り16を増して行き、試料13が切れブザーが鳴っ
た時点の荷重（重り16、アルミニウム板14、鉄板15の合
計重量）で表す。

なお、測定に用いた各部材の仕様な下記の通りであ
る。

鉄板11、15:4cm×5cm、重さ80g 剪断用治具：第３図（ｃ）（正面図）に示す厚み5.0mm
の超硬標準バイト用チップの頂角ＲをけずってＲをなく
したもの。

アルミニウム板14:4cm×5cm、重さ5g 保液性（ｇ−水/cc−セパレータ）試料に水を飽和するまで含ませ、次いでその試料を５
分間空中に吊して置く。しかる後、試料の重量を測定し
て試料中に含まれる水の量を算出し、この水の量を試料
の体積で除して得られる値。

吸液速度（mm/5分）試料を垂直にしてその下部を比重1.3の希硫酸液に浸
漬し、経時的に上昇する液位を測定することにより求め
る。

耐酸性（％） 80℃に保った比重1.2の硫酸液中に５時間浸漬したと
きの重量減を測定し、減量の元の重量で徐して百分比に
換算する。

均熱原料（％）試料を空気中で600℃に恒温となるまで加熱し、その
減量分を元の試料重量で徐して求める。

参考例１有機繊維及びその配合割合を種々変えて、実施例１の
No.1と同様にして得られたセパレータの剪断強度を実施
例１と同様にして測定し、配合割合との関係を第１図に
示した。

第１図より、芳香族ポリアミド繊維は、他の有機繊維
に比し、著しく優れた剪断強度の向上作用を有すること
が明らかである。

［発明の効果］以上詳述した通り、本発明の密閉形鉛蓄電池は、その
セパレータに芳香族ポリアミド繊維を配合してなるもの
であって、芳香族ポリアミド繊維により、その比較的少
ない配合量で、極めて優れた補強効果が奏され、機械的
強度とりわけ剪断強度の極めて高いものであり、高速で
正・負両極板間に挿入しても破断したり短絡したりする
ことがない。しかも、吸液性、保液性、耐酸性等につい
ても損なわれることがないので、高い容量と長い寿命の
密閉形鉛蓄電池が提供され、また、生産性が高いので極
めて廉価なものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は参考例１の結果を示すグラフである。第２図は
セパレータと極板との組合せ工程を示す断面図である。
第３図（ａ）〜（ｃ）は剪断強度の測定方法を示す図で
あって、第３図（ａ）は側面図、第３図（ｂ）は剪断治
具の配置を示す平面図、第３図（ｃ）は剪断治具の正面
図である。１……セパレータ、２……極板。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岸本健二郎大阪府高槻市城西町６番６号湯浅電池株式会社内 (72)発明者三輪嘉晟大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者武藤純資大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者北脇宏紀大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (72)発明者杉山昌司大阪府大阪市東区道修町４丁目８番地日本板硝子株式会社内 (56)参考文献特開昭61−288370（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】平均直径１μｍ以下のガラス繊維を主体と
し、芳香族ポリアミド繊維をセパレータを構成する繊維
全量の0.1〜15重量％含んでなるセパレータを極板間に
配したことを特徴とする密閉形鉛蓄電池。