JP3620249B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛蓄電池に関するものであり、特に高出力特性を要求される電気自動車用鉛蓄電池の高率放電サイクル寿命の改善を図るものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電動車両用鉛蓄電池はゴルフカ−ト、芝刈り機などに用いられており、平均１／５ＣＡ（５時間率電流）、最大でも１ＣＡ程度の電流が求められていた。この放電容量は、正極の特性によって規制されており、正極放電容量（活物質利用率）の向上のために、集電性能の優れた格子体設計や正極活物質の増量などの検討が行われてきた。一方、負極については電池の重量効率を高めるため活物質減少や格子体ます目面積を大きくしてできるだけ重量を少なくするように設計されてきた。
【０００３】
しかし、近年開発が盛んな電気自動車用鉛蓄電池ではガソリン車並みの走行性（加速性、登坂性）を要求され、電動車両用鉛蓄電池よりもはるかに厳しい高率放電が行われる。そのため、サイクル経過により低率放電容量の低下はほとんどないが高率放電容量が早期劣化を起こし、加速性が維持できなくなり寿命となってしまうという現象が発生した。このように電気自動車用など高率放電をともなうサイクルユ−ス用鉛蓄電池ではサイクル経過による高率放電容量の劣化抑制（寿命向上）が重要な課題である。
【０００４】
この高率放電容量の劣化は主に負極の容量低下が原因であり、改善方法としては薄型極板の開発により極板構成枚数を増やして電流密度を下げる方法や、負極活物質を増やす方法などが検討されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の構成では、サイクル経過により負極活物質へ硫酸鉛が蓄積して容量が低下する現象を抑制するには十分でなく、加えて活物質の増量や、極板構成枚数を増加するので重量効率が低下するという欠点を有していた。
【０００６】
本発明は上記課題を解決するものであり、高率放電サイクル寿命特性に優れる鉛蓄電池を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、負極に用いられる格子体の格子骨に囲まれているます目面積を正極のます目面積に比べて小さくする構成とする。このような構成によって、負極においては活物質と格子体の接触面積の増加と活物質物質格子間の平均距離を縮小し、負極の反応性を均一にしかつ向上させることができる。また、正極格子ます目を負極に比べて大きくすることで容量規制を正極とし、負極は極板容量能力に比べて利用率を低く抑えることができ、かつ負極の充電受入れ性も向上できるので硫酸鉛の蓄積が抑制でき高率放電サイクル寿命を向上させることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。極板の製作には鉛合金を圧延した帯状シ−ト材料に切り目を入れ、展開してます目を形成するエキスパンド格子体に連続的にペ−スト状活物質を塗着する方法を用いた。エキスパンド方式には金型カッタ−が上下して帯状シ−トに切り目を入れると同時に展開するレシプロ方式を用いた。
【０００９】
試験に用いた格子体は従来格子体（ます目面積約１５０ｍｍ２）と、これより小さいます目面積（約５０ｍｍ２）をもつ格子体を製作した。ペ−スト状活物質は鉛酸化物を主成分とする粉体に水と硫酸を加え練合して作成し、これを前記格子体に同重量の活物質を塗着、熟成乾燥して極板を製作した。
【００１０】
【実施例】
上述した極板をそれぞれ組み合わせて極板群を構成した後、定格１２Ｖ−６０Ａｈの電池を４種類作成した。４種類の試作電池に用いた格子体のます目面積をそれぞれ表１に記す。
【００１１】
【表１】
Figure 0003620249
【００１２】
以上のように構成された本発明の鉛蓄電池と従来例の鉛蓄電池について、高率放電サイクル寿命特性試験により評価した。
【００１３】
図１は高率放電サイクル寿命の結果である。このサイクル寿命試験では２．５ＣＡの定電流で８．４Ｖまで放電したあと２段定電流充電で充電する過程を１サイクルとした。ここでいう２段定電流充電は１段目充電電流（０．２ＣＡ）で１４．４Ｖまで充電し、その後、２段目充電電流（０．０５ＣＡ）で４時間充電する方法である。
【００１４】
図１より負極格子体ます目面積を正極に比べて小さくした電池のサイクル寿命特性が改善されたことがわかる。これは、負極格子ます目を正極に比べて小さくすることで▲１▼容量規制を正極としいるので負極は極板容量能力に比べて利用率を抑制できる。▲２▼負極の充電受入れ性も向上できる。等の理由から硫酸鉛の蓄積、固定化が抑制でき高率放電サイクル寿命を向上できたと考えられる。
一方、正極格子ます目面積も小さくした電池に関しては、初期から容量が大きく、正負極活物質利用率が大きいためにサイクル寿命が早期に低下したと考えられる。以上の結果から鉛蓄電池において負極格子体のます目面積を正極に比べて小さくすることにより高率放電サイクル寿命を向上することができる。
【００１５】
次に負極、正極格子体ます目面積の比率の最適値を調べるために表２に記すように負極格子体ます目面積の異なる１２Ｖ−６０Ａｈ電池を前記した方法で製作し２．５ＣＡ高率放電サイクル寿命試験でそれぞれ３個づつ評価した。
【００１６】
【表２】
Figure 0003620249
【００１７】
図２は（負極格子体ます目面積）／（正極格子体ます目面積）の比率と３個づつ試験した２．５ＣＡ高率放電サイクル寿命平均値の関係である。これより負極格子体ます目を正極に比べて５０％以下にした場合に寿命特性に優れていることがわかった。
【００１８】
なお、本実施例においては格子体をレシプロエキスパンド方式によるものとしたが、幾重にも重なった円板状カッタ−で形成されて金型で帯状シ−トに切り込みを入れ、別工程で所定の幅まで展開するロ−タリエキスパンド方式を用いた格子体についても同等の効果を得ることができる。加えて、従来の鋳造格子を用いた場合もエキスパンド格子体に比べると小さくなるが効果は得られるので、本発明は格子体製造工法を限定するものではない。
【００１９】
また、本発明は鉛蓄電池のタイプ（ベント式やシ−ル式）にかかわらず効果的であるが、特に充電時正極で発生した酸素ガスを負極で吸収し硫酸鉛とする酸素サイクルがあるシ−ル式鉛蓄電池についてより効果的である。
【００２０】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように本発明によれば、鉛蓄電池において負極格子体のます目面積を正極に比べて小さくすることにより、高率放電サイクル寿命を向上することができ、優れた鉛蓄電池を実現できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例と従来例の２．５ＣＡ高率放電サイクル寿命特性を示す図
【図２】（負極ます目面積）／（正極ます目面積）の比率と２．５ＣＡ高率放電サイクル寿命の関係を示す図

Claims (2)

  1. 格子体からなる集電体に活物質を充填した極板を用いた鉛蓄電池であって、負極格子体ます目面積は正極ます目面積の４０％以下であることを特徴とする鉛蓄電池。
  2. 格子体に、鉛または鉛合金からなる帯状シートから加工されたエキスパンド格子体を用いたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
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