JP4719962B2 - シール形鉛蓄電池の製造方法 - Google Patents
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール形鉛蓄電池の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シール形鉛蓄電池は補水等のメンテナンスが不要な電池であり、コンピュータのバックアップ用電源（ＵＰＳ），ゴルフカート，電動車等幅広い分野で使用されている。シール形鉛蓄電池での電解液は、その量を制限し正極板，負極板およびセパレータに含浸して保持されており、自由に流動しないものとなっている。また、活物質が反応するために必要な電解液量の殆どがセパレータに含浸されている。従って、セパレータはガラス繊維を主成分として構成され、吸水性に優れたものが使用される。さらに、正極板，負極板，セパレータは電池特性劣化を抑制するために、圧迫された状態でモノブロック電槽内に収納されている。このシール形鉛蓄電池を製造する際の化成方法の一つに、電槽化成方式がある。電槽化成方式は、未化成状態の正極板，負極板およびセパレータを交互に積層して極板群を構成し、極板群を圧迫した状態でモノブロック電槽内の各セル内に収納する。収納後、各セル間の接続を行い蓋を取り付けた後、電解液を注入し通電を行う方式である。この電槽化成方式は生産性に優れているため、近年多く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シール形鉛蓄電池を電槽化成する場合、特に極板間隔が１ｍｍ以下のシール形鉛蓄電池において顕著に発生する問題として以下のことがある。正極板，負極板およびセパレータは積層された極板群として、圧迫された状態でモノブロック電槽のセル内に収納された状態で電解液が注入される。注入された電解液は極板群の周囲から、吸水性に優れたセパレータの面方向の中心に向かって吸収されていく。その際、未化成の極板活物質と電解液である希硫酸が反応し、極板表面に硫酸鉛を形成する。この反応により、注入された電解液中の硫酸根が消費され、電解液密度の低下（ｐＨが高くなる）が発生する。特にセパレータへの電解液の吸収が両方向での周辺部から中心部に向かって進行するため、周囲から面方向中心部へ向かうに従って電解液密度が低下することとなる。電解液密度が低下することにより、鉛の溶解度が増し、活物質中から鉛イオンとして電解液中への溶出が起こる。さらに、希硫酸と極板との反応熱により、鉛の溶解はさらに生じやすくなる。鉛イオンとして電解液中に溶解した状態で、通電を行うと、イオン化した鉛がセパレータ中等に析出して短絡を発生させる場合があった。また、極板群が圧迫され、正極板と負極板の間隔が狭い場合において、極板上に突起があると、その突起に電流が集中し、その部分に溶解した鉛の析出が起こり、セパレータを貫通し短絡が発生するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するもので、電槽化成時に短絡を発生しない、シール形鉛蓄電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記する課題を解決するために、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のシール形鉛蓄電池の製造方法は、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とすることにより、電解液を注入した後のセパレータ内部への拡散時においても、極板活物質と希硫酸の反応を抑制し、電解液密度の部分的な低下を抑制することにより、鉛の溶解を防止することができ、電槽化成方式において品質の安定したシール形鉛蓄電池を提供することができるものである。
【０００７】
なお、極板間隔が０．４ｍｍ未満になると短絡の可能性が大きくなる。そして、１．５ｍｍを越えるとセパレータの保液量が大きく、硫酸分が極板表面に形成された硫酸鉛層に消費された後の密度の低い電解液が多量に存在しているため、せっかく形成された硫酸鉛が溶解してしまうおそれがある。従って、極板間隔は０．４ｍｍ〜１．５ｍｍにすることが好ましい。
【０００８】
また、極板群圧が５０ｋｇ／ｄｍ2未満になると格子体と活物質、活物質とセパレータの密着性が低下し、活物質が脱落したり活物質の利用率が低下する。そして、２００ｋｇ／ｄｍ2を越えるとセパレータとして用いられているガラス繊維が折れてしまい、この部分で凝集が起こることによりセパレータの密度にむらができ、短絡の可能性が大きくなる。従って、極板群圧は５０ｋｇ／ｄｍ2〜２００ｋｇ／ｄｍ2にすることが好ましい。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１０】
エキスパンド加工したＰｂ−Ｓｎ−Ｃａ系合金からなる格子体に活物質を充填し、その後、ローラーにより極板全面を加圧し、格子と活物質の密着性を向上させると共に、極板表面活物質の充填密度を内部より高くした極板を作製した。この極板を熟成，乾燥した後、極板表面層への硫酸鉛層の形成を行った。極板表面層への硫酸鉛層の形成は、電解液密度１．４の希硫酸中へ１〜５秒間極板を浸漬した後、希硫酸中から取り出し、精製水にて十分に洗浄後、乾燥を実施した。この極板とガラスマットを交互に積層し、極板間隔が０．９ｍｍの公称電圧１２Ｖ、容量６０Ａｈ／３ＨＲの参考例のシール形鉛蓄電池を作製した。なお、比較のため、熟成，乾燥実施後に極板表面層への硫酸鉛層の形成を行っていない極板を用いた従来例のシール形鉛蓄電池を同時に作製した。これら両蓄電池の概要を表１に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
これらの両蓄電池にそれぞれ電解液密度１．２５の希硫酸を極板群上部から注入した。電解液を注入後３０分経過後のガラスマット中の電解液密度分布状態を測定した結果を表２に示す。なお、ガラスマット中の電解液密度の測定は図１に示すような極板に対向する１２箇所で行った。
【００１３】
【表２】
【００１４】
従来品においては、ガラスマット中央部１のＡ，Ｂならびにガラスマット中央部２のＢで電解液密度の極端な低下が確認された。しかしながら、参考品ではガラスマット中央部での電解液密度の低下は殆ど確認されなかった。このように、従来品ではガラスマット中央部で電解液密度が低下し、鉛の溶解度が高くなり、鉛がイオン化して電解液中に存在していることが推察される。そして電解液注入後に電槽化成を実施し、その後に分解して、ガラスマットの状態観察を行った。その観察結果の要約を表３に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】
従来品では、セパレータ中への鉛の析出が確認され、その程度によっては短絡を発生する可能性を有している。しかしながら、参考品では、セパレータ中への鉛の析出は全く確認されず、品質の安定したシール形鉛蓄電池を提供することが可能となる。
【００１７】
なお、参考例ではエキスパンド加工した格子体についての例を述べたが、鋳造格子，圧延格子，打ち抜き格子の場合においても同様の効果が得られることを確認している。
【００１８】
また、極板表面層への硫酸鉛層の形成は、熟成，乾燥後に実施した場合の例を述べたが、格子体に活物質を充填後から、組立前までのいずれの時期に実施する場合においても同様の効果が得られることを確認している。さらに、極板表面層への硫酸鉛層の形成方法は、浸漬に限らず、塗布，吹き付け等、表面層に硫酸鉛を形成する方式であれば、同様の効果が得られることも確認している。
【００１９】
なお、参考例では極板を希硫酸中に浸漬することによって極板表面の硫酸鉛層を形成したが、本発明のように硫酸に浸したペースト紙を極板に張り付けることにより硫酸鉛層を形成するほうがよい。これは、極板の中央部分における電解液密度の低下を防ぐことができるからである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とし、電解液注入時にガラスマット内での部分的な電解液密度の低下を抑制し、鉛の溶解を防止すると共に、化成時のガラスマット中への鉛の析出を抑制し、品質の安定したシール形鉛蓄電池を供給することができる優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるガラスマット中の電解液密度の測定場所を示す説明図
【発明の属する技術分野】
本発明は、シール形鉛蓄電池の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
シール形鉛蓄電池は補水等のメンテナンスが不要な電池であり、コンピュータのバックアップ用電源（ＵＰＳ），ゴルフカート，電動車等幅広い分野で使用されている。シール形鉛蓄電池での電解液は、その量を制限し正極板，負極板およびセパレータに含浸して保持されており、自由に流動しないものとなっている。また、活物質が反応するために必要な電解液量の殆どがセパレータに含浸されている。従って、セパレータはガラス繊維を主成分として構成され、吸水性に優れたものが使用される。さらに、正極板，負極板，セパレータは電池特性劣化を抑制するために、圧迫された状態でモノブロック電槽内に収納されている。このシール形鉛蓄電池を製造する際の化成方法の一つに、電槽化成方式がある。電槽化成方式は、未化成状態の正極板，負極板およびセパレータを交互に積層して極板群を構成し、極板群を圧迫した状態でモノブロック電槽内の各セル内に収納する。収納後、各セル間の接続を行い蓋を取り付けた後、電解液を注入し通電を行う方式である。この電槽化成方式は生産性に優れているため、近年多く使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、シール形鉛蓄電池を電槽化成する場合、特に極板間隔が１ｍｍ以下のシール形鉛蓄電池において顕著に発生する問題として以下のことがある。正極板，負極板およびセパレータは積層された極板群として、圧迫された状態でモノブロック電槽のセル内に収納された状態で電解液が注入される。注入された電解液は極板群の周囲から、吸水性に優れたセパレータの面方向の中心に向かって吸収されていく。その際、未化成の極板活物質と電解液である希硫酸が反応し、極板表面に硫酸鉛を形成する。この反応により、注入された電解液中の硫酸根が消費され、電解液密度の低下（ｐＨが高くなる）が発生する。特にセパレータへの電解液の吸収が両方向での周辺部から中心部に向かって進行するため、周囲から面方向中心部へ向かうに従って電解液密度が低下することとなる。電解液密度が低下することにより、鉛の溶解度が増し、活物質中から鉛イオンとして電解液中への溶出が起こる。さらに、希硫酸と極板との反応熱により、鉛の溶解はさらに生じやすくなる。鉛イオンとして電解液中に溶解した状態で、通電を行うと、イオン化した鉛がセパレータ中等に析出して短絡を発生させる場合があった。また、極板群が圧迫され、正極板と負極板の間隔が狭い場合において、極板上に突起があると、その突起に電流が集中し、その部分に溶解した鉛の析出が起こり、セパレータを貫通し短絡が発生するという問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解決するもので、電槽化成時に短絡を発生しない、シール形鉛蓄電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記する課題を解決するために、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のシール形鉛蓄電池の製造方法は、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とすることにより、電解液を注入した後のセパレータ内部への拡散時においても、極板活物質と希硫酸の反応を抑制し、電解液密度の部分的な低下を抑制することにより、鉛の溶解を防止することができ、電槽化成方式において品質の安定したシール形鉛蓄電池を提供することができるものである。
【０００７】
なお、極板間隔が０．４ｍｍ未満になると短絡の可能性が大きくなる。そして、１．５ｍｍを越えるとセパレータの保液量が大きく、硫酸分が極板表面に形成された硫酸鉛層に消費された後の密度の低い電解液が多量に存在しているため、せっかく形成された硫酸鉛が溶解してしまうおそれがある。従って、極板間隔は０．４ｍｍ〜１．５ｍｍにすることが好ましい。
【０００８】
また、極板群圧が５０ｋｇ／ｄｍ2未満になると格子体と活物質、活物質とセパレータの密着性が低下し、活物質が脱落したり活物質の利用率が低下する。そして、２００ｋｇ／ｄｍ2を越えるとセパレータとして用いられているガラス繊維が折れてしまい、この部分で凝集が起こることによりセパレータの密度にむらができ、短絡の可能性が大きくなる。従って、極板群圧は５０ｋｇ／ｄｍ2〜２００ｋｇ／ｄｍ2にすることが好ましい。
【０００９】
【実施例】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１０】
エキスパンド加工したＰｂ−Ｓｎ−Ｃａ系合金からなる格子体に活物質を充填し、その後、ローラーにより極板全面を加圧し、格子と活物質の密着性を向上させると共に、極板表面活物質の充填密度を内部より高くした極板を作製した。この極板を熟成，乾燥した後、極板表面層への硫酸鉛層の形成を行った。極板表面層への硫酸鉛層の形成は、電解液密度１．４の希硫酸中へ１〜５秒間極板を浸漬した後、希硫酸中から取り出し、精製水にて十分に洗浄後、乾燥を実施した。この極板とガラスマットを交互に積層し、極板間隔が０．９ｍｍの公称電圧１２Ｖ、容量６０Ａｈ／３ＨＲの参考例のシール形鉛蓄電池を作製した。なお、比較のため、熟成，乾燥実施後に極板表面層への硫酸鉛層の形成を行っていない極板を用いた従来例のシール形鉛蓄電池を同時に作製した。これら両蓄電池の概要を表１に示す。
【００１１】
【表１】
【００１２】
これらの両蓄電池にそれぞれ電解液密度１．２５の希硫酸を極板群上部から注入した。電解液を注入後３０分経過後のガラスマット中の電解液密度分布状態を測定した結果を表２に示す。なお、ガラスマット中の電解液密度の測定は図１に示すような極板に対向する１２箇所で行った。
【００１３】
【表２】
【００１４】
従来品においては、ガラスマット中央部１のＡ，Ｂならびにガラスマット中央部２のＢで電解液密度の極端な低下が確認された。しかしながら、参考品ではガラスマット中央部での電解液密度の低下は殆ど確認されなかった。このように、従来品ではガラスマット中央部で電解液密度が低下し、鉛の溶解度が高くなり、鉛がイオン化して電解液中に存在していることが推察される。そして電解液注入後に電槽化成を実施し、その後に分解して、ガラスマットの状態観察を行った。その観察結果の要約を表３に示す。
【００１５】
【表３】
【００１６】
従来品では、セパレータ中への鉛の析出が確認され、その程度によっては短絡を発生する可能性を有している。しかしながら、参考品では、セパレータ中への鉛の析出は全く確認されず、品質の安定したシール形鉛蓄電池を提供することが可能となる。
【００１７】
なお、参考例ではエキスパンド加工した格子体についての例を述べたが、鋳造格子，圧延格子，打ち抜き格子の場合においても同様の効果が得られることを確認している。
【００１８】
また、極板表面層への硫酸鉛層の形成は、熟成，乾燥後に実施した場合の例を述べたが、格子体に活物質を充填後から、組立前までのいずれの時期に実施する場合においても同様の効果が得られることを確認している。さらに、極板表面層への硫酸鉛層の形成方法は、浸漬に限らず、塗布，吹き付け等、表面層に硫酸鉛を形成する方式であれば、同様の効果が得られることも確認している。
【００１９】
なお、参考例では極板を希硫酸中に浸漬することによって極板表面の硫酸鉛層を形成したが、本発明のように硫酸に浸したペースト紙を極板に張り付けることにより硫酸鉛層を形成するほうがよい。これは、極板の中央部分における電解液密度の低下を防ぐことができるからである。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とし、電解液注入時にガラスマット内での部分的な電解液密度の低下を抑制し、鉛の溶解を防止すると共に、化成時のガラスマット中への鉛の析出を抑制し、品質の安定したシール形鉛蓄電池を供給することができる優れたものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例におけるガラスマット中の電解液密度の測定場所を示す説明図
Claims (2)
- 正極板および負極板の両方の格子体にエキスパンド加工された格子体を用いたシール形鉛蓄電池の製造方法であって、硫酸に浸したペースト紙を活物質を充填した正極板および負極板の少なくとも一方の両表面に配置させて極板表層面に硫酸鉛層を形成し、極板の厚さ方向に圧迫力を負荷し、正極板と負極板の間隔が０．４ｍｍ〜１．５ｍｍの状態で電槽内に収納，配置し、電槽化成をしたことを特徴とするシール形鉛蓄電池の製造方法。
- 電槽内に収納された極板群が５０ｋｇ／ｄｍ2〜２００ｋｇ／ｄｍ2の圧迫力で保持されていることを特徴とする請求項１記載のシール形鉛蓄電池の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000279672A JP4719962B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | シール形鉛蓄電池の製造方法 |
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|---|---|---|---|
| JP2000279672A JP4719962B2 (ja) | 2000-09-14 | 2000-09-14 | シール形鉛蓄電池の製造方法 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002093459A JP2002093459A (ja) | 2002-03-29 |
| JP4719962B2 true JP4719962B2 (ja) | 2011-07-06 |
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ID=18764640
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6386349A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-16 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 密閉形鉛蓄電池の製造法 |
| JPH0249355A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 密閉型鉛蓄電池の製造方法 |
| JPH0973894A (ja) * | 1995-09-06 | 1997-03-18 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | シール形鉛蓄電池 |
| JPH11329477A (ja) * | 1998-05-19 | 1999-11-30 | Japan Storage Battery Co Ltd | 密閉形鉛蓄電池 |
-
2000
- 2000-09-14 JP JP2000279672A patent/JP4719962B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6386349A (ja) * | 1986-09-30 | 1988-04-16 | Shin Kobe Electric Mach Co Ltd | 密閉形鉛蓄電池の製造法 |
| JPH0249355A (ja) * | 1988-08-11 | 1990-02-19 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 密閉型鉛蓄電池の製造方法 |
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|---|---|
| JP2002093459A (ja) | 2002-03-29 |
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