JPH04104476A

JPH04104476A - 密閉形鉛蓄電池

Info

Publication number: JPH04104476A
Application number: JP2221685A
Authority: JP
Inventors: Katsuo Kasai; 笠井　勝夫; Shigeru Sasabe; 笹部　繁; Kenjiro Kishimoto; 岸本　健二郎; Kiyoshi Koyama; 潔小山
Original assignee: Yuasa Corp; Yuasa Battery Corp
Current assignee: Yuasa Corp
Priority date: 1990-08-22
Filing date: 1990-08-22
Publication date: 1992-04-06
Anticipated expiration: 2013-10-30
Also published as: JP2817378B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、密閉形鉛蓄電池に関するものであり、特にそ
の高率放電性能の改良に関するもにである。

従来技術とその問題点密閉形鉛蓄電池の放電容量は、その極板群構成と電池中
の硫酸量により決定される。多くの場合、電池内の硫酸
量が多いほど、また極板表面が大きいほど、放電容量は
大きくなる。特に高率放電を行なう時にこの傾向は顕著
になる。

従って、従来、同一寸法の電池において、その高率放電
容量を増加させるためには濃度の高い電解液を使うか、
または、極板枚数を増やす方法が採られてきた。

しかし、電解液濃度をあまり高くすると電池寿命に悪影
響が現れる。また、負極板は、ある濃度以上の電解液中
では逆に容量が減少することが認められる。このため、
電解液濃度を無制限に高めることはできず、電解液濃度
を高くする方法では顕著な容量増加は期待できない。

一方、極板枚数を増やし、同一電流における極板上の電
流密度を小さくする方法は効果的であり、広く採用され
ている。ところが、この方法では、極板群の体積に占め
る隔離体の比率が増加し、正、負極板が薄くなり、また
活物質量が減少するので、電池の寿命に悪影嘗が現れる
。

更に、電池−個当たりの極板枚数が多くなれば、極板製
造工程及び電池組立において作業工数が多大となり、電
池の製造コストが−Ｊ二昇するという問題点がある。

発明の目的本発明は、上記問題点を解消したもので、密閉形鉛蓄電
池の寿命を短かくすることなく、また、製造工程を煩雑
にすることなく、高率放電容量の大きな密閉形鉛蓄電池
を提供することを目的とする。

即ち、本発明の主要な目的は、限定された寸法の中で高
率放電容量が良好な密閉形鉛蓄電池を提供することであ
り、そのための極板群の構成を与えるごとである。

発明の構成密閉形鉛蓄電池の容量は、正極板片面電流密度が０．１
Ａ／ｄｍ２程度の低率放電の場合には、主に電池内の全
硫酸量によって決定される。

方、同電流密度がＩＯＡ／ｄｍ２程度の高率放電の場合
には、主に正極板の微孔内に保持される硫酸量によって
決定される。

従って、同一の極板群の寸法内で、極板枚数を変えずに
高率放電の容量を増加させる為には、正極板に保持され
る硫酸量を増やす必要がある。

このためには、正極活物質の多孔度を高めると共に、正
極板を厚くする必要がある。しかし、正極板を厚くする
と、電解液の拡散が悪くなるため、無制限に正極板を厚
くすることばできない。

一方、負極板は通常、正極と同等以上の容量を与えられ
るように設計されている。負極の容量は、金属活物質量
と共に、高率放電時にば硫酸の負極板内への拡散速度に
よって左右される。

負極板の微孔の孔径は、−船釣に正極板のそれよりも大
きく、硫酸が拡散しやすい構造になっている。しかし、
電流密度が大きくなると拡散による硫酸の供給だけでは
不足となるため、予め負極板に保持される硫酸量を正極
板のそれに対しである比率以上とする必要がある。

本発明は、以上の通り、上記正極板内及び負極板内に保
持させる電解液量を規定したものである。

本発明は、二酸化鉛を主成分とする多孔性の正極板と、
金属鉛を主成分とする多孔性の負極板と、微細なガラス
繊維又は微細な高分子繊維又は微細なシリカ粉末を主成
分とする隔離体により構成される極板群の中に、ほとん
ど全ての電解液を保持させる構造の密閉形鉛蓄電池にお
いて、該極板群の厚みをＴ、該極板群を構成する正極板
の幅をＷ、該正極板の高さをＨとした時、Ｗ　Ｘ　ＨＸ
　Ｔで表される咳極板群の体積の２０％以上に相当する
体積の電解液を正極板の中に保持させる密閉形鉛蓄電池
である。

更に、本発明は、上記密閉形鉛蓄電池において、正極板
内に保持される電解液の体積の７５％以上に相当する体
積の電解液を、負極板内に保持させたものである。

更に本発明は、上記密閉形鉛蓄電池において、正極板の
厚みを、５．８ｍｍ以下にしたものである実施例極板群の寸法が同一の場合、その密閉形鉛蓄電池の高率
放電容量は、■電解液の極板群内の分布状態及び■極板
の厚みにより決定される。

以下、三つの実験データを基に本発明の詳細な説明する
。

先づ、第１表に正極板、負極板及びセパレータで構成さ
れ、極板群の寸法が異なる現行の３種類の密閉形鉛蓄電
池Ａ、Ｂ、Ｃの極板群構造を示す。

以下余白第　　１　　表次に、上記電池Ａ、Ｂ、Ｃの極板群の高さ（Ｉ］）と巾
（Ｗ）を変えることな（、正、負極板の厚み、活物質外
比及びセパレークの厚みを変更して、それぞれ電池を試
作した。

（実施例１）上記の極板群の構成を変えた複数の電池を用いて、正極
板の単位表面積当たりの電流が一定になるように放電々
流をそれぞれの電池に対して定め、容量試験を行なった
。但し、用いた電池の構成は、正極板に保持される電解
液の体積に対する負極板に保持される電解液の比を０．
８以上として、正極板の厚さを３．４０ｍｍから５．０
０ｍｍとした。また、電池の寿命を考えて正極活物質の
外比を３．１０から３．３５の範囲とした。

第１図は、正極に保持される電解液の体積と極板群の体
積（ＨｘＷｘＴ）の比ｔと、各電流密度ｉ　　（Ａ／ｄ
ｍ２）での電池の容量を極板群の体積で除した数値との
関係図である。なお、正極に保持される電解液の体積に
は、電池解体直後の正極板の総重量と、正極板を水洗・
乾燥した後の総重量との差を、電解液比重で除した数イ
直を当てはめた。

この第１図において、ある電流密度ｉにおけるｔ値と容
量密度の関係を示す曲線は、多数の電池の試験結果をグ
ラフ上にプロットした点の、ｔ（ｉが０．１００から０
．２８５迄の範囲でのｔ値を変数とする２次の回帰曲線
である。

なお、この曲線を基に計算される２次回帰からのズレの
標準偏差は、実施例のすべての電流密度ｉの値に対して
、そのｉ値での容量密度の平均値に対して１．２％未満
であった。

第１図において、電流密度ｉのそれぞれの値に対して描
かれる２次曲線の傾きを見ると、を−０，２０付近で曲
線の傾きの割合が急速に変わっていることがわかる。第
２図は回帰曲線の傾きの変化を示す回であり、横軸にも
、縦軸に次の式で示す数値Ｚをとり、（ｔ、ｚ）をプロ
ットしたものである。

ｚ　（ｔ’）　＝如く、ｔ、＝０．２１付近でＺが急激に減少し始める。

従って、正極板の電流密度ｉが７．８５Ａ　／　６ｍ２
以上の場合、ｔ　＜０．２１の領域でばＬの増加に伴な
い容量密度が増加し、ｔ　＝０．２０付近を境に容量密
度の増加は小さくなるか、ほとんど無くなることがわか
る。

ところで現行の密閉形鉛蓄電池ではｔは大きくてせいぜ
い０．１７５であり、例えばｔ　＝０．２１である本実
施例の密閉形鉛蓄電池の容量密度は、現行品に比べて１
１〜１４％増加している。第２表に電流密度におけるｔ
値に対する容量密度の比較を示す。

第２表１＝１”−０，００５における回帰曲線の傾き即ち、Ｚ
は微小区間における回帰曲線の傾きの比を表わすもので
ある。第２図から明らかな第２表から明らかな如く、ｔ
　＞０．２０とすれば高率放電での容量密度を増ｊＪｔ
ｌさせることができる。

即ち、極板群の体積（ＷｘＨｘＴ）の体積の２０％以上
に相当する体積の電解液を正極板の中に保持させること
により、高率放電での容量密度を増ガロさせることがで
きる。

（実施例２）次に電池の負極板の影響を与える。正極板の電解液保持
量（体積）に対する負極板の電解液保持量（体積）の比
率ｒを０，６５から１．１５まで変化させるように負極
板活物質外比と負極１反厚みを変えて密閉形鉛蓄電池を
試作した。これらの試作電池の正極板とｒ値は全て同一
とし、電解液はそれぞれの電池の極板群に過不足なく吸
収される量を注入した。前記３機種の電池Ａ−Ｂ・Ｃの
それぞれのｒと容量密度との関係を第３表に示す。なお
、容量密度は、ｒ　＝０．９０の容量密度を１００とし
た指数で表した。また、を−０，２１５、ｉ　＝１１．
７８の条件で実験を行なった。

第３表第３表及び第３図から明らかな如く、ｒ値が０．７０か
ら０．８０の間で容量の増加の割合が象、Ｇこ小さくな
り、ｒ≧０．８５では電池容量に大きな変化はない。逆
にｒ　＜０．７０でばｒの減少に伴い電池容量も低下し
ており、負極によって電池容量が制限されることを示し
ている。

従って、高率放電においては、正極板の電解液保持量に
対する負極板の電解液保持量の比率が０．７５程度、あ
るいはそれ以上なければ、正極の容量を十分に活用でき
ないことがわかる。

以上の実施例１及び２から、高率放電時の容量密度を向
上させるためには、極板群の体積の２０％以上に相当す
る体積の電解液を正極板の中に保持させると共に、正極
板内に保持される電解液の体積の７５％以上に相当する
体積の電解液を、負極板内に保持させた構造の極板群と
しなければならないことが明らかになった。

（実施例３）一般に密閉形鉛蓄電池は、極板内部の活物質に電解液中
の硫酸根やプロトンが供給されて放電を持続するので、
これらの物質の拡散が不足すると電池容量の限界となる
。電解液成分の供給は、放電反応の場所が極板表面から
離れているほど緩やかになるので、正極板の厚みを２倍
にしても、その容量は２倍にはならない。その影響を定
量的に把握するために、現行の前記密閉形鉛蓄電池Ａを
基に、を値及びｒ値を変えずに、正極板及びその他の極
板群構成部品の厚みだけを変えた複数の電池を試作し、
正極板厚みと容量密度の関係を調べた。その結果を第４
表に示す。

第４表第４表から明らかな如く、確かに正極板が厚くなると容
量密度は小さくなるが、その程度は厚みが５．２０柵か
ら５．８０ｍｍの間で変化し、５．８０ｍｍ以上の厚い
正極板を使用した電池では、容量密度が象、に小さくな
る。これらの結果から、正極板の厚みを５．８ｍｍ以上
ずべきではないことがわかる。

一方、極板を薄＜シよ・うとすると、現在の生産技術で
は限界があり、また電池の寿命を短くする可能性も出て
くる。しかし、これらの問題は、電池の電解液分布によ
るものではなく、将来の生産技術や格子体の合金の改良
等によって解決される問題であり、正極板の厚さの下限
は本発明において設定されない。

以上、実施例１から実施例３をまとめるために、前記密
閉形鉛蓄電池Ａについて、本発明に基づく改良品Ａ１、
現行品Ａ２及び比較例としてその正極板厚みを５．８胴
以上とした電池Ａ３、ｒ値を０．７５以下にした電池Ａ
４をそれぞれ試作し、容量密度を測定した。その結果を
第５表及び第６表にに示す。

第表第表第５表及び第６表から明らかな如く、本発明による密閉
形鉛蓄電池は、高率放電時の極板群％増加しており、し
かも、その傾向は、電流密度が高くなるほど、しだいに
顕著になってくる。

発明の効果以上に述べた如く、本発明による密閉形鉛蓄電池は、従
来の電池に比べ、与えられた極板群の寸法（ＨｌＷ、Ｔ
）内で極板枚数を増やすことなく、また、電解液濃度を
高くすることなく、高率放電容量を１１％以上増加させ
、かつ、活物質の軟化による寿命の短縮を招くような外
用の小さい正極板活物質を使用せずに上記の利点を得る
ことができる。これらの点で、本発明による密閉形鉛蓄
電池は、従来の電池より優れており、その工業的価値は
大きいものである。４、

【図面の簡単な説明】

第１図は正極に保持される電解液の体積と極板群の体積
の比もと、各電流密度１での電池の容量密度との関係図
、第２図は回帰曲線の傾きの変化を示す図である。

Claims

【特許請求の範囲】１）二酸化鉛を主成分とする多孔性の正極板と、金属鉛
を主成分とする多孔性の負極板と、微細なガラス繊維又
は微細な高分子繊維又は微細なシリカ粉末を主成分とす
る隔離体により構成される極板群の中に、ほとんど全て
の電解液を保持させる構造の密閉形鉛蓄電池において、
該極板群の厚みをＴ、該極板群を構成する正極板の幅を
Ｗ、該正極板の高さをＨとした時、Ｗ×Ｈ×Ｔで表わさ
れる該極板群の体積の２０％以上に相当する体積の電解
液を正極板の中に保持させることを特徴とする密閉形鉛
蓄電池。２）正極板内に保持される電解液の体積の７５％以上に
相当する体積の電解液を、負極板内に保持させたことを
特徴とする請求項１記載の密閉形鉛蓄電池。３）正極板の厚みが、５．８ｍｍ以下であることを特徴
とする請求項１記載の密閉形鉛蓄電池。