JPH0432165A - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

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１ＩｊＩ
ｓＩＢガラス繊維を素材とするマット状セパレータ（カ
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
、ポータプル機器、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＠蓄電池のように極板
の周囲に電解液を配置できないなめ、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
の水素カ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
電ができなくなったり、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
１〜２１１２／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
（Ｓｉ　０２　・ｎ　Ｈ２０）であって、珪酸ソーダを
塩酸やＦｉＡ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か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５０〜４００ｎ２／Ｑ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集合し、多孔度９５％
前後のバルキーな粉体であり、比表面積が１００〜１５
０ｎ２／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１０〜５０　ｍ
”　／ａ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ｊａ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％羽金合金、鉛−アンチモン系合金として）−１，０
％５ｂ−０，２％Ａｓ　−０，１％９％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■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−次粒子が１０〜４０ミリミ
クロン、比表面積１００〜１５０１２／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
易に充填かできた。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
Ｍ４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。

第１表 第２表 次にＪ　Ｉ　Ｓ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ｒｆｌ！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−３ｂ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ｍ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ｈ−９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、ｈ−α系合金としてはｐｂ−０，３〜０．
１２％Ｃａ−０，３〜２．０％シが、ｐｂ−ｓｂ系合金
としてはＰｂ−５ｔ）０．５〜２．０％−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１〜２０
０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か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、１
０・・・孔あき樹脂板７、−１≧、 出願人　日本電池株式会社−２゛ 察　１　区

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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。