JPH06104005A - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池

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JPH06104005A
JPH06104005A JP4273603A JP27360392A JPH06104005A JP H06104005 A JPH06104005 A JP H06104005A JP 4273603 A JP4273603 A JP 4273603A JP 27360392 A JP27360392 A JP 27360392A JP H06104005 A JPH06104005 A JP H06104005A
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JP
Japan
Prior art keywords
battery
separator
electrode plate
powder material
powder
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Pending
Application number
JP4273603A
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English (en)
Inventor
Toshiaki Hayashi
俊明 林
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Japan Storage Battery Co Ltd
Original Assignee
Japan Storage Battery Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【目的】 低率放電性能、高率放電性能および寿命性能
を大幅に向上させた密閉形鉛蓄電池を提供する。 【構成】 電池容器内に極板とセパレータとが積層配置
された極板群を有し、充填状態においてセパレータより
孔径の大きい孔を有する粉体を極板群の周囲に充填し、
セパレータ、極板の孔内および該粉体に放電に必要かつ
充分な量の硫酸電解液を保持させた密閉形鉛蓄電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【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。
【0002】
【従来の技術とその課題】電池の充電中に発生する酸素
ガスを負極で吸収するいわゆる酸素サイクルを利用した
密閉形鉛蓄電池には、リテ−ナ式とゲル式の二種類があ
る。リテ−ナ式は正極板と負極板との間に微細ガラス繊
維を素材とするマット状セパレ−タ(ガラスセパレ−
タ)を挿入し、これで電池の充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−などの特徴を生かして、近年ポ−タブル
機器、コ−ドレス機器、コンピュ−タ−のバックアップ
電源をはじめ、大型の据置用電池や自動車のエンジン始
動用にも使用されるようになってきた。
【0003】しかし、ガラスセパレ−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、リテ−ナ式密閉形鉛蓄電池
は、実質的に正、負極板間に挿入したガラスセパレ−タ
に硫酸電解液を保持できるだけであるから電池の充放電
に関与できる電解液量が少なく、電解液が豊富に存在す
る開放形の一般的な鉛蓄電池に比べると電池容量、とく
に低率放電容量が劣るという欠点があった。
【0004】一方、ゲル式は硫酸電解液をコロイド状シ
リカや水ガラスによってゲル化した密閉形鉛蓄電池であ
るが、硫酸が離しょうしたり硫酸イオンの移動が悪いた
めに性能的にやはり問題があった。
【0005】そこでリテーナ式電池の上記欠点を解消す
るために、鉛蓄電池活物質に比して多孔度が高く比表面
積の大きな粉体を正極板と負極板との間にガラスセパレ
−タを挿入したリテーナ式電池の極板群の周囲に充填
し、この粉体に硫酸電解液を保持させた密閉形鉛蓄電池
が提案されている。このような構造の電池は低率放電に
おいて極板群の周囲に充填した粉体に保持された電解液
中の硫酸が放電反応に寄与して放電容量が大きくなると
いう利点がある。
【0006】我々はリテーナ式電池の極板群の周囲に粉
体を充填した構造の密閉形鉛蓄電池に適した粉体につい
て鋭意研究を進め、低率放電容量の向上だけでなく、高
率放電性能や寿命性能おも向上させる粉体を見いだし
た。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、低率、高率放
電性能および寿命性能に優れた密閉形鉛蓄電池を提供し
ようとするもので、その要旨とするところは電池容器内
に極板とセパレータとが積層配置された極板群を有し、
粉体を極板群の周囲に充填した構造の密閉形鉛蓄電池で
あって、該セパレータ、極板の孔内および該粉体に放電
に必要かつ充分な量の硫酸電解液を保持させた密閉形鉛
蓄電池において、充填状態において該セパレータより孔
径の大きい孔を有する粉体を極板群の周囲に充填するこ
とにある。
【0008】
【実施例】図1は本発明による密閉形鉛蓄電池を自動車
用電池に適用した場合の一実施例を示す概略図である。
図2は要部側面図である。図において、正極板1はアン
チモンフリーの鉛合金またはアンチモンを少量含む鉛合
金からなる格子に正極ペーストを充填した正極板であ
る。アンチモンフリーの鉛合金としては、Ca 0.05〜0.
12wt%、Sn 0.2 〜1.0 wt%を含む一般的な鉛カルシウ
ム系合金が使用できる。電解液保持体としてアンチモン
を吸着する特性がある含水二酸化珪素を使用すれば鉛ア
ンチモン系合金でもよい。鉛アンチモン合金のアンチモ
ン含有量としては Sb 0.7 〜2.0 wt%、とくに0.7 〜1.
5 重量%が好ましく、アンチモン以外の金属として砒素
As を 0.1〜0.3 wt%、錫 Sn を 0.01 〜0.5 wt%を添
加する。核化剤としてセレンSeやイオウS を極少量添加
すれば格子の鋳造性や耐食性を改善できる。
【0009】正極格子に充填する正極ペーストは鉛粉を
希硫酸と混練して調製する一般的なペーストも使用可能
であるが、正極板の化成性や電池性能の向上を図るため
には、鉛粉に鉛丹(Pb3 4 ) を混入するのが好まし
い。負極板2はアンチモフリーの鉛合金を用いた格子に
リグニンや硫酸バリウムなどの防縮剤を添加した通常の
負極ペーストを充填して製造する。負極格子の鉛合金は
Ca 0.05〜0.12wt%、Sn 0.001 〜0.5 wt%を含む一般
的な鉛カルシウム系合金が使用できる。上述した正極お
よび負極格子は鋳造したものや鉛合金シートを展開した
エキスパンド格子あるいは打ち抜き格子などいづれも使
用可能である。なお、ペーストを充填した極板は30〜50
℃の部屋で熟成してから使用する。正極板の熟成は電池
性能上とくに重要である。
【0010】3は正極板と負極板との間に挿入したセパ
レータである。本実施例では直径が1μm程度のガラス
繊維を湿式抄造して製造されたガラスゼパレータを用い
た。ここで用いるセパレータは耐酸性および耐酸化性を
有し、大きな多孔度と優れた保液性を有するものであれ
ばよく、本実施例で用いたガラスセパレータの他に、無
機繊維および、あるいは有機繊維および粉体との混抄品
であってもよい。また、セパレータの厚さは電槽に極板
群を挿入した状態で1mmとなるようにした。
【0011】上述した正極板、負極板およびセパレータ
とを積み重ね、正、負極板それぞれ別々に溶接して極板
群を作製し電槽4に挿入する。極板群を電槽に挿入する
際には正極板および負極板とセパレータとの密着性をよ
くするために極板群を強く圧迫する必要がある。極板群
を電槽に挿入したのち、セル間の接続を行う。図におい
て5はストラップ、6はセル間接続部、7は極柱であ
る。
【0012】上述したようにしてセル間を接続したの
ち、電槽4の上部から粉体13の一定量を各セルに供給
し、電池に振動を加えながら極板群の周囲に充填する。
極板群の周囲に充填する粉体には、充填した状態での孔
径分布の異なる3種類のシリカ粉体を用いた。すなわ
ち、ガラスセパレータの孔よりも大きな孔の割合がシリ
カ粉体の孔全体の50%であるシリカ粉体A、20%で
あるシリカ粉体Bおよびガラスセパレータの孔よりも大
きな孔を有さないシリカ粉体Cを用いた。
【0013】これら3種類の粉体はいずれも一次粒子径
が10〜40ミリミクロン、比表面積が150〜200
2 /gの含水二酸化硅素(SiO2 /nH2 O)の微
粒子が凝集して二次粒子を形成した顆粒状シリカ粉体
で、二次粒子径を調整することで、ガラスセパレータの
有する孔よりも大きな孔の量をコントロールすることが
できる。
【0014】これらのシリカ粉体を重力加速度2 〜4G、
振幅1 〜2mm の振動をかけて短時間で電槽内の極板群の
周囲に密に充填した。充填後の粉体はガラスセパレータ
に匹敵する90%近い多孔度を有している。粉体13の
充填量は、本実施例では図1に示したようにストラップ
5が埋没する高さまで充填できる量にしたが、極板群が
ちょうど粉体層に埋没するような量であればよい。
【0015】このようにして粉体を充填したのち、連続
気泡を有する耐酸性のプラスチックフォーム12を電槽
内壁に沿ってシリカ粉体の上面から挿入し、粉体13を
固定する。このプラスチックフォーム12は、粉体を固
定するという機能の他に、電池に注液する際や初充電中
あるいは使用時の充電で発生するガスを外部に逃がすこ
とができなければならないので、気体や液体は通過し粉
体は通過しない大きさの孔を有する耐酸性のある連続気
泡を有するものでなくてはならない。本実施例では発泡
フェノール樹脂を用いた。このようにしてプラスチック
フォーム12で粉体13を固定し、電槽ふたを電槽4に
溶着し、排気弁11をとりつけて電池ができあがる。9
は排気栓の装着口、10は排気栓である。
【0016】このようにしてガラスセパレータを用いて
正極板および負極板を積層配置した極板群の周囲に充填
する粉体の異なる3種類の電池(No.1〜3)を製作
した。あわせて、比較のために極板群の周囲に粉体を充
填していない従来のリテーナ式電池(No.4)も組み
立てた。
【0017】次に本発明による密閉形鉛蓄電池について
初期性能試験および寿命試験を行った結果について説明
する。試験に供した電池は12Vの自動車用密閉形鉛蓄電
池で、公称容量は25Ahである。表1に試験結果を示す。
なお、寿命試験は次の条件で行った。
【0018】 定電圧寿命試験条件:周囲温度 40℃ 放電 25A で4 分 充電 14.8V で10分(MAX 電流25A )
【0019】
【表1】
【0020】( ) 内は5 秒目電圧 電池1はガラスセパレータの孔よりも大きな孔の割合が
シリカ粉体全体の50%であるシリカ粉体を、電池2は
20%である粉体を極板群の周囲に充填した本発明品
で、電池3はガラスセパレータの孔よりも大きな孔は全
く有さないシリカ粉体を用いた電池である。
【0021】本実験例から明らかなように、本発明品1
および2は従来のリテーナ式電池4と比べ5時間率容
量、150A放電容量とも優れており、従来のリテーナ式よ
りも大幅に性能が向上した。これは本発明品1および2
はリテーナ式に比べ電解液を多く電池内に注入すること
ができ、電池の放電反応に有効に寄与できたためであ
る。 一方、電池3は本発明品1および2と同様に電解
液を多く電池内に注入することができたが、本発明品1
および2ほどの放電性能の向上は認められなかった。こ
れは本発明品1および2に用いたシリカ粉体はガラスセ
パレータの孔よりも大きな孔を有するために、このガラ
スセパレータよりも大きな孔内の電解液がガラスセパレ
ータの孔に吸収されて、ガラスセパレータ中に含まれる
電解液が多くなって放電性能が向上したのに対し、電池
3に用いたシリカ粉体にはガラスセパレータの孔よりも
大きな孔が全くないためにガラスセパレータ中の電解液
は従来のリテーナ式電池4とほとんど変わらず、シリカ
粉体中の電解液が放電反応に有効に利用されなかったも
のと考えられる。
【0022】寿命試験は上述した充放電を1サイクルと
して500サイクル毎にコールドクランキング電流(27
4A)で放電し、30秒目電圧が7.2Vに低下した時点を寿命
とした。その結果、本発明品1および2は従来のリテー
ナ式4に比べて2倍以上の優れた性能が得られた。
【0023】これは、本発明品1および2の寿命試験後
の電池重量減、すなわち電解液の減少量が多く、寿命試
験中の過充電によって電解液中の水が分解されて電池外
に放出されても、シリカ粉体中のガラスセパレータの孔
よりも大きな孔にに含まれる電解液がガラスセパレータ
に供給されて極板間の放電に必要な電解液量を維持する
ためであると考えられる。
【0024】寿命試験後に電池を解体して観察すると、
従来のガラスセパレータを用いた密閉形鉛蓄電池では正
極格子の腐食が著しく、正極板は原型をとどめないほど
に劣化していたのに対して、本発明品1、2および電池
3は充填した粉体によって極板がしっかりと固定されて
いるため、その変形はわずかであった。このようなこと
も本発明品の寿命性能が優れていた理由の1つであると
思われる。
【0025】
【発明の効果】上述したように本発明による密閉形鉛蓄
電池は、従来のリテーナ式電池の極板群の周囲に極板群
に用いたセパレータの孔よりも大きな孔を有する粉体を
充填配置することで従来のリテーナ式電池に比べ低率放
電性能、高率放電性能および寿命性能を大幅に向上させ
ることができた。さらに、従来のリテーナ式密閉鉛蓄電
池では極板群のストラップ部が露出しているので、電池
が高温で充放電されるような条件で使用されると、負極
ストラップ部で腐食が起こる場合があった。しかし、本
発明による密閉形鉛蓄電池では、極板群全体が粉体層あ
るいはプラスチックフォームに埋没しているためこのよ
うな使用条件下でも腐食が起こらないのは大きな利点の
1つである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による密閉形鉛蓄電池の概略図
【図2】本発明による密閉形鉛蓄電池の要部側面図
【符号の説明】
1 正極板 2 負極板 3 セパレータ 4 電槽 5 ストラップ 6 セル間接続部 7 極柱 8 電槽ふた 9 排気栓の装着口 10 排気栓 11 排気弁 12 プラスチックフォーム 13 粉体

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池容器内に極板とセパレータとが積層
    配置された極板群を有し、充填状態において該セパレー
    タより孔径の大きい孔を有する粉体を極板群の周囲に充
    填し、該セパレータ、極板の孔内および該粉体に放電に
    必要かつ充分な量の硫酸電解液を保持させたことを特徴
    とする密閉形鉛蓄電池。
JP4273603A 1992-09-16 1992-09-16 密閉形鉛蓄電池 Pending JPH06104005A (ja)

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