JPH0628169B2 - 密閉形鉛蓄電池 - Google Patents

密閉形鉛蓄電池

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JPH0628169B2
JPH0628169B2 JP62053696A JP5369687A JPH0628169B2 JP H0628169 B2 JPH0628169 B2 JP H0628169B2 JP 62053696 A JP62053696 A JP 62053696A JP 5369687 A JP5369687 A JP 5369687A JP H0628169 B2 JPH0628169 B2 JP H0628169B2
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battery
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邦雄 米津
正温 坪田
英治 岡本
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Japan Storage Battery Co Ltd
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Japan Storage Battery Co Ltd
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06Lead-acid accumulators
    • H01M10/08Selection of materials as electrolytes
    • H01M10/10Immobilising of electrolyte
    • 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
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    • Y02E60/10Energy storage using batteries
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    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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。
従来の技術とその問題点 酸素ガスと負極板とを反応させる密閉形鉛蓄電池は用途
の多様化に伴って、急放電の負荷で使用される大型のも
のも多くなってきた。
密閉形鉛蓄電池は、シリカを5〜15重量パーセント含む
ゲル状電解液を用いたゲル式と、直径1.0ミクロン以下
の細いガラス繊維からなるマット状セパレータを用いた
リテーナ式とが一般的である。
なお、この二つの方法は、いずれも電解液を非流動化す
るものであるが、リテーナ式電池は原則として極板群に
電解液を含浸、保持させて流動電解液を無くしたもので
あり、ゲル式電池は極板間および極板群側部の空間の全
体に電解液をゲル状にして充填したものである。
ゲル式電池の場合には、ゲル状電解液の硫酸イオンの拡
散速度が低くて急放電特性が劣り、リテーナ式の場合に
は充放電サイクルの繰返しで電解液の硫酸濃度を上部で
低く下部で高いという現象(これを成層化と呼ぶ)のた
めに正極板の劣化が早いという問題があった。
従来の密閉形鉛蓄電池の第2の問題は過放電によって極
板群に含浸している電解液のpHが高くなって鉛が溶解
し、極板間に短絡が生じることである。この問題は電解
液が非流動化されているとともに液式電池のそれより少
量であるという、密閉形電池に特有のものである。この
短絡の問題は、単にセパレータとして保液性の多孔板、
例えば細いガラス繊維からなるマットを用いてリテーナ
式の構成としセル内にゲル状電解液を充填しただけでは
解決しない。これはシリカ濃度の高いゲル状電解液では
極板群内の硫酸濃度が低くなっても硫酸の移動速度が小
さくて極板群側部からの硫酸の補給が期待できないから
である。これらの欠点を解消するために、リテーナ式電
池で極板群にシリカを1〜7重量パーセント含んだ電解
液を吸収、保持させること、および電解液面高さを極板
高さの1/2ないし1/10とすることが提案されてい
る。
しかし、電解液を極板群に含浸させたリテーナ式電池に
おいて、電解液にシリカを1〜7重量パーセント含ませ
ても、電解液の成層化は改善されるが、過放電での短絡
の発生は改善されない。また、電解液面高さを極板高さ
の1/2ないし1/10として、極板群の周囲に流動する
電解液を存在させると、過放電での短絡の発生は改善さ
れるが、電解液の成層化は改善されず、さらに充放電で
正極活物質が軟化、脱落して短寿命になるという問題点
があった。
問題点を解決するための手段 本発明は正極板と負極板と、これらの極板と密着して接
する細いガラス繊維を主体とするマット状セパレータと
からなる極板群にシリカ微粒子を2.0〜5.0重量パーセン
ト添加し柔らかいゲル状とした電解液を保持させるとと
もに、セパレータに保持された電解液とほぼ同じシリカ
濃度のゲル状電解液を極板群の側部の一部に存在させて
セル内に自由に流動する電解液を無くすることによっ
て、酸素ガスと負極板とを反応させる密閉形鉛蓄電池の
前述の問題を解決したものである。
作用 本発明になる密閉形鉛蓄電池ではセパレータは細いガラ
ス繊維を主体とするマット状であり、電解液の大部分は
極板群に含浸,保持させてある。したがって自由に流動
する電解液は実質的に無く、漏液や酸霧の発生は起きな
い。また通常の密閉電池と同様に、正極板から発生する
酸素ガスは極板の周囲およびセパレータ内の空隙を通っ
て負極板と接し、これと反応するので、酸素サイクルの
密閉反応は円滑に進行する。さらに放電性能に対して
は、セパレータの抵抗が小さいことおよびこれに含浸,
保持されている電解液が固いゲルとはなっておらず、急
放電性能はリテーナ式密閉鉛蓄電池とほとんど同じで優
れている。その上、電解液がゲル状であるので、充放電
中に電解液に濃度差を生じても成層化を生じ難く、充放
電サイクル寿命が優れている。
さらに電解液が成層化した場合には極板群側部の上下方
向に連続するガス空間の通路によって、上下で水蒸気圧
差を生じ上部から蒸発した水蒸気が下部に吸収されるの
で成層化はすみやかに解消する。また、電池が過放電を
受けて極板群に含浸している電解液の硫酸が消費した場
合には極板群と接するゲル状の電解液部から硫酸が補給
され、短絡を防ぐ。すなわち、本発明は従来の密閉電池
の最も重要な成層化と過放電での短絡という二つの問題
点をはじめて解決する手段を提供するものである。
実施例 本発明をその実施例を示す第1図によって説明する。
1は正極板、2は負極板でこれらに用いられている格子
は負極板の水素過電圧を低下させる元素すなわちアンチ
モンを実質的に含んでいない。3はセパレータで、平均
直径1ミクロン以下の細いガラス繊維を少量の熱可塑性
プラスチック繊維、またはブラスチック接着剤などによ
って結合した、親水性と保液性に優れたマット状体であ
る。4は正極の導電体、5は負極の導電体、6は電槽で
その蓋には弁7が装備されており、1,2および3から
なる極板群とこれに含浸された電解液からなる発電要素
を収納している。電解液には平均直径20ミリミクロン以
下のシリカ微粒子を2.0〜5.0重量パーセント添加されて
いる。このシリカ微粒子はセパレータよりも極板の活物
質の方が孔径が小さいために濾過現象によって、セパレ
ータ内に高濃度、活物質層内に低濃度で存在している。
8は極板群側部のガス空間の通路で、極板の上端から下
端に至るまで連続している。9は電解液であり極板群と
接しており、セパレータに含浸される電解液とほぼ同じ
シリカ濃度を有し、粘度は高くなっている。
つぎに本発明になる鉛蓄電池の急放電性能および充放電
サイクル寿命性能を、従来形密閉鉛蓄電池と比較試験し
た結果を第1表に示す。
セパレータとしては、リテーナ式電池で一般的な、平均
直径1ミクロン以下の極細ガラス繊維からなるマット
と、ゲル式電池で一般的な波付パルプセパレータとを用
いて電池を試作した。電解液へ添加したシリカ粒子は、
平均直径10ミリミクロンの微粉末である。急放電は電池
の10時間率(HR)放電容量の数値(C)の10倍の電
流、すなわち10Cアンペア放電とした。サイクル寿命試
験は1Cアンペアで端子電圧1.5V/セルまでの放電と
2.4/セルで5時間(H)の充電とを繰返した。寿命は
初期の放電容量に対して60%となった時のサイクル数と
した。なお、急放電性能とサイクル寿命とはそれぞれ比
率で示した。
また、表に示したNO.1,NO.4,NO.5およびNO.8の電
池と同じ内容の電池を別に試作した。この電池には、極
板の上端部と下端部とに電解液濃度センサーを設けて、
サイクル寿命試験と同じ条件で充放電を行って、極板上
下の比重に換算した電解液濃度差を求めた。その結果を
第2図に示す。
表から明らかなように、従来形ゲル式電池NO.8は急放
電性能が劣り、寿命性能もあまり優れてはいない。従来
形リテーナ式電池NO.1は急放電性能は充分に良好であ
るがサイクル寿命が劣っている。従来形リテーナ式の構
成で電解液のみをゲル式と同じような内容とした電池N
O.7は、従来形ゲル式電池と同様な傾向の特性を示す。
これに対し、従来形リテーナ式の構成で、電解液にシリ
カ微粒子を2.0〜5.0重量パーセント添加して存在させる
とともに極板群の側部に極板の上下方向に連続するガス
空間の通路を設けた電池NO.3,NO.5およびNO.6は、
急放電性能はリテーナ式電池NO.1とほぼ同等であり、
寿命性能は各段に優れている。
また第2図から従来形の希硫酸そのものを極板群に含
浸、保持させているNO.1の電池では、成層化がかなり
早期に生じているが、本発明になる電池NO.5は成層化
はあまり顕著に起きていないことが判る。
シリカと希硫酸とからなるゲル状電解液は機械的な刺激
でゾル状となる、いわゆる揺変性を有することはよく知
られている。シリカ量が2重量パーセント未満のゲルで
は小さな刺激でもゾル化し流動性となる。したがって本
発明になる電池では極板群の外部にも電解液が存在する
ので、電解液を漏液させないためにシリカ量は2%以上
とすることが必要である。
極板群の側部に設けた、極板の上下方向に連続するガス
空間の通路は、電槽側壁の内側と極板側部とに間隙を生
じるように極板幅を小さくするとともに、その形成され
た空間に多孔体を配さず、電解液量を適正に選択ししか
もゾル状のときに極板群を収納した電槽内に注入するこ
とで実現することができる。逆に言うと、リテーナ式電
池であっても電槽内側部に空間ができないような寸法の
電槽と極板群とを用いたり、シリカ粉末を希硫酸に添
加、攪拌したゾルを用いたりまたゲル状電解液を入れた
電槽内に極板群を強挿したりしても、極板群の側部に極
板の上下方向に連続するガス空間の通路は形成されない
ことになる。
電解液をゲル化する方法としては、平均直径20ミリミク
ロン以下のシリカ微粒子を希硫酸に添加して懸濁させる
方法と、水にシリカ微粒子を懸濁させたコロイダルシリ
カに希硫酸を添加して攪拌しゾルとする方法とがある。
前者ではシリカの粒子が凝集して大きい場合が多く、電
解液をセル内に注入したときに液体成分だけが極板やセ
パレータに含浸されて上部にシリカ粒子が残るので好ま
しくない。後者ではゾル状電解液を極板群を収納したセ
ル内に注入すれば、微細なシリカ粒子はセパレータで濾
過されないので、セパレータと極板群側部の一部とにほ
ぼ同濃度のシリカを含ませることができ、好ましい。
発明の効果 本発明は急放電を要する負荷に対して用いられる大型の
密閉鉛蓄電池の放電性能および寿命性能を向上させたも
のである。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明密閉形鉛蓄電池の一実施例を示す断面
図、第2図は本発明電池と従来形電池とを充放電したと
きに生じる成層化を比較した特性図である。 1……正極板、2……負極板、3……セパレータ、6…
…電槽、7……弁、8……ガス空間の通路、9……電解

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】正極板と負極板と、これらの極板と密着し
    て接する細いガラス繊維を主体とするマット状セパレー
    タとからなる極板群に、シリカ微粒子を2.0〜5.0重量パ
    ーセント添加し柔らかいゲル状とした電解液を保持させ
    るとともに、セパレータに保持された電解液とほぼ同じ
    シリカ濃度のゲル状電解液を極板群の側部の一部に存在
    させてセル内に自由に流動する電解液を無くした発電要
    素を弁を装備した電槽からなる閉空間内に収納したこと
    を特徴とする、酸素ガスと負極板とを反応させる密閉形
    鉛蓄電池。
JP62053696A 1987-03-09 1987-03-09 密閉形鉛蓄電池 Expired - Lifetime JPH0628169B2 (ja)

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