JPH1140133A

JPH1140133A - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JPH1140133A
Application number: JP9188473A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Fujita; 賢一藤田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-07-14
Filing date: 1997-07-14
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】放電により析出する硫酸鉛による(1)各電極
の電気抵抗増加を防止又は抑制し、(2)充放電を停止さ
せない鉛蓄電池を提供する。【解決手段】陽極１又は陰極２に張り合わせるリテー
ナに全域が略等電位となる導電性リテーナ３を用いた鉛
蓄電池４であり、導電性リテーナ３の主材料としてカー
ボン繊維の集合体を用いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池の充電特
性及び放電特性の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の鉛蓄電池の多くは、電解液(H₂S
O₄)中に陽極(PbO₂)及び陰極(Pb)を没入し、両極間で起
電反応を発生させて電気を得る。通常、陽極及び陰極を
構成するペースト式電極は、アンチモン、錫を含む鉛合
金からなる格子に、リサージと呼ばれる酸化鉛を含むペ
ーストを塗り固めて形成する。このペースト式電極に
は、電解液保持及びペースト保持の目的で、リテーナと
呼ばれるガラスマットを張り合わせ、対面するリテーナ
同士又はリテーナと他の電極との間にセパレータ(絶縁
体)を介装するのが通例である。リテーナは、ガラス繊
維をプラスチックで被覆したものが広く利用されてい
る。現在増加傾向にある密閉構造のシール形電池ではペ
ースト式電極が標準であるため、リテーナは重要な構成
部材である。セパレータは、イオン透過性を持ち、化学
的安定性を有するものが適当とされ、微孔ゴム、プラス
チック強化紙繊維、微孔ポリオレフィンや焼結塩化ビニ
ルが用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような鉛蓄電池に
おいては、放電により各電極に硫酸鉛(PbSO₄)が析出す
る。この硫酸鉛の析出は、放電時に付随して必然的に生
ずるもので、鉛蓄電池の通常の使用状態だけでなく、自
然放電時にも硫酸鉛の析出は生じている。この硫酸鉛は
不溶性で、鉛蓄電池を充電する際には可逆的に分解され
るが、充放電を繰り返すことにより蓄積していき、その
析出量に比例して各電極における電気抵抗を増加させる
だけでなく、一定限度を超えると充放電そのものを停止
させる原因となっている。本発明者らは、この充電時間
及び放電時間の短縮という問題について、電解液にカー
ボンコロイドを用いる解決策を先に提示している(特開
平09-45379号)。

【０００４】充電時間及び放電時間の短縮という問題に
ついて別のアプローチを示せば、電極に析出する硫酸鉛
を抑制するという対策を挙げることができる。これは、
一般的に電極を改良し、硫酸鉛の生成を抑制又は生成し
た硫酸鉛の影響を各電極が受けないようにする態様で示
されている(特開昭62-281270号、特開昭63-248056号、
特開昭63-248057号、特開平03-203158号、特開平05-343
049号等)。

【０００５】このように、硫酸鉛の生成を防止できなく
ても、生成した硫酸鉛の影響が小さくなれば、(1)各電
極の電気抵抗増加を防止又は抑制でき、(2)充放電を停
止させずに済み、結果として鉛蓄電池としての充放電特
性を改善できる。そこで、硫酸鉛の生成を前提として、
前記(1)(2)の要件を満たすような構造を有する鉛蓄電池
を開発するべく、特に電極周りの構造について検討する
こととした。

【０００６】

【課題を解決するための手段】検討の結果、陽極又は陰
極に張り合わせるリテーナに全域が略等電位となる導電
性リテーナを用いた鉛蓄電池を開発した。導電性リテー
ナの主材料としてカーボン繊維の集合体を用いるとよ
い。具体的には、カーボン繊維の集合体をカーボン繊維
からなる不織布若しくは織布又はこれらの積層体とし
た。

【０００７】本発明の鉛蓄電池は、陽極又は陰極に張り
合わせるリテーナに、全域が略等電位となるような導電
性を付与したことで、この導電性リテーナを一体として
電極と略同電位にし、各電極の実質的な面積を増加させ
ると共に、従来電極に析出していた硫酸鉛を導電性リテ
ーナにも振り分け、結果として各電極に析出する硫酸鉛
の割合を低下させることで、鉛蓄電池としての充放電特
性を改善する。

【０００８】導電性リテーナは、基本的にはペースト式
電極に張り付けることになるが、実質的な電極面積拡大
と電極への硫酸鉛の析出割合を抑える目的から、その他
の構造を有する電極にも適用可能である。また、この導
電性リテーナは、陽極又は陰極のいずれか一方にのみ張
り付け、導電性リテーナと対面する電極との間にセパレ
ータを介装するほか、両電極に等しく張り付けて、導電
性リテーナの間にセパレータを介装してもよい。

【０００９】本発明における導電性リテーナには、リテ
ーナ本来の目的である(1)各電極のペースト保持、(2)電
解液保持のほか、(3)耐酸性、(4)導電性、を有すれば材
料の種類、構造は問わない。しかし、前記(3)(4)を兼ね
備え、更に(5)低コストであるという観点から、カーボ
ン繊維の集合体を主材料とした導電性リテーナが好まし
いのである。このカーボン繊維のほか、ガラス状カーボ
ンも利用可能であるが、入手のし易さ等の観点から、カ
ーボン繊維による不織布若しくは織布又はこれらの積層
体、例えばカーボンフェルトを導電性リテーナとするの
がよい。

【００１０】カーボンフェルトからなる導電性リテーナ
は、上記(1)〜(4)の要件を全て良好に満たす。しかも、
カーボン繊維間の隙間が多くあるために表面積が多くな
り、硫酸鉛の析出範囲をより拡げて電極に析出する硫酸
鉛の割合をより抑制する。また、前記隙間が適度な通水
性を実現し、電極と電解液との接触も十分に確保でき
る。更に、安価かつ容易に入手できるから、本発明によ
る鉛蓄電池の製造コストを抑制することもできる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態につい
て、図を参照しながら説明する。図１はペースト式電極
からなる陽極１及び陰極２それぞれに等しくカーボンフ
ェルトからなる導電性リテーナ３を張り付けた構造の鉛
蓄電池４を表した斜視図であり、図２は放電中の状態を
表した図１中Ａ部拡大断面図である。本例は、電解液に
は硫酸、陽極１は二酸化鉛、陰極２には鉛を用いて、約
２Ｖの起電力を出力する鉛蓄電池４である。なお、図１
中、電解液、電槽等の他構成品は省略している。

【００１２】図１に見られる鉛蓄電池４では、陽極１及
び陰極２の対向する面に、各電極１,２にほぼ等しい大
きさのカーボンフェルトを張り付けて、ペーストの保
持、電解液の保持を担う導電性リテーナ３とし、絶縁紙
からなるセパレータ５は各導電性リテーナ３,３の間に
介装している。導電性リテーナ３は各電極１,２と略同
電位となり、陽極１及び陰極２の実質的な面積を拡大す
る。これにより、放電時に析出する硫酸鉛６は、図２に
見られるように、各電極１,２だけでなく導電性リテー
ナ３にも析出する。このように、従来各電極１,２に集
中して析出していた硫酸鉛６が分散して析出することか
らも、本発明が硫酸鉛６による電極１,２への影響を低
減して、充放電特性を大きく改善することがわかる。

【００１３】図３はペースト式電極からなる陽極１にの
みカーボンフェルトからなる導電性リテーナ３を張り付
けた構造の鉛蓄電池４を表した斜視図である。電解液、
各電極の構成は図１のものと同様である。なお、図３
中、電解液、電槽等の他構成品は省略している。上述の
例と異なる点は、電極１,２間の間隔をほぼ同一としな
がら、導電性リテーナ３を陽極１にのみ張り付けた点で
あり、導電性リテーナ３は厚く、当然表面積も増大して
いる。このため、厚さに比例した電気抵抗の増加も想定
されるが、表面積の増大に伴う硫酸鉛の析出がより広範
囲に分散される結果、本発明の充放電特性の改善をより
実効的にする。

【００１４】

【実施例】次に、上述の図１に表した構造の鉛蓄電池を
用い、実際に充放電特性を測定した結果を説明する。試
験材料として古河電池社製FB12N5-3Bを採り上げ、比較
例ではそのまま、実施例ではこの鉛蓄電池に用いられて
いるガラスマット製リテーナをドナック社製低級GPグレ
ードからなるカーボンフェルトに置き換えて使用した。
試験では、充電時間を90分として、充電電流0.50Ａ、0.
75Ａ、1.00Ａ、1.50Ａ、そして2.00Ａにおける充電終了
時の充電電圧Ｖと、放電電流0.50Ａにおける放電時間
(放電電圧が急激に落ち込むまでの時間)分とを測定し
た。図４は実施例の充放電特性のグラフ、図５は比較例
の充放電特性のグラフであり、表１は実施例及び比較例
の測定結果をまとめた表である。但し、比較例において
充電電流＝1.50Ａでは充電時間約25分、2.00Ａでは約24
分にて充電ができなくなったので、その時点から放電を
開始した。

【００１５】

【表１】

【００１６】充電時間が等しければ、充電終了時の充電
電圧が高いほどより多くの電気エネルギーを蓄積でき、
放電時間が長いほど蓄積した前記電気エネルギーを無駄
なく放出できると言える。すなわち、充電終了時の充電
電圧が高く、放電時間が長いほど優秀な鉛蓄電池と呼ぶ
ことができる。この観点から試験結果を比較すると、図
４と図５の比較並びに表１から明らかなように、充電電
流0.50〜1.00Ａの範囲では、実施例の充電終了時におけ
る充電電圧はいずれも比較例のそれに比べて0.1Ｖ程度
高く、特に放電時間が最大30分ほど延長されていること
から、充放電特性が改善されていることがわかる。

【００１７】とりわけ目を引くのは、充電電流1.50Ａ以
上の場合である。比較例では、25分程度で充電できなく
なり、不十分な充電状態から放電したためか、充電電流
1.50Ａでは放電時間26分、同2.00Ａでは放電時間34分
と、大幅に性能劣化を示す結果となった。これに対し、
本発明による実施例では、規定の90分という充電時間の
間何ら問題が生じなかったばかりか、充電電圧は充電電
流に比例して向上し、従来に比べてより高い電気エネル
ギーの蓄積が可能なことを示唆している。また、充電電
流1.50Ａ及び2.00Ａのいずれにおいても放電時間300分
と、大幅に放電特性が改善されている。これらは、充放
電に関わる電気エネルギーが高いほど本発明の効果が表
れることを示しており、裏返せば、本発明によりこれま
で見られなかったより高性能の鉛蓄電池の提供を可能に
することを意味している。

【００１８】本発明の鉛蓄電池の性能向上を別の面から
確認するために、上記実施例について充放電を繰り返
し、充放電特性(放電時間)の変化を測定することとし
た。充電電流は1.50Ａ、充電時間は60分、放電電流は1.
00Ａである。図６は上記実施例の充放電回数に対する充
放電特性のグラフである。この試験から、本発明の鉛蓄
電池が1.50Ａという高電流で繰り返し充電が可能であ
り、しかも得られる充放電特性は従来の鉛蓄電池に比べ
て高く、充放電回数が増えてもほぼ一定であることがわ
かる。記述したように、実施例と同構成である比較例の
鉛蓄電池は、1.50Ａ以上の充電が難しく、著しく充放電
特性を低下させている(図４及び表１参照)。このよう
に、この試験結果は、本発明の鉛蓄電池が特筆すべき充
放電特性を有することを如実に物語っているのである。

【００１９】本発明者らは、先に電解液の改善により鉛
蓄電池の性能向上を図る提案をしている(特開平09-4537
9号)。そこで、本発明と前記発明との組合せにより、更
なる鉛蓄電池の向上が図れるのではないかとの考察のも
と、上記実施例及び比較例で試用した鉛蓄電池の電解液
中に遠光インターナショナル社製αホロンブラックCB10
3を注入し、各充放電特性を測定した。その測定結果を
まとめたものを表２に示す。充電時間は共に60分とし、
従来例では充電電流を2.00Ａ、実施例では1.50Ａとし
た。

【００２０】

【表２】

【００２１】比較例では、高い電気エネルギーを蓄積す
るために充電電流を2.00Ａとしたのであるが、αホロン
無添加では約17分、電圧2.42Ｖで充電ができなくなり、
放電時間も40分と短かくなってしまった。しかし、αホ
ロンを添加すると、規定の60分の充電を電圧も2.44Ｖで
終え、放電時間は126分となり、約80分延長することが
できた。これがαホロンの効果である。これに対し、実
施例ではαホロンの添加の有無を問わず、規定60分の充
電が可能であった。また、αホロン無添加で充電終了時
の電圧が2.39Ｖ、放電時間が151分であったものが、α
ホロンを添加すると前記電圧が2.66Ｖと増加し、放電時
間に至っては299分と、約150分もの延長を図ることがで
きた。特に放電時間の延長時間は、比較例のそれに比べ
て約２倍であり、本発明とαホロンとの相乗効果が現れ
たものと考えられる。ましてや、充電電流が比較例に比
べて実施例を低くしたことをも考え合わせれば、本発明
がいかに効果的な充放電特性の改善をもたらすかが確認
できたと言える。

【００２２】

【発明の効果】本発明により、鉛蓄電池の充放電特性を
改善し、従来に比べて長時間使用可能な鉛蓄電池を提供
できるようになる。充放電特性の改善は、充電及び放電
の繰り返しによる電極の劣化を抑制し、二次電池として
の鉛蓄電池の充電回数を向上させる効果を生み出す。こ
のような本発明の鉛蓄電池は、構成的には従来のものと
変わらず、生産設備や取扱いの変更を要しないことか
ら、本発明による鉛蓄電池は、従来と変わらぬ低コスト
でより高性能を提供し、しかもその高性能を容易に取り
扱えるようにしたものと言える。

【００２３】更に、本発明者らが先に提案したカーボン
コロイドを混入した電解液(特開平09-45379号)と共に本
発明を併用すれば、より高性能な鉛蓄電池の提供を可能
にする。上述の試験結果からも明らかなように、充電電
流を抑えながらも十分な電気エネルギーを蓄積できる。
これは、充電時の電流密度を抑えて、より安全な状態で
の充電が可能なことを意味する。そして、放電時間の大
幅な延長は、析出する硫酸鉛の影響が少なく、安定した
出力が得られることを意味し、本発明の鉛蓄電池を電源
とする電気機器等の安定した使用を実現するのである。

【図面の簡単な説明】

【図１】陽極及び陰極に導電性リテーナを張り付けた鉛
蓄電池の斜視図である。

【図２】放電中の状態を表した図１中Ａ部拡大断面図で
ある。

【図３】別例の鉛蓄電池を表した斜視図である。

【図４】実施例の充放電特性のグラフである。

【図５】比較例の充放電特性のグラフである。

【図６】実施例の充放電回数に対する充放電特性のグラ
フである。

【符号の説明】１陽極２陰極３導電性リテーナ４鉛蓄電池５セパレータ６硫酸鉛

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】陽極又は陰極に張り合わせるリテーナに
全域が略等電位となる導電性リテーナを用いたことを特
徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】導電性リテーナの主材料としてカーボン
繊維の集合体を用いたことを特徴とする請求項１記載の
鉛蓄電池。
【請求項３】カーボン繊維の集合体はカーボン繊維か
らなる不織布若しくは織布又はこれらの積層体であるこ
とを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池。