JPS5916263A - 鉛電池 - 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】 本発明は充分な量の流動する電解液を有するにも拘らず
、正極板で発生した酸素カスを負極板で吸収させること
のできる無保守形の鉛電池に関するものであり、特別の
高価な部品を付加することなく、高性能で長寿命の極め
て廉価な無保守形の鉛電池を提供することを目的とする
ものである。

無保守形の鉛電池に関してはこれまで数多くの提案があ
る。その代表的なものとしては電解液量を極群の孔容積
と同一もしくはそれ以下として非流動化させ、充電末期
に正極板から発生する酸素ガスを負極板で再結合させる
、いわゆる酸素サイクルを利用することによって密閉化
したものがある。これに類似した技術として電解液をコ
ロイド化した密閉化したものがある。これらの密閉形の
鉛電池では流動する電解液がないので電解液の漏出がな
く、よって鉛電池はどのような姿勢でも使用でき、しか
もガス吸収効率か高いので完全な無保守形の鉛電池であ
るといえる。しかしながらこれらの方式の鉛電池におい
ては流動電解液がなくなるような注液量を設定している
ので、電解液量が正・負極板の活物質の量に比べて少な
くなり、この電解液中の硫酸の量により電池容量が制限
を受け、また使用中に電解液か蒸発したり、充電末に発
生した酸素カスを外部に出さす、さらに外部から電池内
へ空気か入り、該空気中の酸素ガスか負極板と反応して
、負極板が自己放電する形になるのを防止するために弁
か必要てあり、耐漏液性能を向上させるために端子部に
は特別の工夫が必要である。同時に電槽には弁の開弁圧
力に耐えるたけの充分な耐内圧強度が要求され、よって
電槽材料は限定され、また電槽肉厚は厚くなり、こうし
た理由により大きな端側面面積を有する大容量の鉛電池
へのこの方式の適用は極めて困難である。

この電解液か少ないという欠点を補うために、例えは米
国特許第４１１９７７２号明細書に示されることく、極
群周辺に電解液を保持しておく吸収材を配置する構造の
ものも提案されているが、こうした構造のものでも、依
然として弁を必要としている。

ところで本発明者等は特公昭５５−．５８＋３号公報に
示されている平均繊維径が１μ以下のカラス繊維を主体
としてシート状に形成したセパレータの適用方法につい
て研究を重ねて来た。その結果、このセパレータは先に
示した試験などにより、従来の電解液を非流動化させた
密閉形鉛電池だけでなく、ある条件さえ揃えは充分な量
の流動する電解液を有するような鉛電池であっても、正
極板から発生した酸素カスは極群上部に逸出することな
く該セパレータ中を負極板の方向へ移動し、負極板によ
って再結合され得ることを見い出した。これは該セパレ
ータは柔軟性であり、かつ毛羽立ちか多いので、極板表
面と極めて密に密着し、その上の孔径が小さいので酸素
ガスは極群上部に逸出する抵抗が大きく、それよりもむ
しろ厚さ方向に斜めに移動して負極板に至るためと考え
られる。

そして種々のセパレータについて流動する電解液の存在
下でのカス吸収性について研究したところ、こうしたカ
ス吸収は次のごとき条件か揃えは行なわれることが明ら
かになった。

ａ、セパレータがそれ自身と正　負極板表面の活物質の
凹凸との間に粗大な空隙を残さないように正・負極板と
密接するだけの柔軟性および圧縮性を有すること。

ｂ、セパレータ自身の実質的な最大孔径か、その正・負
極板との密接面における空隙の実質的な最大孔径よりも
大きいこと。

Ｃ，セパレータ自身の孔径が小さいこと。すなわちその
素材の最大孔径か１ｏｏμ以下、さらに好ましくは４０
μ以下であること。

以上の条件が整うことにより、正極板で発生した酸素カ
スをセパレータと正極板との界面から極群上部に逸出さ
ぜるよりもむしろセパレータの厚さ方向に移動させて負
極板に至るようにすることができる。

しかしながらこうした条件を具備しているセパレータは
少ない。例えば従来の繊維強化隔離板では柔軟性かなく
堅過ぎるので正極板と該セパレータとの空隙から酸素ガ
スか極群外に逸出してしまい、カス吸収することはない
。これは微孔ゴム隔離板やタラミンク（商品名：　Ｗ、
Ｒ，クレース社製）といったセパレータを用いても同じ
結果になる。

一方、従来より鉛電池用のガラスマットとして使用され
ている平均繊維径１９μのカラス繊維よりなるシートを
セパレータとして用いた場合には、この最大孔径が５０
１ｊμにもなり、粗大過ぎて正・負極板表面に密接させ
ることはできても、その粗大孔を通して極群上部に酸素
ガスか逸出してしまうので、ガス吸収は行なわれない。

またこの孔径か大きいと酸素ガスの気泡自体も大きくな
り、これは電気的な抵抗となるので電池の放電特性も好
ましいものではない。

このような条件を具備するセパレータとしては特公昭５
５−５８１５号公報に示されているごとき、繊維径か１
μ以下のガラス繊維を主体としてシート状に形成したも
のが極めて適している。またこのほか米国特許第４゛２
ろろ６７９号明細書に記載されるごとき、６０〜８０％
のパーライトと２０〜７０％のガラス繊維とからなり、
パーライトの粒径がろ〜１００μであり、カラス繊維の
繊維径が０．６〜１．０μであるもの、特表昭５７−５
０００４０号公報に示されるごとき、１５〜７５％のパ
ーライトと、２０〜７０％のガラス繊維と、５〜２０％
の酸不溶性熱可塑性繊維とからなり、パーライトの粒径
か６〜１００μであり、カラス繊維の繊維径が０．６〜
１．０μであるもの、特開昭５６−９９９６８号公報に
示されるごとき、Ｐ水度ろ５０ＬＣ以下のフィフリル状
合成繊維を、実質上１ｎｆ　／　ｙ以上（繊維径約２μ
以下）の比表面積を存するカラス繊維に対して約１０％
以下の割合で混合したもの、さらにはＰＣＴ公開公報第
ｗ　ｏ　８’　１７０ろろ９７号公報に示されるごとき
、０．１〜５．５μの直径を有し比重が２．４６　ｙ／
ｃｃよりも大きい針状耐酸性無機物質１０〜９０％と、
繊維径１０μ以下のカラス繊維と２５％以下の合成繊維
結合剤よりなるものなどが使用できる。

また本発明者等がさらに研究した結果、こうした鉛電池
においてカス吸収率をさらに向上させるには、セパレー
タにその厚さ方向において貫通孔を設けるのが良いとい
うことが判明した。すなわち貫通孔を設けることによっ
て正極板で発生した酸素ガスは、セパレータ中を通して
上部に逸出するよりも該貫通孔を通して厚さ方向に移動
し負極板に到達し易くなる。

ところでこうした貫通孔を設けたセパレータを使用した
場合、正・負極板間が短格する危険性があった。

本発明はこの問題点を克服したものであり、充分に流動
する電解液を有し、かつ負極板に酸素ガス吸収機能を持
たせた鉛電池において、最大孔径が１１．］０μ以下で
あり、かつ柔軟性のある素材を用い、該素材に貫通孔を
設けたセパレータ材を複数枚重ね合わせたセパレータを
、間隙が０．４　ｍｍ以上ある正・負極板間に、該正・
負極板にセ・ｆレータが密接するごとく配したことを特
徴とするものである。

以下、本発明をその実施例およびその実施例を用いて行
なった試験によって説明する。

実施例１ Ｐｂ−Ｃａ系合金からなる巾１１：ｌｌｆｆｍ、高さ１
１５朋の格子体を使用し、従来の処決に従って厚さ１．
８ｆｆｌｌ＋の正極板および厚さ１．４−の負極板を作
成した。

平均繊維径０５μのガラス繊維が８０重量％、平均繊維
径１３μのカラス繊維が２０重量％からなり、寸法か巾
１６５　ｍｍ１長さ２４０ｍ−て、２１］Ｋｇ／ｄｄ荷
重下における厚さが０．５　’、、＋である素材に、直
径０．１　ｍｎ＋の貫通孔を５　ｒｓｍ平方当り１個設
けたセパレータ材を２枚貫通孔かできるたけ重ならない
ようにして重ね合わせてセパレータとし、該セパレータ
をＵ字状に折り曲けて、この内側に正極板を挾み込んた
。このセパレータにより挾まれた正極板４枚と負極板５
枚とを重ね、正・負極板間隙を１順に調節し、耳部間を
接続するストランプおよびストランプから立ち上がる極
柱を形成して極群を作成した。該極群をポリオレフィン
からなる電槽の鞍のない６個のセルにそれぞれ収納し、
常法に従ってセル間接続を実施したのちポリオレフイノ
からなる電槽蓋を電槽に熱溶着により接合し、極柱を電
槽蓋の貫通口より突出させ隙間を封口した。次に１．′
５０ｄの比重の硫酸からなる電解液を極群が充分に浸る
高さまで注入し排気口を有する排気栓を締め′付けて本
発明によるＮ５４０Ｚ形の鉛電池Ａを得た。

この一部破断正面図を第１図に示す。該図面において、
１は正極板、２は負極板、ろはセパレータであり、４，
５はそれぞれのセパレータ材である。また６はストラッ
プ、７は極柱、８は電槽、９はセル間接続部、１０は電
槽蓋、１１は電解液、１２は排気栓、１６は排気口であ
る。

この本発明による鉛電池Ａと従来のＰｂ−Ｃａ系合金か
らなる格子体を使用したＮＢ４０Ｚ形の鉛電池Ｂとを比
較試験した。なおこの鉛電池Ｂは０．８ｍｍのエンボス
加工したユミクロンセ・ぐレータ（商品名−自社製２含
成樹脂を溶剤と非溶剤との混合液に溶かした液をポリエ
ステルなどの多孔性シートに付着させ、これより溶剤を
揮発させて合成樹脂を固化させ、さらに非溶材を揮発さ
せて、この非溶剤のあった箇所を微孔として形成したセ
パレータ）をＵ字状に折曲し、その間に負極板を挾んで
、これと正極板とを重ね合わせて形成した極群を有する
ものであり、またその電解液の比重は１゜２６ｄであっ
た。

これらの鉛電池を供試してＪＩＳ−ｎ５５０１に示され
ることき試験を行ない、その２０時間率容量と、−１５
’Ｃで１５ｔ、）Ａの放電電流による急速放電における
持続時間と５砂目電圧を求めた。さらにこれらの鉛電池
につき１０．５Ａて１００時間の充電を行ない、こ−の
重量減よりカス吸収率を求めた。この結果を第１表に示
す。

第　　１　　表 なおりス吸収率とは、同一条件て鉛電池を充電したとき
算出される理論減液量から、減少した重量を引き、この
値を理論減液量を１００としたときのパーセントで表示
した値である。

第１表の結果から次のことがわかる。鉛電池Ａは鉛電池
Ｂに比へ初期性能（こおいて同等の低率放電容量特性を
有しており、さらに低温高率放電特性においては放電持
続時間は同等であるが、放電電圧特性が非常に優れてい
る。そしてこれは、そのセパレータの多孔度が８０〜９
７％と高く、電気抵抗が極めて低いためと考えられる。

また鉛電池Ａはカス吸収性を有していることがわかる。

またこれらの鉛電池をＪＩＳ−Ｄ５３［１および５ＡＥ
−Ｊ２４０ａの条件において交互充放電試験を行なった
ときの充放電回数に対する容量の変化と３０秒口重圧の
変化とをそれぞれ第２図および第６図にそれぞれ示す。

なお第２・第６図において鉛電池Ａａは鉛電池Ａにその
適正電解液面の範囲で適宜補水を行なったもの、鉛電池
Ａｎは補水を全く行なわなかったもの、また鉛電池Ｂａ
と鉛電池Ｂｎは鉛電池Ｂにおいて補水を行なったものと
行なわなかったものをそれぞれ示している。

第２・第６図より次のことがわかる。すなわち鉛電池Ａ
は鉛電池Ｂに比べて補水の有無に係らず、その寿命特性
が優れているか、これはそのセパレータの活物質保持機
能が優れており、充放電を繰り返しても活物質が脱落し
ないためと考えられる。

また鉛電池Ａはガス吸収性能を有し、補液をしなくても
優れた性能を示していることがわかる。

実施例２ 鉛電池Ａに用いたセパレータ材と同じ素材に第４図に示
すような装置によって貫通孔をあけてセパレータ材を形
成した。すなわち素材１４を移動する上面にゴムンート
を貼り付けた無端ヘルド１５上に導き、ロール１６に設
けられた刃１７によって貫通孔をあけた。該貫通孔はそ
の大きい方の面において１５ｍｍＸ　１．ＯＱ　ｍｍ、
小さい方の面において１５　ｍｍ　Ｘ　０．０５　ｍｍ
の大きさの長方形の形状を有するものであった。また該
貫通孔は素材５削平方当り１個とした。

このセパレータ材２枚をその貫通孔の切れ方向　゛が直
交するごとく重ね合わせ、かつセパレータの貫通孔の大
きい方の面か正極板の方向に向くようにして配し、鉛電
池Ａと同等の方法により極群を構成し本発明による鉛電
池Ｃを得た。

鉛電池Ｃにつき試験１と同様の試験を行なったところ第
２表に示す結果を得た。

第　　２　　表 すなわち本発明による鉛電池ではその電解液量は極群が
充分に浸る程度にまで入れる必要がある。

というのは電解液面が余りにも低くなると従来の密閉形
鉛電池のように流動する電解液かなくなり負極板か露出
した状態になるので、弁を有していない本発明の鉛電池
の場合には空気中の酸素まで吸収しどんとん自己放電が
進行するからである。

それゆえ本発明の鉛電池においては負極板が半ば乾いた
状態になるような液量ではなく充分に漏れるだけの流動
する電解液が必要である。

しかしながら流動する電解液は過剰には不必要である。

すなわち従来の無保守形の自動車用鉛電池では補水期間
を延ばすために極群上に約２００代の電解液を持たせて
いたが、本発明による鉛電池はガス吸収性能を有するの
でこの電解液量をＡあるいはそれ以下に少なくすること
か可能で、電池の小形化、軽量化を図ることかでき、無
保守形の鉛電池の重量効率、体積効率をも向上させるこ
とか可能である。

さらに本発明による鉛電池では必ずしも弁が必要でなく
、水の電気分解以外の原因による電解液の減少に対して
も、必要であれは容易に補水をすることか可能である。

本発明による鉛電池においては、正・負極板間隙は狭け
れば狭い程カス吸収性は高くなるが、０゜４　ａｍより
も狭い場合には正・負極板間が短絡する恐れかあるため
、０．４．１１＋よりは広い方か良い。また正・負極板
間隙は必要な容量およびカス吸収効率などによって決定
されるものであるが、通常は約５市か上限であろう。

ところでセパレータ材を複数枚重ね合わせてセパレータ
とするところにより、この短絡防止に極めて有効である
。なおこのとき貫通孔の位置をずらしてセパレータ材を
重ね合わせると、より効果的である。

本発明の鉛電池に使用するセパレータ材の貫通孔の大き
さは、原理的には貫通孔を設ける前の該セパレータ材の
素材の最大孔径よりも大きければ効果があることになる
。

ところで例えば特公昭５５−５８，１６号に示されるご
ときセパレータ材の素材ではその最大孔径は６４μであ
り、この孔径よりも大きい貫通孔を設けれはガス吸収に
対し効果があることがわかる。しかしここでいう最大孔
径は直通的な貫通孔ではなく、これより本発明の鉛電池
に使用するセパレータ材に機械的に設ける直通的な貫通
孔の孔径としては、約ろＯμあればその通気抵抗が小さ
くなり、ガス吸収効率の向上の効果が認められた。しか
し貫通孔が余りにも大きく、例えは２５００μよりも大
きくなると、正・負極板間か短絡する危険性があり、好
ましくない。

この点をまとめると次のようになる。すなわち貫通孔の
大きさは形式的には直径ろＯμ以下の円ならば全て通る
ことができ、直径２５００μ以下の円は全て通ることか
できないようなものであること。さらに言い換えれば該
貫通孔の任意の点を通る貫通孔により仕切られる線分の
全てのものか６０μ以上であり、少なくとも１つのもの
か２５００μ以下であるようなものであることが必要で
ある。

この考え方から行けは貫通孔の形状は、その短辺の巾が
６０〜２５００μの長方形のごとき細長い形状であって
も良い、むしろこうした形状の方が貫通孔の面積を広く
取り易いので、酸素カスを負極板に到達させる上でより
効果的である。

本発明による鉛電池のセパレータ材では特に貫通孔の大
きな面を正極板に当接させることにより、該正極板で発
生した酸素カスを集めて負極板に多く到達させることか
でき、カス吸収率向上の上で極めて有効である。

このように本発明による鉛電也は簡単にカス吸収機能を
有することができ、高性能で長寿命、かつ廉価であり、
また密閉構造を採る必要かなく、自動車用、据置用など
各種の用途に使用できるなど、その工業的価値の高いも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における一部破断正面図、第
２・第６図は本発明による鉛電池と従来の鉛電池とをそ
れぞれＪＩＳ−ｎ５５０１および５ＡＥＪ２４０ａの条
件において交互充放電試験を行なったときの充放電回数
に対する容量の変化と６０秒口重圧の変化とをそれぞれ
示すグラフ、第４図は本発明におけるセパレータに貫通
孔をあける方法の一実施例を示す正面図である。 １・・・正極板　　　　　　２・・・負極板ろ・・・セ
パレータ　　　４，５・・・セパレータ材１１・・・電
解液 出願人　湯浅電池株式会社 充放電回数（〜） 第２図 ２０００４０００６００（１８０００＋００００１２０
００１４０００充放電回数（−） 第３図 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）次のａ−ｅの要件を有する鉛電池。 ａ、最大孔径が１００μ以下であり、かつ柔軟性のある
   素材を用い、該素材に貫通孔を設けたセパレータ材を複
   数枚重ね合わすたセパレータを使用すること。 ｂ、正・負極板間の間隙が０．４−ｍ以上あること。 Ｃ０正・負極板にセパレータが密接して配されているこ
   と。 ｄ、電解液が少なくとも流動する程度に存在すること。 ｅ、負極板に酸素カス吸収機能を持たせていること。 ２）セパレータ材の素材の最大孔径が４０μ以下である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の鉛電池
   。 ろ）セパレータ材の素材が繊維径１μ以下のガラス繊維
   を主体としてシート状に形成したものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項に記載の鉛電池。 ４）セパレータかそのセパレータ材の貫通孔の位置をす
   らして重ね合わされていることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項に記載の鉛電池。 ５）貫通孔の任意の点を通る貫通孔により仕切られる線
   分の全てのものかろＯμ以上であり、少なくとも１つの
   ものか２５００μ以下であることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項に記載の鉛電池。 ６）貫通孔か細長いものであることを特徴とする特許請
   求の範囲第５項に記載の鉛電池。 ７）複数枚のセパレータ材をその貫通孔の切れ方向か交
   差するごとく配したことを特徴とする特許請求の範囲第
   ６項に記載の鉛電池。