JPS5946772A - 鉛蓄電池 - Google Patents
鉛蓄電池Info
- Publication number
- JPS5946772A JPS5946772A JP57157608A JP15760882A JPS5946772A JP S5946772 A JPS5946772 A JP S5946772A JP 57157608 A JP57157608 A JP 57157608A JP 15760882 A JP15760882 A JP 15760882A JP S5946772 A JPS5946772 A JP S5946772A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- host
- sulfuric acid
- battery
- layer
- concentration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/06—Lead-acid accumulators
- H01M10/12—Construction or manufacture
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
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。
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
本発明は自動屯、移動電源、据置電源など広範囲な用途
に用いられる鉛蓄電池に関する。
に用いられる鉛蓄電池に関する。
従来例の構成とその問題点
一般に鉛蓄電池は多数の正極、負極をセパレータを介し
て積層した極板群を電槽の中に挿入し、電解液として希
硫酸を注入して構成されている。
て積層した極板群を電槽の中に挿入し、電解液として希
硫酸を注入して構成されている。
電極の製法上、ペースト式やクラッド式などがあり、場
合によっては正負極を渦巻状にして円筒状の電槽に収納
されることもある。
合によっては正負極を渦巻状にして円筒状の電槽に収納
されることもある。
これらの電池構成において、電池を長期間充放電を繰り
返すと、一般に極板の上部に比べて底部に近い部分に活
物質の脱落が顕著に見られる。この底部の軟弱化が直接
容量低下の原因になったり、あるいは脱落物がンヨート
の原因となって寿命を終了する場合が多い。
返すと、一般に極板の上部に比べて底部に近い部分に活
物質の脱落が顕著に見られる。この底部の軟弱化が直接
容量低下の原因になったり、あるいは脱落物がンヨート
の原因となって寿命を終了する場合が多い。
このノこうに底部近傍に極板の破損が集中する原因の一
つに、電解液の濃度の上下位置の不均衡が挙げられる。
つに、電解液の濃度の上下位置の不均衡が挙げられる。
つまり上部では希薄に、下部では高濃度になり、時には
大形の電池では上部が比重１．２０、下部で比重１．３
０〜１．３５という大きな不均衡を示すとともある。一
般に比重１．３０を越えるような高濃度の硫酸中では、
正極は軟化脱落が激しくなり、格子の腐食は増大する傾
向にあることは知られている。そこで、電解液には普通
最も高濃度になる完全充電状態で比Ｍ１．２Ｏ〜１．５
ｏｆ（“、１度に設計上は調整される。しかし、実際に
電池を作動させると、上記のように著しく高濃度の部分
が局部的に生じ、結果として寿命に重大な影響を与える
ことになる。
大形の電池では上部が比重１．２０、下部で比重１．３
０〜１．３５という大きな不均衡を示すとともある。一
般に比重１．３０を越えるような高濃度の硫酸中では、
正極は軟化脱落が激しくなり、格子の腐食は増大する傾
向にあることは知られている。そこで、電解液には普通
最も高濃度になる完全充電状態で比Ｍ１．２Ｏ〜１．５
ｏｆ（“、１度に設計上は調整される。しかし、実際に
電池を作動させると、上記のように著しく高濃度の部分
が局部的に生じ、結果として寿命に重大な影響を与える
ことになる。
この、１、うな濃度の不均衡の原因は、恐らく端子に近
く分極の少ない上部が優先的に反応し、近１）フの硫酸
を下部の硫酸に比べて優先して薄めることと関係がある
と思われるが、硫酸水溶液の場合、このように一旦濃度
の不均衡が生じると、自然拡散だけ１゛の均一化は極め
て困難である。まして上部に軽比重、下部に高比重に分
離されると、重力も作用し自然混合は益々起こりにくい
。さらに電槽の空間のほぼ一杯に極板群が充填されれば
、より一層の不均衡化の助けにはなっても解消する方向
には無力である。
く分極の少ない上部が優先的に反応し、近１）フの硫酸
を下部の硫酸に比べて優先して薄めることと関係がある
と思われるが、硫酸水溶液の場合、このように一旦濃度
の不均衡が生じると、自然拡散だけ１゛の均一化は極め
て困難である。まして上部に軽比重、下部に高比重に分
離されると、重力も作用し自然混合は益々起こりにくい
。さらに電槽の空間のほぼ一杯に極板群が充填されれば
、より一層の不均衡化の助けにはなっても解消する方向
には無力である。
このような不均衡を是正するために、物理的に攪拌物体
を入れ外部からエネルギーを与えたり、水素の発生しや
すい電極を入れてガス発生により攪拌するなどの方法も
提案はされているが、十分なスペースが無かったり、電
池に余分なエネルギーを与える損失を考えるとまだ実用
化には問題がある。
を入れ外部からエネルギーを与えたり、水素の発生しや
すい電極を入れてガス発生により攪拌するなどの方法も
提案はされているが、十分なスペースが無かったり、電
池に余分なエネルギーを与える損失を考えるとまだ実用
化には問題がある。
発明の目的
本発明は、上記で述べた寿命劣化の原因である濃度の不
均衡を少しでも抑制し、信頼性を高めることを目的とし
ている。さらには、その抑制手段には外部から特別のエ
ネルギーを供給せずに上記の機能を発揮できる新しｂ構
成を展開しようとするものである。
均衡を少しでも抑制し、信頼性を高めることを目的とし
ている。さらには、その抑制手段には外部から特別のエ
ネルギーを供給せずに上記の機能を発揮できる新しｂ構
成を展開しようとするものである。
発明の構成
不発−は、まず電池内の相異なる位置の電解液間に硫酸
あるいは硫酸根をゲスト（層間への侵入物質）として導
入し、層間化合物を形成するホスト層をイｌ１１１えた
連絡体を介在させることを特徴とする。
あるいは硫酸根をゲスト（層間への侵入物質）として導
入し、層間化合物を形成するホスト層をイｌ１１１えた
連絡体を介在させることを特徴とする。
たとえば黒鉛をホストとすると、硫酸や硫酸根はＨｓｏ
ｌ・２Ｈ２ＳＯ４の形でゲストとなるといわれている。
ｌ・２Ｈ２ＳＯ４の形でゲストとなるといわれている。
ゼオライトをホストとする場合には良くわかっていない
がＳ０４ の形でゲストになる可能性がある。
がＳ０４ の形でゲストになる可能性がある。
いずれにせよ、これら層間化合物のホスト層を相異なる
濃度の硫酸水溶液間に介在させると、濃度差を是正する
効果が生じる。よって使用中における電池、内の濃度差
の発生を抑制し、寿命向上に効果をもたらす。
濃度の硫酸水溶液間に介在させると、濃度差を是正する
効果が生じる。よって使用中における電池、内の濃度差
の発生を抑制し、寿命向上に効果をもたらす。
最も青木的な構成としては、」二記ホスト材ｆ：Ｉ？ｉ
ｌ−主成分とする焼結体や成形体を連絡体として、必要
な形状において相異なる位置の電解液間に設置すればよ
い。
ｌ−主成分とする焼結体や成形体を連絡体として、必要
な形状において相異なる位置の電解液間に設置すればよ
い。
電池では上下部に最も濃度差が発生しやすいので、電池
の」二部と下部（底部）の間を直接接続する形で棒状や
円筒状の連絡体を用いることが効果的になる。この時、
この連結体を濃度を是正したい位置での開口部を除いて
、途中の部分を電池内の電解液に対して液密に閉じられ
た系にすると、是正をはかる液間の途中の周囲濃度の影
響を排除できる。
の」二部と下部（底部）の間を直接接続する形で棒状や
円筒状の連絡体を用いることが効果的になる。この時、
この連結体を濃度を是正したい位置での開口部を除いて
、途中の部分を電池内の電解液に対して液密に閉じられ
た系にすると、是正をはかる液間の途中の周囲濃度の影
響を排除できる。
このように先端を除いて閉じた系とすると、この連絡体
内をすべてホスト材料で充満する必要はなくなり、層間
化合物のホスト層を断続的に複数層積層して用いると、
このホスト層間で形成された液層に対し順次ホスト層が
濃度の是正をするので、結果的に両先端の液濃度差を是
正することになる。
内をすべてホスト材料で充満する必要はなくなり、層間
化合物のホスト層を断続的に複数層積層して用いると、
このホスト層間で形成された液層に対し順次ホスト層が
濃度の是正をするので、結果的に両先端の液濃度差を是
正することになる。
このホスト層には黒鉛のように導電性の材料が濃度の是
正効果に優れている。
正効果に優れている。
上記構成によって、反応分布、環境条件、電池内構成材
料の設置条件による液の移動の難易度等が原因となって
発生する局部的な液濃度の不均衡の発生を抑制し、寿命
の向上をはかることができる０ この、Ｉ：うな効果についてはまだ明確ではないが、相
異なる濃度において、ホスト化合物のゲスト化合物に対
する侵入、溶出の平衡状態が異なり、高濃度側が低濃度
側に比べてゲストの硫酸根や硫酸を侵入させやすいこと
、および層内の濃度差によるゲストの拡散は比重や上下
と関係なく、比重によって分離してしまう液中の移動に
比べて円滑に高濃度７９１（から低濃度部へ移動するこ
とによるものと思われる。
料の設置条件による液の移動の難易度等が原因となって
発生する局部的な液濃度の不均衡の発生を抑制し、寿命
の向上をはかることができる０ この、Ｉ：うな効果についてはまだ明確ではないが、相
異なる濃度において、ホスト化合物のゲスト化合物に対
する侵入、溶出の平衡状態が異なり、高濃度側が低濃度
側に比べてゲストの硫酸根や硫酸を侵入させやすいこと
、および層内の濃度差によるゲストの拡散は比重や上下
と関係なく、比重によって分離してしまう液中の移動に
比べて円滑に高濃度７９１（から低濃度部へ移動するこ
とによるものと思われる。
なお、導電性を有する材料をホストに用いる方が効果的
であるのは、相異なる濃度間で一般的に生じる濃淡電池
の短絡回路が構成されることと関係があると思われ、こ
れによってゲストの移動が促進さＪ＋、ると考えられる
。
であるのは、相異なる濃度間で一般的に生じる濃淡電池
の短絡回路が構成されることと関係があると思われ、こ
れによってゲストの移動が促進さＪ＋、ると考えられる
。
さらに付記すれば、実際の電池で充放電の繰り返しに、
１： Ｉ）充電末期にたとえば上部１ 、２．０ ’、
下部１．３０の比重に差が生じた時から本発明の構成を
適用しても、差が是正されるにはかなりの時間がかかる
。これに対し、あらかじめ本発明の機能を最初から発揮
できるように構成しておくと、各サイクルの繰り返し時
に生じる不均一は大幅に是正される。これは充放電の過
程で一時的に大幅な−Ｌ下濃度の差ができて、本発明の
構成がこの間に急速に是正機能を発揮するものと思われ
る。
１： Ｉ）充電末期にたとえば上部１ 、２．０ ’、
下部１．３０の比重に差が生じた時から本発明の構成を
適用しても、差が是正されるにはかなりの時間がかかる
。これに対し、あらかじめ本発明の機能を最初から発揮
できるように構成しておくと、各サイクルの繰り返し時
に生じる不均一は大幅に是正される。これは充放電の過
程で一時的に大幅な−Ｌ下濃度の差ができて、本発明の
構成がこの間に急速に是正機能を発揮するものと思われ
る。
上記のように、本発明は電解ｉｌｌ！濃度の発生を是正
する効果によって、寿命の改善の目的を果たし、鉛蓄電
池の信頼性向上に有効なものである。
する効果によって、寿命の改善の目的を果たし、鉛蓄電
池の信頼性向上に有効なものである。
実施例の説明
以下、実施例によって本発明の構成上の特徴および効果
をのべる。
をのべる。
第１図は本発明を適用した鉛蓄電池の一例である。１は
電槽、２は蓋体、３は正極、４は負極、５はセパレータ
、６は電解液であり、従来の電池はこれら電池構成材料
で成り立っている。本発明はこの構成においては、電池
の極板群上部にあたる（Ｉ）の領域と極板群下部にあた
る（１■）の領域のそれぞれ相異なる領域の電解液間に
硫酸または硫酸根をゲストとする層間化合物のホスト材
料からなる連結体アを介在させている。この構成例で１
１、黒鉛粉末を主材として９００〜１０００’Ｃで一体
に焼結しプ、−黒鉛の焼結体を用いた。
電槽、２は蓋体、３は正極、４は負極、５はセパレータ
、６は電解液であり、従来の電池はこれら電池構成材料
で成り立っている。本発明はこの構成においては、電池
の極板群上部にあたる（Ｉ）の領域と極板群下部にあた
る（１■）の領域のそれぞれ相異なる領域の電解液間に
硫酸または硫酸根をゲストとする層間化合物のホスト材
料からなる連結体アを介在させている。この構成例で１
１、黒鉛粉末を主材として９００〜１０００’Ｃで一体
に焼結しプ、−黒鉛の焼結体を用いた。
第２図は連結体の別の構成例で、上記一体のホスト材料
からなる焼結体８の周囲を両端９．１０を除いて液密に
４酸性絶縁材料の隔離層１１で包囲した形である。耐酸
性があれば、たとえば鉛。
からなる焼結体８の周囲を両端９．１０を除いて液密に
４酸性絶縁材料の隔離層１１で包囲した形である。耐酸
性があれば、たとえば鉛。
チタンのような金属を用いても良いが、短絡には十分注
意を要する。
意を要する。
第３図は連結体の他の構成例で、両端が開口し、他は閉
じた隔離層の上下両端の間に、層間化合物のホスト材料
の層１２１，１２２．・・・・・１２ｎ を互いに空間
＋３． 、１３２ 、・・・・・１３ｎ、 を設けて配
した構造である。
じた隔離層の上下両端の間に、層間化合物のホスト材料
の層１２１，１２２．・・・・・１２ｎ を互いに空間
＋３． 、１３２ 、・・・・・１３ｎ、 を設けて配
した構造である。
第１図の構成の電池をＡ、第２図の構成を適用した電池
をＢ１第３図の構成を適用した電池をＣとし、正、負極
にペースト式極板を用いた容量６０Ａｈの電池を構成し
、１０時間率で端子電圧１．７５Ｖ／セルまでの放電と
、電流上７１ｉ１０Ａ。
をＢ１第３図の構成を適用した電池をＣとし、正、負極
にペースト式極板を用いた容量６０Ａｈの電池を構成し
、１０時間率で端子電圧１．７５Ｖ／セルまでの放電と
、電流上７１ｉ１０Ａ。
最高重用２．４５ Ｖ／セルの１４時間準定覗圧の充電
を繰り返し、（Ｉ） 、 （ｎ）の領域の充電末期の比
重を測定するとともに容量維持率（初ノー容量に対する
比率〕を測定した。
を繰り返し、（Ｉ） 、 （ｎ）の領域の充電末期の比
重を測定するとともに容量維持率（初ノー容量に対する
比率〕を測定した。
なお、本発明が黒鉛以外でも効力を発揮する可能性を調
べるために、ゼオライトをホスト４」料としてポリエス
テルのチューブからなる隔離体だ充填した第２図と同様
の構造の連結体を用いた電池Ｂを並列して調べた。また
、これらの本発明の効果をより明６イ〔にするために、
本発明を適用しない（１′ｑ成、つ丑りｕ’、 １図で
連結体７を用いない構成の電池りを比較例とした０なお
、これらの電池は充電末期に均一であるとすれば１．２
７の比重になるよう設馴されている。
べるために、ゼオライトをホスト４」料としてポリエス
テルのチューブからなる隔離体だ充填した第２図と同様
の構造の連結体を用いた電池Ｂを並列して調べた。また
、これらの本発明の効果をより明６イ〔にするために、
本発明を適用しない（１′ｑ成、つ丑りｕ’、 １図で
連結体７を用いない構成の電池りを比較例とした０なお
、これらの電池は充電末期に均一であるとすれば１．２
７の比重になるよう設馴されている。
第４図は充放電サイクル中の容量維持率、第６図はサイ
クル中のＣＩ）および（ＩＩ） 項域の硫酸の比重の変
化を示す。
クル中のＣＩ）および（ＩＩ） 項域の硫酸の比重の変
化を示す。
これらの図から明らかなように、本発明を用いたａ、Ｂ
、ｃ、Ｂ′の電池はいずれも寿命の劣化が少なく、その
結果は硫酸の比重（濃度）の不均衡が抑制されることと
良い対比を示している。また黒鉛をホスト材に用いたＢ
の方がゼオライトの鳴合に比べて良い結果を示した。
、ｃ、Ｂ′の電池はいずれも寿命の劣化が少なく、その
結果は硫酸の比重（濃度）の不均衡が抑制されることと
良い対比を示している。また黒鉛をホスト材に用いたＢ
の方がゼオライトの鳴合に比べて良い結果を示した。
発明の効果
上記のように、本発明は鉛蓄電池の充放電の繰返しによ
って現れる濃度の不均衡の傾向を抑制するのに効果があ
り、このことは寿命に良い影響を力える。しかも、これ
らの機能を生じさせるために外部よりあえてエネルギー
を与える必要もない。
って現れる濃度の不均衡の傾向を抑制するのに効果があ
り、このことは寿命に良い影響を力える。しかも、これ
らの機能を生じさせるために外部よりあえてエネルギー
を与える必要もない。
第１図は本発明を適用した鉛蓄電池の構成例を示す縦断
面図、第２図および第３図は連絡体の他の構成例を示す
縦断面図、第４図は充放電サイクルに伴う容量維持率の
変化を比較した図、第６図は充放電サイクルに伴う電池
上部（Ｉ）と下部Ｃ１１）の硫酸比重の変化を比較した
図である。 ７・・・・・連絡体、１１・・・・・・隔離層、１２ｎ
（ｎ、ｇｌ）・・・・・・ホスト材料層、１３ｎ、・・
・・・１２ｎ、と１２ｍ１ｃはさまれた空間層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 ４図 雌 サイクル数
面図、第２図および第３図は連絡体の他の構成例を示す
縦断面図、第４図は充放電サイクルに伴う容量維持率の
変化を比較した図、第６図は充放電サイクルに伴う電池
上部（Ｉ）と下部Ｃ１１）の硫酸比重の変化を比較した
図である。 ７・・・・・連絡体、１１・・・・・・隔離層、１２ｎ
（ｎ、ｇｌ）・・・・・・ホスト材料層、１３ｎ、・・
・・・１２ｎ、と１２ｍ１ｃはさまれた空間層。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 第２図 第３図 ４図 雌 サイクル数
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）電槽内の互いに異なる位置の電解液間に、硫酸あ
るいは硫酸根をゲストとする層間化合物のホスト層を構
えた連絡体を介在させたことを特徴とする鉛蓄電池。 （２）前記の互いに異なる位置が、電池内の上部電解液
中および底部電解液中である特許請求の範囲第１項記載
の鉛蓄電池。 （３）前記連絡体が、上記層間化合物のホスト材を主成
分とする連続体である特許請求の範囲第１項記載の鉛蓄
電池。 （４）前記連絡体が、上記の相異なる位置に開口するホ
スト層を有し、他は電池の電解液に対して液密に閉じら
れた系である特許請求の範囲第１項記載の鉛蓄電池。 （６）前記連絡体が、その一端から他端に至る間に互い
に不連続な複数のホスト層を経由する構成である特許請
求の範囲第４項記載の鉛蓄電池。 （６）前記ホスト層が黒鉛である特許請求の範囲第１〜
５項のいずれかに記載の鉛蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57157608A JPS5946772A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57157608A JPS5946772A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 鉛蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5946772A true JPS5946772A (ja) | 1984-03-16 |
Family
ID=15653441
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57157608A Pending JPS5946772A (ja) | 1982-09-09 | 1982-09-09 | 鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5946772A (ja) |
-
1982
- 1982-09-09 JP JP57157608A patent/JPS5946772A/ja active Pending
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