(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状のセパレータを介して正極板と負極板とを積層してなる極群に電解液を保持させ、流動する電解液を有しない密閉形鉛蓄電池において、前記負極板の作用面が前記正極板の作用面より小さく、かつ前記負極板の作用面の側縁または／および下縁が前記正極板の作用面の側縁または／および下縁より内側に配置されるとともに、負極板の上縁が正極板の上縁と同じ水平線上に位置していることを特徴とする密閉形鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、密閉形鉛蓄電池に関し、詳しくは電解液が主にガラスマットもしくは有機物多孔体もしくはガラス繊維と有機繊維の混紡多孔体よりなるセパレータに保持されてなるリテーナ式密閉形鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術とその課題】
近年、電気自動車用、ハイブリッド車用、ソーラーシステム用、ロードレベリング用等とサイクル用途の利用分野が広がりつつある密閉形鉛蓄電池のエネルギー密度を高くすることとサイクル寿命性能を向上させることが緊急の課題となっている。
【０００３】
ところで、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では、現在リテーナ式と呼ばれる方式が主流になっている。このリテーナ式とは、正極板と負極板との間に挿入した微細なガラス繊維もしくは有機繊維もしくはこれらを混紡したマット状セパレータ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う方式である。
【０００４】
このタイプの電池は通常、対向する面、すなわち作用面の面積が等しい正・負極板と、これらを隔離するための極板面積より大きいリテーナーが積層されてなる。従って、リテーナーには極板に直接面接する部分と、これら極板からはみ出た側縁とからなる。
【０００５】
このようなリテーナ式密閉形鉛蓄電池を放電した場合、電流分布の高い極板上部と電流分布の低い極板下部で電解液の濃度差が発生する。また、セパレータからはみ出た周縁に保持された電解液は、極板に面接する部分に保持された電解液より利用率が低くなり、両者間で電解液の濃度に差が発生する。
【０００６】
このような濃度差が発生すると、極板の周縁を境として外側と内側とで濃淡電池が形成され、同一極板内で充放電反応が行われる。放電反応の起こる電解液濃度の高い側、すなわち極板下部と極板側縁面では硫酸鉛の結晶が生成粗大化するとともに導電パスが減少し、すなわちサルフェーションが発生し、充電効率が低下する。
【０００７】
また、実際の使用条件に近い放電放置時間が長く、充電不足気味の充放電試験サイクルを続けると硫酸根が電解液でなく極板側に取り込まれたままの状態で回復しなくなり、電池容量がすぐに低下するという問題点を有していた。
【０００８】
また、この現象は活物質抵抗の低い負極板で顕著に現れ、活物質抵抗の高い正極板では比較的影響が小いため、正極に比べて、負極の蓄積硫酸鉛の割合が増大する傾向となる。この状態から充電しても負極が完全に充電される前に、正極が満充電され酸素を発生し始める。そして、負極では酸素ガス吸収反応が優勢となり、この反応のためにさらに負極の充電受け入れが悪くなるという悪循環を繰り返すことになった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記問題点を鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、主に負極板の周縁部で発生する濃淡電池放電による、硫酸鉛の生成粗大化と固定化、これらに伴う導電パスの減少すなわちサルフェーションを低減し、寿命性能の優れた密閉形鉛蓄電池を提供しようとすることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、平板状のセパレータを介して正極板と負極板とを積層してなる極群に電解液を保持させ、流動する電解液を有しない密閉形鉛蓄電池であって、前記負極板の作用面が前記正極板の作用面より小さく、かつ前記負極板の作用面の側縁または／および下縁が前記正極板の作用面の側縁または／および下縁より内側（極板の中心に向かう側）に配置されていることを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】
正極板より負極板の作用面を小さくして負極板の作用面の側縁と下縁が正極板の作用面の中に含まれるように配置すると、負極板の高さが正極板の高さより低くなるので、負極板が正極板の高さと同じ場合に比べ、負極板の上下間に発生する電解液濃度差が小さくなる。この結果、極板下部の濃淡電池放電による硫酸鉛の生成粗大化と導電パスの減少、すなわちサルフェーションを低減できる。
【００１２】
また、極板周縁部の電解液濃度差は本構造でも発生するが、従来品に比べて負極より正極の方が濃淡電池の影響を受け易いため、負極と正極の蓄積硫酸鉛の割合は等しくなるか、もしくは正極の方が増大する傾向となる。このため、従来品で見られた、負極が完全に充電される前に酸素ガス吸収反応が優勢となり、負極が充電できないというような現象が発生しなくなる。
【００１３】
以上の結果、実際の使用条件に近い放電放置時間が長く、充電不足気味の充放電試験サイクルを続けても電池容量が低下しにくくなる。
【００１４】
【発明の実施形態】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
（実施形態）
図１は、本発明の一実施形態を示す断面図、図２は図１の極群を示す側断面図であり、１は正極板、２は負極板、３はセパレータ、４は電槽、５は正極ストラップ、６は負極ストラップ、７は正極端子、８は負極端子、９は安全弁である。正極板１は、平板状のペースト式極板であり、作用面１ａが長方形で、その横幅Ｗｐが６５ｍｍ、高さＨｐが１２０ｍｍである。負極板２は、正極板１と同じ形状のペースト式極板であり、作用面２ａの面積が正極板１のそれより小さく横幅Ｗｎが５５ｍｍ、高さＨｎが１１０ｍｍである。セパレータ３は、平板状の微細ガラスマットからなり、長方形であって、正極板１と負極板２より大きく、横幅Ｗｓが７１ｍｍ，高さＨｓが１２６ｍｍである。このセパレータ３を正極板１と負極板２との間に挟んで極群が構成されている。
【００１６】
セパレータ３は、極板１と２に挟まれた部分、すなわち正負両極板に面接する部分３ａと、正極板１にだけ面接する部分３ｂと、正極板１と負極板２のどちらにも面接していない部分、すなわち極板に面接しない部分３ｃとからなっている。
【００１７】
また、負極板２は、上縁２ｂがセパレータ３を介して正極板１の上縁１ｂと同じ水平線上にあり、側縁２ｃがセパレータ３を介して正極板１の側縁１ｃより内側に位置し、下縁２ｄがセパレータ３を介して正極板１の下縁１ｄより上側に位置している。
【００１８】
上記構成の極群は、電槽４内に収納され、正極板１同士および、負極板２同士がストラップ５，６により連結され、このストラップ５，６からそれぞれ正極端子７と負極端子８が立設している。
【００１９】
前記極群に比重１．３２ｄの希硫酸電解液を含ませた。この時の電解液量は電槽４内に流動する電解液が出ないぎりぎりの値としている。
【００２０】
このような公称容量１６Ａｈ／３ＨＲの密閉形鉛蓄電池Ａを作製した。
【００２１】
（比較形態）
実施形態において、正負極板の上下寸法を共通とし負極の横幅寸法だけを小さくした電池Ｂと、正負極板の横幅寸法を共通とし負極板の上下寸法だけを小さくした電池Ｃと、従来通りの正負両極板の大きさを同等とした電池Ｄと、正負両極板の大きさを同等とし電池Ｄより極板とセパレータを小さくした電池Ｅを作製した。各電池の極板寸法を表１に示す。
【００２２】
【表１】
0003567969.tif 000002
【００２３】
なお、電池Ｅ以外はセパレ−タ寸法が共通であり、電池Ｅのセパレータの上下寸法は１１６ｍｍ、横幅寸法は６１ｍｍである。
なお、各電池の初期容量は、Ａが１５．３Ａｈ、Ｂが１５．５Ａｈ、Ｃが１５．７Ａｈ、Ｄが１６．０Ａｈ、Ｅが１２．４Ａｈであった。
【００２４】
次に、上記電池Ａ〜Ｅをサイクル試験に供した。本試験で採用したサイクル試験は２５℃室温中で以下に示す（１）〜（４）を繰り返すものである。
【００２５】
（１）１Ｃ（Ｃは公称容量の値）の電流で８Ａｈ放電（従来品Ｄの３ＨＲ容量に対しＤＯＤ５０％放電に相当）を行う。
【００２６】
（２）６時間放置する。
【００２７】
（３）０．１０Ｃの電流で２．４Ｖ／セルになるまでの打ち切り充電を行う。
【００２８】
（４）６時間放置する。
【００２９】
また、上記サイクル試験１０サイクル毎に、３ＨＲ容量試験を行いその後        ０．１Ｃの電流で定格容量の１１５％まで充電を行った。
【００３０】
３ＨＲ容量試験とは、電池温度２５℃で１／３Ｃの電流で終止電圧１．６５Ｖ／セルまで放電することを示す。
【００３１】
サイクル試験中１０サイクルごとの容量試験結果を図３に、また、各電池の１００サイクル容量試験終了後充電末の正負両極板の極板両サイド１ｃｍ幅部分と極板下部１ｃｍ幅部分の硫酸鉛量を表２に示す。
【００３２】
これらより、本発明の電池Ａ，Ｂ，Ｃは従来の電池Ｄ，Ｅに比べてサイクルに伴う容量劣化が小さく、また、負極板に蓄積した硫酸鉛量も少ないことが分かった。
【００３３】
【表２】
0003567969.tif 000003
【００３４】
なお、本実施形態中のセパレ−タ３が正極板１にだけ面する部分３ｂではセパレ−タに対する加圧力が減る。このために、部分３ｂが多いものほど電池Ｄより電解液量が多くなるが、この部分に負極板２と同等厚みのリテ−ナ−、もしくは耐酸性樹脂製のスペ−サ−を入れても良い。
【００３５】
適用する耐酸性樹脂例としては、熱可塑性樹脂（ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレン、ポリエステル等）熱硬化性樹脂（フェノール、フォルムアルデヒド等）がある。
【００３６】
また、本実施形態では既化成極板に電解液を注液するタイプの電池を示したが、電槽化成で作製する電池でも同様のことがいえる。
【００３７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明による密閉形鉛蓄電池は正極板の作用面より負極板の作用面を小さくして正極板の作用面に負極板の作用面が全て含まれるように配置したので、負極に対する濃淡電池の悪影響を軽減出来、優れた寿命性能を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品の一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の極群を示す側断面図である。
【図３】本実施形態と比較形態の容量特性を示すグラフである。
【符号の説明】
１    正極板
１ａ  正極板の作用面
１ｃ  側縁
１ｄ  下縁
２    負極板
２ａ  負極板の作用面
２ｃ  側縁
２ｄ  下縁
３    セパレータ
【図１】
0003567969.tif 000004
【図２】
0003567969.tif 000005
【図３】
0003567969.tif 000006