(57)【要約】【課題】列状にセル室が配置された制御弁式鉛蓄電池において、ガラス繊維マットセパレータと極板との密着性が両端セルとそれ以外のセルでばらつき、これが内部抵抗のばらつきを発生させ、電池寿命が低下すること。【解決手段】正極板と負極板とをガラス繊維マットセパレータを介して積層した極板群の３以上が電槽内を隔壁で列状に区画されたセル室に収納した制御弁式鉛蓄電池であり、少なくとも３以上の前記セル室が列状に配置されたセル列を有し、セル列両端のセル室内の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＡ、これ以外の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＢとしたときに、これら見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とをガラス繊維マットセパレータを介して積層した極板群を、電槽内を隔壁で区画してなるセル室に収納した制御弁式鉛蓄電池であり、少なくとも３以上の前記セル室が列状に配置されたセル列を有し、前記正極板、前記負極板および前記ガラス繊維マットセパレータが前記隔壁と平行になるよう、前記極板群が前記セル室に収納され、複数の前記極板群に加わる群圧は実質上同一であって、前記セル列の両端に位置するセル室内の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＡ、前記セル列の両端以外に位置するセル室内の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＢとしたときに、これら見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５としたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御弁式鉛蓄電池は、一つまたは複数のセル（単電池）室から構成されている。セル室の中は、正極板、負極板、ガラス繊維マットセパレータおよび希硫酸を主成分とする電解液が収納されており、セル室にはセル室内で発生したガスを外部へ放出するための制御弁が設けられている。
【０００３】
制御弁式鉛蓄電池では、電解液は正極板と負極板の空孔やガラス繊維マットセパレータの空孔に含浸された状態となっている。ガラス繊維マットセパレータとこれら極板との密着性を保持するため、２０〜６０ｋＰａ程度の、ガラス繊維マットセパレータを厚み方向に圧縮する圧（群圧）が加えられる。
【０００４】
ガラス繊維マットセパレータはこの群圧に対する反発性と電解液の保持性を有していることが必要である。ガラス繊維マットセパレータの反発性が低下すると、正極板・負極板面とガラス繊維マットセパレータとの密着性が損なわれるため、ガラス繊維マットセパレータから正極板・負極板への電解液の供給が阻害され、電池容量が低下してしまう。
【０００５】
また、ガラス繊維マットセパレータの電解液の保持性が低下すると、ガラス繊維マットセパレータから正極板・負極板へ放電に必要な電解液の補給がなされないため、電池容量が低下する。また、ガラス繊維マットセパレータの上下で電解液保持性に差がある場合、化成充電後の正極活物質組成に上下差が生じ、電池容量と寿命が低下することが特許文献１に示されている。
【０００６】
そして、このような電解液の上下分布を解消するために、前記の特許文献１には、ガラス繊維マットセパレータの繊維径を０．８〜１．２μｍ、かつセパレータの嵩密度（見掛密度）を０．１２〜０．１６ｇ／ｃｃとすることが示されている。
【特許文献１】特開２０００−１３３３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、制御弁式鉛蓄電池では、百数十Ａｈ〜数百Ａｈといった大容量の産業用鉛蓄電池の一部を除くと、６Ｖ（３セル直列）あるいは１２Ｖ（６セル直列）といった複数セルで用いることが一般的である。
【０００８】
特に、求められる電池形状・寸法と電池電圧・容量との関係から、セル室を列状に配置し、かつセル室を区画する隔壁と平行に正極板、負極板およびガラス繊維マットセパレータを収納し、列内のセル室数が３以上の構成とする場合がある。このような構成では、同一セル列内に両端のセル室と、それ以外の、両端セル室に囲まれたセル室が存在する。
【０００９】
このような場合、両端以外のセル室中の極板群の両側には隔壁を介して他の極板群が隣接して配置される。隔壁にはその両側に位置した極板群から群圧が互いに逆方向に加わるため、群圧は打ち消され、隔壁の変形は殆ど生じない。一方、セル列の両端に位置するセル室内の極板群は、一方が隔壁に対向し、他方が電槽壁に対向し、かつ隔壁に対向する一方の側のみに他の極板群が配置される。隔壁は前記したと同様、隣接する極板群が存在するため、殆ど変形を受けない。ところが、電槽壁外側には極板群が存在しないため、電槽壁は一方からのみ群圧を受け、隔壁に比較して塑性変形しやすい。その結果、セル列の両端セル室に位置する極板群は、それ以外の極板群に比較して、極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性が低下しやすく、内部抵抗がより高くなる。
【００１０】
これにより、両端に位置するセル室内の極板群とそれ以外の極板群とで極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性の度合いと内部抵抗にばらつきが発生する。
【００１１】
電池が製造直後のものでは、この内部抵抗や、そのばらつきの増大は、初期放電容量に大きく影響を及ぼす程度のものではない。ところが、トリクル充電を連続して行った場合や、充放電サイクルが進行した場合には、正極板や負極板が厚み方向に膨張する場合がある。
【００１２】
セル列内の両端でないセル室内の極板群は、両側に隣接するセル室内の極板群から受ける膨張圧力と自らの膨張圧力とが対向しあうため、セル室間を区画する隔壁は殆ど変形しない。
【００１３】
しかしながら、セル列の両端セルでは、一方が電槽壁に接しているため、極板群の膨張応力によって電槽壁が変形し、極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性が低下し、前記した内部抵抗のばらつきが拡大する。これによって、両端セルが集中的に劣化し、電池全体として放電容量が低下し、寿命低下するという課題があった。
【００１４】
一方、両端セルが位置する電槽壁の厚みを増大することにより、電槽壁の変形はある程度まで抑制できるものの、寿命伸長効果を得るためには電槽壁厚みを大幅に増加せざるを得ず、製造コストの面で、著しく不利であった。
【００１５】
本発明は、前記したような、セル室を列状に配置し、かつセル室を区画する隔壁と平行に正極板、負極板およびガラス繊維マットセパレータを収納し、列内のセル室数が３以上であることによって同一セル室列内に両端のセル室とそうでないセル室が存在する制御弁式鉛蓄電池において発生する、極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性のばらつきとこれによる電池寿命の低下を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、正極板と負極板とをガラス繊維マットセパレータを介して積層した極板群を、電槽内を隔壁で区画してなるセル室に収納した制御弁式鉛蓄電池であり、少なくとも３以上の前記セル室が列状に配置されたセル列を有し、前記正極板、前記負極板および前記ガラス繊維マットセパレータが前記隔壁と平行になるよう、前記極板群が前記セル室に収納され、複数の前記極板群に加わる群圧は実質上同一であって、前記セル列の両端に位置するセル室内の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＡ、前記セル列の両端以外に位置するセル室内の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度をＢとしたときに、これら見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５としたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１７】
前記した本発明の制御弁式鉛蓄電池では、セル列の両端に位置するセル室に収納された極板群と、それ以外のセル室に収納された極板群との間で発生する、極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性のばらつきによって発生する内部抵抗のばらつきを抑制し、長寿命制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の実施の形態による鉛蓄電池を図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は本発明の鉛蓄電池１０の断面を示す図である。電槽１１は少なくとも３以上のセル室１２ａ，１２ｂが列状に配置されることによって、列の両端に位置するセル室１２ａとそれ以外の両端に位置しないセル室１２ｂに明確に区分される。セル室１２ａ，１２ｂは隔壁１３によって区画される。
【００２０】
セル室１２ａ，セル室１２ｂには正極板１４及び負極板１５をそれぞれガラス繊維マットセパレータ１６ａおよびガラス繊維マットセパレータ１６ｂを介して積層した極板群１７ａおよび極板群１７ｂがそれぞれ収納される。
【００２１】
本発明では、極板群１７ａ，１７ｂは、それぞれを構成する正極板１４、負極板１５およびガラス繊維マットセパレータ１６ａ，１６ｂが隔壁１３と平行となるよう収納される。
【００２２】
本発明の鉛蓄電池では、初期状態において、セル室１２ａおよびセル室１２ｂに収納されたそれぞれの極板群１７ａおよび極板群１７ｂに加わる群圧、すなわち、ガラス繊維マットセパレータ１６ａおよびガラス繊維マットセパレータ１６ｂの厚み方向に加わる圧縮の度合いは同一とする。極板群毎に群圧に差がある場合、極板群間で初期容量にばらつきが生じ、電池全体とした場合に寿命低下の要因となるためである。
【００２３】
ただし、極板厚みの寸法公差により、初期性能や寿命に影響を及ぼさない程度の群圧の差異は許容でき、５ｋＰａ以内の差異であれば、初期性能や寿命性能に大きく影響しないため、群圧は実質上同一であるとする。
【００２４】
本発明の鉛蓄電池では、セル列の両端に位置するセル室１２ａ内の極板群１７ａのガラス繊維マットセパレータ１６ａの見掛密度をＡ、前記セル列の両端以外に位置するセル室１２ｂ内の極板群１７ｂのガラス繊維マットセパレータ１６ｂの見掛密度をＢとしたときに、これら見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５とする。なお、これらの見掛密度はいずれも極板群がセル室内に収納された状態の値とする。
【００２５】
なお、ガラス繊維マットセパレータは、通常用いられる見掛密度０．０６〜０．２０ｇ／ｃｍ3の値（２０ｋＰａ〜６０ｋＰａの群圧を加えた状態）のものを用いることができる。一例として、セル列の両端以外に位置するセル室１２ｂの極板群１７ｂのガラス繊維マットセパレータ１６ｂの見掛密度（Ｂ）を０．１４ｇ／ｃｍ3の値（例として群圧２０ｋＰａ）としたとき、セル列の両端に位置するセル室１２ａ内の極板群１７ａのガラス繊維マットセパレータ１６ａの見掛密度（Ａ）は０．１６１〜０．１７５ｇ／ｃｍ3（例として群圧２０ｋＰａ）とする。また、ガラス繊維マットセパレータの繊維径に関しては通常使用される、０．６〜１．５μｍの範囲で選択すればよい。
【００２６】
なお、図１には同極性極板同士の接続構造や、セル間の接続構造、制御弁構造といった他の構造を示していないが、これら構造は、従来の制御弁式鉛蓄電池の構造となんら変わるところはない。
【００２７】
本発明では、両端に位置する極板群とそれ以外の極板群で用いるガラス繊維マットセパレータの見掛密度の比率を規定することにより、電槽内におけるセル室の位置の差によって生じる、極板とガラス繊維マットセパレータとの密着性ばらつきの起因する内部抵抗のばらつきと、これによる電池寿命の低下を抑制し、長寿命の制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。
【実施例】
【００２８】
以下、実施例により、本発明の効果を説明する。
【００２９】
図１に示した鉛蓄電池において、表１に示したように、セル列の両端に位置するセル室１２ａ内の極板群１７ａのガラス繊維マットセパレータ１６ａの見掛密度（Ａ）と、前記セル列の両端以外に位置するセル室１２ｂ内の極板群１７ｂのガラス繊維マットセパレータ１６ｂの見掛密度（Ｂ）を変化させることにより、これら見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を表１に示すように変化させた比較例と本発明例の制御弁式鉛蓄電池（６Ｖ７．２Ａｈ）を作成した。なお、見掛密度は電池に組み込まれた状態であり、表１に示した群圧が加わった状態での値である。群圧は各セルとも同一とした。なお、ガラス繊維マットセパレータの繊維径は平均０．７μｍのものを用いた。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１に示した本発明例と比較例の電池について、４０℃中でトリクル寿命試験を行い、寿命特性を評価した。
【００３２】
試験条件は、４０℃雰囲気中で６．９Ｖの定電圧充電を１ヶ月間連続して行い、３時間率放電（２．４Ａ定電流放電、放電終止電圧５．２５Ｖ）を行う充電−放電サイクルを繰り返して行った。３時間率放電での放電容量が初期の５０％になった時点で寿命とした。
【００３３】
寿命期間の算出は以下の通りとした。
【００３４】
放電容量が初期の５０％以下となった試験月数をｎとし、この時の放電容量をＣn、前月、（ｎ−１）月での放電容量をＣn-1とし、横軸（試験月数Ｔ）−縦軸（３時間率容量Ｃ）としたグラフ上に（ｎ−１，Ｃn-1）および（ｎ，Ｃn）の２点の座標をプロットし、これら２点を結んだ直線Ｌと、初期の３時間率放電容量Ｃ0の５０％に相当する放電容量を０．５Ｃ0としたときに、このグラフ上において前記の直線Ｌと直線Ｃ＝０．５Ｃ0との交点の横軸座標を寿命期間（月数）とした。
【００３５】
表１に示した本発明例と比較例の電池のトリクル寿命試験結果を表２に示す。なお、試験終了後の各セルの内部抵抗の計測を行った。この結果も表２に示す。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
表２に示した結果から、極板群圧３０ｋＰａ、５０ｋＰａのいずれの場合においても、ガラス繊維マットセパレータの見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）をそれぞれ、１．１１もしくは１．１２以下とした比較例の電池Ａ１〜Ａ３および電池Ｂ１〜Ｂ３は、それぞれ、１５．０〜１６ヶ月および１８．１〜１９．０ヶ月の寿命期間を有していた。
【００３８】
比較例の電池Ａ１では、試験終了後のセル列の両端に位置する極板群で構成されたセル（両端セル１および両端セル２）の内部抵抗が１５ｍΩおよび１６ｍΩ、それ以外に位置する極板群で構成されたセル（両端セル以外のセル）の内部抵抗が９ｍΩであり、両端セルの内部抵抗がそれ以外のセルの内部抵抗より増大し、寿命低下していた。両端に位置する極板群でガラス繊維マットセパレータと極板との密着性が損なわれ、内部抵抗が増大してばらつき、寿命低下に到ったと考えられる。比較例Ａ２、Ａ３および比較例Ｂ１〜Ｂ３の電池も比較例Ａ１の電池と同様、両端セルの内部抵抗が他のセルの内部抵抗に比較して著しく高くなっていた。
【００３９】
一方、ガラス繊維マットセパレータの見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．２５を超える値とした比較例の電池Ａ７およびＢ７は１７〜２０．５ヶ月の寿命期間であった。
【００４０】
比較例の電池Ａ７では、試験終了後のセル列の両端セルの内部抵抗がいずれも６ｍΩ、両端セル以外のセルの内部抵抗が１０ｍΩであり、両端以外のセルが両端セルに対して内部抵抗が高くなり、寿命低下していた。両端に位置しない極板群でガラス繊維マットセパレータと極板との密着性が損なわれ、内部抵抗が増大し、寿命低下に到ったと考えられる。
【００４１】
これらのことから、ガラス繊維マットセパレータの見掛密度の比率によって、劣化が進行しやすい極板群の位置が変化してくることがわかる。
【００４２】
ガラス繊維マットセパレータの見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５とし、群圧を３０ｋＰａとした本発明例の電池Ａ４、Ａ５およびＡ６では、寿命期間は２４．２〜２５．０ヶ月、群圧を５０ｋＰａとした本発明例の電池Ｂ４、Ｂ５、Ｂ６では、２６．０〜２７．２ヶ月の寿命期間であり、いずれも比較例の電池よりも極めて優れた寿命特性を有していた。
【００４３】
これら本発明例の電池の試験終了後の内部抵抗値は、すべて４〜６ｍΩの範囲内であり、また、セル室位置によるばらつきが顕著に抑制されていた。
【００４４】
本発明のように、両端に位置するセル室の極板群のガラス繊維マットセパレータの見掛密度を他よりも増大させることにより、両端に位置するセル室の極板群でのガラス繊維マットセパレータの反発力が増大し、長期間、極板とセパレータ間の密着性が維持できる。
【００４５】
また、ただ単に、ガラス繊維マットセパレータの見掛密度を上げるのみでは不十分である。本発明では、ガラス繊維マットの見掛密度の比率（Ａ／Ｂ）を１．１５〜１．２５とすることにより、電槽壁の変形によって、両端セルで他のセル室と比較して相対的に発生しやすい、ガラス繊維マットセパレータと極板との密着性を他のセル室と同等レベルまで維持し、密着性のばらつき、およびこれに起因する内部抵抗のばらつきを抑制することにより、寿命低下を抑制することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
上記したように、本発明によれば、制御弁式鉛蓄電池の寿命特性を顕著に向上することができ、バックアップ用途をはじめとする、種々の制御弁式鉛蓄電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の鉛蓄電池の断面を示す図
【符号の説明】
【００４８】
１０    鉛蓄電池
１１    電槽
１２ａ，１２ｂ    セル室
１３    隔壁
１４    正極板
１５    負極板
１６ａ，１６ｂ  ガラス繊維マットセパレータ
１７ａ，１７ｂ  極板群
【図１】
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