(57)【要約】【課題】バインダーなどの接着剤を使わず安価に製造でき、且つキャパシタ電極が比較的に大きい表面積を有する鉛蓄電池の提供。【解決手段】キャパシタ電極ユニット４は、炭素ベース繊維材料からつくられ、接着剤を使用せずに鉛ベース負極ユニット２２及び二酸化鉛ベース正極ユニット２１における少なくとも一方に接触すると共にギャップ６を充填するよう、第１の方向に沿って長く延伸されて硫酸ベース電解液５に浸されるように設けられている。【選択図】図１
2015106562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硫酸ベース電解液が収容されている蓄電池ケースと、
前記硫酸ベース電解液に浸漬するように第１の方向に長く延伸されて設けられた鉛ベース負極ユニットと、
前記第１の方向と直角に交わる方向である第２の方向に前記鉛ベース負極ユニットとギャップをあけて交互に並ぶと共に、前記第１の方向に長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられた二酸化鉛ベース正極ユニットと、
前記鉛ベース負極ユニット及び前記二酸化鉛ベース正極ユニットの間に介入した状態で、前記第１の方向に長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられたセパレータユニットと、
炭素ベース繊維材料からつくられ、前記鉛ベース負極ユニット及び前記二酸化鉛ベース正極ユニットにおける少なくとも一方に接触すると共に前記ギャップを充填するよう、前記第１の方向に沿って長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられたキャパシタ電極ユニットと
を備えていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記キャパシタ電極ユニットは、可撓性をもつことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記キャパシタ電極ユニットは、炭素繊維織物からつくられることを特徴とする請求項２に記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記炭素繊維織物は、前駆体ポリマーウェブに対して炭化処理を施すことによりつくられたものであることを特徴とする請求項３に記載の鉛蓄電池。
【請求項５】
前記前駆体ポリマーウェブは、ポリアクリロニトリルベース材料、ピッチベース材料、セルロースベース材料又はフェノールホルムアルデヒド樹脂から選ばれたものからつくられたことを特徴とする請求項４に記載の鉛蓄電池。
【請求項６】
前記鉛ベース負極ユニットは、前記第２の方向に沿って間隔をあけて並ぶように設けられた複数の負極を有し、
前記二酸化鉛ベース正極ユニットは、前記負極と互い違いに設けられた複数の正極を有し、
前記ギャップを、複数有し、
前記セパレータユニットは、複数のセパレータを有し、複数の前記セパレータはそれぞれ、隣接した前記負極と前記正極の間に介入するように、隣接した前記負極と前記正極における一方に接触するように設けられ、
前記キャパシタ電極ユニットは、複数のキャパシタ電極を有し、複数の前記キャパシタ電極はそれぞれ同じ極性を共有すべく隣接した前記負極及び前記正極における他方に接触するように前記ギャップを充填するように設けられていることを特徴とする請求項３に記載の鉛蓄電池。
【請求項７】
更に、それぞれ同じ極性を有する２つの前記キャパシタ電極を連結する複数の連結キャパシタを有することを特徴とする請求項６に記載の鉛蓄電池。
【請求項８】
前記連結キャパシタはそれぞれ、２つの前記キャパシタ電極と同じ炭素繊維織物からつくられることを特徴とする請求項７に記載の鉛蓄電池。
【請求項９】
前記連結キャパシタは、それによって連結された前記キャパシタ電極と一体的に形成されたことを特徴とする請求項８に記載の鉛蓄電池。
【請求項１０】
前記キャパシタ電極は、同じ前記ギャップに介入した前記セパレータと接着によって連結されることを特徴とする請求項６に記載の鉛蓄電池。
【請求項１１】
前記キャパシタ電極は、８００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することを特徴とする請求項６に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池に関し、特にはキャパシタ電極付鉛蓄電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、安価で信頼性が高いことから、現在でも主流の蓄電デバイスとして使用されている。従来例として、図７に示されているように、複数のセパレータ１３のそれぞれを介して複数の二酸化鉛ベース正極１１のそれぞれと複数の鉛ベース負極１２のそれぞれとが間隔をあけて交互に並ぶように設けられ、二酸化鉛ベース正極１１と鉛ベース負極１２との間にセパレータ１３が配置され、短繊維の炭素繊維を含んだキャパシタ電極１５が接着層１４によって正極１１又は負極１２に被覆されて設けられている鉛蓄電池が既に用いられている。また、該鉛蓄電池は、諸電極に接触して設けられた電解質を有する。各電極は、集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）であって、金属グリッドにペースト状の活性電極材料を塗布して作られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第８２３２００６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来の鉛蓄電池において、キャパシタ電極とは、一般的に例えば短繊維の多孔性炭素繊維といった高表面積を有するキャパシタ材料としての塗布材料とバインダーとを硬化して作られているものであり、炭素繊維における隙間をバインダーによって塞いでいる。そのため、キャパシタ電極の表面積が比較的に小さくなり、キャパシタンスが限られる問題点がある。
【０００５】
本発明は、バインダーなどの接着剤を使わず安価に製造でき、且つキャパシタ電極が比較的に大きい表面積を有する鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る鉛蓄電池は、硫酸ベース電解液が収容されている蓄電池ケースと、前記硫酸ベース電解液に浸漬するように第１の方向に長く延伸されて設けられた鉛ベース負極ユニットと、前記第１の方向と直角に交わる方向である第２の方向に前記鉛ベース負極ユニットとギャップをあけて交互に並ぶと共に、前記第１の方向に長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられた二酸化鉛ベース正極ユニットと、前記鉛ベース負極ユニット及び前記二酸化鉛ベース正極ユニットの間に介入した状態で、前記第１の方向に長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられたセパレータユニットと、炭素ベース繊維材料からつくられ、前記鉛ベース負極ユニット及び前記二酸化鉛ベース正極ユニットにおける少なくとも一方に接触すると共に前記ギャップを充填するよう、前記第１の方向に沿って長く延伸されて前記硫酸ベース電解液に浸されるように設けられたキャパシタ電極ユニットとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る鉛蓄電池は、キャパシタ電極が接着剤によらずに負極又は正極の間のギャップに充填されて負極又は正極と密接するように設置されているので、安価に製造される。また、キャパシタ電極及び負極又は正極の間はキャパシタ電極の隙間を塞ぐ接着剤を使用しないので、比較的に大きい表面積を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る鉛蓄電池の第１の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明に係る鉛蓄電池の第２の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明に係る鉛蓄電池の第３の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明に係る鉛蓄電池の第４の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明に係る鉛蓄電池の第５の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明に係る鉛蓄電池の第６の実施形態の構成を概略的に示す断面図である。
【図７】従来の鉛蓄電池の一例を概略的に示す図である
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下添付図面に従って本発明に係る鉛蓄電池のいくつかの実施の形態について詳説する。なお、同一構成及び機能を有する構成要素については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００１０】
（第１の実施形態）
図１には、本発明の第１の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を概略的に示している。第１の実施形態に係る鉛蓄電池は、蓄電池ケース１０と、鉛ベース負極ユニット２２と、二酸化鉛ベース正極ユニット２１と、セパレータユニット３と、キャパシタ電極ユニット４とを備えている。
【００１１】
蓄電池ケース１０は、図１に示されているように、その上端が上向きに開口し、下端が閉塞されて流動性の物質を入れることができる収容空間を画成した有底筒状である胴部を有し、その中に硫酸ベース電解液５が収容されている。硫酸ベース電解液５としては、硫酸のような酸電解液が好ましい。
【００１２】
鉛ベース負極ユニット２２、二酸化鉛ベース正極ユニット２１及びセパレータユニット３はそれぞれ、第１の方向に長く延伸されて硫酸ベース電解液５に浸されるように設けられている。この形態では、鉛ベース負極ユニット２２と二酸化鉛ベース正極２１とが第１の方向と直角に交わる方向である第２の方向に間隔をあけて交互に並ぶように設けられ、セパレータユニット３が鉛ベース負極ユニット２２と二酸化鉛ベース正極２１との間にギャップ６をあけて介入された状態又はギャップ６を充満するように嵌挿した状態で設けられている。なお、第１の方向と第２の方向とは、図面視の上下方向及び左右方向である。
【００１３】
キャパシタユニット４は、鉛ベース負極ユニット２２及び二酸化鉛ベース正極ユニット２１における一方に接触すると共にギャップ６を充填するよう、第１の方向に沿って長く延伸されて硫酸ベース電解液５に浸されるように設けられている。
【００１４】
この形態では、鉛ベース負極ユニット２２は、互いに間隔をあけて第２の方向に沿って並ぶように設けられた複数の負極２２１を有し、二酸化鉛ベース正極ユニット２１は、間隔をあけて第２の方向に並ぶと共に、負極２２１と互い違いに設けられた複数の正極２１１を有する。ギャップ６として、この形態では、複数のギャップ６を有することで、複数の負極２２１と複数の正極２１１とがそれぞれ間隔をあけて互い違いに設けられている。複数の負極２２１は、配線（図示せず）により一つの負極端子（図示せず）につながるように配置され、複数の正極２１１は他の配線（図示せず）により一つの正極端子（図示せず）につながるように配置されている。
【００１５】
負極２２１及び正極２１１のそれぞれは、集電体（ｃｕｒｒｅｎｔ  ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）であって、例えば鉛又は鉛合金からなった金属グリッドに例えば鉛と希硫酸を混合したペースト状の電極材料を塗布し、電気化学反応によって鉛又は二酸化鉛として作られるものである。
【００１６】
セパレータユニット３は、複数のセパレータ３１を有し、複数のセパレータ３１はそれぞれ、隣接した負極２２１と正極２１１の間に介入するように、隣接した負極２２１と正極２１１における一方に接触するように設けられている。少なくとも一対の隣接した負極２２１と正極２１１における一方がセパレータ３１と接触すると共に、他方が該セパレータ３１からギャップ６をあけて離れるように配置されている。
【００１７】
キャパシタ電極ユニット４は、複数のキャパシタ電極４１を有し、複数のキャパシタ電極４１のそれぞれが同じ極性を共有すべく少なくとも一対の隣接した負極２２１及び正極２１１における他方に接触すると共にギャップ６を充填するように設けられている。
【００１８】
この形態では、隣接した負極２２１及び正極２１１の内の上述した一方が正極２１１、他方が負極２２１であり、キャパシタ電極４１の片面が接着剤によらず負極２２１に密接し、セパレータ３１の一面がキャパシタ電極４１の負極２２１に密接した面と反対側の面に接着剤などにより連結されると共に、他面が正極２１１に接触するように隣接した負極２２１及び正極２１１の間に嵌挿して設けられている。また、一対の隣接した負極２２１及び正極２１１の間にキャパシタ電極４１を嵌挿せずに一つのセパレータ３１が介設されている。
【００１９】
キャパシタ電極４１は、可撓性をもつように、例えば炭素繊維織物などの炭素ベース繊維材料から多孔性で且つ炭素繊維が均一に分散されるようにつくられたものである。
【００２０】
炭素繊維織物は、一例として前駆体ポリマーウェブに対して炭化処理を施すことによりつくられるものである。前駆体ポリマーウェブは、ポリアクリロニトリルベース材料、ピッチベース材料、セルロースベース材料又はフェノールホルムアルデヒド樹脂などから選ばれたものからつくられるものである。また、炭素繊維織物は、他例として炭素繊維糸で編んだものである。
【００２１】
さらに、炭素繊維織物としては、未改質型炭素繊維織物であってもよく、改質型炭素繊維織物であってもよい。改質型炭素繊維織物としては、未改質炭素繊維織物に対して連続的に表面が官能基化される処理を行ったものが好ましい。表面官能基化処理とは、３００℃〜５００℃の高温処理、プラズマ処理、或いは化学処理による熱処理、又は硫黄を含まないが金属を含有する表面修飾剤で行う。
【００２２】
また、炭素繊維織物のサイズは、鉛ベース負極ユニット２２又は二酸化鉛ベース正極ユニット２１のサイズに応じて調整してもよく、または鉛蓄電極の特性に応じて調節してもよい。炭素繊維織物としては、鉛ベース負極ユニット２２又は二酸化鉛ベース正極ユニット２１を被覆するのに、被覆する負極２２１又は正極２１１の全面積の内の１０〜１００％の面積を被覆できる大きさのものを用いることが好ましい。また、炭素繊維織物としては、０．１〜２．０ｍｍの厚さ、８００ｍ２／ｇ以上の比表面積を有することが好ましい。この形態では、キャパシタ電極４１のそれぞれは、厚さが０．４ｍｍ、大きさが負極２２１の全面積の９０％を被覆できる大きさの炭素繊維織物によってつくられている。
【００２３】
キャパシタ電極４１は、接着剤を用いて対応するセパレータ３１に接着されることが好ましい。接着剤は、硫酸ベース電解液５と反応しないものが好ましく、例えば、フッ素ベースポリマー接着剤、アクリレートベース接着剤、ポリスチレンベース接着剤、フェノールベース接着剤、又は二酸化ケイ素系接着剤である。フッ素ベースポリマー接着剤は、一例としてテトラフルオロエチレン系接着剤である。
【００２４】
第１の実施形態では、鉛蓄電池として、制御弁式鉛蓄電池（ＶＲＬＡ）が用いられ、電解反応により、電解液５の水がなくなるが、キャパシタ電極４１が炭素繊維織物によって作られた多孔性を備えたものであると、二酸化鉛ベース正極ユニット２１で発生した酸素がセパレータ３１およびキャパシタ電極４１を通過し、鉛ベース負極ユニット２２で還元して水になるので、電解液における水がなくなることを解消することができる。
【００２５】
この形態に係る鉛蓄電池の製造にあたっては、まず、蓄電池ケース１０に正極２１と負極２２とが交互に並ぶように配置され、次にキャパシタ電極４１の片面がセパレータ３１にアクリレートベース接着剤によって接着される。そして、キャパシタ電極４１と接着しない一つのセパレータ３１を、一対の隣接した負極２２１と正極２１１の間に嵌挿すると共に、キャパシタ電極４１と接着されたセパレータ３１を、キャパシタ電極４１のセパレータ３１と接着された片面と反対側の面が負極２２１に接触するように、前もって蓄電池ケース１０に取り付けられた隣接した負極２２１と正極２１１の間に嵌挿する。最後に、蓄電池ケース１０に取り付けられた負極２２１、正極２１１、セパレータ３１及びキャパシタ電極４１が浸されるように硫酸ベース電解液５を蓄電池ケース１０内に充満させてから、蓄電池ケース１０を密封状に封する。以上によって、鉛蓄電池２が製造される。
【００２６】
以上のように構成された鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１が接着剤によらずに負極２２１又は正極２１１の間のギャップ６を充填して負極２２１又は正極２１１と密接するように設置されているので、安価に製造される。また、キャパシタ電極４１及び負極２２１又は正極２１１の間にはキャパシタ電極４１の隙間を塞ぐ接着剤を使用しないので、キャパシタ電極４１が比較的に大きい表面積を確保することができる。
【００２７】
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能である。
【００２８】
（第２の実施形態）
図２には、本発明の第２の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示している。第１の実施形態では、隣接した負極２２１と正極２１１との間にセパレータ３１だけを介入して配置された組みがあるが、第２の実施形態では、正極２１１の第２の方向沿いの両面にセパレータ３１、３１が接着により設けられ、キャパシタ電極４１が、負極２２１の第２の方向沿いの両面に配置されて、隣接した負極２２１及び正極２１１の間に負極２２１と接触すると共に負極２２１とセパレータ３１との間のギャップ６を充填している。
【００２９】
このように構成された鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１を接着剤によらずに負極２２１と接触させて設けていることにより、安価に製造される。また、キャパシタ電極４１及び負極２２１の間にはキャパシタ電極４１の隙間を塞ぐ接着剤を使用しないので、キャパシタ電極４１が比較的に大きい表面積を確保することができる。
【００３０】
（第３の実施形態）
図３には、本発明の第３の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示している。第１の実施形態では、隣接した負極２２１と正極２１１との間にセパレータ３１だけを介入させて配置された組みがあり、第２の実施形態では、正極２１１とセパレータ３１とが密接して設けられているが、第３の実施形態では、キャパシタ電極４１がギャップ６を充填するように負極２２１及び正極２１１の第２の方向沿いの両面にそれぞれ接触して設けられ、且つ、隣接した負極２２１及び正極２１１の間の対向したキャパシタ電極４１の間にセパレータ３１が接着により設けられている。
【００３１】
このように構成された第３の実施形態に係る鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１を接着剤によらずに負極２２１及び正極２１１と接触して設けているので、上記実施形態と同様な効果を有する。
【００３２】
（第４の実施形態）
図４には、本発明の第４の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示している。第４の実施形態は第２の実施形態と類似しているが、更に、それぞれ同じ極性を有する２つのキャパシタ電極４１を連結する複数の連結キャパシタ４２を有する。連結キャパシタ４２はそれぞれ、２つのキャパシタ電極４１と同じ炭素繊維織物からつくられている。連結キャパシタ４２によって負極２２１の両側のキャパシタ電池４１を連結している。連結キャパシタ４２は、それによって連結されたキャパシタ電極４１と断面がＵの字形状になるように一体的に形成されることが好ましい。
【００３３】
このように構成された第４の実施形態に係る鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１を接着剤によらずに負極２２１と接触させて設けているので、上記実施形態と同様な効果を有する。
【００３４】
（第５の実施形態）
図５には、本発明の第５の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示している。第５の実施形態は第３の実施形態と類似しているが、第４の実施形態と同様に、更に、それぞれ同じ極性を有する２つのキャパシタ電極４１を連結する複数の連結キャパシタ４２を有する。連結キャパシタ４２はそれぞれ、２つのキャパシタ電極４１と同じ炭素繊維織物からつくられている。連結キャパシタ４２によって負極２２１の両側のキャパシタ電池４１を連結している。連結キャパシタ４２は、それによって連結されたキャパシタ電極４１と断面がＵの字形状になるように一体的に形成されることが好ましい。
【００３５】
このように構成された第５の実施形態に係る鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１を接着剤によらずに負極２２１及び正極２１１と接触させて設けているので、上記実施形態と同様な効果を有する。
【００３６】
（第６の実施形態）
図６には、本発明の第６の実施形態に係る鉛蓄電池の構成を示している。第６の実施形態は第５の実施形態と類似しているが、更に、それぞれ２つのセパレータ３１を連結する複数の連結セパレータ３２と、それぞれ同じ極性を有する２つのキャパシタ電極４１を連結する複数の連結キャパシタ４２とを有する。連結キャパシタ４２はそれぞれ、２つのキャパシタ電極４１と同じ炭素繊維織物からつくられている。連結キャパシタ４２によって、正極２１１を挟んで隣接する２つの負極２２１の間における、各負極２２１とそれぞれ接する２つのキャパシタ電極４１同士と、正極２１１とそれぞれ接する２つのキャパシタ電極４１同士とがそれぞれ断面がＵの字型状に連結されている。また、連結セパレータ３２によって、正極２１１を挟んで隣接する２つの負極２２１の間における、正極２１１の両側の２つのセパレータ３１同士をＵの字形状に一体的に連結している。
【００３７】
このように構成された第６の実施形態に係る鉛蓄電池は、キャパシタ電極４１を接着剤によらずに負極２２１及び正極２１１と接触させて設けているので、上記実施形態と同様な効果を有する。
【００３８】
上記実施形態においてセパレータ３１は、例えば、アクリレートベース接着剤によって負極２２１、正極２１１、キャパシタ電極４１と接着されている。
【００３９】
上記実施形態において連結キャパシタ４２によって一体的にＵの字形に連結されたキャパシタ電極４１としては、長さが１３５ｍｍ、幅が４０ｍｍ、厚さが０．４ｍｍの炭素繊維織物が使用されている。
【００４０】
以上により、キャパシタ電極４１が接着剤によらずに負極２２１又は正極２１１の間のギャップ６を充填して負極２２１又は正極２１１と密接するように設置されているので、安価に製造される。また、キャパシタ電極４１及び負極２２１又は正極２１１の間はキャパシタ電極４１の隙間を塞ぐ接着剤を使用しないので、キャパシタ電極４１が比較的に大きい表面積を確保することができる鉛蓄電池が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明に係る鉛蓄電池は、電気自動車、ハイブリッド自動車などの二次電池として有用である。
【符号の説明】
【００４２】
３      セパレータユニット
４      キャパシタ電極ユニット
５      電解液
６      ギャップ
１０    蓄電池ケース
２１    二酸化鉛ベース正極ユニット
２２    鉛ベース負極ユニット
３１    セパレータ
３２    連結セパレータ
４１    キャパシタ電極
４２    連結キャパシタ
２１１  正極
２２１  負極
【図１】
2015106562.tif 000003
【図２】
2015106562.tif 000004
【図３】
2015106562.tif 000005
【図４】
2015106562.tif 000006
【図５】
2015106562.tif 000007
【図６】
2015106562.tif 000008
【図７】
2015106562.tif 000009