(57)【要約】【課題】無停電電源装置や非常用電源装置などに使用される鉛蓄電池において、簡易的に高率放電時の放電容量およびトリクルユースにおける鉛蓄電池容量の維持率、即ちトリクル寿命の向上を可能とする鉛蓄電池を提供する。【解決手段】鉛粉に所定量の水及び希硫酸を加え練合してなる正極活物質ペーストを、格子基板に充填してなる正極未化成板と、同様にして作製する負極未化成板を、熟成・乾燥して成る鉛蓄電池において、正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛粉に所定量の水及び希硫酸を加え練合してなる正極活物質ペーストを、格子基板に充填してなる正極未化成板と、同様にして作製する負極未化成板を、熟成・乾燥して成る鉛蓄電池において、正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとすることを特徴とする密閉式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、密閉式鉛蓄電池に関するもので、正極活物質量に対する電解液量の割合を規定することで長寿命化および高率放電特性の改善を図ったものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、密閉式鉛蓄電池は、金属鉛と鉛酸化物を主成分とする粉末材料（以下、金属鉛と鉛酸化物を主成分とする粉末を鉛粉と称する）を水と希硫酸で混練し、ペースト状活物質とした後、該ペースト状活物質を鉛合金などの基板に充填し保持させ、ペースト状活物質の結晶成長、強度アップ、格子表面とペースト状活物質との化学的な結合力の増加、水分の除去などを目的とした熟成・乾燥を行い未化成の正・負極板を作製し、熟成・乾燥の終わった極板は、希硫酸中で正・負極板間に直流電流を流し、正極をＰｂＯ２、負極を海綿状のＰｂに変える。この工程を化成工程と呼び、タンク化成または電槽化成が行われる。タンク化成は、電池を組み立てる前に予め未化成の正極板、負極板（同時化成）または片方ずつの極板（単独化成）を希硫酸の入った化成槽中に浸漬させ通電する方法である。後者の場合、対極としてダミーの格子を使用する。電槽化成は、電池を組み立てた後に電池内に希硫酸を注入し通電する方法であり、充電終了時の電解液比重が電池の所定比重となるような希硫酸を注液する方法と、低比重の希硫酸を注液して充電終了後に所定比重の希硫酸と換液する方法の２通りがある。
いずれの場合も、作製された蓄電池の電解液は、遊離する電解液がなく、極板やセパレータ内に含浸される程度の量に規制されている。
【０００３】
密閉式鉛蓄電池は安価で信頼性が高いという特徴を有するため、無停電電源装置や非常用電源装置などに広く使用されている。近年、密閉式鉛蓄電池の高容量化及び長寿命化が強く要求されている。
【０００４】
例えば、密閉式鉛蓄電池を１ＣＡなどの大きな電流で放電させる高率放電で使用する場合、正極活物質量を増大させて極板間の距離を狭めることで容量を増大させることは可能であるが、極板間距離が狭いためセパレータ厚みは減少し、電解液保持量が少なくなり、使用期間中の水分透過による内部抵抗増大の影響を受けやすくなってしまう。逆に、正極活物質量を少なくして電解液量を増やすことで、使用期間中の水分透過による内部抵抗増大の影響は受け難くなるが、セパレータ厚みが増加し、極板間距離が広くなり、高率放電特性は悪くなってしまう。
【０００５】
密閉式鉛蓄電池を非常用バックアップ電源としてトリクル充電（トリクルユース）をして用いる場合、電槽中に電解液が十分にあるときには、極板活物質と電解液を保持するセパレータの接面にも電解液が十分に存在し、極板活物質と電解液は速やかに反応する。しかし、長期間のトリクル充電を行うと電解液は減少し、極板活物質と電解液との接触、反応が低下するとともにトリクル寿命は低下する。
【０００６】
そこで、密閉式鉛蓄電池の特性を改善する方法として、電池系内の電解液量を完全充電状態の正極活物質１ｇあたり０．６５ｍｌ以上、具体的には０．６５ｍｌとし、かつ負極板にはその表面積の２％以上１０％以下で撥水処理を施す方法（特許文献１）などが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平８−１９５２１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１記載の方法を用いることで放電容量の向上、およびサイクル寿命の向上を可能としているが、負極板にフッ素樹脂等で選択的に撥水処理を施しているため、鉛蓄電池を作製する上で手間がかかる。また、シール形鉛蓄電池（密閉式鉛蓄電池）の電解液量はセパレータに含浸する程度と少ないため、撥水処理を施すことで電解液の拡散が十分に行われなくなると、高率放電時に負極の利用率低下や放電容量の低下をもたらす可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明者らは上記課題に鑑み、撥水処理を行わず、簡易的に高率放電時の放電容量およびトリクルユースにおける鉛蓄電池容量の維持率、即ちトリクル寿命の向上を可能とする鉛蓄電池を提供することを考えた。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明によれば、鉛粉に所定量の水及び希硫酸を加え練合してなる正極活物質ペーストを、格子基板に充填してなる正極未化成板と、同様にして作製する負極未化成板を、熟成・乾燥して成る鉛蓄電池において、正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとすることを特徴するものである。
【００１１】
正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとすることで、鉛蓄電池の高率放電特性を向上させることが可能であるが、０．９５ｃｃ／ｇ超過の場合、電解液量を増加する為のセパレータ厚みが増し、極板間距離が増加し、高率放電特性が悪化してしまう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとすることで、高率放電特性が良好で、長寿命な鉛蓄電池を提供することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、正極活物質量に対する電解液量の割合を０．８〜０．９５ｃｃ／ｇとすることで、電解液量を増加させて、減液による内部抵抗増加を抑止し、トリクル寿命を向上させるものであり、従来は正極活物質に対する電解液量の割合を０．６５ｃｃ／ｇ以上、かつ負極板に撥水処理を施すことで、充電受け入れ性向上によるサイクル寿命向上であり、この点で本発明と従来は相違する。
また、電槽中に電解液が十分にあるので、極板活物質と電解液を保持するセパレータの接面にも電解液が十分に存在し、電解液保持量が少なくなり使用期間中の水分透過による内部抵抗増大の影響を受けやすくなるという問題は生じない。
【実施例１】
【００１４】
常法により、鉛−カルシウム−スズ系合金からなる格子基板に鉛粉を水と希硫酸を混練した正極活物質ペーストを充填した未化成正極板と、同様に負極活物質ペーストを充填した未化成負極板を、各々熟成し、乾燥した後、セパレータを介して交互に積層した極板群の極板耳と極柱をバーナー溶接し、ストラップを形成した。そして、極板群を加圧状態で電槽内に収納した後、該電槽に電槽蓋を施して電槽蓋に施してある注液口より電解液を注入し、２５℃に空調された部屋において電槽化成を行い、定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した。この際、注入した電解液量は、正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．８ｃｃ／ｇとなるように予め化成によりガス発散する電解液量を勘案した量を注入することで調節した（本発明１）。
なお、鉛蓄電池の希硫酸の比重は電槽化成終了時に略１．２８０の液比重となるように、化成前の注入する電解液比重を調整した。
【実施例２】
【００１５】
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．８５ｃｃ／ｇとした以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（本発明２）。
【実施例３】
【００１６】
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．９０ｃｃ／ｇとした以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（本発明３）。
【実施例４】
【００１７】
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．９５ｃｃ／ｇとした以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（本発明４）。
【００１８】
（比較例１）
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．７５ｃｃ／ｇとした以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（比較例１）。
（比較例２）
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後１．００ｃｃ／ｇとした以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（比較例２）。
（従来例１）
正極活物質量に対する電解液量が電槽化成終了後０．６５ｃｃ／ｇとし、負極板にフッ素樹脂の粉末を６％分散させ撥水処理を施した以外は、実施例１と同様に定格容量１５０Ａｈ（１０時間率）、２Ｖセルの鉛蓄電池を作製した（従来例１）。
なお、電解液量は、通常そうであるように、いずれも電槽内に収納される極板群に含浸する最大量とし、その含浸量は極板を同じにし、セパレータの縦横寸法も同じにしてその厚さのみを変えることで調整した。
【００１９】
種々作製した鉛蓄電池（本発明１〜４、比較例１〜２、従来例１）を用いて、容量試験を行った。容量試験は、２５℃の環境下で放電電流１．０ＣＡ、放電終止電圧１．６Ｖの条件で行った。
図１は、容量試験結果を示したものである。なお、図１において横軸（Ｘ軸）は正極活物質量に対する電解液量を示し、縦軸（Ｙ軸）は１ＣＡ容量を示す。また、黒塗りは本発明１〜４を示し、白抜きは比較例１〜２および従来例１を示す。また、本発明１〜４および比較例１〜２は、従来例（０．６５）の正極活物質量に対する電解液量の割合における１ＣＡ容量を１００％とした時の比率で表している。
【００２０】
図１に示すように、正極活物質量に対する電解液量の割合における１ＣＡ容量は、本発明１〜４（正極活物質量に対する電解液量比率０．８〜０９５）では１００％以上であり、高率放電特性が良好であることが分かる。それに対し、比較例２は１００％を下回る結果であり、特に、正極活物質量に対する電解液量の割合が１．０以上である場合、セパレータ厚みが増大し、それに伴って極板間厚みも増大したため高率放電特性が悪化する結果となった。
【００２１】
次に、種々作製した鉛蓄電池を用いて（本発明１〜４、比較例１〜２、従来例１）を用いて、加速寿命試験を行った。加速寿命試験は、６０℃の環境下で２．２３Ｖの定電圧状態とした。そして、放電電流１．０ＣＡ、放電終止電圧１．６Ｖの条件で２ヶ月毎に寿命試験を行った。
図２は寿命試験の結果を示したものである。なお、図２において横軸（Ｘ軸）は経過月数を示し、縦軸（Ｙ軸）は１ＣＡ容量を示す。また、実線は本発明１〜４を示し、破線は比較例１〜２および従来例１を示す。
【００２２】
図２に示すように、本発明１〜４（正極活物質量に対する電解液量比率０．８〜０．９５）は、８ヶ月経過後も初期容量の８０％以上と高い容量維持率を示している。これに対し、比較例１では経過月数が４ヶ月以降に急激に容量が低下しており、これは正極活物質量に対する電解液量が本発明品よりも少ないため、寿命試験中の水分減少による内部抵抗増加の影響をより受けやすくなったためである。また、比較例２では初期容量が１００％を下回っており、これは正極活物質量に対する電解液量の割合が１．０と高いため、セパレータ厚みが増大し、それに伴って極板間厚みも増大したためと考えられる。さらに、従来例１では負極板にフッ素樹脂の粉末を６％分散させ撥水処理を施すことで電解液拡散が阻害され、電解液の拡散が十分に行われなくなり、８ヵ月後には初期容量の６０％を切る結果となった。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】正極活物質量に対する電解液量の割合における１ＣＡ容量試験の結果を示すグラフ。
【図２】寿命試験の結果を示すグラフ。
【図１】
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【図２】
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