(57)【要約】　　　（修正有）【課題】高温雰囲気下でトリクル充電を行う場合に、電槽の剛性低下による寸法変化によってもたらされる群圧による極板群の変形を抑制することにより、安定した寿命特性を備えた制御弁式鉛蓄電池を提供する。【解決手段】厚みがａである正極板１０のｍ枚と厚みがｂである負極板１１のｎ枚とをマットセパレータ１２を介して積層した極板群１３を電槽１４に収納した制御弁式鉛蓄電池であって、電槽１４の極板積層方向の内側寸法をｃとした時、｛（ａｍ＋ｂｎ）／ｃ｝で与えられる電槽内側寸法に占める極板厚みの比率ｄが０．３５≦ｄ≦０．８０であって、極板群１３の電槽収納時にかかる群圧Ｐを６２．５×ｄ（ｋＰａ）以上、１４０×ｄ（ｋＰａ）以下とする。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚みがａである正極板のｍ枚と厚みがｂである負極板のｎ枚とをマットセパレータを介して積層した極板群を電槽に収納した制御弁式鉛蓄電池であって、前記電槽の前記極板積層方向の内側寸法をｃとした時、｛（ａｍ＋ｂｎ）／ｃ｝で与えられる電槽内側寸法に占める極板厚みの比率ｄが０．３５≦ｄ≦０．８０であって、前記極板群の電槽収納時にかかる群圧Ｐを６２．５×ｄ（ｋＰａ）以上、１４０×ｄ（ｋＰａ）以下としたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【請求項２】
前記ｄを０．６≦ｄ≦０．８０としたことを特徴とする請求項１に記載の制御弁式鉛蓄電池。
【請求項３】
蓄電池外装に設けた排気部を可塑剤を含むゴム弁で閉塞する構成を有した弁を備え、前記排気部がＡＢＳ樹脂で構成される請求項１もしくは２に記載の制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
制御弁式鉛蓄電池は極板群に電解液を含浸保持し、所定圧で開閉動作する安全弁を有した樹脂外装に極板群を収納した構造を有している。電解液を極板群内に固定するために、電解液中にシリカを添加することにより、電解液を非流動化させたり、セパレータとしてガラス繊維等のマットセパレータを用い、このマットセパレータに電解液を含浸させることが行われている。
【０００３】
その中でもマットセパレータを用いた制御弁式鉛蓄電池では、マットセパレータと極板との間の電解液移動を円滑とするために、極板とマットセパレータとを密着させる必要がある。そのため、極板群の極板積層方向厚みに対して電槽内側寸法を小とすることによって、電槽により極板群に群圧をかけて圧迫する構成を有している。
【０００４】
近年、特にバックアップ用の制御弁式鉛蓄電池においては１０年を超える長寿命性能が要求されている。一般にこのようなマットセパレータを用いた制御弁式鉛蓄電池の寿命特性を改善するため群圧を増加させることが有効であると知られている。例えば特許文献１にはこの群圧を３５〜５５ｋｇ／ｄｍ２とすることにより、正極活物質の微細化を抑制し、制御弁式鉛蓄電池の寿命特性が向上することが示されている。
【０００５】
また、このようなバックアップ用の制御弁式鉛蓄電池は様々な環境下で使用され、４０℃を超えるような高温環境下で使用されることは稀でない。一般に制御弁式鉛蓄電池の外装を構成する電槽および蓋は電解液中の硫酸に侵されないＡＢＳ樹脂やＰＰ樹脂といった耐酸性の合成樹脂を用いている。このような合成樹脂製の電槽を用いる電池では環境温度が高くなると電槽の剛性が低下する。
【０００６】
一方、制御弁式鉛蓄電池には安全弁が備わっており、外気が蓄電池内部に侵入することを防ぐ。また蓄電池内部の圧力が上昇したときには開弁して排気を行い蓄電池内部の圧力を調整する。この安全弁は蓋に設けた排気筒にキャップ状ゴム弁を装着したものが広く用いられている。例えば４０℃を超えるような電槽の剛性が低下する高温雰囲気下で蓄電池を長期間トリクル充電した場合、蓄電池内部でガスが発生し、内圧が上昇するため図１に示したように電槽１の側壁２が外側に押され変形し側壁２の中央部２ｃの内側寸法Ｗｃが大きくなる。側壁２の上部２ａと下部２ｂはそれぞれ蓋３と電槽底壁４にそれぞれ固定されているのでそれぞれの内側寸法ＷａとＷｂは変化しない。
【０００７】
したがって、電槽１に収納された極板群４の上部４ａと下部４ｂに加わる群圧は変わらないが、電槽側壁の中央部２ｃにおいて極板群の中央部４ｃとの間に空間ができる。このとき群圧によって圧縮されているマットセパレータの反発力により、極板群４の中央部４ｃが膨らむように変形する。このような変形によって正極板５とマットセパレータ６の間や負極板７とマットセパレータ６との間に空間ができ、両者の密着性が低下し、蓄電池の内部抵抗の上昇と蓄電池容量の低下を引き起こし、群圧を高く設定することによって、長寿命を意図したにもかかわらず、蓄電池寿命が著しく短くなるという問題点があった。
【０００８】
また、電槽側壁の厚みを増加させて電槽側壁の変形をある程度まで抑制することもできるが、効果を十分に得ることができる側壁厚みでは電槽を構成する樹脂材料が大幅に増加して蓄電池の価格が増加したり、側壁厚みが増加する分、電槽内寸が減少し、必要とする蓄電池容量が得られないといった問題があった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平２−４９３３５号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような高温雰囲気下でトリクル充電を行う場合に、電槽の剛性低下による寸法変化によってもたらされる群圧による極板群の変形を抑制し、高温雰囲気下でも安定した寿命特性を備えた制御弁式鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は厚みがａである正極板のｍ枚と厚みがｂである負極板のｎ枚とをマットセパレータを介して積層した極板群を電槽に収納した制御弁式鉛蓄電池であって、電槽の極板積層方向の内側寸法をｃとした時、｛（ａｍ＋ｂｎ）／ｃ｝で与えられる電槽内側寸法に占める極板厚みの比率ｄが０．３５≦ｄ≦０．８０であって、極板群の電槽収納時にかかる群圧Ｐを６２．５×ｄ（ｋＰａ）以上、１４０×ｄ（ｋＰａ）以下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。
【００１２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の構成を備えた制御弁式鉛蓄電池において、ｄを０．６≦ｄ≦０．８０としたことを特徴とするものである。
【００１３】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２の制御弁式鉛蓄電池において、蓄電池外装に設けた排気部を可塑剤を含むゴム弁で閉塞する構成を有した弁を備え、排気部がＡＢＳ樹脂で構成された制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による制御弁式鉛蓄電池の構成を説明する。鉛合金からなる正極格子体に活物質ペーストを充填して正極板１０を作成する。この正極板１０の厚みをａとする。また、鉛合金からなる負極格子体に活物質を充填して負極板１１を作成する。この負極板１１の厚みをｂとする。図２に示したように、これら正極板１０のｍ枚（図２の例では５枚）と負極板１１のｎ枚（図２の例では６枚）をマットセパレータ１２を介して積層し極板群１３を構成する。マットセパレータ１２は従来どおりガラス繊維マットといった耐酸性を有するものを用いることができる。
【００１５】
この極板群１３を電槽１４に収納する。極板群１３が電槽１４に収納された状態において、極板群は群圧Ｐで極板積層方向に圧迫されている。電槽１４の開口部を蓋１５で装着する。電槽１４および蓋１５は従来から知られているＡＢＳ樹脂やＰＰ樹脂等の耐酸性合成樹脂を用いる。次に蓋１５に設けた液口を兼ねる排気筒１６より電解液を注液し、初充電を行うことにより制御弁式鉛蓄電池１７を構成する。なお、排気筒１６にはキャップ状の安全弁１８を装着し、電槽内部を密閉している。この安全弁１８はクロロプレンゴム等のゴムを用いる。
【００１６】
本発明の制御弁式鉛蓄電池では電槽１４に極板群１３に収納した状態での電槽１４の極板積層方向の内側寸法をｃとしたときに、この内側寸法ｃ、正極板厚みａ、負極板厚みｂ、正極板枚数ｍ、負極板厚みｎと群圧Ｐとの関係を規定するものである。
【００１７】
すなわち、電槽内側寸法ｃに占める極板厚みの比率ｄを｛（ａｍ＋ｂｎ）／ｃ｝とした時に、この比率ｄが０．３５≦ｄ≦０．８０とし、極板群１３にかかる群圧Ｐを６２．５×ｄ（ｋＰａ）以上、かつ１４０×ｄ（ｋＰａ）以下とするものであり、さらに好ましくは比率ｄを０．６０≦ｄ≦０．８０とするものである。
【００１８】
このように群圧Ｐと比率ｄとの関係を規定することによって、図３に示すように電池内圧の上昇によって電槽１４を構成する側壁１９の中央部１９ａが膨らみ、側壁１９と極板群１３との間に空間２０ができても、圧縮されたマットセパレータ１２の反発力よりも極板の強度が強いため、極板は変形せず、極板群１３の上部１３ａと下部１３ｂへ群圧を加えることにより中央部１３ｃでの群圧を保つことが可能となる。その結果、蓄電池の放電容量を維持するとともに、寿命特性を改善することができる。
【００１９】
また、特にｄを０．６０〜０．８０の範囲で設定することにより、さらに寿命特性を改善することができる。さらに、本発明の構成は特に安全弁１８と密着することによって、電池内の気密を保持する部位がＡＢＳ樹脂で構成される場合に用いることが好ましい。図２の例ではこの部位は排気筒１６に相当するが、ＡＢＳ樹脂とゴム、さらにゴムが可塑剤を含む場合には排気筒１６と安全弁１８との密着度が高まり、安全弁１８の開弁圧がより上昇することによって、電池内圧がより高まるからである。
【００２０】
さらに、ｄの値は０．３５以上、０．８０以下とするが、この領域を越えて小さくあるいは、大きくなった場合には正負の活物質量の比率および電解液量の比率が制御弁式鉛蓄電池における適正値に保持することが困難であるため、極めて好ましくない。
【００２１】
【実施例】
図２で示した正極板の厚みａ、負極板の厚みｂと群圧Ｐを種々変化させることにより、表１に示すような本発明例と比較例による制御弁式鉛蓄電池（以下、電池）を作成した。なお、表１に示した各電池の群圧Ｐと比率ｄとの関係を図４に示した。
【００２２】
【表１】
2004119042.tif 000003
【００２３】
なお、これらの電池はすべて単一セルで構成した。また、ここで正極板１０の枚数ｍを５、負極板１１の枚数ｎを６および電槽内側寸法ｃを４０．０ｍｍとした。マットセパレータの厚みは設定する群圧Ｐに応じて設定した。電解液には比重１．２８０の希硫酸を用いた。ここで各電池の排気筒部を含むすべての外装をＰＰ樹脂もしくはＡＢＳ樹脂、安全弁を可塑剤を含むクロロプレンゴムで構成した。
【００２４】
これら電池のトリクル寿命試験を行った。試験方法としては電池の１０時間率の放電容量を測定する。この値を初期容量（Ｃ０）とする。その後、６０℃の雰囲気中で２．３０Ｖで充電を行い２週間ごとに１０時間率の放電電流で放電容量（Ｃ）を測定した。この放電容量（Ｃ）が初期容量（Ｃ０）に対して８０％以下となるまでの充電期間を寿命期間とした。これらの試験結果を表１に示す。なお、試験結果は電池Ａ３の寿命期間を１００とした時の指数で示した。
【００２５】
表１に示した結果より、比率ｄを０．３５〜０．８０として、群圧Ｐを１４０×ｄ（ｋＰａ）以下、６２．５×ｄ以上とした本発明例の電池は比較例の電池よりも格段に優れた寿命特性を有することがわかる。群圧Ｐと比率ｄとの関係がＰ＜６２．５ｄの領域においては群圧不足であり、寿命試験中に正極活物質が微細化して格子体より脱落していた。また、Ｐ＞１４０×ｄの領域では極板が図１に示したように電槽の膨れと同様に変形し、セパレータと極板との密着性が著しく低下していた。
【００２６】
一方、本発明の電池では電槽の膨れは若干認められるものの、極板の変形はなく、群圧は適正に保持されていた。とりわけ、ｄを０．６以上とした領域においては極板群圧を３８ｋＰａ以上の極めて高い群圧で維持しても極板の変形は少なく、寿命期間にわたって群圧が保持されるため極めて優れた寿命特性を示した。
【００２７】
また、比較例の電池において外装材料をＡＢＳ樹脂とした電池では電槽の膨れと極板の変形によるセパレータとの密着度の低下が外装材料をＰＰ樹脂とした比較例の電池よりも寿命低下が著しい。反面、本発明例の電池においては外装材料のＡＢＳ樹脂とＰＰ樹脂との寿命差は比較例によるものほど著しくなかった。
【００２８】
ＡＢＳ樹脂を用いた電池では安全弁の開弁圧が初期値の１００ｍｍＨｇから５００ｍｍＨｇに増加していたが、ＰＰ樹脂を用いた電池では開弁圧は初期値の１００ｍｍＨｇから１２０ｍｍＨｇに増加しているに過ぎなかった。ＡＢＳ樹脂はＰＰ樹脂に比較して安全弁中の可塑剤が移行しやすく、弁筒と安全弁とが貼りついた状態になり、開弁圧が著しく増加している。その結果、電池内圧の上昇とそれにより電槽の膨れはＰＰ樹脂を電池外装に用いたものよりも著しい。したがって、本発明の課題がより顕著に発生するＡＢＳ樹脂を用いた電池に本発明の構成の構成を適用すれば、より効果的である。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば制御弁式鉛蓄電池を高温雰囲気下でトリクル充電を行う場合に、電槽の剛性低下による寸法変化によってもたらされる群圧による極板群の変形を抑制することによって、高温雰囲気下でも安定した寿命特性を備えた制御弁式鉛蓄電池を提供できることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】制御弁式鉛蓄電池の電槽が変形した状態を示す断面図
【図２】本発明の制御弁式鉛蓄電池の要部断面を示す図
【図３】本発明の制御弁式鉛蓄電池の電槽が変形した状態を示す図
【図４】本発明例および比較例の電池の寿命試験結果を示す図
【符号の説明】
１　　　電槽
２　　　側壁
２ａ　　（側壁の）上部
２ｂ　　（側壁の）下部
２ｃ　　（側壁の）中央部
３　　　蓋
４　　　極板群
４ａ　　（極板群の）上部
４ｂ　　（極板群の）下部
４ｃ　　（極板群の）中央部
５　　　正極板
６　　　マットセパレータ
７　　　負極板
１０　　正極板
１１　　負極板
１２　　マットセパレータ
１３　　極板群
１３ａ　（極板群の）上部
１３ｂ　（極板群の）下部
１３ｃ　（極板群の）中央部
１４　　電槽
１４ａ　中央部
１５　　蓋
１６　　排気筒
１７　　制御弁式鉛蓄電池
１８　　安全弁
１９　　側壁
１９ａ　中央部
２０　　空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
2004119042.tif 000006
【図４】
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