(57)【要約】【課題】成層化現象を抑制し得るリブ付きセパレータおよび前記セパレータを用いた長寿命で高性能の鉛蓄電池を提供する。【解決手段】シート２のベース面２ａ上にリブ３を設けた鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、リブ３はその長さ方向を水平方向に向けてベース２ａ面を横断して設けられており、リブ３の端部上面３ａが内側部分上面３ｂより高い位置にあり、リブ３の下面はリブ３の長さ方向の中央部下面３ｃが最も低い位置にあり、リブの中央部下面３ｃからリブ３の端部下面３ｄに向けて上り勾配に形成されている鉛蓄電池用リブ付きセパレータ。  正極板と負極板を、上記セパレータを介在させて交互に積層した極板群が電槽セル内に挿入された鉛蓄電池であって、前記極板群の電槽セル内に挿入するときの圧迫度が５〜３０ｋＰａである鉛蓄電池。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートのベース面上にリブを設けた鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、前記リブはその長さ方向を水平方向に向けて前記ベース面を横断して設けられており、前記リブの両端部の上面は内側部分の上面より高い位置にあり、前記リブの下面は、リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されていることを特徴とする鉛蓄電池用リブ付きセパレータ。
【請求項２】
シートのベース面上に短尺リブを複数設けた鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、前記複数の短尺リブは、その所要数がその長さ方向を水平方向に向け所定間隔を開けて連なって前記ベース面を横断するリブ群を形成し、前記リブ群は垂直方向に隣接するリブ群と端部部分を垂直方向に相互に重ならせてリブ対を形成し、前記短尺リブの両端の上面は内側部分の上面より高い位置にあり、前記短尺リブの下面は、短尺リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されていることを特徴とする鉛蓄電池用リブ付きセパレータ。
【請求項３】
請求項１または２記載のリブ付きセパレータが用いられていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項４】
正極板と負極板を、請求項１または２記載のリブ付きセパレータを介在させて交互に積層した極板群が電槽セル内に挿入された鉛蓄電池であって、前記極板群を電槽セル内に挿入するときの圧迫度が５〜３０ｋＰａであることを特徴とする鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池用リブ付きセパレータの改良、およびそのセパレータを用いた鉛蓄電池に関する。本発明の鉛蓄電池は、特に、自動車の始動用や補機用または産業機器のサイクルユース用やスタンバイユース用などに有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来の鉛蓄電池用リブ付きセパレータは、図５（イ）に示すように柔軟な合成樹脂製肉薄シート２のベース面２ａ上に、シート２を補強するための葛篭折れ状リブ１１を、その長さ方向を垂直方向に向けて設けたもの、或いは図５（ロ）に示すようにＶ字状リブ１２を縦横格子状に設けたもので、これらセパレータには垂直方向に連続するガス排出経路１３が存在する（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−９７６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、自動車には、省燃費や排ガス削減を目的に、アイドルストップシステム或いは過充電防止システムなどの新しいシステムが導入されている。
前記アイドルストップシステムは、信号などで自動車が停車したときにエンジンを停止し、その間に必要な電力を鉛蓄電池が供給し、発進時には速やかにエンジンを始動するシステムであり、前記過充電防止システムは激しいガスが発生する過充電の手前で充電を終了するシステムで、発電機の負荷軽減、過充電に伴う電解液の減少と正極格子の腐食防止を図るものである。
【０００５】
しかし、前記アイドルストップシステムには、従来のＳＬＩ（始動・照明・イグニション）用途とは比較にならないほど、深い放電と充電が繰り返されるため成層化現象が発生し易いという問題があり、前記過充電防止システムには過充電時に発生する多量のガスによる電解液の攪拌が行われないため前記成層化現象が解消され難いという問題がある。
【０００６】
前記成層化現象とは充電時に生成する硫酸が電槽セル内下部に沈降し、電槽セル内の電解液が下部で硫酸濃度が濃くなり上部で薄くなる現象で、この現象が発生すると、充電効率が低下して電極板下部に硫酸鉛が蓄積するサルフェーションが進行し、また濃淡電池が形成されて自己放電が急速に進み、その結果、鉛蓄電池は寿命が大幅に短くなる。
【０００７】
このような状況下にあって、前記従来のセパレータを用いた鉛蓄電池は、充電時生成する濃硫酸が前記セパレータのガス排出経路を通って電極板下部に多量に沈降するため成層化現象が起き易く、前記新システムを導入した自動車に適用するのは困難であった。
【０００８】
本発明は、成層化現象を抑制し得るリブ付きセパレータ、および前記セパレータを用いた長寿命で高性能の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】
【０００９】
請求項１記載発明は、シートのベース面上にリブを設けた鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、前記リブはその長さ方向を水平方向に向けて前記ベース面を横断して設けられており、前記リブの両端部の上面は内側部分の上面より高い位置にあり、前記リブの下面は、リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されていることを特徴とする鉛蓄電池用リブ付きセパレータである。
【００１０】
請求項２記載発明は、シートのベース面上に短尺リブを複数設けた鉛蓄電池用リブ付きセパレータにおいて、前記複数の短尺リブは、その所要数がその長さ方向を水平方向に向け所定間隔を開けて連なって前記ベース面を横断するリブ群を形成し、前記リブ群は垂直方向に隣接するリブ群と端部部分を垂直方向に相互に重ならせてリブ対を形成し、前記短尺リブの両端の上面は内側部分の上面より高い位置にあり、前記短尺リブの下面は、短尺リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されていることを特徴とする鉛蓄電池用リブ付きセパレータである。
【００１１】
請求項３記載発明は、請求項１または２記載のリブ付きセパレータが用いられていることを特徴とする鉛蓄電池である。
【００１２】
請求項４記載発明は、正極板と負極板を、請求項１または２記載のリブ付きセパレータを介在させて交互に積層した極板群が電槽セル内に挿入された鉛蓄電池であって、前記極板群を電槽セル内に挿入するときの圧迫度が５〜３０ｋＰａであることを特徴とする鉛蓄電池である。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載発明のセパレータは、シートのベース面上に設けられたリブが、その長さ方向を水平方向に向けて前記ベース面を横断して設けられており、前記リブの両端の上面は内側部分の上面より高い位置にあるため、充電時に生成する濃硫酸は前記リブ上にトラップされて、成層化現象の発生が抑制される。また前記リブの下面は、リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されているので、充放電時に多少発生するガスはリブの下面に沿って上昇し、リブ端部から電極板上方に抜ける。そのため電極板と電解液間にガスが介在して両者の接触面積が減少し、電流密度が増加するという問題が生じない。
【００１４】
請求項２記載発明のセパレータは、シートのベース面上に設けられた複数の短尺リブのうちの所要数がその長さ方向を水平方向に向け所定間隔を開けて連なって前記ベース面を横断するリブ群を多段形成し、前記リブ群は垂直方向に隣接するリブ群と端部部分を垂直方向に相互に重ならせてリブ対を形成し、さらに前記短尺リブの両端部の上面は内側部分の上面より高い位置にあるため、充電時に生成する濃硫酸は前記リブ対を構成する短尺リブ上にトラップされて、成層化現象の発生が抑制される。また前記短尺リブの下面は、短尺リブの長さ方向の中央部分が最も低い位置にあり、前記中央部分から両端に向けて上り勾配に形成されているので、充放電時に発生するガスは短尺リブの下面に沿って上昇し、短尺リブ端部から電極板上方に抜ける。そのため電極板と電解液間にガスが介在して両者の接触面積が減少し、電流密度が増加するという問題が生じない。
従って本発明によれば、長寿命かつ高性能の鉛蓄電池が得られ、前記新システムを導入した自動車に好適に用いられる。
【００１５】
請求項４記載発明の鉛蓄電池は、正極板と負極板を請求項１または２記載のリブ付きセパレータを介在させて交互に積層した極板群を、電槽セル内に挿入するときの圧迫度を５〜３０ｋＰａに規定したものであり、リブと電極板間に隙間が生じ難く、濃硫酸はリブ上に良好にトラップされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の最良の実施形態を、図を参照して具体的に説明する。
図１は、本発明のセパレータの第１の実施形態を示す正面説明図である。
本発明のセパレータ１は、肉薄シート２のベース面２ａ上に多数のリブ３が、各々その長さ方向を水平方向に向けて前記ベース面を横断して設けられており、前記リブ３の端部上面３ａは内側部分の上面３ｂより高い位置にあり、リブ３の下面はリブの長さ方向の中央部下面３ｃが最も低い位置にあり、リブ３の中央部下面３ｃから端部下面３ｄに向けて上り勾配に形成されている。肉薄シート２の裏側のベース面２ｂ上にもリブ３が同じ配置パターンで設けられている。
尚、前記内側部分の上面３ｂとは、両端部の上面３ａ以外の上面をいう。またリブ３の下面の最も低い位置になる中央部下面３ｃはリブの長さ方向の真中である必要はなく、端部方向に片寄っていても良い。
【００１７】
図２は、正極板４と負極板５を、図１に示した本発明のセパレータ１を介在させて交互に積層して極板群６を形成し、この極板群６を電槽のセル（図示せず）内に挿入した状態を示す側面説明図である。ここではシート２は袋状に加工され、袋２ｃの中に正極板４が収容されている。図２で７は集電用耳で、図示しないが同極性の耳はストラップにより互いに溶接されている。
【００１８】
前記セパレータ１はリブ３が正極板４および負極板５と密着しており、充電時生成する濃硫酸はリブ３上にトラップされて正負両電極板４、５下部に沈降するのが抑制される。リブ３上にトラップされた濃硫酸は比較的少量のため周囲の電解液に容易に拡散する。
【００１９】
前記リブ３の下面は、リブ３の長さ方向の中央部下面３ｃが最も低く、端部下面３ｄに向けて上り勾配に傾斜しているため、充放電時に発生するガスはリブ３の中央部下面３ｃから端部下面３ｄに沿って上昇し、リブ３の端部から電極板４、５の上方へ放出される。このため電極板４、５と電解液間にガスが滞留して電流密度が増加するという問題は生じない。
【００２０】
リブは等間隔に設けるのが、濃硫酸が各リブの上面と電極板下部に等分にトラップまたは沈降し、濃硫酸が拡散し易く望ましい。
【００２１】
図３は本発明のセパレータの第２の実施形態を示す正面説明図である。
このリブ付きセパレータ１’では、複数の短尺リブ８がその長さ方向を水平方向に向け所定間隔を開けて連なってベース面２ａを横断するリブ群８ｇを多段形成し、一つのリブ群８ｇは垂直方向に隣接する他のリブ群８ｇ’とは互いの短尺リブ８の端部部分を垂直方向に相互に重ならせて千鳥掛け上に配されてリブ対８ｔを形成している。また短尺リブ８は、その両端部の上面８ａが内側部分の上面８ｂより高い位置にあり、短尺リブ８の下面は、短尺リブ８の長さ方向の中央部下面８ｃが最も低い位置にあり、中央部下面８ｃから端部下面８ｄに向けて上り勾配に形成されている。
【００２２】
このリブ付きセパレータ１’では、リブ群８ｇは隣接するリブ群８ｇ’と端部部分を垂直方向に相互に重ならせてリブ対８ｔを形成しているので、充電時に生成する濃硫酸は電解液中を下降する間にいずれかの短尺リブ８に漏れなくトラップされる。しかも短尺リブ８は、中央部下面８ｃから端部下面８ｄに向けて上り勾配に形成されており、かつ水平方向に連なる短尺リブ８間には間隙８ｅが開いているので、充放電時に発生するガスは短尺リブ８の中央部下面８ｃから端部下面８ｄに沿って上昇し電極板上方へ放出される。
【００２３】
なお、この場合、図示する様に全てのリブ群が対を成していることが好ましいが、対を成さないリブ群が幾つか存在していても差し支えないし、図１に記載される様な全幅に渡横断する一本のリブが適宜混在していても良い。
【００２４】
本発明において、リブまたは短尺リブに軟質材を用いるとリブまたは短尺リブと電極板間の密着性が高まり、濃硫酸はより良好にトラップされる。リブまたは短尺リブを中空材とし弾性変形させて用いても良好な密着性が得られる。リブまたは短尺リブの断面形状は角形、円形など電極板と密着する形状であれば任意である。またリブの正面形状は、Ｖ字状、円弧状など、濃硫酸をトラップでき、かつガスを放出できる形状であれば任意である。
【００２５】
本発明において、前記ベース面上のリブの配置パターンは、表裏両面で異なっていても差し支えなく、例えば、正極板と負極板の格子基板のピッチが異なる場合は、各々のピッチに応じてリブの配置パターンを最適化するのが良く、こうすることにより電池性能を低下させずに、成層化現象の抑制およびガスの放出が良好に行える。
【００２６】
本発明において、極板群をセル内に挿入するときの圧迫度が５ｋＰａ未満では圧迫度が低過ぎて、また３０ｋＰａを超えると圧迫が強すぎてリブが倒れて、いずれの場合もリブと電極板間に隙間が生じ、そこから濃硫酸が流出する場合がある。従って、前記極板群のセル内挿入時の圧迫度は５〜３０ｋＰａが望ましい。
【００２７】
以下に、本発明を実施例により具体的に説明する。
【実施例１】
【００２８】
本発明のリブ付きセパレータを下記方法により製造した。
即ち、高密度ポリエチレン樹脂粉末と無機粉末（平均粒径５μｍのシリカ粉末）に鉱物オイル（パラフィン系オイル）を添加し、これをミキサーで混合し、この混合物を、２軸押出機で、厚み０．３ｍｍのポリエチレン樹脂シートの両ベース面上に、図１に示したリブ配置パターンに押し出し、これを成形ロールで加圧成形し、その後、溶剤に浸漬して鉱物オイルを一部除去してリブ付きセパレータを製造した。
前記リブ３の断面形状は幅０．４ｍｍ、高さ０．５ｍｍの角形で、リブ３の端部上面３ａと内側部分上面３ｂの最大高低差Ｈ（図１参照）は４ｍｍ、リブ３間の垂直方向の間隔Ｄ（図１参照）は１０ｍｍとした。
【００２９】
常法により製造した未化成の正極板と負極板を、実施例１で得られたセパレータを介在させ交互に積層して極板群を組み立て、これを電槽セル内に挿入し、そこに比重１．２０の電解液を注入して電槽化成を行い、Ｄ２３サイズ、５０Ａｈの液式鉛蓄電池を製造した。前記極板群挿入時の圧迫度は４〜３５ｋＰａの範囲で種々に変化させた。
得られた各々の液式鉛蓄電池について、ＤＯＤ１０％で、放電電気量分だけ充電を行う充放電サイクル試験を４０℃の温度で行って寿命サイクル数を調べた。試験に供した電池個数は各３個とした。
【実施例２】
【００３０】
前記混合物を図３に示したリブ配置パターンに押し出した他は、実施例１と同じ方法によりリブ付きセパレータを製造し、寿命サイクル数を調べた。
短尺リブ８の断面形状は幅０．４ｍｍ、高さ０．５ｍｍの角形で、短尺リブ８の端部上面８ａと内側部分上面８ｂの最大高低差Ｈ’（図３参照）は３ｍｍ、リブ群８ｇ間の垂直方向の間隔Ｄ’（図３参照）は６ｍｍとした。
【００３１】
（比較例１）
前記混合物を図４に示すリブ配置パターン（水平方向に直線状リブ１０がその長さ方向を水平方向に向けて配置されたもの）に押し出した他は、実施例１と同じ方法によりリブ付きセパレータを製造し、寿命サイクル数を調べた。
【００３２】
（比較例２）
前記混合物を図５（イ）に示したリブ配置パターンに押し出した他は、実施例１と同じ方法によりリブ付きセパレータを製造し、寿命サイクル数を調べた。
【００３３】
（比較例３）
前記混合物を図５（ロ）に示したリブ配置パターンに押し出した他は、実施例１と同じ方法によりリブ付きセパレータを製造し、寿命サイクル数を調べた。
調査結果を表１に示した。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
表１から明らかなように、本発明例（実施例１、２）の鉛蓄電池は寿命サイクル数が４５０回以上であった。これは充電時に生成した濃硫酸がリブまたは短尺リブ上にトラップされて成層化現象が抑制され、また充放電時に発生したガスが良好に放出され極板と電解液との接触面積が十分保持されたためである。特に圧迫度が５〜３０ｋＰａのもの（Ｎｏ．２〜５、Ｎｏ．８〜１１）はリブと電極板との密着性が優れ、濃硫酸が良好にトラップされたため寿命サイクル数は５００回を超えた。
【００３６】
一方、比較例１は直線状リブが水平に設けられているため、比較例２、３は垂直方向にガス排出経路が存在しているため、いずれも充電時に生成した濃硫酸が極板下部に多量に沈降して成層化現象が発生し、サイクル寿命が短くなった。特に、比較例１の鉛蓄電池はガスが放出され難かったためサイクル寿命が最も短かった。
【００３７】
本発明の鉛蓄電池（実施例１、２）と従来の鉛蓄電池（比較例２、３）を、アイドルストップシステムおよび過充電防止システムを導入した自動車に搭載して、その電池性能を調査した。その結果、本発明の鉛蓄電池は、いずれも従来の鉛蓄電池に較べて著しく優れた電池性能を示し、新システムを導入した自動車に適用可能なことが実証された。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明のリブ付きセパレータの第１の実施形態を示す正面説明図である。
【図２】図１に示したリブ付きセパレータを組み込んだ極板群の側面説明図である。
【図３】本発明のリブ付きセパレータの第２の実施形態を示す正面説明図である。
【図４】リブが水平方向に直線状に設けられたセパレータの正面説明図である。
【図５】（イ）、（ロ）は従来のリブ付きセパレータの正面説明図である。
【符号の説明】
【００３９】
１、１’  本発明のリブ付きセパレータ
２  肉薄シート
２ａ  肉薄シートのベース面
２ｂ  肉薄シートの裏側のベース面
３  リブ
３ａ  リブの端部上面
３ｂ  リブの内側部分上面
３ｃ  リブの中央部下面
３ｄ  リブの端部下面
４  正極板
５  負極板
６  極板群
８  短尺リブ
８ａ  短尺リブの端部上面
８ｂ  短尺リブの内側部分上面
８ｃ  短尺リブの中央部下面
８ｄ  短尺リブの端部下面
８ｇ、８ｇ’  短尺リブ群
８ｔ  短尺リブ対
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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