(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ペースト式正極板と、負極板と、これらの間に配置されたガラス繊維を主成分としたセパレータと、比重が１．３０〜１．３２の電解液を有しており、前記セパレータ１ｃｍ2当たりを、３００ｃｃの空気が通過するのに必要な時間が１５〜３０秒（ＪＩＳ  Ｐ８１１７で規定する測定法による）であることを特徴とする密閉形鉛蓄電池。
【請求項２】
充電電圧がセル当たり２．２３〜２．２５Ｖの非常電源に用いる密閉形鉛蓄電池において、前記密閉形鉛蓄電池の構成が、ペースト式正極板と負極板の間にガラス繊維を主成分としたセパレータを介在させ、電解液の比重が１．３０〜１．３２でかつ、前記セパレータ１ｃｍ2当たりを、３００ｃｃの空気が通過するのに必要な時間が１５〜３０秒（（ＪＩＳ  Ｐ８１１７で規定する測定法による）であることを特徴とする密閉形鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＵＰＳや通信用の非常用電源として使用される密閉形鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年電源設備用鉛蓄電池として補水、比重測定、均等充電等の保守作業が不要で、かつ設置方向を選ばない負極吸収式の密閉形鉛蓄電池の使用が増加してきた。
【０００３】
負極吸収式の密閉形鉛蓄電池は、充電末期状態において水の電気分解を抑えるため、負極から水素が発生する電圧より低い電圧に充電電圧を制御し、正極から発生した酸素ガスを速やかに負極で吸収して水に戻すとともに、生成した硫酸鉛を充電により再び金属鉛に還元し、電池の密閉化を可能にしている。
【０００４】
これらの反応からわかるように正極から発生した酸素ガスが負極に移動できるようにセパレータは拡散性を考慮しなければならない。また、密閉形鉛蓄電池はどのような姿勢、設置方向で用いても希硫酸電解液の電池外への漏れを防ぐためと、極板と電解液との電気化学的接触を保つため、希硫酸電解液は実質的に非流動化されている。
【０００５】
このように酸素ガスの拡散と電解液を非流動化する方法として現在多くの場合、ガラス繊維を主成分とした高保液性のセパレータを極板間に配し、このセパレータ中に自由に遊離できない程度に電解液を含浸させる方法（リテーナ式密閉形鉛蓄電池とよばれる。）がとられている。
【０００６】
一方、ＵＰＳや非常用電源に用いる鉛蓄電池は、停電時に瞬時に電力を供給できるように常に定電圧充電が行われている。いわゆるトリクル充電叉は、フロート充電と呼ばれる充電方式をとっている。このような充電時の鉛蓄電池の寿命劣化機構は、トリクル充電により流れる充電電流により、正極格子が腐食され電導部分の減少、あるいは腐食による格子の伸びにより正極活物質と格子との密着性が低下して、有効な活物質が減少して、放電容量が低下することによる。
【０００７】
密閉形鉛蓄電池の場合、前述したようにトリクル充電時に、密閉化反応に伴う充電電流が流れるため、従来の密閉化反応のない液式鉛蓄電池に比べ大きな充電電流が流れる。そのため正極格子の腐食スピードが速く寿命が短い。
【０００８】
以上のような観点から、寿命をできるだけ長くするため、密閉化反応をできるだけ抑えることにより、自己放電を補えるほどに充電電流を小さくすることが望ましい。
【０００９】
また電解液比重は、高すぎると自己放電が大きくなり、フロート充電により、自己放電を補えなかったり、正極格子の腐食を促進し、寿命が短くなる。低くすぎると必要な硫酸量を確保できない。そこで１．２６〜１．２８の比重を持つ電解液を用いていた。鉛蓄電池は原理的に電解液硫酸の比重（濃度）により、開回路電圧が決まり、電解液比重が上昇すると、開回路電圧は上昇する。開回路電圧と充電電圧との関係は、充電電圧が高いと過充電により寿命が短くなり、低いと充電不足になるため、それぞれ最適な関係が現在用いられている。例えば、比重１．２６〜１．２８の場合の最適充電電圧としてはセル当たり２．２３〜２．２５Ｖが採用されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
非常電源用の密閉形鉛蓄電池について近年放電容量の向上や電池のコンパクト化が要望されている。容量や体積効率を向上させるためには、電解液比重を上げる必要がある。電解液比重を上げることで、硫酸量を多くできることにより、放電容量を向上できる。電解液比重を上げると前述したように、開回路電圧が上昇するため、充電電圧も高くしないと、充電不足になり好ましくない。
【００１１】
ところが、現在使用される密閉形鉛蓄電池のＵＰＳや通信用の非常用電源の充電電圧は、ほとんどがセル当たり２．２３〜２．２５Ｖに設定されている。しかし、電解液比重の高い蓄電池を使用する場合、上記理由から充電電圧を変更する必要が発生してくるため、負荷への影響や汎用性という面で好ましくない。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するもので、充電電圧を変動させることなく電解液比重を上げ、寿命特性を損なうことなく放電容量を向上させた密閉形鉛蓄電池を提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ペースト式正極板と負極板の間にガラス繊維を主成分としたセパレータを介在させ、電解液の比重が１．３０〜１．３２でかつ、前記セパレータ１ｃｍ2当たりを３００ｃｃの空気が通過するのに必要な時間が１５〜３０秒（ガーレデンソメーター法ＪＩＳＰ８１１７（以下、通気度１５〜３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2とする。））あることを特徴とし、特に好ましくはセル当たり２．２３〜２．２５Ｖの充電電圧で充電される密閉形鉛蓄電池に適用するものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明による密閉形鉛蓄電池は電解液比重を１．３０〜１．３２とするとともにガラス繊維を主成分としたセパレータのガス通気度を１５〜３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2とするものである。まず、電解液比重を１．３０〜１．３２とすることにより放電容量を従来より約２０％以上向上させることができる。ところが、ガラス繊維を主成分とするセパレータとして、セパレータ１ｃｍ2当たりを３００ｃｃの空気が通過するのに必要な時間が４５〜６０秒（ガーレデンソメーター法ＪＩＳＰ８１１７（以下、通気度４５〜６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2とする。））であるものを使用していたため、比重上昇により開路電圧が上昇し、従来の充電電圧２．２３〜２．２５Ｖでは開回路電圧と充電電圧の差が小さくなり、充電電流が小さくなることと、電解液比重上昇による自己放電の増加を充電で回復できなくなるため、充電不足により寿命が短くなる。そこで、本発明による密閉形鉛蓄電池はセパレータのガス通気度を１５〜３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2とすることにより、酸素ガスの拡散スピードを向上することができ、充電電流を増加させて特に正極での充電不足を起こすことなく寿命特性を維持できる。
【００１５】
以上のような構成を用いることにより、従来の２．２３〜２．２５Ｖの充電電圧を採用したまま、電解液比重を上昇させ、寿命を低下しないまま、放電容量を向上できる。
【００１６】
電解液比重を１．３２以上にすると、硫酸濃度が高すぎて、自己放電をさらに増加させると共に正極格子の腐食を増加させて短寿命になり、好ましくない。また、セパレータのガス通気度を１５秒／３００ｃｃ／ｃｍ2以下にすると、セパレータ内の孔径が大きくなり、電解液の保液性が低下し、放電容量を低下させ好ましくなく、２．２３〜２．２５Ｖの充電電圧の範囲では、本発明による電解液比重とするとともに、本発明のセパレータのガス通気度とする必要がある。
【００１７】
【実施例】
以下に本発明による実施例を説明する。ペースト式正負極板とガラス繊維を主成分とするセパレータを用いて、電解液比重が１．２６〜１．３４で、ガス通気度の異なる５種類のセパレータを用いて６Ｖ１００Ａｈの電池を作成し各種試験を行った。試験に用いた電池は、セパレータの繊維径を０．６〜１．５μｍ、みかけ密度が１４０〜１８０ｇ／ｌの範囲でコントロールし、ガス通気度が５〜６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のものを使用した。また極板は高さ１４０ｍｍで幅が１００ｍｍで正極板の厚みが３．３ｍｍ，負極板の厚みが２．３ｍｍのものを正極板１０枚、負極板１１枚を１セルとして極板群を構成した。なお正極格子合金は鉛−カルシウム−すず系合金、負極格子合金は鉛−カルシウム系合金を使用した。
【００１８】
まず、作成した密閉形鉛蓄電池の放電容量を測定した。図１に試験結果を示す。図１よりガス通気度が５秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のセパレータでは、放電容量が低下した。これは、セパレータのガス通気度を５秒／３００ｃｃ／ｃｍ2以下にすると、セパレータ内の孔径が大きくなり、電解液の保液性が低下したためである。その他のセパレータでは保液性を低下させることなく、電解液比重の上昇により、放電容量が向上することが判った。
【００１９】
次にガス通気度１５〜６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のセパレータの電池について、セル当たり２．２３〜２．２５Ｖの充電電圧で定電圧トリクル寿命試験を行った。寿命試験は雰囲気温度を６０℃で行い、３週間おきに放電容量を確認し、試験前の放電容量の８０％まで容量低下した時点を寿命とした。電解液比重を横軸にとりセパレータのガス通気度別の寿命を図２、充電電流値を図３に示す。図３より、セパレータのガス通気度と充電電流には各電解液比重で相関があり、ガス通気度が小さくなると充電電流が上昇した。これは密閉化反応における酸素ガスの拡散スピードがセパレータのガス通気度が小さくなることにより、速くなったためである。
【００２０】
図２中で従来のセパレータであるガス通気度４５、６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2の電池は電解液の上昇と共に寿命が低下した。また図３よりガス通気度４５、６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2の電池の充電電流が比重の上昇と共に減少していくことがわかる。これは比重の上昇により開回路電圧が上がり、充電電圧と開回路電圧の差が小さくなっていくことによって、充電電流が減少したためである。充電電流の減少と、比重上昇に伴って自己放電が大きくなり充電不足により、寿命が低下した。ガス通気度１５、３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2セパレータの場合、従来の比重（１．２６〜１．２８）では、ガス拡散が良くなり、密閉化反応に伴なう充電電流が増加して、正極格子の腐食スピードが速くなり従来のセパレータに比べ寿命が短かくなった。ところが比重１．３〜１．３２では、ガス通気度４５、６０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のセパレータが充電不足で寿命が短かったのに対して、ガス通気度１５、３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のセパレータでは充電電流が増加したため、充電不足を補うことができ従来のセパレータの比重１．２６〜１．２８と同等の寿命になった。比重１．３４以上では、ガス通気度１５、３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2のセパレータにおいても、充電電流が小さくて、自己放電を補うことができず、充電不足により寿命が短い。
【００２１】
以上のことにより充電電圧２．２３〜２．２５Ｖを変えずに電解液比重を上昇させるためには、電解液比重１．３〜１．３２とセパレータのガス通気度１５〜３０秒／３００ｃｃ／ｃｍ2の組合わせで使用することが良く、従来の寿命特性を損なうことなく高容量の密閉形鉛蓄電池が得られる。たとえば充電電圧が２．２３Ｖより低ければ充電電流が低下して、充電不足により短寿命になる。また充電電圧が高ければ、充電電流が多く流れすぎ、正極格子の腐食スピードが速く寿命が短くなる。したがって充電電圧も重要な要因であり、２．２３〜２．２５Vの場合に顕著な効果が得られる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明の密閉形鉛蓄電池を用いれば、従来の充電電圧を変更することなく高容量で寿命特性を損なわない密閉形鉛蓄電池を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】電解液比重と放電容量の関係を示す図
【図２】電解液比重と定電圧（セル当たり２．２３〜２．２５Ｖ）トリクル充電寿命の関係を示す図
【図３】電解液比重と定電圧（セル当たり２．２３〜２．２５Ｖ）トリクル充電時の平均充電電流の関係を示す図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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