(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
合成樹脂シートからなるセパレータの面に線状のリブが形成され、前記リブの高さ寸法をＤ、前記セパレータの厚み寸法をＴとした時に、比率（Ｄ／Ｔ）は１．６以上でかつ６．０以下であり、前記セパレータの面と前記リブの側面とは連続した曲面で接続されたセパレータを介して正極板と負極板とを積層した極板群が極板積層方向に加圧された状態で電槽に収納され、前記電槽収納状態において、前記極板群は極板積層方向に圧縮され、前記リブと前記正極板が対向するとともに、前記リブが倒れこむよう変形を受けた鉛蓄電池。
【請求項２】
前記セパレータが袋状に構成され、この袋状セパレータに正極板が収納されたことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記セパレータと前記正極板との間に電解液が満たされた請求項１に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特に液式の自動車用鉛蓄電池に用いるセパレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から液式の自動車用鉛蓄電池においては、正極板もしくは負極板の一方を微孔性ポリエチレン等の合成樹脂のシートを袋状に構成したセパレータに収納した構成が広く採用されている。
【０００３】
特に、正極においては、電池の充電時に酸素ガスが発生するとともに、正極活物質が二酸化鉛で構成されているため、セパレータの正極に対向する面は酸化雰囲気下にある。したがって、セパレータの正極側に対向する面は負極側に対向する面に比較して酸化しやすい。セパレータの厚みは電池の急放電特性を考慮して０．５ｍｍ以下を採用することが多く、このような薄型のセパレータは酸化することによって穴があきやすく、その結果正極と負極が短絡するという問題がある。
【０００４】
このような問題を緩和するために、図４に示したようにセパレータ１の表面の正極板２に対向する面にリブ３を線状に配置することが行われている。このような構成によって、セパレータ１と正極板２とはリブ３の頂面３ａで接触することとなり、正極板２とセパレータ１の主体部分である厚みの薄いベース４とが接触しないので、ベース４の穴あきを抑制することができる。
【０００５】
近年、自動車用鉛蓄電池においても高出力化が求められている。電池を高出力化する手法の一つとして、セパレータと極板の厚みを薄くして電気抵抗を低減し、出力電圧を増加させることが挙げられる。セパレータと極板の厚みを薄くすることによって、極板群の厚みは薄くできる。ところが、セパレータを薄くすることによって極板間の距離がある程度短くなると、放電反応に必要な電解液が確保できなくなる。したがって、セパレータ１のベース４の厚み寸法（Ｔ）を０．３０ｍｍ程度以下にまで薄くし、リブ３の高さ寸法（Ｄ）を少なくともベース４の厚み以上に高くすることが検討されてきている。
【０００６】
さらに、極板を１．５ｍｍ程度以下に構成した場合、極板自体の強度が低いために、電池が振動を受けた場合に容易に変形して活物質が極板から脱落する等の不具合がある。このような活物質の脱落は正極において、特に顕著に発生する。このような極板の変形と活物質の脱落を抑制するために、極板群に群圧をかけることによって、特に正極板２の表面をリブ３で保持する必要がある。
【０００７】
このような０．３０ｍｍ以下の比較的薄い厚みのベース４をもつセパレータ１に比較的高い寸法でリブ３を形成した場合、極板群圧によって、図５に示したようにリブ３が変形を受ける。この状態で長期間電池を使用した場合に、リブ３の基部３ｂに沿って線状にクラック５が発生し、セパレータ１が切断されることによって、正極と負極とが短絡するという課題があった。特に、正極と負極間の空間に電解液が潤沢に存在する液式の鉛蓄電池の場合、セパレータ１と正極板２の間に充電で発生した酸素ガス気泡が残留しやすく、セパレータ１がリブ３に沿って切断するという現象が顕著に発生する傾向にあった。
【０００８】
また、このようなセパレータを袋状に構成し、この袋状セパレータに収納する極板の極性が正極である場合は、負極である場合に比較して酸素ガス気泡の残留する度合いは大きく、セパレータの劣化が進行しやすい傾向にあった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したように０．３０ｍｍ以下の比較的薄いベースを有するセパレータにおいて、セパレータの表面に形成したリブの基部に沿ったクラックによるセパレータの切断と、これによる正極と負極との短絡を抑制した信頼性の高い鉛蓄電池を得るものである。
【００１０】
【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記載に係る発明は、合成樹脂シートからなるセパレータの面に線状のリブが形成され、前記リブの高さ寸法をＤ、前記セパレータの厚み寸法をＴとした時に、比率（Ｄ／Ｔ）は１．６以上でかつ６．０以下であり、前記セパレータの面と前記リブの側面とは連続した曲面で接続されたセパレータを介して正極板と負極板とを積層した極板群が極板積層方向に加圧された状態で電槽に収納され、前記電槽収納状態において、前記極板群は極板積層方向に圧縮され、前記リブと前記正極板が対向するとともに、前記リブが倒れこむよう変形を受けた鉛蓄電池を示すものである。
【００１４】
さらに、本発明の請求項２記載に係る発明は、請求項１に記載の構成を備えた鉛蓄電池において、セパレータが袋状に構成され、この袋状セパレータに正極板が収納された鉛蓄電池を示すものである。
【００１５】
そして、本発明の請求項３記載に係る発明は、請求項１に記載の構成を備えた鉛蓄電池において、セパレータと正極板との間に電解液が満たされた構成の鉛蓄電池を示すものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることにより達成することができるのであるが、以下には本発明の実施の形態について図面を用いて具体的かつ詳細に説明する。
【００１７】
図１に示したように、本発明の鉛蓄電池に用いる蓄電池用セパレータ１１は径が０．１〜１０．０μｍ程度の微孔を有する合成樹脂シートで構成されたベース１２を有している。用いる合成樹脂としてはポリエチレン、特に分子量が１００万程度の高分子ポリエチレンを主体とし、必要に応じてシリカ等の無機粉体を添加する。
【００１８】
ベース１２の少なくとも正極板１３に対向する片面にはリブ１４を形成する。リブ１４の形成パターンとしては種々のものを採用することができるが、一般的には図１に示したように線状のリブ１４の複数本を極板上下方向に沿って互いに平行配置する。
【００１９】
本発明において、リブ１４の側部１４ａの基部１４ｂの断面を例えばＲ形状とすることによって、側部１４ａとベース１２とを連続する曲面で接続する。例えばこの部分の曲率Ｒを０．５ｍｍ〜０．１ｍｍ程度に構成すれば良い。このような構成により、図２に示したように正極板１３に押しつけられたリブ１４が倒れこむような変形をしても、リブ１４の基部１４ｂを基点とするクラックの発生を抑制することができる。
【００２０】
このような本発明の構成はベース１２の厚み寸法（Ｔ）がリブ１４の高さ寸法（Ｄ）以下、すなわち、比率（Ｄ／Ｔ）が１．６以上で、かつ６．０以下である場合に適用する。従来構成のセパレータにおいては、ベース４の厚み寸法（Ｔ）がリブ３の高さ寸法（Ｄ）に比較して薄い場合に基部３ｂでのクラック５が顕著に発生するからである。したがって、比率（Ｄ／Ｔ）が１．６以上で、かつ６．０以下の構成のセパレータに本発明を適用することにより、本発明の効果を得ることができる。なお、Ｄ寸法はセパレータに群圧がかかっていない状態での値である。
【００２１】
上記した蓄電池用セパレータ１１をリブ１４を内側にして折り曲げ、両側部をメカニカルシール等により貼り合わせて袋状セパレータ１５を構成する。この袋状セパレータ１５に正極板１３を収納し、負極板１６を重ね合わせ、同極性の耳部同士を集合溶接してストラップを形成するとともに、このストラップに端子極柱もしくは接続体を形成した極板群（図示せず）を構成する。この極板群を極板積層方向に加圧した状態で電槽（図示せず）に収納する。以降は常法にしたがって、鉛蓄電池を組立、化成充電することにより本発明の鉛蓄電池を得ることができる。
【００２２】
この本発明の鉛蓄電池の極板群の要部拡大断面を図３に示す。袋状セパレータ１５に収納された正極板１３はリブ１４によって加圧状態に保持されている。リブ１４はこの加圧力によって倒れこむような変形を受けるが、リブ１４の基部１４ｂとベース１２とが連続する曲面で接続しているので基部１４ｂへの応力の集中を抑制し、この基部１４ｂでのクラックの発生を抑制することができる。
【００２３】
本発明の鉛蓄電池において、必ずしも正極板を袋状セパレータに収納した構成で用いる必要はないが、このような極板群構成において、酸素ガス気泡がセパレータ内部に滞留しやすく、従来の鉛蓄電池では応力の集中したリブの基部とこの滞留した酸素ガスとが接触することによって、クラックが顕著に発生していたことから、正極板を袋状セパレータに収納した構成に本発明を適用することが好ましい。
【００２４】
また、電解液が潤沢に存在し、常に極板群が電解液に浸漬された液式の鉛蓄電池ではセパレータが常に電解液中の硫酸と接触した状態であり、さらにセパレータ内部に滞留した酸素ガスが存在するためにセパレータに応力集中した部分があるとその部分から酸化劣化が発生する。したがって、本発明は極板群が電解液に浸漬した鉛蓄電池に適用することが好ましい。
【００２５】
【実施例】
本発明および従来例の鉛蓄電池を作製した。
【００２６】
従来例の鉛蓄電池に用いたセパレータは図４に示したリブ形状を有し、ベース４の厚み（Ｔ）を０．３ｍｍとし、リブ３の高さ（Ｄ）を種々に設定した。リブ３の断面形状は下底０．４ｍｍ、上底０．２ｍｍの台形形状を有している。
【００２７】
本発明例の鉛蓄電池に用いたセパレータは図１（ａ）に示したリブ形状を有し、リブ１４の基部１４ｂは曲面で構成する。リブ１４の断面寸法は上底０．２ｍｍ、下底０．４ｍｍの台形の基部１４ｂを曲率０．２ｍｍの曲面で構成されることによってベース１２とリブ１４の側部１４ａとが連続した曲面で接続された構成を有している。この本発明例の鉛蓄電池に用いた蓄電池用セパレータ１１のベース１２の厚み（Ｔ）は０．３０ｍｍで構成し、リブ１４の高さ寸法（Ｄ）を種々に変化させることにより比率（Ｄ／Ｔ）を変化させた。
【００２８】
これらのセパレータをそれぞれ袋状セパレータとし、極板を収納した。なお、袋状セパレータの外側にリブを配置する場合には、収納する極板を負極板とし、袋状セパレータの内側に配置する場合には、収納する極板を正極板として、常に正極板がリブに対向するようにした。
【００２９】
これらの袋状セパレータに収納した極板と他の極性の極板のそれぞれ５枚を重ね合わせ、同極性の極板耳を集合溶接して極板群を構成し、さらにこの極板群を電槽内で直列に接続することによって、５５Ｄ２３形の自動車用鉛蓄電池を作製した。
【００３０】
なお、極板群は加圧された状態で電槽に収納されているが、この状態でリブの高さが無加圧状態での高さ（Ｄ）の７５％となるように、電槽内寸を変化させた。
【００３１】
これらの蓄電池の構成を表１に示す。
【００３２】
【表１】
0004590814.tif 000002
【００３３】
表１に示した蓄電池について７５℃雰囲気下でＪＩＳ  Ｄ５３０１に定める軽負荷寿命試験を行った。ＪＩＳ  Ｄ５３０１に定める軽負荷寿命試験条件は以下の通りである。
【００３４】
試験する蓄電池を２５Ａで４分間放電し、引き続き１４．８Ｖ（最大電流２５Ａ）で１０分間充電するサイクルを１サイクルとする。このサイクルを４８０回繰り返す毎に蓄電池を５６時間、２５℃雰囲気中に放置し、その放置後に３５６Ａで３０秒間連続放電を行い、放電３０秒目の電圧を測定する。電圧測定後、上記を同じ条件で充電する。これらの操作を繰り返して行い、放電３０秒目の放電電圧が７．２Ｖに低下するまでのサイクル数を寿命サイクル数とした。なお、試験中に電解液中の水分が減少するので、適宜精製水を補給した。
【００３５】
これらの寿命試験の結果を表１に示す。
【００３６】
表１に示した結果から、本発明および参考例の蓄電池は従来例の蓄電池に比較して優れた寿命特性を有していることがわかる。これらの蓄電池について寿命試験終了後に分解調査を行ったところ、従来例の蓄電池についてはセパレータのリブの基部に穴あきが発生し、短絡した痕跡が認められた。一方、本発明および参考例の蓄電池においてはセパレータの酸化劣化が進行しているものの、劣化要因は主として活物質自体に起因するものであった。
【００３７】
また、本発明例の蓄電池の中でも正極板を袋状セパレータに収納し、リブの高さＤとベースの厚みＴの比率（Ｄ／Ｔ）を１．６以上で、かつ６．０以下に設定することで本発明の効果をより顕著に得ることができる。比率（Ｄ／Ｔ）の値が上記の数値以外であっても効果を得ることができるが、従来例の蓄電池からの寿命サイクル数の伸長効果は小さく、本発明例に比較すればその効果は低下する。
【００３８】
これらから比率（Ｄ／Ｔ）が１．０未満あるいは６．０を超える場合には、リブの圧縮変形によってベースに及ぼされる応力が低下していると推測される。また、正極板を袋状セパレータに収納する従来例の蓄電池において、寿命低下が最も著しい。これは正極板から充電時に発生する酸素ガスが袋状セパレータ内に滞留し、セパレータの酸化劣化を促進していると推測できるので、本発明はこのような正極板を袋状セパレータに収納した電池に適用することが好ましいことがわかる。
【００３９】
【発明の効果】
前記したように、本発明の構成により、０．３０ｍｍ以下の比較的薄いベースを有するセパレータにおいて、セパレータの表面に形成したリブの基部に沿ったセパレータの切断と、これによる正極と負極との短絡を抑制した蓄電池用セパレータと、これを用いることにより信頼性の高い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】  （ａ）本発明の鉛蓄電池に用いる蓄電池用セパレータを示す正面図
（ｂ）（ａ）における円部分のＢ−Ｂ´線拡大断面図
【図２】  同リブが変形した場合の要部拡大断面図
【図３】  本発明の実施の形態による鉛蓄電池の要部拡大断面図
【図４】  （ａ）従来例の鉛蓄電池に用いる蓄電池用セパレータを示す正面図
（ｂ）（ａ）における円部分のＡ−Ａ´線拡大断面図
【図５】  （ａ）従来例の鉛蓄電池に用いる蓄電池用セパレータの要部拡大断面図
（ｂ）（ａ）の時間経過をした状態の要部拡大断面図
【符号の説明】
１  セパレータ
２，１３  正極板
３，１４  リブ
３ａ  頂面
３ｂ，１４ｂ  基部
４，１２  ベース
５  クラック
１１  蓄電池用セパレータ
１４ａ  側部
１５  袋状セパレータ
１６  負極板
【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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