(57)【要約】【課題】繊維マットセパレータを用いた鉛蓄電池において、必要な接合強度を得ることが困難なセパレータ同士の接合を不要とし、かつ活物質膨張による極板間短絡と、これによる電池容量低下を抑制する。【解決手段】繊維マットセパレータを２つ折りしてＶ字状とし、さらに折目に対して概直交する折目となるよう交互につづら折したセパレータを作成し、上部が開口し、かつ底部が閉塞された第１のセパレータ重ね合わせ部に一方の極性の極板を配置し、上部と底部の両方が開口した第２のセパレータ重ね合わせ部、もしくはつづら折セパレータの端面のいずれか一方、もしくは両方に、もう一方の極性の極板を配置し、互いに対向しあう一対の極板間に、極板を配置しない第１のセパレータ重ね合わせ部と、極板を配置しない第２のセパレータ重ね合わせ部の少なくとも一対を配置する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
繊維マットからなるセパレータを２つ折りして重ね合わせてＶ字状とし、
底部の折目に対して概直交する折目となるよう交互につづら折して上部に開口部を有したつづら折セパレータとし、
上部が開口し、かつ底部が閉塞された第１のセパレータ重ね合わせ部に一方の極性の極板を配置し、
上部と底部の両方が開口した第２のセパレータ重ね合わせ部、もしくはつづら折セパレータの端面のいずれか一方、もしくは両方に、もう一方の極性の極板を配置し、
互いに異極性であり、かつ互いに対向しあう一対の極板間に、極板を配置しない第１のセパレータ重ね合わせ部と、極板を配置しない第２のセパレータ重ね合わせ部の少なくとも一対を配置し、
かつ少なくとも負極板はその側部に枠骨を有さないエキスパンド格子体を備えた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、電動車両用電源等に用いられる鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、鉛蓄電池において、活物質の軟化や極板からの脱落による極板間の内部短絡を防止するために、袋状のセパレータが用いられてきた。例えば、一般の始動用鉛蓄電池で用いられているような開放液式の鉛蓄電池では、ポリエチレン等の合成樹脂からなるシート状のセパレータの左右の端を圧着、レーザ溶接あるいは熱溶着などにより封止し、袋状としたセパレータが広く用いられている。
【０００３】
特にサイクルサービス用の鉛蓄電池や、制御弁式鉛蓄電池では、電解液を含浸し、かつ極板面に適切な加圧力で当接するマットセパレータが用いられている。このようなマットセパレータの素材としては、ガラス繊維や、スルホン化処理等の親水処理がされたポリプロピレン繊維等、希硫酸電解液に対する耐酸性を有し、かつ電解液との親和性を有した素材が用いられる。
【０００４】
鉛蓄電池では、その使用に応じて、正極および負極の活物質が膨張する。深い充放電が繰り返されるサイクルサービス用では、特に負極活物質の膨張が顕著となり、膨張した活物質により極板間で内部短絡し、容量低下を引き起こす。エキスパンド格子体のように、側部に枠骨がない格子体を用いた場合は、このような活物質の膨張が特に起こりやすい。
【０００５】
このような活物質の膨張による内部短絡を防止するために、折り曲げたセパレータに極板を配置し、極板の側部をセパレータで覆う構造が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１では、セパレータを交互につづら折し、セパレータの折り曲げた間に正・負極板を配置し、これら正・負極板のいずれか一方を袋状に包むようにセパレータの下端部および側面部を溶着した構成が示されている。
【０００７】
上記の構成では、セパレータを接合する工程が必要となる。ポリプロピレン繊維や、これを混抄したガラス繊維からなる繊維マットを素材とする場合、熱溶着によりマット同士の接合が可能であるが、繊維同士の接触点でのみ溶着されるので、シート状セパレータの接合にのように、接合面同士が密着して溶着される場合と比較し、接合強度が著しく低くなる。
【０００８】
また、繊維マットに接着剤やホットメルト剤を塗布して貼り合わせた場合でも、繊維マットの接着剤やホットメルト剤が浸透した部分と、浸透していない部分との間で比較的容易に剥離するため、満足する接合強度が得られなかった。
【特許文献１】特開昭５９−１６３７７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、繊維マットセパレータを用いた鉛蓄電池において、必要な接合強度を得ることが困難なセパレータ同士の接合を不要とし、かつ活物質膨張による極板間短絡と、これによる電池容量低下を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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、繊維マットからなるセパレータを２つ折りして重ね合わせてＶ字状とし、底部の折目に対して概直交する折目となるよう、交互につづら折して上部に開口部を有したつづら折セパレータとし、上部が開口し、かつ底部が閉塞された第１のセパレータ重ね合わせ部に一方の極性の極板を配置し、上部と底部の両方が開口した第２のセパレータ重ね合わせ部、もしくはつづら折セパレータの端面のいずれか一方、もしくは両方に、もう一方の極性の極板を配置し、互いに異極性であり、かつ互いに対向しあう一対の極板間に、極板を配置しない第１のセパレータ重ね合わせ部と、極板を配置しない第２の重ね合わせ部の少なくとも一対を配置し、かつ少なくとも負極板はその側部に枠骨を有さないエキスパンド格子体を備えたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明の構成によれば、少なくとも一方の極性の極板の側部と底部を、マットセパレータ同士を接合することなく覆うことができるため、活物質の膨張による極板間短絡と、これによる電池容量の低下を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態による鉛蓄電池の構成を説明する。
【００１３】
図１に示したように、ガラス繊維や、ポリプロピレンといった合成樹脂繊維からなる繊維マット１０１を２つ折して重ね合わせたＶ字状とする。次に、２つ折りした繊維マット１０１の底部の折目１０２に対して概略直交する折目１０３で交互につづら折し、図２に示したつづら折セパレータ２０１とする。
【００１４】
つづら折セパレータ２０１には２つ折およびつづら折によって繊維マット同士が重ね合わさられ、底部の折目１０２の反対側の重ね合わせ端には開口部が形成される。本発明では、上部が開口し、底部が折目１０２で閉じられた、２つ折りによって形成される第１のセパレータ重ね合わせ部２０２に正極・負極のいずれか一方の極性の極板２０３を配置する。
【００１５】
そして、上部が開口し、かつ底部が折目１０２で閉じられない、すなわちつづら折によって形成した第２のセパレータ重ね合わせ部２０４もしくは、つづら折セパレータ２０１の端面２０５の少なくとも一方に、もう一方の極性の極板２０３´を配置し、図２に示した極板群２０６とする。
【００１６】
本発明では、互いに異極性であり、かつ互いに対向しあう一対の極板２０３−極板２０３´間に、極板を配置しない第１のセパレータ重ね合わせ部２０２と、極板を配置しない第２の重ね合わせ部２０４の少なくとも一対が存在するよう、つづら折セパレータ２０１に極板２０３および極板２０３´を配置する。
【００１７】
なお、極板２０３´を配置する位置を、第２のセパレータ重ね合わせ部２０４もしくは、つづら折セパレータ２０１の端面２０５のいずれかにするか、もしくは両方にするかは、極板群を構成する極板２０３および極板２０３´の枚数による。
【００１８】
例えば、図２に示した本発明の電池に用いる極板群２０６のように、極板２０３を２枚、極板２０３´を３枚とした場合、極板２０３´の１枚は、第２のセパレータ重ね合わせ部２０４に配置し、極板２０３´の他の２枚は、つづら折セパレータ２０１の端面２０５に配置する。この場合、極板２０３´は、第２のセパレータ重ね合わせ部２０４と端面２０５の両方に配置することとなる。
【００１９】
なお、図２の極板群２０６の両端の極板を除去し、極板２０３が２枚、極板２０３´が１枚とした場合、極板２０３´は第２のセパレータ重ね合わせ部２０４のみに配置されることとなる。
【００２０】
さらに、図３に示すようなつづら折セパレータ３０１（図２に示したつづら折セパレータ２０１のつづら折回数が少ないものに対応）を用いた本発明の電池に用いる極板群３０５では、極板２０３を、中央に位置する第１のセパレータ重ね合わせ部３０２に配置し、極板２０３´を端面３０３のみに配置することとなる。この場合も隣接する極板２０３−極板２０３´間には極板が配置されない第１のセパレータ重ね合わせ部３０２と同じく極板が配置されない第２のセパレータ重ね合わせ部３０４が一対配置される。
【００２１】
すなわち、本発明において、極板２０３´は、極板２０３を配置した第１のセパレータ重ね合わせ部２０２（３０２）から、極板を配置していない第１のセパレータ重ね合わせ部２０２（３０２）と極板を配置していない第２のセパレータ重ね合わせ部２０４（３０４）の少なくとも一対が存在する位置に配置すればよく、極板構成枚数によって、極板２０３´の配置位置は第２のセパレータ重ね合わせ部２０４もしくは端面２０５のいずれか一方、もしくは両方となる。
【００２２】
さらに、極板２０３および極板２０３´のいずれか一方が正極板、他の一方が負極板となるが、少なくとも負極板はその側部に枠骨を有さず、側方が開放された格子マス目を有したエキスパンド格子体を備える。
【００２３】
そして、極板群２０６や極板群３０５を用いて、以降は公知の構成を採用し、鉛蓄電池を作成することにより、本発明による鉛蓄電池を得る。
【００２４】
本発明の鉛蓄電池では、接合強度が不安定な、繊維マット同士の接合を行うことなく、一方の極性の極板の側部および底部と、隣接する他極性極板の側部および底部間を繊維マットで隔離できる。したがって、特に、側部に枠骨を有さない、エキスパンド格子体を用いた負極板において、深い充放電サイクルによって、活物質が体積膨張した場合においても、膨張活物質による、極板間の内部短絡と、これによる電池容量の低下を抑制することができる。
【００２５】
本発明で、隣接する極板間には、いずれも極板を配置しない、第１のセパレータ重ね合わせ部２０２（３０２）と第２のセパレータ重ね合わせ部２０４（３０４）の少なくとも一対を配置する。
【００２６】
例えば、図４に示したように、２つ折り後、この折目に対して直交する折目で交互につづら折したセパレータ４０１において、隣接しあう第１の重ね合わせ部４０２と第２の重ね合わせ部４０４および端面４０５に極板２０３、２０３´を配置した場合、極板２０３と極板２０３´の両方で極板側部が露出するため、膨張活物質により、これら極板間で内部短絡する。
【００２７】
また、隣接する一対の極板間に、ひとつの極板を配置しない第２のセパレータ重ね合わせ部のみを配置した場合、繊維マットが接合されていない、つづら折の折り目間を膨張活物質が浸透し、極板間の内部短絡を引き起こす。なお、極板２０３、２０３´の両方を端部２０５および第２のセパレータ重ね合わせ部２０４に配置した場合、いずれの極板も底部が繊維マットで覆われないため、膨張活物質により、極板間が内部短絡する発生するため、好ましくない。
【実施例】
【００２８】
前記した本発明例による鉛蓄電池と、後述する比較例による鉛蓄電池を作成し、サイクル寿命試験により、繰り返し充放電における電池容量推移を確認した。なお、本発明例および比較例ともに、極板２０３をエキスパンド格子体を有した正極板、極板２０３´をエキスパンド格子体を有した負極板とした。いずれも１２Ｖ４．８Ａｈの制御弁式鉛蓄電池とした。
【００２９】
（１）本発明例の電池Ａ
前記した、本発明の実施形態において、図２に示した極板群２０６を有する、制御弁式鉛蓄電池（１２Ｖ１２Ａｈ）である。なお、繊維マットとしては、１９．６ｋＰａ加圧時の厚みが０．６ｍｍのガラスマットを用いた。この本発明例による電池を電池Ａとする。
【００３０】
（２）比較例の電池Ｂ
比較例の電池Ｂは、図４に示したように、Ｖ字状に２つ折したガラス繊維マットを２つ折りした折目に対して概略直交するよう折った、セパレータ４０１を用い、極板２０３を上部が開口し、かつ底部が閉塞された第１のセパレータ重ね合わせ部４０２に配置し、極板２０３´を端面４０５および極板２０３に隣接する、上部と底部の両方が開口した第２のセパレータ重ね合わせ部４０４に収納した群構成を有する電池である。なお、極板間距離を本発明例の電池Ａと同一とするため、ガラス繊維マットの１９．６ｋＰａ加圧時の厚みが１．８ｍｍのものとした。
【００３１】
（３）比較例の電池Ｃ
比較例の電池Ｃは、図５に示したように、平板状のガラス繊維マット５０１を介して極板２０３と極板２０３´を積層した群構成を有した電池である。なお、極板間距離を本発明例の電池Ａと同一とするため、ガラス繊維マット５０１の１９．６ｋＰａ加圧時の厚みが１．８ｍｍのものとした。
【００３２】
（４）比較例の電池Ｄ
比較例の電池Ｄは、図６に示したように、極板２０３´（本実施例においては負極）を収納した袋状ガラス繊維マット６０１と極板２０３（本実施例においては正極）とを積層した群構成を有した電池である。なお、袋状ガラス繊維マット６０１は、１９．６ｋＰａ加圧時の厚みが１．８ｍｍの平板状のガラス繊維マットをＶ字状に２つ折りし、両側部を接合することにより、上部に開口部を有した袋状としたものである。なお、両側部の接合は、ガラス繊維マット中にポリプロピレン樹脂繊維を混抄したものを用い、熱溶着により行った。
【００３３】
（５）比較例の電池Ｅ
比較例の電池Ｅは、比較例の電池Ｄで用いた袋状ガラス繊維マット６０１に内包する極板を極板２０３（実施例においては正極）とし、極板２０３´（本実施例においては負極）としたものである。
【００３４】
上記の本発明例の電池Ａと比較例の電池Ｂ〜Ｅの各電池を、２５℃雰囲気下で、１．２Ａで１０．５Ｖまで放電した後、１４．７Ｖ定電圧充電（最大充電電流４．８Ａ）を８時間行った。この放電−充電を１サイクルとし、サイクル寿命試験を行った。その結果を図７に示す。なお、電池容量は、初期容量を１００としたときの百分率、すなわち容量維持率として示した。
【００３５】
図７に示した結果から、比較例の電池Ｂと電池Ｃは、２００サイクル以降で急激に放電容量が低下している。電池ＢとＣとを分解したところ、負極活物質が顕著に膨張し、極板群の側部で内部短絡していた。
【００３６】
比較例の電池Ｄは２５０サイクル以降、比較例の電池Ｅでは、３００サイクル以降で激に放電容量が低下していた。比較例の電池Ｄでは、負極活物質の顕著な膨張によって袋状ガラス繊維マット６０１の接合部が剥離し、内部短絡が発生していた。比較例の電池Ｅでは、負極活物質の顕著な膨張とともに、正極活物質および正極格子体が膨張し、袋状繊維マットの接合部が剥離し、膨張した負極活物質と短絡していた。
【００３７】
一方、本発明例の電池Ａでは、比較例の電池で見られたような急激な容量低下は進行せず。４００サイクル目で初期容量の９０％、６００サイクル目においても初期容量の５０％を有していた。６００サイクルで試験を終了し、電池Ａを分解したところ、正極、負極活物質ともに顕著に膨張しているものの、内部短絡は発生していなかった。また、６００サイクル目の放電で、正極の分極と負極の分極を計測したところ、正極での分極が大きく、劣化は正極において顕著に進行していることが認められた。
【００３８】
以上、本発明によれば、特に充放電サイクルの経過によって進行する負極活物質の膨張による内部短絡と、これによる放電容量の低下を抑制できることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明では、充放電サイクルによって内部短絡を抑制できることから、サイクルサービス用をはじめ、様々な用途の鉛蓄電池に極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】２つ折りした繊維マットを示す図
【図２】極板群を示す図
【図３】他の極板群を示す図
【図４】比較例の電池Ｂの群構成を示す図
【図５】比較例の電池Ｃの群構成を示す図
【図６】比較例の電池Ｄの群構成を示す図
【図７】サイクル寿命試験結果を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１０１  繊維マット
１０２  （底部の）折目
１０３  （底部の折目に概略直交する）折目
２０１  つづら折セパレータ
２０２  第１のセパレータ重ね合わせ部
２０３、２０３´  極板
２０４  第２のセパレータ重ね合わせ部
２０５  端面
２０６  極板群
３０１  つづら折セパレータ
３０２  第１のセパレータ重ね合わせ部
３０３  端面
３０４  第２のセパレータ重ね合わせ部
３０５  極板群
４０１  セパレータ
４０２  第１のセパレータ重ね合わせ部
４０４  第２のセパレータ重ね合わせ部
４０５  端面
５０１  ガラス繊維マット
６０１  袋状ガラス繊維マット
【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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【図６】
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【図７】
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