(57)【要約】【課題】軽量であり、放電性能および減液性能に優れた長寿命の鉛蓄電池を提供すること。【解決手段】本発明の鉛蓄電池では、正極格子および負極格子にＰｂ−Ｃａ合金を用いた正極板および負極板を有した極板群を備え、極板群上部において、少なくとも負極板面に接するようガラス繊維等の耐酸性繊維を主体とするマット状抄造体からなる第１のセパレータを配する。そして、極板群上部を除いた極板群下部において、正極板−前記負極板間に第１のセパレータを配さず、かつポリエチレン等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第２のセパレータを配する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極格子および負極格子にＰｂ−Ｃａ合金を用いた正極板および負極板を有した極板群を備え、前記極板群上部において、少なくとも負極板面に接するようガラス繊維等の耐酸性繊維を主体とするマット状抄造体からなる第１のセパレータを配し、
前記極板群上部を除いた極板群下部において、前記第１のセパレータを配さず、かつポリエチレン等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第２のセパレータを配したことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記極板群上部において、前記正極板面に接するよう、第２のセパレータを配し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】
前記極板群上部において、前記第２のセパレータで構成された中心層と、この中心層の外側両面に配置され、前記第１のセパレータからなる外層で構成された三層のセパレータが前記正極板−負極板間に配置され、前記極板群下部において、前記第２のセパレータで構成された中心層のみを前記正極板−負極板間に配置したことを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
初期状態における電解液面を負極板上端以上かつ、負極板同士を接合する負極ストラップの下面未満としたことを特徴とする請求項１、２もしくは３に記載の鉛蓄電池。
【請求項５】
前記負極ストラップにはＳｂを含まない、Ｐｂ合金を用いることを特徴とした請求項４に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、正極活物質に二酸化鉛、負極活物質に鉛、電解液に希硫酸を用いる電池である。その歴史は古く、自動車用電源、電力貯蔵用電源、大小移動用電源、通信用電源など最も広い範囲に普及した二次電池である。
【０００３】
鉛蓄電池の中でも、負極吸収式でない、液式開放型の鉛蓄電池では、電解液である希硫酸が正極板、負極板およびセパレータとからなる極板群を完全に浸漬した状態で構成される。このような液式の鉛蓄電池は使用中に電解液中の水が分解反応により減少していくが（減液）、近年、このような水の分解反応を抑制するために、Ｐｂ−Ｃａ合金を正負極格子体に使用した鉛蓄電池が広く使われている。
【０００４】
通常、車両用に用いる液式の鉛蓄電池ではポリエチレン樹脂の微多孔膜のセパレータが用いられている。ポリエチレン微多孔膜は電解液透過性に優れるため、電池の内部抵抗増加を抑制でき、急放電特性の面で有利である。ポリエチレン微多孔膜はあくまで正極と負極とを隔離するためのものであり、それ自体が電解液を含浸保持する機能を有するものではない。
【０００５】
したがって、水の分解反応が進行して負極板が電解液より露出すると、露出した負極板面にセパレータから電解液が補給されないため、負極板面と大気中の酸素とが接触し、酸化して負極での放電性能を低下させる。そこで、電解液面を負極板面の上端よりもさらに上方に設定し、かつ電槽に確保すべき最低の液面線を表示することにより、電池の使用者に対し、液面低下時には水を補給するよう注意喚起を行っている。
【０００６】
また、多少の水が分解しても短期間で容易に負極板が露出しないよう、負極板上端から数十ｍｍ程度の余裕をもって電解液面を設定する。したがって、本来、放電反応に必要とされる以上の電解液を電池内に確保するため、電池重量あたりの放電容量は低下し、電池軽量化の面で不利である。
【０００７】
一方、過充電時に正極側で発生する酸素ガスを負極側で水に還元するメカニズムを利用して電解液の枯渇を防ぐことにより、補水不要化と、密閉化によって転倒状態や横倒し状態でも使用を可能にする、制御弁を有した負極吸収式鉛蓄電池が開発され多くの用途に使われている。
【０００８】
このタイプの電池は主に微細ガラス繊維を主原料として抄造したＡＧＭ（Ａｂｓｏｒｂｅｄ  Ｇｌａｓｓ  Ｍａｔ）をセパレータとして使用し、電解液量をこのＡＧＭセパレータと極板の活物質空孔に吸収される程度に制限し、充電中に発生する酸素ガスをＡＧＭセパレータを介して負極に導入し水に戻して減液を抑制する機構を持つ。
【０００９】
今日、環境問題が重要視される中、自動車の燃費向上を図るため車両の軽量化が強く求められている。車両用の鉛蓄電池についても同じように軽量化が強く要望されている。前記したような、制御弁を有した負極吸収式鉛蓄電池は電解液量が制限され、極板群から遊離した電解液がない分、前記したような、液式の鉛蓄電池より軽量であるため、特に軽量化が求められる一部の車両に搭載されている。
【００１０】
しかしながら、この制御弁を有した負極吸収式の鉛蓄電池では、使用状態に応じて、電池の内部圧力が外部の大気圧より高くなったり低くなったりするため、その圧力差に対して電槽や蓋といった電池の筐体が変形や破損などしないよう、強固に設計する必要があった。このため、電槽・蓋に使用する材料、一般的にはポリプロピレン樹脂の量は同サイズの液式鉛蓄電池と比べて多くなり、この部分において重量増になっていた。
【００１１】
また、制御弁を有した負極吸収式の鉛蓄電池では、電解液はその量が制限された状態でＡＧＭセパレータおよび正負極活物質中に含浸保持されている。また、ＡＧＭ セパレータ中での電解液の拡散性は、液式鉛蓄電池で用いられているようなポリエチレン樹脂の微多孔膜のセパレータに比較して良好でないため、電池反応物質である硫酸の量が制限され、さらにはその拡散が制限されるという２つの要因により、５〜２０時間率放電といった、緩放電での初期容量と−１５℃といった低温雰囲気下における１５０Ａあるいは３００Ａ放電といった、低温急放電の持続時間が液式鉛蓄電池に比較して低いという課題があった。
【００１２】
特許文献１には、ＡＧＭや合成繊維からなるマット体といった、電解液保持性を有するいわゆるリテーナーマットをセパレータとして用い、電解液量を極板上端以上とし、制御弁を備えた鉛蓄電池が提案されている。特許文献１に示された鉛蓄電池では、電解液量が確保されているために、通常の電解液量が制限された負極吸収式の鉛蓄電池と比較して初期放電性能を改善することができる。
【特許文献１】特開２００３−１４２１４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前記した特許文献１で示された制御弁式鉛蓄電池では、電解液が通常の制御弁式鉛蓄電池に比較し、より確保されるため、特に緩放電での初期容量を改善できる。しかしながら、正負極板全面がリテーナマットに接しているため、低温急放電での持続時間の面で従来の液式鉛蓄電池に比較して著しく不利であった。
【００１４】
本発明は、前記したような液式および制御弁による負極吸収式鉛蓄電池の課題を再度見直し、従来の液式鉛蓄電池で必要であった補水の手間を省き、また、電解液量削減を可能することでより軽量であり、さらには制御弁付の負極吸収式鉛蓄電池のように緩放電での初期容量および低温急放電の持続時間が低くならない電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、正極格子および負極格子にＰｂ−Ｃａ合金を用いた正極板および負極板を有した極板群を備え、前記極板群上部において、少なくとも負極板面に接するようガラス繊維等の耐酸性繊維を主体とするマット状抄造体からなる第１のセパレータを配し、前記極板群上部を除いた極板群下部において、第１のセパレータを配さず、かつポリエチレン等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第２のセパレータを配したことを特徴とする鉛蓄電池を示すものである。
【００１６】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池において、前記極板群上部において、前記正極板面に接するよう、第２のセパレータを配したことを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池において、前記極板群上部において、前記第２のセパレータで構成された中心層と、この中心層の外側両面に配置され、前記第１のセパレータからなる外層で構成された三層のセパレータが前記正極板−負極板間に配置され、前記極板群下部において、前記第２のセパレータで構成された中心層のみを前記正極板−負極板間に配置したことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、本発明の請求項４に係る発明は、請求項１、２もしくは３の鉛蓄電池において、  初期状態における電解液面を負極板上端以上かつ、前記負極板同士を接合する負極ストラップの下面未満としたことを特徴としたものである。
【００１９】
そして、本発明の請求項５に係る発明は、請求項４の鉛蓄電池において、負極ストラップにはＳｂを含まない、Ｐｂ合金を用いることを特徴としたものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による鉛蓄電池では、電解液面が低下し、負極板が電解液面から露出した場合においても、負極板上部に接するよう配置されたマットセパレータ（第１のセパレータ）より負極板に電解液が供給されるため、この部分での酸素ガス吸収反応が進行し、負極板の酸化と電解液中の水分減少が抑制される。
【００２１】
また、負極板下部はマットセパレータ（第１のセパレータ）を配置せず、かつ第１のセパレータよりも電気抵抗の面で有利である耐酸性樹脂の微多孔膜とした第２のセパレータを配置することにより、負極板全面にＡＧＭを配置した従来の制御弁付負極吸収式電池に比較して急放電性能に優れ、また極板群から遊離した電解液を有することによって従来の液式鉛蓄電池と同等の緩放電容量を有した鉛蓄電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００２３】
（１）第１の実施形態
図１は本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池１の部分断面を示す図である。鉛蓄電池１はポリプロピレン樹脂等の耐酸性を有した電槽２に極板群６が収納され、電槽２の開口部を蓋３で覆った構成は従来の鉛蓄電池と同様である。なお、図示していないが、蓋３に設けた電解液注液のための液口に装着され、電池内部で発生したガスを電池外部に排気するための排気経路を有した液口栓あるいは、液口栓と同様の機能を有する部材が装着されている点も従来の鉛蓄電池と同様である。
【００２４】
本発明の鉛蓄電池１では、正極板４および負極板５はいずれもＰｂ−Ｃａ合金の格子体（図示せず）を備える。Ｐｂ−Ｃａ合金を用いることで、Ｐｂ−Ｓｂ合金を用いた鉛蓄電池より電解液中の水分減少を抑制する。なお、格子体の機械的強度や耐食性を確保する目的で、０．１〜２．０質量％程度のＳｎ、０．００１〜０．１質量％程度のＢｉ、０．００５〜０．０５質量％程度のＢａ、０．００１〜０．１５質量％程度のＡｇをＰｂ−Ｃａ合金中に添加することができる。なお、Ｃａは格子体の水素過電圧を実質的に低下させず、かつ格子体に適切な機械的強度を付与することを目的として、０．０１〜０．１０質量％程度添加される。また、Ｐｂ−Ｃａ合金を溶融する際に生じるＣａの損出を抑制するために、０．００５〜０．２質量％程度のＡｌを予めＰｂ−Ｃａ合金中に添加してもよい。
【００２５】
本発明の鉛蓄電池１は、正極板４および負極板５を有した極板群６の上部において、少なくとも負極板５面に接するよう、ガラス繊維等の耐酸性繊維を主体とするマット状抄造体で構成された第１のセパレータ７が配置される。
【００２６】
一方、極板群６の下部には、第１のセパレータ７を配置せず、ポリエチレン等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第２のセパレータ８が配置される。
【００２７】
第１のセパレータ７としては、ＡＧＭに代表される、耐酸性を有し、電解液を含浸保持可能な孔を有し、マット状であることによって、極板面と接触した状態で電解液を極板に授受可能な素材で構成されたものを用いる。なお、ガラス繊維マットの他に、例えば、スルホン化等により親水処理されたポリプロピレン樹脂繊維マットを用いることができる。なお、第１のセパレータ７は負極板５が電解液から露出した際に、負極板５にその含浸保持した電解液を補給することによって、負極板５での酸素ガス吸収反応を起こさせ、酸素ガスを水に還元することによって水の分解を抑制するものである。したがって、第１のセパレータ７は少なくとも、負極板５面に接した状態とする。
【００２８】
本発明の鉛蓄電池１において、初期状態の電解液面９は通常の液式鉛蓄電池と同様、正極板４および負極板５の上端よりも上方に位置させる。次に、本発明の鉛蓄電池１の使用中での液面挙動を電池の動作と関連付けて説明する。
【００２９】
本発明の鉛蓄電池１の使用開始とともに電解液中の水分が分解し、電解液面９が低下する。やがて正極板４および負極板５の負極板上部が電解液面９より露出した状態になるが第１のセパレータ７内では毛細管現象により電解液が含浸された状態が継続され、その結果、負極活物質内も電解液で満たされた湿潤な状態が極板群６上部で出現する。
【００３０】
この極板群６上部では、負極での酸素ガス吸収反応が可能になり酸素ガスが水に還元する反応が起こる。なお、電解液面９の低下とともに、負極での酸素ガス吸収反応面が増大し、この反応が促進され、水を生成するため、電解液の減少速度、すなわち電解液面９の低下速度は徐々に低下していき、水の分解反応と、水の生成反応とが平衡状態となり電池はやがて一定の重量を保つようになり、以後この状態での安定した状態で寿命まで使用可能となる。この状態で電池に補水し、電解液面９を当初の位置としても何ら差し支えないが、負極での酸素ガス吸収反応が抑制されるため、再び電解液面９が低下し、前記したように水の分解反応と生成反応が平衡に達した時点で電解液面９が安定する。
【００３１】
この現象は極板群６の上部で生じるため、第１のセパレータ７は極板群６の上部にのみ配置しておけば良く極板群６下部にはこの第１のセパレータ７を配置せず、ポリエチレン樹脂等の耐酸性樹脂の微多孔膜からなる第２のセパレータ８を配することにより、低温急放電の持続時間が低下するのを抑制することができる。なお、極板群６下部には第１のセパレータ７を配置した場合、低温急放電性能が低下するため、避けるべきである。
【００３２】
第１のセパレータ７と第２のセパレータ８の境界部をどの位置に設定するかは、平衡状態となり、その高さが安定した電解液面９の位置によって決定すべきである。電解液面９が上述の平衡状態となり、安定した状態で、第１のセパレータ７の下端が少なくとも、電解液に接した状態に設定することが好ましい。この状態では第１のセパレータ７に電解液が常に接した状態となるため、前記した毛細管現象により、負極での酸素ガス吸収反応を安定して起こさせることができる。
【００３３】
なお、車両用鉛蓄電池では、平衡状態での電解液面が第１のセパレータ７の下端よりも下方に位置する場合でも、車両走行時の加減速により、電解液面が揺動し、上下するため、第１のセパレータ７に電解液が補給されることにより、実質上、差し支えない場合もあるが、車両走行の頻度が少ない場合や、バックアップ用といった静置した状態で用いる場合には、電解液面の揺動による第１のセパレータ７への電解液補給が促進されないため、上記したように、電解液面９が上述の平衡状態となり、安定した状態で、第１のセパレータ７の下端を、少なくとも電解液に接した状態に設定することが好ましい。
【００３４】
従来、制御弁を持たない鉛蓄電池において、電解液から負極板が露出した状態で長期に使用された場合、電解液から露出した負極板は電池外部の酸素により酸化され電池が早期に劣化すると考えられてきた。特に、電解液が極度に制限された制御弁付負極吸収式電池では外部空気が導入されたとき負極全面が一度に酸化されるため早期の電池劣化がほぼ確実に起こる。
【００３５】
しかしながら本発明の鉛蓄電池では、極板群上部のみに耐酸性繊維マットの抄造体からなる第１のセパレータ７を配し、かつ極板群下部にポリエチレン樹脂等の耐酸性樹脂からなる微多孔膜からなる第２のセパレータ８を配置することによって、従来の液式鉛蓄電池と殆ど同等の緩放電特性および急放電特性を有する。一方、従来より懸念されていた外部酸素の進入による負極板の劣化はほとんどの場合問題にならないことがわかった。
【００３６】
また、使用開始当初、電解液面の低下は認められるものの、ある位置で平衡状態となるため、基本的に補水を必要としない。また、電解液面９の低下によっても負極板の劣化が進行しないため、従来の液式鉛蓄電池のように、電解液面から負極板が露出するまでの時間を確保するために、本来、放電反応にはあまり寄与しない、余分な電解液を電池内に確保することが不要となる。
【００３７】
したがって、本発明の請求項４に示したように、初期状態における電解液面９を、図１に示したように、負極板５上端以上かつ、負極板５の同極性極板同士を接合する負極ストラップ１０未満とすることにより、余分な電解液を当初より削減することによって、従来の液式鉛蓄電池に比較して約１０％程度の電池軽量化を達成することができる。
【００３８】
また、本発明の鉛蓄電池では、従来の制御弁式鉛蓄電池で設けていたような、５ｋＰａ〜２０ｋＰａ程度で開弁動作する制御弁を有さないため、電池内圧は大気圧から大きく変化することはない。したがって、電槽や蓋およびこれらの接合部を設計する際、この内圧増加を考慮して肉厚化することは不要であり、従来の液式鉛蓄電池と同様の設計が可能であるため、肉厚化による電池重量の増加を抑制することができる。
【００３９】
なお、電池を長期間保管する場合、外部酸素による負極活物質の酸化の速さは、従来の液式鉛蓄電池を車両に搭載した状態で流れる暗電流による放電（十数〜数十ｍＡ）と同程度のものである。長期放置による放電が進んだ場合、本発明の鉛蓄電池では、従来の液式鉛蓄電池と同様、電池を車両から取り外して補充電処理を行えばよい。
【００４０】
もしこのような長期放置に対して負極板酸化を抑制し、補充電処理を不要としたい等の、対策を講じたいのならば、液口栓の内にフィルターや迷路構造を設け、排気経路の通気抵抗を増大させ、大気中の酸素の電池内への進入速度を低減させるなどの処置を行えばよい。
【００４１】
なお、請求項４の構成では、従来の液式鉛蓄電池と異なり負極板５の耳部を集合溶接するストラップ１０が常に気相中に露出しているために負極側のストラップ１０において、まれに起こる異常腐食を防止するためにはこのストラップ１０をＳｂを含まないＰｂもしくはＰｂ鉛合金を使用することが好ましい。なお、これは請求項５の構成に相当する。
【００４２】
なお、第１のセパレータ７と第２のセパレータ８との接合方法としては、例えば、第１のセパレータ７中にポリプロピレン樹脂等の熱溶着性を有した樹脂繊維を混抄しておき、第１のセパレータ７と第２のセパレータ８とを熱溶着で接合することができる。また、第１のセパレータ７を前述したようなポリプロピレン樹脂繊維のマットとすれば当初より熱溶着性を有しているので、これら同士の熱溶着により接合を容易に行うことができる。また、ホットメルト剤や接着剤を用いてもこれらの接合を行うことができる。
【００４３】
（２）第２の実施形態
本発明の第２の実施形態による鉛蓄電池は図２に示したような極板群構成を有する。すなわち、前記した第１の実施形態における、第２のセパレータ８に替えて、正極板４板上部まで延長された第２のセパレータ８´とした構成である。第２のセパレータ８´の材質は第１の実施形態における第２のセパレータ８となんら変わるところはない。
【００４４】
第２の実施形態では、負極板５面側に第１のセパレータ７を配置する必要上、第２のセパレータ８´を正極板面４側に配置する。第２の実施形態では、第１の実施形態と同様の作用効果を有するが、それらに加え、この構成によれば、第２のセパレータ８´上に第１のセパレータ７との貼り合わせ寸法が第１の実施形態に比較してより確保できるため、貼り合わせ強度をより高くでき、製造工程におけるこれら第１のセパレータ７と第２のセパレータ８´との剥離を抑制できるため、生産性の面で好ましい。
【００４５】
（３）第３の実施形態
第３の実施形態による鉛蓄電池の極板群構成は図３に示したように、極板群上部において、第１および第２の実施形態における第２のセパレータ８，８´と同様の素材で構成された中心層１３と、この中心層１３の外側両面に配置され、第１および第２の実施形態における第１のセパレータ７と同様の素材からなる外層１４で構成された三層のセパレータ１５が正極板４−負極板５間に配置され、極板群下部において、第２のセパレータ８と同様の素材で構成された中心層１３のみを正極板４−負極板５間に配置したものである。第３の実施形態では、第１および第３の実施形態と同様の作用効果を得ることができるが、この場合、第２の実施形態に比較して、正極板４上部への電解液の補給が促進されるため、より放電特性を改善することができる。
【００４６】
なお、これら第２および第３の実施形態においても、第１の実施形態と同様、請求項４に記載されたように、初期状態における電解液面９を負極板５の上端以上かつ、負極板５同士を接合するストラップ１０の下面未満とすることにより、電解液量削減による電池軽量化が可能となることには変わりがない。また、その際、請求項５に記載されたように、ストラップにはＳｂを含まない、Ｐｂ合金を用いることにより、この部分での腐食を抑制することが可能となる。
【００４７】
また、上述した本発明の各実施形態において、図１、図２および図３に示したように、第２のセパレータ８，８´あるいは中心層１３をＵ字折とした例を示しているが、それぞれ平板状あるいは袋状とすることもできる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明例および比較例による鉛蓄電池（以下、電池）を作成し、各電池の５時間率放電容量、低温急放電性能および寿命試験を行った。
【００４９】
（１）本発明例の電池Ａ
本発明例の電池Ａは図１に示す第１の実施形態を有する電池である。電池１の構成を以下に示す。
【００５０】
本発明例の電池Ａに用いた正極板は、Ｐｂ−０．０６質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎの圧延鉛合金シートから得たエキスパンド格子体に常法による鉛蓄電池用正極活物質ペーストを充填し、熟成乾燥することにより、得たものである。
【００５１】
本発明例の電池Ａに用いた負極板は、Ｐｂ−０．０６質量％Ｃａ−０．３質量％Ｓｎ合金の圧延鉛合金シートから得たエキスパンド格子体に常法による鉛蓄電池用負極活物質ペーストを充填し、熟成乾燥することにより、得たものである。
【００５２】
本発明例の電池Ａに用いたセパレータは図１に示すような第１のセパレータ７と第２のセパレータ８で構成されたセパレータである。なお、これらの各セパレータの側部は閉じられ、全体として袋状としたものである。第１のセパレータ７は繊維径０．５μｍ〜１．０μｍのガラス繊維を抄造した、１９．６ｋＰａ加圧時の厚さ１．０ｍｍのガラス繊維マットであり、第２のセパレータ８は厚み０．３ｍｍのポリエチレン樹脂の微多孔膜で構成される。第１のセパレータ７と第２のセパレータ８の高さを合計したセパレータの総高さを１００としたとき、第１のセパレータ７の高さを４０、第２のセパレータ８の高さを６０とした。
【００５３】
上記の正極板５枚、負極板６枚およびセパレータを組み合わせ、ＪＩＳ  Ｄ５３０１（始動用鉛蓄電池）で規定する５５Ｄ２３形電池を作成した。なお、負極ストラップにはＳｂを含まない、Ｐｂ−５質量％Ｓｎ合金を用いた。その後、比重１．２００（２０℃）換算の希硫酸を電池に注液し、化成充電終了後、電解液の比重（２０℃換算）を１．３００、および電解液面を負極板上端と同じ高さとなるよう、調整した。なお、注液口には、排気経路を有した液口栓を装着した。
【００５４】
（２）本発明例の電池Ｂ
本発明例の電池Ｂは図２に示す第２の実施形態を有する電池である。電池Ｂに用いた正極板、負極板は電池Ａに用いたものと全く同じものである。本発明例の電池Ｂに用いた第１のセパレータ７および第２のセパレータ８´はそれぞれ電池Ａに用いたものと同一材質のものを用いた。第２のセパレータ８´は側部が閉じられた袋状であり、第２のセパレータ８´の高さを１００としたとき、第１のセパレータ高さを４０としている。以降の本発明例の電池Ｂの構成は、電池Ａと同様とした。
【００５５】
（３）本発明例の電池Ｃ
本発明例の電池Ｃは図３に示す第３の実施形態を有する電池である。電池Ｃに用いた正極板、負極板は電池Ａおよび電池Ｂに用いたものと全く同じものである。本発明例の電池Ｃに用いたセパレータ１５を構成する中心層１３および外層１４はそれぞれ、電池Ａおよび電池Ｂで用いた第２のセパレータ８，８´および第１のセパレータ７と同一材料のものである。
【００５６】
なお、セパレータ１５は側部が閉じられた袋状であり、中心層１３の高さを１００としたとき、外層の高さを４０としている。本発明例の電池Ｃの以降の構成は、電池Ａおよび電池Ｂと同様とした。
【００５７】
（４）比較例の電池Ｄ
比較例の電池Ｄは前記した本発明例の電池Ａ、ＢおよびＣで用いたものと同様の正極板５枚と負極板６枚とを用い、図４に示すように、厚み０．３ｍｍのポリエチレン樹脂の微多孔膜を袋状としたセパレータ１７を用いたものである。セパレータ１７は第１〜第２の実施形態で用いた第２のセパレータ８，８´および中心層１３と同一素材である。
【００５８】
比較例の電池Ｄは上述の電池Ａ〜Ｃと同様、５５Ｄ２３形電池である。化成充電後、電解液比重（２０℃換算）を１．２８０とし、電解液面を負極ストラップがすべて浸漬される、負極板上端から上方へ４０ｍｍの位置に調整した。なお、比較例の電池Ｄの電解液中に含まれる硫酸量は本発明例の電池Ａ〜Ｃの電解液中に含まれる硫酸量とは同一である。
【００５９】
（５）比較例の電池Ｅ
比較例の電池Ｅは、比較例の電池Ｄにおける電解液比重（２０℃換算）を１．３００とし、電解液面を負極上端と同一位置とした電池であり、比較例の電池Ｅの電解液中に含まれる硫酸量は電池Ａ〜Ｄの電解液中に含まれる硫酸量とは同一である。
【００６０】
（６）比較例の電池Ｆ
比較例の電池Ｆは前記した本発明例の電池Ａ、ＢおよびＣで用いたものと同様の正極板５枚と負極板６枚とを用い、図５に示すように、繊維径０．５μｍ〜１．０μｍのガラス繊維を抄造した、１９．６ｋＰａ加圧時の厚さ１．０ｍｍのガラス繊維マットからなる平板状のマットセパレータ１６を用いたものである。マットセパレータ１６は第１〜第３の実施形態で用いた第１のセパレータ７および外層１４と同一素材である。
【００６１】
比較例の電池Ｆは上述の各電池と同様、５５Ｄ２３形電池である。化成充電後、電解液比重（２０℃換算）を１．３００とし、電解液面を、負極板上端と同一の位置に調整した。なお、比較例の電池Ｄの電解液中に含まれる硫酸量は電池Ａ〜Ｄの電解液中に含まれる硫酸量とは同一である。その他の仕様は電池Ａ〜Ｄと同じである。
【００６２】
（７）比較例の電池Ｇ
比較例の電池Ｇは、比較例の電池Ｆにおける電解液量を、セパレータおよび正負極板に含浸保持できる程度とし、電池内圧変化に耐えうる強度を確保する目的で、電槽および蓋を液式鉛蓄電池用のものよりも肉厚とした制御弁付負極吸収式鉛蓄電池のものに変更するとともに蓋に１０ｋＰａで開弁動作する制御弁を搭載した、負極吸収式の鉛蓄電池である。
【００６３】
上記した各電池について、電池質量、５時間率放電容量および−１５℃、３００Ａ放電（６．０Ｖ終止）における放電持続時間および放電５秒目電圧を計測した。これらの結果を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2007087871.tif 000003
【００６５】
表１に示した結果からわかるように、本発明例の電池Ａ〜Ｃは、電解液量が制限された制御弁付の負極吸収式鉛蓄電池である電池Ｇに比べては重いものの、従来の液式鉛蓄電池（比較例の電池Ｄ）に対しては、約１０％の軽量化が図れる。また単位質量あたりの５時間率放電容量および−１５℃、３００Ａでの低温急放電性能で比較すると、本発明例の電池Ａ〜Ｃおよび電解液面を低下させた比較例の電池Ｅが、他の比較例の電池Ｄ、Ｆ、Ｇに比較して優れている。
【００６６】
特に、低温急放電性能では、電池Ｆおよび電池Ｇともに極板全面にガラス繊維マットが対向するため、電解液の拡散が抑制されるため、放電持続時間および５秒目電圧ともに他の電池と比較して著しく低下している。
【００６７】
次に、これら各電池について、ＪＩＳ  Ｄ５３０１で規定する軽負荷寿命試験を行った。寿命試験条件は、以下に示す通りである。なお、試験中の補水は一切、行わなかった。
【００６８】
（ａ）温度条件：４０℃に温度調整された恒温室に試験電池を配置
（ｂ）充放電：２５Ａ×４分放電＋１４．８Ｖ（最大電流２５Ａ）で１０分定電圧充電
（ｃ）性能確認：上記４８０サイクル毎に３５６Ａで３０秒間放電し、３０秒目電圧が
７.２Ｖ以下となった時点で試験終了
（ｄ）寿命サイクル数の算出：４８０サイクル毎の３０秒目電圧の関係から直線外挿に
より、３０秒目電圧＝７．２Ｖとなるサイクル数を寿命
サイクル数として算出
表２に上記の寿命試験の結果を示す。なお、結果は電池Ｄの寿命サイクル数に対する百分率で表示した。
【００６９】
【表２】
2007087871.tif 000004
【００７０】
表２に示した結果から、本発明例の電池は比較例の電池Ｄ、Ｅに対して優れた寿命特性を有していることがわかる。比較例の電池ＤおよびＥでは、電解液面の低下とともに、負極が酸化劣化し、さらに減液が進行することによって、寿命終期には電解液が極端に減少し劣化していた。特に、電解液面を低下させた電池Ｅでは、極端に短寿命であった。
【００７１】
一方、比較例の電池Ｆでは、電解液面が低下し、負極板が電解液面から露出した場合であっても、ガラス繊維マットにより電解液が負極板に補給され、酸素ガスの負極吸収反応が進行する。したがって、極端な電解液面の低下は抑制されるとともに、負極の酸化劣化は抑制されるために、比較例の電池ＤおよびＥよりも寿命性能は良化する。
【００７２】
比較例の電池Ｇでは、負極吸収式の電池であり、減液は殆ど進行しないが、電解液量が制限されているため、性能確認時の３５６Ａでの放電電圧特性が低下するため、良好な軽負荷寿命特性は得られない。
【００７３】
本発明例の電池Ａ〜Ｃでは、電解液面が低下し、負極板が電解液面より露出するものの、ガラス繊維マットによって電解液が負極板面に補給される。したがって、負極板上での酸素ガス吸収反応により水が生成し、減液の進行が抑制され、負極の酸化劣化による寿命低下は抑制される。なお、電池Ａ〜Ｃの電解液面はガラス繊維マット（第１のセパレータ）に接する位置にあった。また、極板群下部にはガラス繊維マットは存在せず、低抵抗のポリエチレン樹脂の微多孔膜であるため、性能確認における３５６Ａ放電電圧特性が良好であり、補水を行わない場合でも全体として極めて良好な寿命特性を有する。
【００７４】
本実施例から、本発明例による電池Ａ〜Ｃは、電池質量、５時間率容量、低温急放電性能および軽負荷寿命特性をそれぞれ高いレベルで両立できることがわかる。一方、比較例の電池では、５時間率容量および低温急放電性能に優れた電池Ｄ、Ｅは、補水なしの条件化では極端に寿命低下する。
【００７５】
以上のことから、本発明によれば、補水の手間を省いた場合であっても長寿命であり、軽量化され、かつ緩放電および急放電性能に優れた鉛蓄電池を得られることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の鉛蓄電池は、減液とこれによる寿命低下が抑制され、軽量化され、かつ緩放電および急放電性能に優れていることから、車両用鉛蓄電池をはじめとする様々な鉛蓄電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施形態による鉛蓄電池の部分断面を示す図
【図２】本発明の第２の実施形態による鉛蓄電池の極板群構成を示す図
【図３】本発明の第３の実施形態による鉛蓄電池の極板群構成を示す図
【図４】比較例の電池Ｄおよび電池Ｅの極板群構成を示す図
【図５】比較例の電池Ｆおよび電池Ｇの極板群構成を示す図
【符号の説明】
【００７８】
１    （第１の実施形態による）鉛蓄電池
２    電槽
３    蓋
４    正極板
５    負極板
６    極板群
７    第１のセパレータ
８、８´  第２のセパレータ
９    電解液面
１０  ストラップ
１３  中心層
１４  外層
１５  セパレータ
１６  マットセパレータ
１７  セパレータ
【図１】
2007087871.tif 000005
【図２】
2007087871.tif 000006
【図３】
2007087871.tif 000007
【図４】
2007087871.tif 000008
【図５】
2007087871.tif 000009