(57)【要約】【課題】サイクルユ−ス用途の制御弁式鉛蓄電池の減液特性およびサイクル寿命特性向上。【解決手段】ガスの透過し易い低密度セパレ−タに於いては、正極板にセパレ−タの平滑面側を当接し、一方、負極板にセパレ−タの凹凸面の大きい方側を当接することで、充電時に発生した酸素ガスを負極で吸収させる所謂“陰極吸収サイクル”をより速やかに、しかも円滑に行わせることができ、電解液分解に伴う発生ガスを電池内に留めることにより、電池外への飛散による電解液の消失を最小限にすることができることを見出した。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を構成し電槽内に収納する制御弁式鉛蓄電池において、該セパレータを２０ｋＰａの加圧下で測定した際、その密度が０．１０ｇ／ｃｃ以上、０.２０ｇ／ｃｃ以下で、その凹凸面の大きい方側を負極板に当接することを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低密度セパレ−タで、電解液の減液を極めて小さく抑えることができ、長寿命化も図れるサイクルユ−ス用途の制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、ニッケル−カドミウム電池と並んで、長い歴史を持ち、その安価さもさることながら、安定した性能からくる高い信頼性故に現在でも蓄電池の主流を占めており、自動車用のＳＬＩ用電源、小型電子機器や電動車用の移動用電源、コンピュ−タなどの電源の停電時に作動するバックアップ用据え置き電源などとして広く使用され続けている。そして前記鉛蓄電池の中でも電解液の補充が不要な密閉型鉛蓄電池は、前記各種電源の他にも、ロ−ドレベリングなどを含むサイクルユ−ス用にも使用されるようになり急速に普及しつつある。
【０００３】
近年、保守不要の観点から電解液の補充等が不要な制御弁式鉛蓄電池が主流となりつつあり、その普及率は急速に拡大しつつある。この鉛蓄電池のうちでサイクルユ−ス用途においては、地球環境への配慮から、次第に経済性を加味した高性能、長寿命化が要求されつつある。一般的にこれらの電池に使用されるセパレ−タとしては、長期にわたる信頼性、特にセパレ−タのヘタリによる群圧低下が引き起こす容量低下問題を懸念し、比較的高密度ものが適しているとされてきた。
【０００４】
一方では用途に応じてＵＰＳ機能も兼ねるようなハイレ−ト特性、所謂“急速放電”対応も求められつつあり、この特性を満足するには、これに適用する極板仕様・構成の他、セパレ−タ特性も極めて重要な因子となりつつある。
【０００５】
即ち、サイクルユ−ス用途に於ける従来少なかった制御弁式鉛蓄電池の急速放電対応には、セパレ−タとして、まず長期にわたるサイクル特性確保の為、高密度セパレ−タなみのヘタリの少ないことの他、セパレ−タ自体への吸液性が良く、充放電反応に預かる電解液を十分確保していることが極めて重要で、更にはそのセパレ−タ自体に含まれる電解液の消失を、長期にわたって極めて小さく抑えることが、また特に重要となる。
【０００６】
本来ならば、上記背景から保液性を十分確保できる低密度セパレ−タで、しかもヘタリの少ないものがあれば理想的であったが実際には実在しなった。しかし乍、この度、低密度ながら、膨張性マイクロカプセルを分散させることにより、ヘタリに強いセパレ−タの開発（特許文献１）に至り、基本的な問題は解決する方向にある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１０８７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし乍、この低密度セパレ−タを使用する場合においては、低密度であるが故に、ガス透過性との関係上、適切に使用なければ、電解液の減液が著しく、急速放電性能が確保できないばかりか、長期にわたる信頼性が確保できないことがある。
【０００９】
このような背景の下、低密度セパレ−タで、電解液の減液を極めて小さく抑えることができ、長寿命化も図れる制御弁式鉛蓄電池を提供することが望まれている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、正極板と負極板をセパレータを介して積層した極板群を構成し電槽内に収納する制御弁式鉛蓄電池において、該セパレータを２０ｋＰａの加圧下で測定した際、その密度が０．１０以上、０.２０ｇ／ｃｃ以下で、その凹凸面の大きい方側を負極板に当接するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、低密度セパレ−タで、負極板にセパレ−タの凹凸面の大きい方側を当接することで電解液の消失を極めて小さく抑えることができ、長寿命化も図ることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本発明の鉛蓄電池、特に電解液量が規制される制御弁式鉛蓄電池は、低密度セパレ−タで、負極板にセパレ−タの凹凸面の大きい方側を当接することで電解液の消失を極めて小さく抑えることができ、長寿命化も図ることが可能としたものである。
【００１３】
電解液量が規制される制御弁式鉛蓄電池において、当該セパレ−タを使用する場合、セパレ−タはその製法上、必ず表裏で平滑面側とその反対面（凹凸面の大きい方側）が存在し、平滑面においては装置の鏡面に接触するため、その反対面に比しセパレ−タ表面が平滑となり易い。一方、その反対面においては鏡面に接触しない為、主に水分が抜けて乾燥した後は、表面が凹凸になり易い。その結果、ガスの透過し易い低密度セパレ−タの使用においては、正極板にセパレ−タの平滑面側を当接し、一方、負極板にセパレ−タの凹凸面の大きい方側を当接することで、充電時に発生した酸素ガスを負極で吸収させる所謂“陰極吸収サイクル”をより速やかに、しかも円滑に行わせることができ、電解液分解に伴う発生ガスを電池内に留めることにより、電池外への飛散による電解液の消失を最小限にすることができる。
【００１４】
これは負極板にセパレ−タの凹凸面の大きい方側を当接することで、セパレ−タと負極板の間に、セパレ−タと正極板の間に比し、より空間が生じ易くなり、充電時に発生した酸素ガスを負極でより吸収させ易くなったものと考えられる。一方、高密度セパレ−タの使用においては、セパレ−タ自体がガスを透過させ難い為、低密度セパレ−タの使用ほど、その効果は認められない。
【００１５】
また、セパレ−タを２０ｋＰａの加圧下で測定した際、その密度が０．２０ｇ／ｃｃ以下とし、該密度が、例えば０．１０ｇ／ｃｃ未満と小さい場合、機械的強度が弱くハンドリングに問題が出てくる恐れがあり、好ましい範囲としては０．１０以上、０．２０ｇ／ｃｃ以下である。
【００１６】
また、制御弁式鉛蓄電池において深い充放電を繰り返すサイクルユース用途の場合、正極活物質の軟化・泥状化で寿命になりやいという特徴があり、この軟化を抑制するためにある程度の群圧をかけて極板群を電槽内に収納するが、あまりに高過ぎても群挿入が困難となる。本発明において、セパレータにガラス繊維を抄造したリテーナマットを用いるときは、リテーナマットは注液後に反発性が低下して槽内での極板群の群圧迫力が弱くなるので、極板群を電槽内に収納する際の群圧は、予めそれを見込んで、高めに設定しておく必要がある。具体的には、群圧は４０ｋＰａ以上が好ましい。群圧が８０ｋＰａを超えると極板群を電槽に収納する際に極板が破損したり、組立が困難になって生産性が低下したりする。従って極板群を電槽内に収納する際の群圧は４０〜８０ｋＰａが好ましい。
【００１７】
本発明の正極板は、ゲル式、リテーナ式、顆粒シリカ式など任意の密閉型鉛蓄電池に用いてその効果が発現される。
【００１８】
また、制御弁式鉛蓄電池を水平状態（正負極板が水平置き）で使用することが好ましい。正立状態（正負極板が垂直置き）で使用した場合、電解液の成層化現象（電池の下部で比重が高く、上部で比重が低い）が起こり易いからである。水平状態で使用することで、自重により圧力がかかるため、正極活物質の軟化防止をすることも可能である。
【実施例１】
【００１９】
まず、所定量の水及び希硫酸を練合してなる活物質ペーストを、カルシウム系合金からなる格子基板に４．２ｇ／ｃｃ密度で充填してなる正極板を作製した。
次に、２０ｋＰａの加圧下で測定した際、その密度が０．１０ｇ／ｃｃで、またその厚みが１．４ｍｍであるガラス繊維を抄造してなるセパレ−タで、且つ、凹凸面の大きい方を負極板に当接し、前記正極板と常法により作製した負極板とを介して交互に積層して、正極板５枚／負極板６枚からなる極板群を作製し、これを電槽内に４０ｋＰａの群圧となるよう組み込んだ。
そして、同極性耳群を常法によりストラップ溶接すると同時に端子を形成し、電槽と蓋を接着した後、所定量の電解液を注液して封口した後、電槽化成を行って、２Ｖ、定格容量３０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池（実施例１）を得た。
【実施例２】
【００２０】
２０ｋＰａの加圧下で測定した際のセパレータの密度を０．２０ｇ／ｃｃとした以外は実施例１と同様にして２Ｖ、定格容量３０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池（実施例２）を得た。
【００２１】
（比較例）
２０ｋＰａの加圧下で測定した際のセパレータの密度を０．０８ｇ／ｃｃおよび０.２５ｇ／ｃｃとした以外は実施例１と同様にして２Ｖ、定格容量３０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池（比較例１および比較例２）を得た。
（従来例）
上記セパレータの凹凸面の大きい方を正極板に当接し、２０ｋＰａの加圧下で測定した際のセパレータの密度を０．１０ｇ／ｃｃ、０．２０ｇ／ｃｃおよび０．２５ｇ／ｃｃとした以外は上記方法と同様にして２Ｖ、定格容量３０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池（従来例１、従来例２および従来例３）を得た。
【００２２】
各々の制御弁式鉛蓄電池（実施例１〜２、比較例1および従来例１〜３）を用いて、２５℃の恒温槽に入れて、放電０．２５Ｃで２時間（ＤＯＤ５０％）、充電０．２５Ｃ（９０％）＋０．１５Ｃ（１５％）で充電量が１０５％となるようにサイクル試験を行い、１００サイクルおきに０．１Ｃで容量試験を行い、定格容量の７０％を切った時点を寿命とした。
表１に、減液特性および寿命サイクル特性を示す。
【００２３】
なお、減液特性は、電池の重量推移（所定サイクルでの電池重量−試験開始時の電池重量）から求めたものであり、実施例２の減液量（重量％）を１００としたときの、他の減液量を比率で表したものである。
寿命サイクル特性も同様に、実施例２の寿命サイクル数を１００としたときの、他の寿命サイクル数を比率で表したものである。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に、減液特性および寿命サイクル特性を示す。
表１に示すように、セパレータの凹凸面の大きい方側を負極に当接した場合、密度が同じものを正極に当接した場合と比較すると、実施例１は従来例１に対して、実施例２は従来例２に対して、また比較例２は従来例３に対して、それぞれ減液特性が優れていることが分かる。これは、セパレータの凹凸面の大きい方側を負極に当接する向きに配置することでセパレ−タ自体の吸液性が高くなり、しかも負極板表面での円滑な酸素吸収反応も伴って、電解液の減液が抑制さられたためである。一方、正極に当接する向きに配置するとガスの吸収性能が良くないため減液量が多くなっている。この中で比較例１は密度が０．０８ｇ／ｃｃと低いため保液性に優れ、減液特性は良好である。
【００２６】
また、セパレータの密度を適正にした本発明（実施例１〜２）のサイクル特性は良好であることが分かる。この中で、実施例１は実施例２よりも減液特性に優れるものの寿命サイクル特性が僅かに低下している。これは、セパレータの密度が小さい（０．１０ｇ／ｃｃ）ためへたって厚みが薄くなった結果群圧が低下して、容量低下を引き起こしたものである。また、これより密度が小さい比較例１では内部短絡で早期に寿命に至っている。しかも、この密度のセパレータを使用するときは、極板とセパレータの積層時や極板群の挿入時に破れたりするなどハンドリングに問題があった。逆に、本発明より密度が大きい比較例２では減液が大きいためその分、寿命特性が悪くなっている。
以上より、セパレータの密度は０．１０ｇ／ｃｃ以上、０．２０ｇ／ｃｃ以下であることが好ましいことが分かる。
【００２７】
以上のようにセパレータの凹凸面の大きい方側を負極板に当接することで、電解液の消失を極めて小さく抑えることができ、長寿命化も図った制御弁式鉛蓄電池が得られる。