(57)【要約】【課題】電動車等のサイクル用途に用いられる鉛蓄電池で頻発する、負極活物質の膨張と、これによる内部短絡を抑制し、顕著に優れたサイクル寿命特性を有した鉛蓄電池を提供すること。【解決手段】正極板と負極板とがセパレータを介して積層してなる極板群と、前記極板群を収納する電槽を有し、前記負極板は、側部に閉じられていない格子マス目を有したエキスパンド格子体を有した鉛蓄電池において、前記負極板の側部を挟持する突起を設ける。この突起によって膨張した負極活物質と正極板との内部短絡が抑制され、長寿命の鉛蓄電池を得ることができる。【選択図】図１
2007328980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを介して積層してなる極板群と、前記極板群を収納する電槽を有し、前記負極板は、側部に閉じられていない格子マス目を有したエキスパンド格子体を備え、前記負極板の側部を挟持する突起を、前記電槽の内壁に設けた制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制御弁式鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
制御弁式鉛蓄電池は、正極板、負極板、ガラス繊維等のセパレータを備えており、これらを積層した単位セルが電槽に設けたセル室に収納されている。正極で発生した酸素ガスは、セパレータ空孔を介して負極で吸収することにより、充電による水分減少が抑制される。しかしながら、このような発生ガスによってセル内圧が所定値に到達した場合、このセル室内のガスを外部に放出する制御弁が設けられている。
【０００３】
前記した単位セルを収納するセル室は、セパレータと正および負極板との密着性を保持する目的で、その極板の積層方向の内寸を、無加圧状態のセル厚みより狭く設定し、セル室内に収納された状態において、単位セルは厚み方向に加圧された、すなわち、群圧が加わった状態とする。
【０００４】
従来の制御弁式鉛蓄電池、特に、電動車用等の、サイクル用途に用いられる制御弁式鉛蓄電池においては、負極の活物質の膨張により、この負極に対向する正極との間に短絡を発生させることがあった。
【０００５】
特に、昨今、電池の小型・高容量化を目的として、セパレータは薄型化され、また、同一セル容積においても、可能な限りの活物質を配置するために、セル室内のデッドスペースをより少なくした設計が採用されるようになってきている。
【０００６】
セパレータの薄型化やデッドスペースの極小化は、電池の小型・高容量化に寄与するものの、前記したような、内部短絡に関しては、非常に不利である。すなわち、デッドスペースが十分に確保できる場合には、前記したような活物質の膨張量を考慮して、極板寸法に対して、セパレータ寸法を十分に大きく設定できるため、内部短絡を抑制することができるが、デッドスペースが極小となるよう、極板寸法をより大きく設定した場合には、極板寸法と、セパレータ寸法が非常に近接し、内部短絡が発生しやすくなる。
【０００７】
一方、前記したような電池の小型・軽量化を目的として、正極および負極の格子体にエキスパンド格子体が広く採用されつつある。このエキスパンド格子体は、従来の鋳造格子体に比較して、薄型化に適し、また生産性も優れているために、電池の軽量化、高出力化および製造コスト抑制に大きな効果がある。しかしながら、エキスパンド格子体の、極板の左右の側部に対応する格子マス目は、格子骨によって格子マス目が閉じられておらず、開いている。この格子マス目の開いた部分から、負極活物質が膨張によって突出しやすい。
【０００８】
したがって、前記したように、電池の小型・軽量化および高容量化を目的として、セル室内のデッドスペースをより狭く設定し、さらにエキスパンド格子体を採用した場合、前記したような、膨張した負極活物質による電池内部での内部短絡、およびこれによるこれによる電池の短寿命が頻発するという課題があった。
【０００９】
このような、膨張した負極活物質による内部短絡を抑制するために、特許文献１では、負極板側部を覆う袋状の合成繊維マットを用いることが示されている。このような合成繊維マットは、活物質の膨張変形によって、穴あきが発生する。また、袋状とした合成繊維マットでは、袋状とした、張り合わせしろが剥離する場合があった。これらの、合成繊維マットに生じた穴や、剥離した部分で、負極活物質と正極とが短絡する場合があった。
【特許文献１】特開２００６−１９１９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、両側部がエキスパンド格子体を用いた制御弁式鉛蓄電池を、サイクル用途で使用したときに、負極活物質の膨張によって発生する正極−負極間の内部短絡とこれによる短寿命を抑制し、信頼性に優れた制御弁式鉛蓄電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、正極板と負極板とがセパレータを介して積層してなる極板群と、前記極板群を収納する電槽を有し、前記負極板は、側部に閉じられていない格子マス目を有したエキスパンド格子体を備え、前記負極板の側部を挟持する突起を、前記電槽内壁に設けた制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１２】
前記した本発明によれば、負極板側部における活物質膨張が、電槽内壁およびこれに設けた突起部によって抑制されるため、この負極活物質膨張による、内部短絡が抑制され、制御弁式鉛蓄電池の短寿命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】
【００１３】
本発明の実施形態を有した制御弁式鉛蓄電池（以下、電池）の構成を、図面を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の電池Ａの断面を示す図である。この電池Ａでは、電槽１０２に、正極板１０４と負極板１０５とを、ガラス繊維マット等のセパレータ１０６を介して積層した極板群１０７が収納される。
【００１５】
なお、負極板１０５は、図２に示したように、側部１０５ａに、周囲が閉じられていない格子マス目２０１を有したエキスパンド格子体２０２と負極活物質２０３を備える。なお、図２に示した負極板１０５は、エキスパンド格子体２０２と負極活物質２０３との関係を明らかにするために、負極活物質２０３の一部をエキスパンド格子体２０２から除去した状態を示している。
【００１６】
本発明の電池Ａでは、電槽１０２の内壁１０２ａに、負極板１０５の側部１０５ａを挟持する突起１０８を形成する。突起１０８と内壁１０２ａによって、負極板１０５の側部１０５ａを覆う。これによって、膨張した負極活物質２０３と正極板１０４との内部短絡を抑制することができる。
【００１７】
本発明の構成では、電槽１０２と同一材質を有した突起１０８と、内壁１０２ａとで、側部１０５ａを覆うため、特許文献１の合成繊維マットで発生していたような、穴あきや剥離が発生しない。これにより、セパレータ１０６を回りこんで正極板１０４と接触にいたるような、負極活物質２０３の膨張を抑制することができる。
【実施例】
【００１８】
本発明例および比較例の制御弁式鉛蓄電池（以下、電池）を作成し、サイクル寿命特性を評価することにより、本発明の効果を明らかにした。
【００１９】
本発明例の電池は、前記した実施形態で示した構成を有する２Ｖ７．０Ａｈの制御弁式鉛蓄電池である。図１および図２での対比において、本発明例の電池Ａは、正極板１０４および負極板１０５の極板面の寸法は、それぞれ同じ高さ寸法および幅寸法を有し、高さ寸法は７５．０ｍｍ、幅寸法は７０．０ｍｍである。厚み寸法は、正極板で３．０ｍｍ、負極板で１．９ｍｍである。
【００２０】
正極板１０４は、Ｐｂ−０．０６質量％−１．２質量％Ｓｎ合金からなる鋳造格子体を有しており、すべての格子マス目は格子枠骨および格子中骨によって閉じられている。一方、負極板１０５は、Ｐｂ−０．０６質量％−０．３質量％Ｓｎ合金の圧延シートをエキスパンド加工して得た、エキスパンド格子体２０２を有している。
【００２１】
圧延シートをエキスパンド加工し、エキスパンド網目を形成することによって、長尺のエキスパンドシートとした後、このエキスパンド網目（図２における格子骨２０４に対応）に活物質ペーストを充填し、その後、この充填済みのエキスパンドシートを切断加工して単一の負極板とする。この切断加工時に、格子骨２０４が切断されるため、この切断部、すなわち、負極板の両側部の格子マス目２０１は一部が開いた形状となる。
【００２２】
セパレータ１０６としては、０．５〜５μｍ径の微細ガラス繊維のマットとし、その寸法は、高さ寸法８０．０ｍｍ、幅寸法７４．０ｍｍおよび厚み寸法を２．５ｍｍ（群圧が加えられた状態）とした。
【００２３】
そして、上記した正極板１０４の２枚、負極板１０５の３枚、およびセパレータ１０６の４枚を組み合わせてセルとし、電槽１０２に収納した。
【００２４】
なお、電槽１０２の内壁１０２ａには、負極板１０５の側部１０５ａを挟持する突起１０８を形成する。突起１０８の先端の内壁１０２ａからの突出寸法は４．０ｍｍとした。また、互いに対向する２つの内壁１０２ａ間の寸法は７０．０ｍｍとした。なお、極板積層面と平行な電槽の内壁１０２ｂに接する負極板１０５では、その側部１０５ａは、内壁１０２ｂと突起１０８によって挟持される。また、それ以外の、内壁１０２ｂに対向しない負極板１０５は、その側部１０５ａは、両側から突起１０８によって挟持される。
【００２５】
正極板１０４、負極板１０５およびセパレータ１０６を電槽１０２に収納した後、同極性の極板耳部（図示せず）同士を集合溶接してストラップを形成し、ストラップより端子リードを取り付け、電槽１０２の開口部に蓋を接着して、制御弁式鉛蓄電池を組み立てた。
【００２６】
比較例の電池Ｂは、図３に示したように、本発明例の電池Ａの電槽１０２に設けた突起１０８を除去した電槽３０１を用いたものである。したがって、内壁３０１ａには突起１０８は有していない。電池Ｂを構成する正極板１０４、負極板１０５およびセパレータ１０６、その他の部品材料はすべて電池Ａのものと共通である。
【００２７】
これら本発明例の電池Ａおよび比較例の電池Ｂについて、２５℃雰囲気中でサイクル寿命試験を行い、各電池の寿命特性を評価した。本実施例のサイクル寿命試験では、２．８Ａ定電流放電（放電終止電圧１．７５Ｖ）と２．４５Ｖ定電圧定電流充電（初期充電電流２．８Ａ）を１２時間行う、放電−充電サイクルを繰り返し行った。そして、２．８Ａ定電流放電での放電持続時間が、初期の５０％まで低下した時点での放電−充電サイクル数をサイクル寿命回数とした。
【００２８】
その結果、本発明例の電池Ａのサイクル寿命回数は４２０回、比較例の電池Ｂのサイクル寿命回数は１６０サイクルであった。このサイクル寿命試験終了後の本発明例の電池Ａと、比較例の電池Ｂを分解し、電池内部の状態を確認した。その結果、本発明例の電池ででは、正極活物質の軟化と負極活物質の膨張が同時に進行していたが、特に、正極活物質の軟化が顕著であり、これが、本発明の電池Ａの寿命劣化の主要因と考えられた。
【００２９】
以上から、本発明の構成によれば、鉛蓄電池を電動車等のサイクル用途に用いた際に頻発する、負極活物質の膨張と、これによる内部短絡を抑制し、寿命特性に顕著に優れた鉛蓄電池を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の鉛蓄電池は、サイクル使用における、負極活物質の膨張と、これによる内部短絡、およびこれによる短寿命が抑制され、顕著に優れたサイクル寿命特性を有することから、電動車といったサイクル用途をはじめ、様々な用途の鉛蓄電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の鉛蓄電池を示す断面図
【図２】負極板を示す図
【図３】比較例の鉛蓄電池を示す断面図
【符号の説明】
【００３２】
Ａ        （本発明例による）電池
Ｂ        （比較例による）電池
１０２    電槽
１０２ａ  内壁
１０２ｂ  （極板積層面と平行な）内壁
１０４    正極板
１０５    負極板
１０５ａ  側部
１０６    セパレータ
１０７    極板群
１０８    突起
２０１    （周囲が閉じられていない）格子マス目
２０２    エキスパンド格子体
２０３    負極活物質
２０４    格子骨
３０１    電槽
３０１ａ  内壁
【図１】
2007328980.tif 000003
【図２】
2007328980.tif 000004
【図３】
2007328980.tif 000005