(57)【要約】【課題】特に、サイクル使用される制御弁式鉛蓄電池において発生する、活物質膨張による極板間短絡と、これによるサイクル寿命低下を抑制すること。【解決手段】エクスパンド格子体を備えた制御弁式鉛蓄電池であり、正極板面および負極板面に接していないマットセパレータの両側部が、極板厚み方向の二方向（Ａ、Ｂ）のうち、一方の方向（Ａ）に折り曲げ部で折り曲げられ、マットセパレータ（Ｓ２〜Ｓｎ）の両側部が方向Ａに隣接するマットセパレータ（Ｓ１〜Ｓｎ−１）の折り曲げ部の少なくとも一部をマットセパレータ幅方向に覆うよう配置する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方の側部に開放された格子マス目を有するエクスパンド格子体を正極板もしくは負極板の少なくとも一方に備えた制御弁式鉛蓄電池であり、
前記正極板および負極板とが抄紙タイプのマットセパレータを介して積層された極板群において、前記マットセパレータの枚数をｎ（但し、ｎ≧２）とし、
前記正極板面および前記負極板面に接していないマットセパレータの両側部が、極板厚み方向の二方向（Ａ、Ｂ）のうち、一方の方向（Ａ）に折り曲げ部で折り曲げられ、前記極板群の前記方向（Ａ）の端部に位置するマットセパレータ（Ｓ１）以外のマットセパレータ（Ｓ２〜Ｓｎ）の両側部が前記方向Ａに隣接するマットセパレータ（Ｓ１〜Ｓｎ−１）の折り曲げ部の少なくとも一部をマットセパレータ幅方向に覆うよう配置した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、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、バックアップ電源やサイクルサービス用電源として様々な用途に用いられている。特に、従来の液式鉛蓄電池とは異なり、補水作業が不要で、充電時の酸霧の発生が殆どないため、一般ユーザにも手軽に使用できる利点がある。この様な利点を活かし、各種の電動車車両用電源として、市場が拡大しつつある。
【０００３】
電動車両用の蓄電池は、小型軽量化・高出力化が常に求められている。軽量化・高出力化の面では、極板格子に薄型のエクスパンド格子体を用いることが有効であり、正極、負極いずれの極板にも用いることができる。
【０００４】
図１に示したように、エクスパンド格子体１０１は、格子基体となる鉛もしくは鉛合金シート（一般的には鉛−カルシウム合金の圧延シート）に多数スリットを形成し、展開することで、スリット部を格子マス目に整形して格子体とするものである。
【０００５】
スリット形成した鉛合金シートをある方向に展開するため、この展開方向と平行なエクスパンド格子体の２つの辺１０１ａに、周囲がすべて格子骨１０２で囲まれない、開放された格子マス目１０３が存在する。
【０００６】
このような、開放された格子マス目１０３に充填された活物質は、周囲がすべて格子骨１０２で閉じられた格子マス目１０４に充填された活物質に比較してエクスパンド格子体１０１から脱落しやすい。また、特に電動車用途のように、深放電が繰り返されるサイクル用途では、開放された格子マス目１０３に充填された活物質が膨張し、格子マス目１０３の開放された部分からはみ出しやすい。このような、鉛蓄電池の活物質の膨張は、正極、負極ともに見られる現象であるが、サイクル用の制御弁式鉛蓄電池では、正極に比較して負極活物質の膨張が顕著である。
【０００７】
図２は、このようなエクスパンド格子を用いた極板２０１、２０１´と抄紙タイプのマットセパレータ２０２とを組み合わせた従来の極板群２０３を示す図である。極板２０１、２０１´とマットセパレータ２０２とを組み合わせて極板群２０３を製造し、この極板群２０３を電槽に挿入する際、マットセパレータ２０２の側端２０２ａが治工具や作業者の手指と接触すると、図２の破線に示すように、マットパレータ２０２の幅方向に容易に変形する。
【０００８】
抄紙タイプのマットセパレータを厚み方向に圧縮変形した場合、圧縮を解くと厚み方向への変形が復元する。一方、幅方向や上下方向といった、厚み方向と直角な方向に圧縮変形すると、圧縮を解いても、復元量は少ない。これは、マットセパレータ２０２の圧縮された部分ではその厚みが増大するよう変形する際、抄紙によって形成された繊維層間の一部で不可逆的に剥離が進行するためであり、このような部分でセパレータ孔径が大きくなる部分が発生する。
【０００９】
このような復元しない変形があるマットセパレータ２０２を用いた場合、変形した部分で、膨張によりはみ出した活物質がマットセパレータの側端２０２ａを越え、極板２０１、２０１´間が比較的短期間で短絡する。また、変形した部分、特に、セパレータ孔径が大きくなった部分を膨張した活物質が貫通し、短絡が発生する場合があり、いずれの短絡においても、電池の容量が急激に低下して寿命に到っていた。
【００１０】
このような活物質の膨張による内部短絡を抑制するために、従来技術として、特許文献１にはマットセパレータを袋状にすることが示されている。自動車用鉛蓄電池に用いられているような、微孔性ポリエチレンシートの袋状セパレータは、Ｕ字状に折り曲げたシートの両側部をメカニカルシールにすることにより、比較的容易に製造が可能である。また、微孔性ポリエチレンシート同士が密着し、熱溶着により接合されるため、シール部の接合強度は高く、内部の活物質が膨張した場合においても、シール部の剥離が抑制される。
【００１１】
一方、制御弁式鉛蓄電池に用いるような、ガラス繊維や合成樹脂繊維のマットは、袋状のセパレータへの加工がより困難であり、そのコストも高価である。特許文献１に示されたように、合成樹脂繊維単独、あるいはガラス繊維と合成樹脂繊維が混抄されたマットを熱溶着して袋状に加工する際、繊維と繊維が点接触した状態で溶着される。この場合の溶着面積は、前記したようなシート状セパレータの場合に比較して小さく、結果として、溶着強度が低くなり、内部の活物質膨張により、溶着部が剥離するという課題がある。
【００１２】
また、マットセパレータ同士の接合にホットメルトや接着剤を用いる方法も提案されている。ホットメルトでは、マット表面の繊維とホットメルトとが融合することにより、接合が行われるが、通常、マットは抄紙体であるため、層状剥離しやすく、内部の活物質膨張により、接合部が剥離するという課題がある。
【００１３】
さらに、接着剤でマット同士を接合する場合、セパレータの極板面と接する面にまで接着剤が移行すると、袋状セパレータに極板が収納できなくなったり、極板活物質に接着剤が浸透するため、塗付面積の管理を厳密に行う必要がある。また、接着剤の固化に時間を要あり、工程が煩雑であるという欠点があった。
【００１４】
また、特許文献２には、図３に示したように、マットセパレータ３０１の極板３０２面と対向しない側部３０１ａを折り曲げた構成が示されている。折り曲げられたセパレータは極板側部を覆うため、活物質膨張による内部短絡をある程度まで抑制できる。しかしながら、セパレータとして、抄紙タイプのマットセパレータを用いた場合、折り曲げた側部３０１ａの基部３０１ｂが、極板群の搬送時や、極板群におけるマットセパレータと極板との位置合わせ時、あるいはその他の製造工程において、治工具等により圧縮されると、前記したような剥離が基部３０１ｂに生じ、この部分で膨張した活物質が貫通し、短絡する場合があった。
【特許文献１】特開昭６１−９６６５９号公報
【特許文献２】特開昭６０−１４６４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明は、前記したような、エクスパンド格子を用いた極板の側部の活物質膨張による、電池内部短絡とこれによる電池容量低下および寿命低下を抑制した制御弁式鉛蓄電池をより安価かつ簡便な構成で提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記した課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明は、少なくとも一方の側部に開放された格子マス目を有するエクスパンド格子体を正極板もしくは負極板の少なくとも一方に備えた制御弁式鉛蓄電池であり、正極板および負極板とが抄紙タイプのマットセパレータを介して積層された極板群において、マットセパレータの枚数をｎ（但し、ｎ≧２）とし、正極板面および負極板面に接していないマットセパレータの両側部が、極板厚み方向の二方向（Ａ、Ｂ）のうち、一方の方向（Ａ）に折り曲げ部で折り曲げられ、極板群の方向（Ａ）の端部に位置するマットセパレータ（Ｓ１）以外のマットセパレータ（Ｓ２〜Ｓｎ）の両側部が前記方向Ａに隣接するマットセパレータ（Ｓ１〜Ｓｎ−１）の折り曲げ部の少なくとも一部をマットセパレータ幅方向に覆うよう配置したことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によると、充放電の繰り返しによって活物質が膨張しても、極板間短絡を抑制することができる。また、製造工程が複雑で高価な袋状のマットセパレータを用いることなく、安価で優れた寿命特性を有する制御弁式鉛蓄電池を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態による制御弁式鉛蓄電池の構成を説明する。
【００１９】
図４は、本発明の実施形態による制御弁式鉛蓄電池に用いる極板群４０１を示す図である。
【００２０】
極板群４０１は、正極板４０２と負極板４０３とが、ｎ枚（ｎ≧２）の抄紙タイプのマットセパレータＳ１〜Ｓｎを介して積層されている。ここで、正極板４０２および負極板４０３の少なくともいずれか一方は、図１に示したような、両側部に開放された格子マス目を有するエクスパンド格子体を備える。
【００２１】
本発明では、正極板４０２面および負極板４０３面に接していないマットセパレータＳ１〜Ｓｎの両側部Ｓ１ａ〜Ｓｎａが、折り曲げ部Ｓ１ｂ〜Ｓｎｂで極板厚み方向の二方向（Ａ、Ｂ）のうち、一方の方向（Ａ）に折り曲げられ、極板群４０１の方向（Ａ）の端部に位置するマットセパレータＳ１以外の、マットセパレータＳ２〜Ｓｎの両側部Ｓ２ａ〜Ｓｎｂが、方向Ａに隣接するマットセパレータＳ１〜Ｓｎ−１の折り曲げ部Ｓ１ｂ〜Ｓ（ｎ−１）ｂの少なくとも一部、好ましくは全てをマットセパレータＳ１〜Ｓｎの幅方向に覆うよう配置する。
【００２２】
このような構成を有した極板群４０１では折り曲げ部Ｓ１ｂ〜Ｓ（ｎ−１）ｂの少なくとも一部は、マットセパレータＳ２〜Ｓｎの両側部Ｓ２ａ〜Ｓｎｂで覆われるため、極板群４０１を取り扱う際に、治工具等により、極板群４０１幅方向に圧縮力が加わった場合、両側部Ｓ２ａ〜Ｓｎｂは弾性的に圧縮されるため、折り曲げ部Ｓ１ｂ〜Ｓ（ｎ−１）ｂの圧縮が抑制される。
【００２３】
そして、両側部Ｓ２ａ〜Ｓｎｂへの圧縮力は、両側部を構成する抄紙された繊維の長さ方向とおおよそ垂直になるため、圧縮を解いた時点で、その厚みが復元する。
【００２４】
折り曲げ部Ｓ１ｂ〜Ｓ（ｎ−１）ｂの、極板群４０１幅方向への圧縮は、抄紙された繊維層が剥離し、一部に孔径が大きい隙間が発生し、これが極板間短絡の経路となっていた。本発明では、このような圧縮が抑制されるため、折り曲げＳ１ｂ〜Ｓ（ｎ−１）ｂを通した極板間の短絡が抑制され、さらにはこれによる容量の急激な低下と寿命低下を抑制することができる。
【００２５】
以下、極板群４０１を用いて、常法により制御弁式鉛蓄電池を組み立てることにより、本発明による制御弁式鉛蓄電池を得ることができる。なお、マットセパレータとしてＵ字折あるいは、Ｍ字折し、極板を挟み込む構成とする場合がある。本発明におけるマットセパレータ枚数ｎは、発明の主旨から、正極板１枚−負極板１枚間に介挿されたものを１枚とするものであり、極板を挟み込んだ一枚のＵ字状のマットセパレータは２枚のマットセパレータに相当する。なお、マットセパレータ原反厚みの関係で、正極１枚−負極板１枚間に複数枚数のマットセパレータを重ね合わせて配置する場合、これらは合わせて単一の１枚のマットセパレータに相当する。
【００２６】
なお、ｎ＝１の場合、すなわち、正極板１枚と負極板１枚の構成では、本発明の構成を採ることができないため、本発明は、マットセパレータ枚数ｎが２以上の制御弁式鉛蓄電池に適用する。
【実施例】
【００２７】
厚さが３．５ｍｍ、幅が４５．０ｍｍ、高さ（耳部は含まない）が７５．０ｍｍの正極板３枚と、厚さが２．０ｍｍ、幅が４５．０ｍｍ、高さ（耳部は含まない）が７５．０ｍｍの負極板４枚を用いて単セルを構成し、この単セル３個を用いて、比較例および本発明例による６Ｖ、７Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を作成した。
【００２８】
（１）比較例の電池Ａ
比較例の電池Ａは、図２に示した極板群２０３を有した電池である。ガラス繊維を抄紙したマットセパレータ２０２はＵ字折され、正極の極板２０１をマットセパレータ２０２で挟み込むことにより、極板２０１の底部にマットセパレータ２０２のＵ字の折り目の内側が接する構造である。なお、マットセパレータ２０２幅は４８．０ｍｍである。
【００２９】
（２）比較例の電池Ｂ
比較例の電池Ｂは、図３に示した極板群３０３を有した電池である。なお、極板群３０３は、極板群２０３において、マットセパレータ２０２の極板面に接していない側部を折り曲げた構成となる。但し、マットセパレータ２０２幅は４８．０ｍｍであり、折り曲げられた側部３０１ａは、隣接するマットセパレータの折り曲げの基部３０１ｂを覆うにいたっていない。
【００３０】
（３）比較例の電池Ｃ
比較例の電池Ｃは、比較例の電池Ａにおいて、マットセパレータの幅寸法を４８．０ｍｍとし、両側部をヒートシールすることにより、Ｕ字状セパレータを袋状としたマットセパレータを用いた電池である。但し、ヒートシール性を持たせるために、マットセパレータ中にＰＰ樹脂繊維を混抄したものを用いた。
【００３１】
（４）本発明例の電池Ｄ
本発明例の電池Ｄは図４に示した極板群４０１を有する電池である（但しｎ＝６）。マットセパレータとして、比較例の電池Ａ、Ｂのように、Ｕ字状のマットセパレータを用いているため、３枚のＵ字状マットセパレータは、６枚の平板状のマットセパレータＳ１〜Ｓ６に相当する。
【００３２】
ここでは、マットセパレータの幅を５６．０ｍｍとし、両側部を一方向（Ａ）に折り曲げることにより、両側部が方向Ａに隣接するマットセパレータの折り曲げ部を覆う構成とした。
【００３３】
なお、上記の比較例および本発明例の電池を作成する際、群構成工程から極板群の電槽への収納工程間において、極板とマットセパレータの位置合わせのため、それぞれの極板群の側部を圧縮する工程が入る。
【００３４】
上記の比較例の電池および本発明例の電池のサイクル寿命評価試験を実施した。サイクル試験条件は、周囲温度が２５℃で、放電（放電電流１．７５Ａ、放電終止電圧が５．２５Ｖ）と充電（７．３５Ｖ定電圧充電、最大充電電流２．８Ａ、充電時間１２時間）を繰り返し、放電時間が９０分に低下するまでのサイクル数をサイクル寿命とした。また、寿命終了した電池は分解調査を行い、その寿命劣化要因を調査した。表１にこれらの結果を示す。
【００３５】
【表１】
2007103287.tif 000003
【００３６】
表１に示したサイクル寿命試験結果から、本発明によれば、充放電サイクル中に発生する、活物質膨張による正負活物質同士の短絡が抑制され、極めて長寿命の制御弁式鉛蓄電池が得られた。なお、電池Ａ、Ｂについては、特に、マットセパレータが圧縮した部分での活物質貫通による短絡が顕著に発生していた。また、電池Ｃについては、マットセパレータのヒートシール部の一部が剥離し、この部分で活物質がマットセパレータを貫通し、短絡にいたっていた。
【００３７】
一方、本発明例の電池Ｄでは、比較例の電池で発生したような、活物質による短絡はなく、正極活物質の軟化により、寿命終了となっていた。
【００３８】
なお、比較例の電池Ｃで用いたような、袋状のマットセパレータの製造コストは、本発明例の電池Ｄのマットセパレータの折り曲げ加工コストは１．５〜２．０倍である。また、袋状のマットセパレータを用いた場合、極板群の作成に要する時間は、本発明例の場合の２．０〜３．０倍である。したがって、本発明によれば、極板間の短絡抑制と、これによる優れた寿命改善効果を、安価なコストで得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
上記のように、本発明は、充放電における活物質膨張による内部短絡を抑制することにより、特に、サイクル寿命特性に優れた制御弁式鉛蓄電池を安価に提供できることから、電動車用途をはじめとする、様々なサイクル用途に用いる制御弁式鉛蓄電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】エクスパンド格子体を示す図
【図２】従来の電池の極板群を示す図
【図３】他の従来の電池の極板群を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態による制御弁式鉛蓄電池の極板群を示す図
【符号の説明】
【００４１】
１０１    エクスパンド格子体
１０１ａ  辺
１０２    格子骨
１０３    開放された格子マス目
１０４    閉じられた格子マス目
２０１、２０１´  極板
２０２    マットセパレータ
２０２ａ  側端
２０３    極板群
３０１    マットセパレータ
３０１ａ  側部
３０１ｂ  基部
３０２    極板
３０３    極板群
４０１    極板群
４０２    正極板
４０３    負極板
Ｓ１〜Ｓｎ  マットセパレータ
Ｓ１ａ〜Ｓｎａ  両側部
Ｓ１ｂ〜Ｓｎｂ  折り曲げ部
【図１】
2007103287.tif 000004
【図２】
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【図３】
2007103287.tif 000006
【図４】
2007103287.tif 000007