(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電槽蓋に制御弁部が一体成形され、該制御弁部に触媒が配置された制御弁式鉛電池であって、前記制御弁部は、蓋の下方に延びる排気筒と、該排気筒の下部に取り付けられた支持体と、前記排気筒の上面を塞ぐように取り付けられた作動弁と、該作動弁の上部に配置されたキャップとからなり、前記触媒は、前記排気筒内の、前記支持体と作動弁との間に配置されていることを特徴とする制御弁式鉛電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、制御弁式鉛電池の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の制御弁式鉛電池は、電槽と制御弁部をもつ蓋と、正極板、負極板およびセパレータとからなる極群と、極群に保持された電解液とから構成されている。電極としては、母材として正極、負極ともに鉛合金からなる極板格子が用いられている。正極板には主成分として活物質であるＰｂＯ2 が、負極板には主成分として活物質であるＰｂが充填されている。そして両極の間に微細ガラスマットなどからなるセパレータを挟んで極群を構成し、希硫酸を主成分とする電解液を非流動化するように液量を規制して、極群全体でこの電解液を保持している。この鉛電池は、液式の鉛電池と違い、極群が電解液に浸漬されておらず、充電時、正極で発生した酸素ガスが極群内外を通して負極で吸収され、電解液が減少するのを防止している。そのため、制御弁式鉛電池は触媒が必要ないと考えられ、電池に設置されることはなかった。
【０００３】
ところが、過充電状態になると、水の電気分解により酸素ガスが正極から、水素ガスが負極から多量に発生するため、負極で酸素ガスを完全には吸収しきれず、酸素ガスと水素ガスが、制御弁部を通じて電池外部に放出される。その結果、充放電サイクルを続けるうちに、電池の液量が減少していき、電池の寿命性能を低下させる問題があった。さらに電池の電槽内上部には、空間が存在するため、該上部空間に酸素ガスが蓄積される。その結果、充電後の放置中に、負極板の上部が過剰に酸素を吸収し、不活性な硫酸鉛の蓄積、つまりサルフェーションを引き起こし寿命特性を低下させるという問題があった。
【０００４】
上記した問題を改善するために、図２（ｂ）に示したような制御弁式鉛電池の蓋９の上部に、図２（ａ）にある、従来からある触媒栓６を取り付けることが考えられる。また、特開平９−１６１７６０号公報に開示されているように、上部に開口をもつ袋状をなし正極板と負極板を封入して電解液中で用いられるセパレータであって、上辺は開口を頂部とする断面山形状をなし開口の内周縁部には酸素ガスと水素ガスを互いに反応させて水に戻す触媒をもつものが知られている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者の場合、従来の電池とは別に触媒栓を設ける必要があるため、電池の容積が大きくなるという欠点があった。また、後者については、液式の鉛電池では有効であるが、制御弁式鉛電池は、電槽化成の初期に予め注液され、その際電槽の上部空間が液で満たされる。そのため、最初から電槽内に触媒を導入した場合、触媒が電解液に浸されてしまい、触媒効果が著しく減少するという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、電池全体の容積を大きくすることがなく、発生した酸素ガスと水素ガスを効率良く反応させ、生成した水を効率良く電解液中に還流することにより、電解液の減少や負極の酸素ガスの不均一な吸収によるサルフェーションを防止し、長寿命の制御弁式鉛電池を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、以上の課題を解決する為、制御弁部が、電池蓋と一体成形された制御弁式鉛電池において、該制御弁部に触媒が配置されていることを特徴とする。また、前記制御弁部は、蓋の下方に延びる排気筒と、該排気筒の下部に取り付けられた支持体と、前記排気筒の上面を塞ぐように取り付けられた作動弁と、該作動弁の上部に配置されたキャップとからなり、前記触媒は、前記排気筒内の、前記支持体と作動弁の間に配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る制御弁式鉛電池は、触媒が制御弁部のガスの入口から出口の間に配置されているため、制御弁部で正極板で発生した酸素ガスと負極板で発生した水素ガスを互いに反応させて水に戻す。よって、過充電状態で発生した酸素および水素ガスをほとんど外部に放出することなく水として電池内に戻すことが出来る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態について説明する。
【００１０】
図１は、本発明の制御弁部の構造を示す図、図２は、従来の触媒栓（ａ）および制御弁部（ｂ）を示す図である。
【００１１】
本発明に係る制御弁式鉛電池は、制御弁部を一体化させた電槽蓋と、正極板と負極板の間に微細ガラスマットからなるセパレータを挟んで積層した極群と、この極群に保持した電解液とを収納した電槽とからなる。
【００１２】
制御弁部５は、図１に示すように電槽蓋９と一体に形成され、該蓋の下方に延びる円筒形の排気筒３と、該筒３の下部に取り付けられた円盤形の支持体７と、排気筒３の上面を覆う帽子形の作動弁２と、この作動弁２の上部に配置された円盤形のキャップ８とからなる。そして、この制御弁部５の排気筒３内の、支持体７と作動弁２との間に触媒１が配置されている。このように、本発明の排気弁部５は、排気筒３の底部すなわちガスの制御弁入口に支持体７を有し、該筒内に触媒１が充填されていること以外は図２（ｂ）の従来の制御弁部と同様な構造である。これにより、図２（ａ）のような触媒栓６を電池外に取り付けなくてもよく、電池全体の容積が大きくなることはない。
【００１３】
また、前記触媒１は、排気筒３内にちょうど納まるように、Ａｌ（アルミニウム）担体およびＰｔを主成分とする粉末を混合焼結し、三次元の空間を持つ凝結させた多数の棒状体であり、前記排気筒３内の空間に約１ｇ充填され、支持体７などで保持されている。このため、触媒が振動によって脱落してしまうのを防ぐことができる。また、台座７には穴が多数形成されており、この穴を通じてガスや水が通過できる構造になっている。触媒１は、本実施形態に限定されるものではなく、Ｐｔ、Ａｌ以外にＰｄ、Ａｇなどの貴金属や、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｎなどの卑金属、またはこれらの混合物も利用できる。また、前記支持体７に代え、排気筒下部を塞ぎ、排気筒側面にも穴を開けておいてもよい。また、穴のない支持体７を傾けて排気筒下部に取付け、支持体の最下部に位置する排気筒側面に穴を形成してもよい。この場合、排気筒の下方から電解液が浸入せず、触媒の機能低下を防げる。
【００１４】
次に、本発明電池と従来電池を公知の方法で電槽化成を行い、電槽化成終了後、各電池を解体調査した。その結果、従来電池は減液量が注液量の約１０％、電解液濃度のばらつきの最大が、設計濃度の約３％であった。一方、本発明電池は、減液量が注液量の約１％以下でほとんどなく、濃度ばらつきも０．５％以下であった。この理由は、本発明電池が制御弁内に触媒を配する構造のため、電槽化成時に、触媒１が化成液に浸漬することなくその触媒効果を発揮し、電槽化成時に発生したガスを効率よく水に戻したためと考えられる。よって、本発明電池は、電槽化成時に電気分解する水をほとんど加える必要がない。従って注液量を減少でき、注液作業を簡略化できる。しかも、従来は電槽化成後の減液ばらつきにより生じる液比重のばらつきを、比重調整を行うことで調整していたが、この工程も省略できる。
【００１５】
次に、本発明電池と従来電池のサイクル寿命試験を２００サイクル行い、試験終了後、各電池を解体調査した。試験条件は温度２５℃で、放電が放電電流０．３３Ｃ（Ｃは定格容量に相当する値である。以下同じ）で定格容量の８０％まで放電し、充電が一段目電流０．２５Ｃで検出電圧２．４Ｖ/ セル、二段目電流０．０５Ｃで、放電量の１１５％の二段定電流充電を行った。サイクル試験中、２０サイクル毎に放電電流１Ｃでの容量試験を行った。その結果、従来電池は２００サイクル目の１Ｃ放電容量が初期容量の８０％に、液量も初期の８５％に低下し、負極活物質も、極板上部において硫酸鉛が４０〜５０％蓄積しており、減液による高率放電特性の低下およびサルフェ−ションの進行が確認された。一方、本発明電池は、２００サイクル目の１Ｃ放電容量が初期容量の９７％、液量も初期の９８％とほとんど低下しておらず、負極活物質も、極板全域において硫酸鉛が２％以下しかなく、減液による高率放電特性低下やサルフェ−ションの進行がほとんど認められなかった。
【００１６】
本発明の鉛電池は、過充電時に正極板から酸素ガスが発生し、負極板から水素ガスが発生する。そして、一部の酸素ガスは負極で吸収されるが、残りの酸素ガスと水素ガスは、電槽４内の上部空間に蓄積される。この蓄積されたガスが増加すると空間内の内圧が上昇し、排気筒３から電池外部に放出しようとする。そのとき、ガスは触媒１に案内されて集められる。酸素ガスと水素ガスは触媒１と接触し、その触媒作用により水を生成する。この場合、触媒１は作動弁２より内側、つまり電槽内部に位置するので、水は台座７の穴を通って電解液中に還元される。この結果、電槽中の酸素濃度および水素濃度が低くなる。また、触媒により、酸素と水素は素早く水に戻されるため、減液速度が遅くなる。さらに、上部空間に残存し、負極板上部で吸収される酸素量が少なくなるため、硫酸鉛の蓄積が抑えられサルフェーションを防止する。
【００１７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば次に記載する効果を奏する。
【００１８】
（１) 請求項１によれば、触媒が蓋の制御弁部に配置されているので、電槽化成時に、触媒が電解液で浸されることがなく、高い触媒効果を発揮できる。
【００１９】
（２) 請求項１によれば、触媒により電槽内部の酸素濃度および水素濃度が低くなり、ショート等による爆発の危険性が低くなるので、その対策を必要としなくなる。
【００２０】
（３) 請求項１によれば、触媒により、酸素と水素は素早く水に戻されるため、電池使用時の減液速度が遅くなり、その結果、長寿命の制御弁式鉛電池を提供できる。
【００２１】
（４) 請求項１によれば、負極板に吸収される酸素量が少なくなるため、サルフェーションを防止でき、長寿命の制御弁式鉛電池を提供できる。
【００２２】
（５) 請求項２によれば、触媒が蓋下面から下方に延びる排気筒内に配置されているので、従来のような触媒栓を電池外に取り付けなくてもよく、電池全体の容積が大きくなることはない。
【００２３】
（６) 請求項２によれば、酸素ガスと水素ガスは、作動弁に至るまで必ず触媒を通過するので、作動弁が作動するまで前記ガスの触媒反応がおこり、ガスの排出を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の制御弁部の構造を示す断面図である。
【図２】（ａ）は従来の液式電池に装着した触媒栓を示す断面図、（ｂ）は従来の制御弁式鉛電池の制御弁部を示す断面図である。
【符号の説明】
１  触媒
２  作動弁
３  排気筒
５  制御弁部
７  支持体
８  キャップ
９  電槽蓋
【図１】
0004324829.tif 000002
【図２】
0004324829.tif 000003