(57)【要約】【課題】制御弁式鉛蓄電池において、複数セルに極板群を挿入した際に、極板群圧力の加わり方が中間セルと端セルとで必ずとも同条件にならず、特に電槽の両端セルでは外側方向へ電槽両端側面壁の膨れを生じ所定の極板群圧力を維持できず、セル間による寿命特性に差異を生じる現象を生じていた。【解決手段】極板群を複数の電槽セル室に挿入してなる制御弁式鉛蓄電池において、セパレータ圧縮比率は、中間セルをＡＭ、両端セルをＡＥとした場合、ＡＭ＜ＡＥであるとともに、ＡＥは１．３２≦ＡＥ≦１．４７にし、そのためにセル室の内寸を中間セルより両端セルを小さくする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板、負極板およびガラス繊維からなるセパレータより構成された極板群を複数のセルを有した電槽に挿入してなる制御弁式鉛蓄電池において、乾燥状態の前記極板群を前記電槽に挿入した際に、セパレータが占有可能な極板の積層方向の寸法に対する２０ｋｇ／ｄｍ２の圧力で加圧した乾燥状態におけるセパレータの厚みの比率であるセパレータ圧縮比率は、中間セルのセパレータ圧縮比率をＡＭ、両端セルのセパレータ圧縮比率をＡＥとした場合、ＡＭ＜ＡＥであるとともにＡＥは１．３２≦ＡＥ≦１．４７に設定してなる制御弁式鉛蓄電池。
【請求項２】
前記電槽のセル内の極板積層方向にあたる内寸法は、前記中間セルの内寸（ＢＭ）および前記両端セルの内寸（ＢＥ）とした場合、ＢＭ＞ＢＥに設定することを特徴とする請求項１に記載の制御弁式鉛蓄電池。
【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、負極板およびセパレータを複数枚重ね合わせた極板群に、群圧を加えた状態で電槽内に挿入し、この極板群が挿入された電槽に電解液を注液することによって構成されている。通常、制御弁式鉛蓄電池のセパレータには、親水性の良いガラス繊維製マットが使用されている。このセパレータは、電槽セル室内で電解液を単に保持するだけではなく、電解液がセパレータ上下全体に亘って均等に分布するよう設計されている。一般に、制御弁式鉛蓄電池の放電容量はセル室内部に保持される電解液の量に支配され、正、負極活物質およびセパレータに保液される電解液が増すにつれて、放電容量は増加する。
【０００３】
しかし、制御弁式鉛蓄電池のセパレータに保持された電解液は、その重力によって、セパレータの上下部で濃度の偏りを生じてしまう。さらに、充放電を繰り返すと、前記セパレータに保持される電解液に濃度差を生じてさらに比重差が助長されて電解液の成層化現象を生じる。
【０００４】
この時、比重の高くなった電解液を保持するセパレータの下部に当接した極板部分では、深い充放電が繰り返されるため活物質の劣化が促進される。劣化により微細化した活物質は極板から脱落し易く、放電容量の低下や短絡を生じる原因となる。このように電解液の比重差を生じた制御弁式鉛蓄電池は、充放電サイクルの進行により電池劣化が急速に進行することになる。
【０００５】
一方、高率放電能力を向上させるためには、極板群の群圧を高い状態で維持する必要がある。そのため、特許文献１には、極板群を挿入した際にセパレータが占有可能な電槽方向の寸法に対する乾燥状態における２０ｋｇ／ｄｍ２の圧力で加圧したセパレータ厚みの比率を１．１０以上に設定することが示されています。
【特許文献１】特開平８−２３６１４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このような構成において複数セルに極板群を挿入した際に、極板群圧力の加わり方が特に中間セルと端セルとで必ずとも同条件にならず、特に電槽の両端セルでは外側方向へ電槽両端側面壁の膨れを生じ所定の極板群圧力を維持できず、セル間による寿命特性に差異を生じる現象を生じていた。本発明は、上記課題を解決するものであり、各セルの特性を均一にして本来極板が有している特性を発揮させサイクル寿命特性も向上させることができる制御弁式鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１記載に係る発明は、正極板、負極板およびガラス繊維からなるセパレータより構成された極板群を複数のセルを有した電槽に挿入してなる制御弁式鉛蓄電池において、乾燥状態の前記極板群を前記電槽に挿入した際に、セパレータが占有可能な極板の積層方向の寸法に対する２０ｋｇ／ｄｍ２の圧力で加圧した乾燥状態におけるセパレータの厚みの比率であるセパレータ圧縮比率は、中間セルのセパレータ圧縮比率をＡＭ、両端セルのセパレータ圧縮比率をＡＥとした場合、ＡＭ＜ＡＥであるとともにＡＥは１．３２≦ＡＥ≦１．４７に設定してなる制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【０００８】
さらに、請求項２に係る発明は、前記電槽のセル内の極板積層方向にあたる内寸法は、前記中間セルの内寸（ＢＭ）および前記両端セルの内寸（ＢＥ）とした場合、ＢＭ＞ＢＥに設定する制御弁式鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の制御弁式鉛蓄電池は上記構成を有し、所定の極板群群圧を電槽の両端セルのみ他の中間セルより高く設定し、電槽両端側面壁の膨れが生じることによる群圧の低下を中間セルと同程度に留めることができ、電池自体のサイクル寿命特性を向上させることができるという効果を得ることができるものです。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図とともに説明する。
【００１１】
図１は、本発明における制御弁式鉛蓄電池の電槽断面図を示し、図２は本発明における極板群挿入状態の電槽斜視図を示す。電槽１は隔壁２により複数のセル３よりなり、端側面壁４を有した両側のセル室に相当する両端セル５と、隔壁２で仕切られた中間部の中間セル６により構成されている。
【００１２】
正極板７、負極板８およびガラス繊維を主体とするセパレータ９により交互に積層され同極同士をストラップ１０により接続され極板群１１が構成され、前記極板群は各セル３に挿入されて隔壁２を介して接続端子１２により隣接するセル３に電気的に接続されている。両端セル５には電池の外部へ電気を取出す外部端子１３を有している。
【００１３】
制御弁式鉛蓄電池に用いるセパレータ９は、両極板の活物質の保持および電解液の保持のために加圧した状態で使用されており、その厚みは一般的にセパレータ９へ２０ｋｇ／ｄｍ2加圧時における厚みで示される。圧縮比率は、前記の２０ｋｇ／ｄｍ２加圧時におけるセパレータ９の厚みＴ1と、実際に極板群１１に組み込まれセル３に挿入された厚みＴ2において、次の式（１）より得られる。
【００１４】
圧縮比率＝Ｔ1／Ｔ2  ・・・（１）
同形状の外径寸法を有した電槽１を用いて同じ極板厚みを用い、同じ極板枚数でセパレータ９を組み合わせた極板群１１を前記セル３の内部に挿入し、実際にセパレータ９の圧縮比率を変えるには、セル３の隔壁２に上下方向にリブ１４を設けてセル３の内寸（Ｂ）を変化させることで、セパレータ９の圧縮比率を変化させることができる。
【００１５】
電槽１の両端セル５は、４セル存在する中間セル６より極板の積層方向にあたる内寸法（Ｂ）を小さく設定するように、電槽１の端側面壁４にあたる面の内側にリブ１４を設けてある。その結果、極板群１１に使用する正極板７と負極板８とセパレータ９は先にも述べたが、各セル共通部品を使用するので電槽１の両端セル５の内寸（ＢＥ）は、中間セル６の内寸（ＢＭ）よりも小さい値にすることができ、両端セル５のセパレータ９の圧縮比率（ＡＥ）は中間セル６のセパレータ９の圧縮比率（ＡＭ）よりも高く設定できる。
【００１６】
図３は、本発明における制御弁式鉛蓄電池の斜視図である。各セルの極板群１１に外部端子１３を取り付け、制御弁（図示はしてない）が内部に存在する排気口１５を蓋１６に装着され、電槽１と一体化することにより制御弁式鉛蓄電池が得られる。
【実施例】
【００１７】
供試電池として、１２Ｖ２８Ａｈ（３時間率容量）の制御弁式鉛蓄電池を用意し、寿命試験を実施した。正極板は、幅９８ｍｍ、高さ１２０ｍｍで厚み２．１ｍｍを、負極板は、幅９８ｍｍ、高さ１２０ｍｍで厚み１．７ｍｍを用いた。極板群は、正極板５枚、負極板６枚の組合せでセパレータは厚み１．０ｍｍにより構成した。ここでの電槽は、端側面壁の厚みは３ｍｍで隔壁の厚みは１．５ｍｍを有するポリプロピレン樹脂を用いた。
【００１８】
両端セルのセパレータの圧縮比率は、両端セルの内寸を変化させ、高さ１．２ｍｍのリブを前記両端セルの端側面壁の内側に設けることにより内寸の異なる各種電池を用意した。中間セルの内寸は２８．５ｍｍとして、セパレータの圧縮比率１．２８と一定にして、両端セルとの圧縮比率における関係を調査した。
【００１９】
なお、上記構成によりセル内に挿入された正極板が占有する総厚みは１０．５ｍｍで、負極板が占有する総厚みは１０．２ｍｍでと一定になり、セルの残された内寸がセパレータの占有可能寸法に相当するため、圧縮比率は２０ｋｇ／ｄｍ２加圧時におけるセパレータの厚みを前記占有可能寸法で除して求められている。
【００２０】
サイクル寿命試験は２５℃雰囲気中において以下の手順に従い実施した。
１）放電は７Ａの定電流で３時間放電する。
２）充電は定電圧１４．７Ｖにて８時間充電を行う。
３）この充放電を繰り返した時、放電持続時間が初期持続時間の８０％に低下するまでの放電回数をサイクル寿命回数とする。
【００２１】
供試電池を構成する両端セルのセパレータの圧縮比率条件と寿命試験結果を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
表１に示した結果によれば、電池記号１，２における両端セルの圧縮率が高い場合、寿命回数は減少する。これは、セパレータを構成するガラス繊維が、充放電サイクルを繰り返すにつれ、正極活物質の膨張に耐えられずガラス繊維が折れて、セパレータ自体のクッション性を維持できず、活物質の劣化を早める結果になるものと判断された。
【００２４】
一方、電池記号７は、従来の電池構成でセル内寸が全て同じでありかつ同じセパレータの圧縮率で構成されており、端セルにて端側面壁に外側に向かって膨張変形が見られ、極板群圧力が十分に加わらずに正極板活物質が劣化したものであった。
【００２５】
電池番号８では、圧縮比率は両端セルが中間セルよりも低い構成である。寿命試験後の観察では中間セルでは良好であったが、端セルの極板群圧力が不十分であるとともに安定した圧力を得ることできないため、極板は上下および中央にて劣化状況が異なり均一な容量低下にならない状態であった。
【００２６】
電池番号３、４では電池番号１、２と同様なガラス繊維のクッション性の減少が若干散見されたものの電池寿命にいたるまでの影響を及ぼしておらず、サイクル寿命回数として良好な結果を有していた。さらに電池番号５、６は両端セルで僅かに膨張変形が認められたもの寿命回数としては満足の行く結果が得られた。
【００２７】
上記のように、電池番号３〜６においては、良好なサイクル寿命結果が得られ、両端セルのセパレータの圧縮比率（ＡＥ）を１．３２≦ＡＥ≦１．４７に設定することが、良好な範囲であることが判明した。
【００２８】
さらに、前記両端セルのセパレータの圧縮比率を中間セルの圧縮比率より高くするためには、両端セルの内寸を中間セルの内寸より小さくする必要がある。そのため、両端セルは、リブの高さを調整することにより中間セルより内寸より小さくし、同一極板群をセル内に挿入することで、両端セルのセパレータの圧縮比率を調整することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明によれば、複数セルに極板群を挿入した際に、極板群圧力の加わり方が異なる中間セルと端セルとを、セル内寸を変化させることで、極板への寿命特性に対する効果を同条件に設定でき、信頼性の高いサイクル寿命特性を向上させた制御弁式鉛蓄電池が得られ、その工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明における極板群挿入状態の電槽断面図
【図２】本発明における極板群挿入状態の電槽斜視図
【図３】本発明における制御弁式鉛蓄電池の斜視図
【符号の説明】
【００３１】
１    電槽
２    隔壁
３    セル
４    端側面壁
５    両端セル
６    中間セル
７    正極板
８    負極板
９    セパレータ
１０  ストラップ
１１  極板群
１２  接続端子
１３  外部端子
１４  リブ
１５  排気口
１６  蓋
【図１】
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【図２】
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【図３】
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