(57)【要約】【課題】液口栓の排気孔を樹脂シートで覆う構造において、液口栓の排気孔より放出されたガスは、耐酸性樹脂シートと蓋との間に形成される部分をガス排出経路として用いる際に、電池内部において生じるガスを確実に排出するとともに、通常使用時の電解液の減少を抑制する信頼性の高い鉛蓄電池を得るものである。【解決手段】モノブロック式鉛蓄電池の蓋の上部に粘着剤又は接着剤を塗布し、各セルに対応する液口栓より耐酸性樹脂シートにより排出経路が屈曲点を有するように形成させ、その末端は各セルが対応する長側面に位置させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数セルからなるモノブロック式鉛蓄電池の蓋には各セルに対応する液口栓を装着し、前記蓋の上部は粘着剤又は接着剤にて耐酸性樹脂シートで覆われるとともに、前記液口栓上部及びガスの排出経路は前記粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池において、各セルに対応する前記排出経路に屈曲点を形成させるとともに、前記排出経路の末端を各セルが対応する長側面の蓋上部に位置することを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
複数セルからなるモノブロック式鉛蓄電池の蓋には各セルに対応する液口栓を装着し、前記蓋の上部は粘着剤又は接着剤にて耐酸性樹脂シートで覆うとともに、前記液口栓上部及びガスの排出経路は前記粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池において、前記粘着剤又は接着剤を蓋の表面に塗布した後に前記耐酸性樹脂シートを貼り合わせることを特徴とした請求項１記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項３】
前記蓋に塗布する粘着剤又は接着剤の厚みが、３μｍ〜２０μｍであることを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項４】
前記蓋に粘着剤又は接着剤を塗布した後、耐酸性樹脂シートを貼り合わせるまでの時間が０．１分〜５分であることを特徴とする請求項２及び請求項３記載の鉛蓄電池の製造方法。
【請求項５】
前記蓋に粘着剤又は接着剤を塗布する際に、蓋の表面温度が１０℃〜４５℃であることを特徴とする請求項２および請求項３記載の鉛蓄電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池及び鉛蓄電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、車両のエンジン始動やバックアップ電源用といった様々な用途に鉛蓄電池が用いられている。その中でも自動車に用いる始動用鉛蓄電池は、エンジン始動用セルモータへの電力供給と共に車両に搭載された各種電気及び電子機器へ電力を供給する。前記の電力供給による放電量をオルタネータは、設定された電圧及び電流により鉛蓄電池が充電状態になるように充放電量のバランスをとっている。
【０００３】
始動用鉛蓄電池は、エンジンルーム内に搭載されており、エンジン始動中は４０℃〜８０℃の高温雰囲気下で充電が行われるため鉛蓄電池は過充電状態になり易く、その結果として電解液中の水が電気分解され、酸素及び水素ガスになり電池外に排出されることにより電解液量が減少する。さらに、放置状態下でも、電解液中の水分蒸発及び電池内の電解液ミストが電池外への散逸することで電解液が減少する要因も存在している。
【０００４】
液式鉛蓄電池において電解液面が低下した場合、負極ストラップが露出し腐食及び負極活物質の酸化による電池容量の低下をもたらすため負極ストラップや負極板が電解液で浸漬されるように補水作業を行う必要がある。
【０００５】
補水作業の軽減を目的として、鉛蓄電池における電解液の減液抑制するために格子体の鉛合金は、水素過電圧を低下させるアンチモンを含有しない鉛カルシウム系合金を用いる充電時の電解液の減液抑制技術が広く採用されている。
【０００６】
一方、電解液からのガス発生及びそれにともなう電解液ミスト、又は水分蒸発等の電池外への散逸に対しては、鉛蓄電池ではガスを排出するために蓋又は液口栓の排気構造を改良するという観点において検討が行われている。特許文献１には、セルから発生した酸素ガス及び水素ガスの電池外への排気のため、ガスが通過する排出経路を迷路構造とし、水蒸気や電解液ミストがこの迷路構造を通過する際に、迷路構造の壁面に水あるいは電解液として結露させ、これらをセル内に還流する構造が示されている。
【０００７】
しかしながら、蓋への迷路構造の配置は、樹脂部品が追加的に必要となるとともに製造工程においても部品の蓋への接合が必要になり、製造コストが増加する傾向があった。蓋に迷路構造を設けた場合は、蓋の上面に液口栓を設ける面積的な余裕がなく、電解液面が規定液面以下になった場合でも補水することできず、極板が劣化してない状態においても電池交換に至っていた。
【０００８】
一方、特許文献２では、ガスを排出するための液口栓の排気孔を樹脂シートで覆う構造として、粘着剤又は接着剤が塗布されて蓋に貼り付く部分でガスを封じ、排気孔の周囲から樹脂シートの端まで粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分をガス排出経路とするポリプロピレン樹脂を用いた耐酸性樹脂シートが用いられている。この特許文献２で示した構成は、特許文献１で示されたような構成と比較して簡素な構成であり、充電終了後の工程で樹脂シートを蓋に貼り合わせるだけで実現できるため、製造コストの面で非常に有利である。
【０００９】
しかしながら、減液効果を高めるために排出経路を複雑とする場合、耐酸性樹脂シートが本来の貼り位置から外れたりして、液口栓からのガス排出経路を塞ぎ十分なガスの排出ができずに電池内部にガスが滞留し、電槽が膨張して極板の劣化や電池の破損を生じることもあった。
【特許文献１】特開平８−２２８１５号公報
【特許文献２】特開２００５−２７６７４１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、前記したように液口栓の上部を樹脂シートで覆う構造において、液口栓より放出されたガスが耐酸性樹脂シートと蓋との間に形成される部分を排出経路として用いる際に、電池内部において生じるガスを確実に排出するとともに、使用時の電解液の減少を抑制する信頼性の高い鉛蓄電池を得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】
【００１１】
上記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、複数セルからなるモノブロック式鉛蓄電池の蓋には各セルに対応する液口栓を装着し、蓋の上部は粘着剤又は接着剤にて耐酸性樹脂シートで覆われるとともに、液口栓上部及びガスの排出経路は粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池において、各セルに対応する排出経路に屈曲点を形成させるとともに、排出経路の末端を各セルが対応する長側面の蓋上部に位置する鉛蓄電池を示すものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る発明は、複数セルからなるモノブロック式鉛蓄電池の蓋には各セルに対応する液口栓を装着し、蓋の上部は粘着剤又は接着剤にて耐酸性樹脂シートで覆うとともに、液口栓上部及びガスの排出経路は前記粘着剤又は接着剤が塗布されていない部分で形成する鉛蓄電池において、粘着剤又は接着剤を蓋の表面に塗布した後に耐酸性樹脂シートを貼り合わせた鉛蓄電池の製造方法を示したものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る発明は、蓋に塗布する粘着剤又は接着剤の厚みは、３μｍ〜２０μｍである鉛蓄電池の製造方法を示すものである。
【００１４】
本発明の請求項４に係る発明は、蓋に粘着剤又は接着剤を塗布した後、耐酸性樹脂シートを貼り合わせるまでの時間が０．１分〜５分である鉛蓄電池の製造方法を示すものである。
【００１５】
さらに、本発明の請求項５に係る発明は、蓋に粘着剤又は接着剤を塗布する際に、蓋の表面温度が１０℃〜４５℃である鉛蓄電池の製造方法を示すものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明は、減液抑制効果を高める複雑な排出経路を容易に各セルに設けることができ、電池使用時の電解液の減少を抑制し、排出経路の閉塞によるセルの内圧上昇による電槽の膨れを防止することができるため、工業上有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は、本発明による鉛蓄電池の外観図を示した。車両用の電池は一般的に６セルより構成されたモノブロック電槽１であり、セル内部に収納されている極板群が直列接続されたモノブロック電槽１には蓋２が熱溶着により一体化され、車両へ接続するための正極端子３及び負極端子４が形成されている。
【００１９】
蓋２の上面には、各セルに対応する液口には充電時に発生した電池内部のガスを排出する排気孔を有した液口栓５が装着され、蓋２の上部は耐酸性樹脂シート６と粘着剤又は接着剤７により貼り合わされるが、本発明では事前に蓋２の上部に粘着剤又は接着剤７を塗布しておく。
【００２０】
液口栓５の上部と前記液口栓５から各セルが対応する電池の長側面８方向に向かい形成される排出経路９は、事前に蓋２の上部に粘着剤又は接着剤７の塗布する際に、前記排出経路９を形成する部分には粘着剤又は接着剤７を塗布しておらず、耐酸性樹脂シート６と蓋２との間が閉塞されないように形成している。
【００２１】
図２は、蓋への粘着剤又は接着剤の塗布の説明図を示した。図２（ａ）は、マスキング治具を蓋に載置した説明図であり、蓋２への粘着剤又は接着剤７の塗布の際には、液口栓５の上部と排出経路９を形成する部分へ粘着剤又は接着剤７が塗布されないよう、マスキング冶具１０を蓋上面に載置する。
【００２２】
マスキング治具１０は、粘着剤又は接着剤７を塗布する部分は細かいメッシュ状であり、塗布しない部分はシートで構成されている。粘着剤又は接着剤７は、アクリル系の溶剤タイプを用い、マスキング治具１０の上部を均一に塗布することにより、治具のメッシュ状部分は粘着剤又は接着剤７が蓋２の表面に移行塗布されるが、治具のシート部分に対応する部分は塗布されず、蓋２と耐酸性樹脂シート６との一体化部と間隙部とが形成される。
【００２３】
図２ｂは耐酸性樹脂シートの貼り合わせ説明図である。粘着剤又は接着剤７を上部に塗布された蓋２に対し、耐酸性樹脂シート６が蓋上面においてセル接続方向に連続して貼り合わされるとともに、ワイパー１１は、耐酸性樹脂シート６と塗布された粘着剤又は接着剤７との間に気泡が残留しないように脱泡させ両者を確実に一体化させる。ここで用いる耐酸性樹脂シート６は、電解液の希硫酸との接触を考慮して耐酸性を有したものが望ましく、具体的にはＰＰ樹脂、ＰＥＴ樹脂や合成紙を用いる。
【００２４】
その結果、先の図１のように、蓋２の上面には各セルに対応した液口栓５が存在し、前記液口栓５と排出経路９の部分を除いて粘着剤又は接着剤７を事前に蓋２に存在させておくことで、排出経路９に皺及びズレの発生を抑制することにより複雑な排出経路９を容易に得ることができる。その結果、液口栓からの排出経路の末端９ａが各セルの対応する長側面８の上部に位置させることで各セルからの単独の排出経路９が可能となる。
【００２５】
さらに、排気経路に９に屈曲点１２を形成すると排出経路を長くすることができ、排出ガスとともに放出される電解液ミストや水蒸気の散逸を抑制することができる。ここで、排出経路を長くするために屈曲点として説明したが、排出経路９を曲線状に形成しても同様な効果を得ることができる。
【００２６】
上述のように、本発明は、事前に蓋２の上面に粘着剤又は接着剤７を蓋上面に塗布しておき耐酸性樹脂シート６を貼り付けることで、排出経路９に相当する部分の貼り位置のズレや耐酸性樹脂シート６の皺により排出経路９が小さくなる又は閉塞してしまうという影響を排除することができる。
【実施例】
【００２７】
（実験１）
本発明品における鉛蓄電池の減液特性と電池寿命について調査を行った。供試電池としてＪＩＳＤ５３０１始動用鉛蓄電池に記載された、多くの車両に搭載される電池形式３４Ｂ１９を用いた。
【００２８】
本発明の供試電池は、液口栓から各セルが対応する電池の長側面方向に向かい、排気経路を形成する部分に粘着剤又は接着剤が塗布されないようにマスキング冶具を載置し、蓋の上部に粘着剤又は接着剤を塗布した後、蓋を覆うように耐酸性樹脂シートを載せて貼り合わせた。液口栓の周囲のマスキング部分は液口栓の直径より３ｍｍ大きく設定し、排出経路となる部分のマスキング幅は３ｍｍとし、排出経路の末端が長側面の蓋上部に開放するように１０ｍｍ間隔に配置し、屈曲点を有した各セル排気構造とした。
【００２９】
図３は、比較従来品の供試電池の概観図を示した。液口栓を塞がないように、幅８ｍｍの直線状で６セルの一括排出経路１３で設計された非粘着部を有する耐酸性樹脂シート６を用いた電池で実施した。
【００３０】
上記供試電池を各６個作成し、試験条件として環境温度７５℃、１４．８Ｖの定電圧充電を１０分間、２５Ａ定電流放電を１分間行い、これを１回とするサイクル寿命試験を行った。電池寿命の判定は、４８０回毎に２７２Ａの判定放電を行い、５秒目の電圧が７．２Ｖを下回った時点とした。また、試験電池は寿命まで補水しない条件で実施し、減液量及び電池寿命（サイクル回数）を比較し、その結果を図４に寿命試験結果として示した。
【００３１】
この試験結果から寿命末期における総減液量は、本発明品は従来品との比較において約５０％抑制された。この効果により、本発明品では電池のメンテナンスフリー性を高めるとともに寿命サイクル回数においても５０００回を達成することができ、従来品との比較において４５％の寿命サイクルを向上させる結果が得られた。このように、各セル排気構造により確実な排気がなされるとともに排出経路を長くする屈曲部を設けることで、比較従来品の直線状の一括排出経路よりも減液量を減少させることができ、それにともない寿命を増加させることができた。
【００３２】
（実験２）
供試電池は、実験１の本発明品と同じ電池を用い、蓋と耐酸性樹脂シートとの接着までの時間を１分に設定し、粘着剤としてアクリル系の溶剤タイプを用い塗布の厚さを０．１μｍ〜３０μｍの間における厚さによるガスの排気特性を調べた。これらの供試電池は５．６Ａの定電流にて、１１０時間充電して、その後の長側面８と短側面１４の電槽変形状況を調査した。その結果を表１に示した。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
上記表１に示したように、厚みが３μｍ未満では、電池内部における発生ガスの排出を阻害し、電池の側面が滞留ガスの圧力により膨張するのが確認された。このような状態になるとセル内の極板が押圧され変形することで急速に寿命劣化を生じる。また、２０μｍより厚い場合には、ガス発生により電解液ミストが排気ガスとともに散逸してしまい、電解液の減少抑制効果を確認することができなかった。よって、粘着剤を塗布する厚みは３μｍ〜２０μｍが最適であると判断した。
【００３５】
（実験３）
粘着剤を蓋上面に塗布してから耐酸性樹脂シートを貼り合わせるまでの時間について調査した。そのため、粘着剤の塗布厚さを２０μｍに設定して、貼り合わせの時間を０分〜６分までの間を選定し、長側面方向と短側面方向におけるシートのズレ及び長側面と短側面の電槽変形について調査した。その結果を表２に示した。
【００３６】
【表２】
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【００３７】
上記結果より、０．１分よりも早く耐酸性樹脂シートを載せた場合、まだ柔らかい状態の粘着剤がワイパーで圧力を加えた際に、ガスの排出経路となる非粘着部分にまで粘着剤が拡がることにより、排出経路を塞いでしまう不具合が発生した。一方、耐酸性樹脂シートを載せるまでの時間が粘着剤を塗布してから５分を超えた表２の場合、粘着剤の硬化及び塗布部への埃の付着などによる影響で耐酸性樹脂シートが貼り付かない又は貼り付いた後で簡単に剥がれるという現象を生じていた。その結果、蓋への塗布後の貼り合わせまでの時間が０．１〜５分以内とするのが望ましい。
【００３８】
（実験４）
次に、耐酸性樹脂シートを蓋に貼り合わせる際の蓋表面の最適な温度を調査した。
【００３９】
耐酸性樹脂シートが蓋に粘着剤又は接着剤部分の厚みが１５μｍになるように設定して貼り付けた後に、生産工程を考慮して耐酸性樹脂シート全体に２０ｋｇの荷重を加えて長側面及び短側面方向に供試電池を移動させた。その結果生じる耐酸性樹脂シートのズレ及びその時の粘着剤及び接着剤の最厚部と最薄部の厚みを測定し、これらの結果を表３に示した。
【００４０】
【表３】
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【００４１】
蓋の表面温度が低い５℃においては、荷重を加えた際に粘着剤又は接着剤が蓋と耐酸性樹脂シートを固着しておらず、耐酸性樹脂シートに大きなズレを生じた。一方、５０℃以上では粘着剤又は接着剤に流動性が生じ、耐酸性樹脂シートにズレを生じる結果となった。上記の結果より、排気経路のマスキング幅により耐酸性樹脂シートに生じるズレは、当初形成された排出経路が狭まるとともに閉塞する可能性を有しており、排気の機能を十分に発揮することができないことがあるため、蓋の表面温度は１０℃〜４５℃に設定することが望ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明は、耐酸性樹脂シートと蓋との間に形成される部分をガス排出経路として用いてガスを確実に排出するとともに電解液の減少を抑制する高い信頼性を有する鉛蓄電池として有用であり、その工業的価値は高い。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明による鉛蓄電池の概観図
【図２】蓋への粘着剤又は接着剤の塗布の説明図（（ａ）マスキング治具を蓋に載置した説明図、（ｂ）耐酸性樹脂シートの貼り合わせ説明図）
【図３】比較従来品の供試電池の概観図
【図４】寿命試験結果の図
【符号の説明】
【００４４】
１    モノブロック電槽
２    蓋
３    正極端子
４    負極端子
５    液口栓
６    耐酸性樹脂シート
７    粘着剤又は接着剤
８    長側面
９    排出経路
９ａ  排出経路の末端
１０  マスキング治具
１１  ワイパー
１２  屈曲点
１３  一括排出経路
１４  短側面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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