(57)【要約】【課題】正極板の伸び又は振動による極板の浮き上がり等によって発生する内部短絡を防止するために、新たな部材を電池内部へ組み込むことや新たな製造工程を追加することによるコスト増加のない鉛蓄電池が要求されている。【解決手段】蓋の裏面には下方へ伸びる板状体を一体に設け、前記板状体は実質的にセル室の幅とほぼ同じとするとともに、その先端は、各セルへ収納された極板群のセパレータ上端とストラップの下端との間に位置するように配置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
セパレータを介して積層された正極板及び負極板の同極性をストラップで接続して構成された極板群が電槽のセル内に収納され、前記電槽の上部開口部を蓋で覆った鉛蓄電池において、前記蓋の裏面には下方へ伸びる板状体を一体に設け、前記板状体はセル幅と実質的に同じであるとともにその下端は各セルへ収納された前記極板群のセパレータ上端とストラップの下端の間に位置することを特徴とした鉛蓄電池。
【請求項２】
前記板状体の下端は、負極ストラップと電槽長側面を構成するセル短側面との間に位置する極板群上部に配置されたことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記板状体は、複数の穴又はスリットを設けることを特徴とした請求項１及び２記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記正極板及び負極板がエキスパンド格子体を用いたことを特徴とした請求項１及び２記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の自動車に用いられる鉛蓄電池は、エンジン始動に限らず多くの電動化された機器の搭載の増加が進み、充放電の負荷が大きくなるとともに車の電池搭載場所の省スペース化により環境温度の高い状態で使用されるようになっている。電池温度の上昇は、充電電圧の低下を招き充電電流がより多く流れるため電解液が減少して硫酸濃度の上昇に繋がる。
【０００３】
このため、鉛蓄電池は、長期に使用している間に正極格子体が酸化腐食されて上部方向へ伸びて負極ストラップと接触して内部短絡を招き早期に寿命に至ることがあった。
【０００４】
一方、鉛蓄電池の寿命末期には、正極板の膨張現象があり、特に過充電状態の使用で正極板の膨張はより生じ易い。これは、前述の正極格子表面の酸化腐食による体積膨張に加え、正極活物質が充放電で体積膨張及び体積収を繰り返すことによって、正極活物質自身の結合力の低下に起因する不導体化した硫酸鉛を生じることで、正極板が膨張するものと考えられている。正極板は、積層された厚み方向に極板群圧力が加えているため、上部方向と幅方向に膨張し易く、上部方向に膨張した際に負極ストラップの下端及び／又は負極板上部の耳部と接触して、短絡現象による火花を発生する。セル内に酸水素ガスが貯留していると、これらガスに引火し電池破損に至る可能性も存在していた。
【０００５】
また、鉛蓄電池を建設機器や農機具等の振動が多い状態で長期間使用する際に、確実に極板群が電槽内に固定されていないと、使用時の過振動によって極板上部がストラップとの間で短絡を生じるとともに、極板自体がストラップから外れることにより火花を発生する場合もあった。
【０００６】
上記の観点から、極板群上部やストラップ部等に処理を施す事例が試みられており、例えば、特許文献１には、極板群上の両端に樹脂を注入して耐振動性の向上を図る構成が開示され、特許文献２には、ストラップ下部の極板耳部間に耐酸及び対酸化性の固着剤を充填することで短絡を防止し寿命向上を図る構成が示されており、特許文献３には、負極ストラップ下部にポリプロピレン樹脂を注入して正極板膨張による短絡防止を図る構成が開示されており、さらに特許文献４には、負極ストラップ下面に対向する極板群上面に電気絶縁性物質を固着配置した構成が示されている。
【特許文献１】特開平  ８−１０２３２９号公報
【特許文献２】特開昭５８−１１９１７３号公報
【特許文献３】特開昭６３−２９１３６１号公報
【特許文献４】特開２００３−１９７２５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の方法によれば短絡防止の目的だけに部材を追加するとともに電池内部へ樹脂を注入等して組み込む必要があるため、材料コストの増加及び製造工程も煩雑となりコストが増加するという課題を有していた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、セパレータを介して積層された正極板及び負極板の同極性をストラップで接続して構成された極板群が電槽のセル内に収納され前記電槽の上部開口部を蓋で覆われた鉛蓄電池において、前記蓋の裏面には下方へ伸びる板状体を一体に設け、前記板状体はセル幅と実質的に同じであるとともにその下端は各セルへ収納された前記極板群のセパレータ上端とストラップの下端の間に位置することを特徴とした鉛蓄電池を示すものである。
【０００９】
本発明の請求項２に係る発明は、前記板状体の下端は、負極ストラップと電槽長側面を構成するセル短側面との間に位置する極板群上部に配置されたことを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池を示すものである。
【００１０】
本発明の請求項３に係る発明は、前記板状体は、複数の穴又はスリットを設けることを特徴とした請求項１及び２記載の鉛蓄電池を示すものである。
【００１１】
本発明の請求項４に係る発明は、前記正極板及び負極板がエキスパンド格子体を用いたことを特徴とした請求項１及び２記載の鉛蓄電池を示すものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、蓋の裏面から下方へ極板群のセパレータ上端とストラップ下端との間に伸びた板状体は、予め蓋と一体成形されているため部材追加及び製造工数が増加することなく、鉛蓄電池の早期寿命劣化を抑制し、内部短絡により生じる引火の防止及び耐振動性を有する効果が得られるため、工業上、有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の鉛蓄電池の部分断面斜視図であり、図２は、図１のＡ−Ａ´断面図を示す。一般的な鉛蓄電池は、ポリプロピレンを主体とした熱可塑性樹脂を用いた電槽１及び蓋２により６セル１２Ｖで構成されており、蓋２には電解液を注液するための液口栓３、外部への電気の出入を行う正極端子４及び負極端子５が設けられている。
【００１５】
電槽１の複数セル６には、負極板７と正極板８において、負極板７を内包した袋状セパレータ９と正極板８とが交互に積層し、セパレータ９より突出した負極耳部７ａを一体化した負極ストラップ７ｂにより接続されるとともに正極耳部８ａを一体化した正極ストラップ８ｂにより接続することにより形成された極板群１０が収納されている。極板群１０は、負極ストラップ７ｂに一体に設けられた接続体１１により隔壁１２を介して隣接セルへ接続されている。
【００１６】
蓋２の裏面には各セル６へ対応するよう蓋に一体成形された板状体１３を有し、板状体１３は蓋の裏面から電槽長側面１４を構成するセル短側面１５のセル内の幅と実質的に同じ幅で下方へ伸びており、電槽１と一体化された際に板状体１３の下端１３ｂはセルへ収納された前記極板群１０のセパレータの上端９ａと負極ストラップの下端７ｃとの間に位置させる。電槽１及び蓋２は、ポリプロピレンを主体とする熱可塑性樹脂を用いているため成形時に板状体１３を容易に蓋に一体化成形することができる。
【００１７】
板状体１３は、負極ストラップ７ｂとモノブロック電池の電槽長側面１４を構成するセル短側面１５との間の極板群上に垂下させる。板状体１３の極板群１０上への垂下場所は３ヶ所存在し、正極ストラップ８ｂと負極ストラップ７ｂとの間、正極ストラップ８ｂとモノブロック電池の電槽長側面１４を構成するセル短側面１５との間及び前述の負極ストラップ７ｂとセル短側面１５との間とがある。
【００１８】
正極板８は、使用中に生じる極板変形が負極板７に比して大きいため正極耳部８ａを基点として正極板の幅方向に対して正極耳部より遠い部分において膨張変形する可能性が高く、板状体１３は、負極ストラップ７ｂとモノブロック電池の長側面１４を構成するセル短側面１５との間の極板群１０上に垂下させるのが望ましい。
【００１９】
このように構成することで、正極板８の正極耳部８ａより遠い部分が上方に伸びてセパレータ９上端を越すと負極耳部７ａ及び負極ストラップ７ｂとの下端と接触して短絡する可能性を生じるため、セパレータ９上端を越えた時点で板状体１３が正極板８の上方への伸びを防止することができる。
【００２０】
図３は、本発明の他の構成を示した部分断面斜視図である。蓋２に一体に設けた板状体１３は、各セル６において正極ストラップ８ｂと電槽長側面１４を構成するセル短側面１５との間、及び負極ストラップ７ｂと電槽長側面１４を構成するセル短側面１５との間の２ヵ所に存在させる。板状体１３の下端１３ｂは、セルへ収納された極板群１０のセパレータの上端９ａと、正極ストラップの下端８ｃ及び負極ストラップの下端７ｃとの間に位置させる。
【００２１】
この構成により、正極板８の上方への伸びを抑制する他に、振動の多い使用条件においても極板の変形及び浮き上がりによる内部短絡を抑制できる。これは、極板群１０のセル内の固定が、従来の正極ストラップ８ｂ及び負極ストラップ７ｂに設けた接続体１１のみでなく、板状体１３においても分担し固定することができるため、振動時のエネルギーによる極板群の移動をより効果的に抑制することが可能となるためである。このように、蓋２より板状体１３を下方に伸ばす構造は電池構造や目的に応じて様々な選択肢がある。
【００２２】
図４ａ及び図４ｂは、本発明の他の板状体の一例を示す平面図である。蓋から下方に伸びる板状体１３は、平板に複数の穴１６及びスリット１７を設けた形状にする。板状体１３の下端１３ｂはストラップの下端より下方に伸びて電解液中に浸漬される状態であり、電池の充放電時には電解液中の硫酸分が使用されるためセル内の電解液の濃度分布を生じると電池特性に影響を与えるため、板状体１３に穴１６及びスリット１７を設けることで電解液の拡散が良好になる。
【００２３】
エキスパンド格子体１８は、縦枠骨が存在せず使用中において格子体の腐食及び活物質の膨張等により鋳造格子に比較してその変形が大きく、特に正極板８の正極耳部８ａより遠い部分が上方に伸びて負極耳部７ａ及び負極ストラップ７ｂとの下端と接触して短絡をより生じ易い。このため、蓋の裏面から下方に伸びる板状体１３を存在させてエキスパンド格子体１８の伸びを抑制することで、エキスパンド格子体を用いた電池が本来有している寿命特性を発揮させることができる。
【実施例】
【００２４】
供試電池は、本発明例及び比較の従来例による鉛蓄電池を作成して、寿命評価を行った。
【００２５】
正極板は、Ｐｂ−０．０７質量％Ｃａ−１．３質量％Ｓｎの鉛合金からなる鉛合金シートをエキスパンド加工して格子体を形成し、混練したペーストを格子体に充填して熟成乾燥することにより作成した。負極板は、Ｐｂ−０．０７質量％Ｃａ−０．２５質量％Ｓｎ合金シートを正極と同様にエキスパンド加工し、添加剤を加えて混練したペーストを格子体に充填して熟成乾燥することにより作成した。
【００２６】
セパレータは、厚さ０．３ｍｍの微孔性シートをＵ字折りにして両側部をシールして上部が開口した袋状セパレータを用いて内部に負極板を収納した。正極板及び袋状セパレータ内の負極板を用い、正極板６枚と負極板５枚とを積層してＰｂ−２．５質量％Ｓｂ合金で両極耳部を一体にストラップを形成した極板群を構成し、電槽に収納した後に隔壁を介してセル間接続を行った。
【００２７】
次に、板状体を一体に成形した構造を有した蓋及び板状体のない従来の蓋を用いて、極板群を各セルに収納した電槽と熱溶着して供試電池を作成した。ここで、板状体が蓋に存在する電池を供試電池Ａとし、板状他のない従来の電池を供試電池Ｂとした。
【００２８】
ここで、供試電池Ａの蓋の下面から伸びた板状体は、図１ならびに図２に示したように各セルに１枚ずつを負極ストラップと電槽長側面を構成するセル短側面との間に配置し、セパレータの上端とストラップの下端との距離５ｍｍの間に板状体の下端が位置するように構成した。
【００２９】
次に、ＪＩＳ  Ｄ  ５３０１「始動用鉛蓄電池」に規定された電池形式５５Ｄ２３を選定し、電解液密度が１．２８なる希硫酸を注液して供試電池Ａ及び供試電池Ｂを作成し、前記ＪＩＳで規定された軽負荷寿命試験を実施した。ただし、試験温度は７５℃とし、内部短絡による故障を確認するための判定電流を１００Ａとした条件で試験を行った。その試験結果を表１及び図５に示す。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
表１及び図５で明らかなように、本発明の電池Ａは、従来例の電池Ｂに比べて長寿命であった。さらに、寿命試験終了後の電池を解体して内部を観察すると、いずれの電池も正極板の酸化腐食にともなう上部方向への伸びが認められ、電池Ｂは正極耳部が負極ストラップと短絡していたが、電池Ａでは板状体が正極板上部の伸びを規制しており短絡は確認できなかった。これは図５における電池電圧の挙動にも現れており、電池Ｂは内部短絡によって約４３００サイクルから急激に電圧が低下して寿命に至ったのに対し、電池Ａは電圧低下が緩やかに進行して短絡現象が見られずに寿命判定ラインに到達している。以上のように、本発明の電池Ａは内部短絡せず、優れた寿命特性を持つことが明らかである。
【００３２】
なお、上述した実施例ではエキスパンド格子体を用いた構成であるが、鋳造式の極板であっても腐食に伴って膨張するため同様に内部短絡の抑制に有効である。ただし、一般に鋳造式の格子体はその外周に枠骨を有しているのに対し、エキスパンド格子体は、外周側部に縦方向の格子骨がないため上部方向への変形を受け易い傾向にあり、エキスパンド格子体を用いた構成により大きな効果が得られる。
【００３３】
さらに、上記のように内部短絡を防止することは電池の安全性の観点からも有効である。すなわち、セル内部で生じる火花の多くは内部短絡によるものであり、火花の発生がセル内に滞留している酸素ガスと水素ガスに引火して電池が破裂することもある。したがって、本発明は、安全性の面でも信頼性の高い電池を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の鉛蓄電池は、部材をセル内に追加することなく短絡を防止する構成を得ることができるため、その工業的価値は、高い。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の鉛蓄電池の部分断面斜視図
【図２】本発明の図１におけるＡ−Ａ´断面図
【図３】本発明の他の構成を示した部分断面斜視図
【図４】（ａ）本発明の板状体の一例を示す平面図、（ｂ）本発明の他の板状体の一例を示す平面図
【図５】軽負荷寿命試験結果を示す図
【符号の説明】
【００３６】
１      電槽
２      蓋
３      液口栓
４      正極端子
５      負極端子
６      セル
７      負極板
７ａ    負極耳部
７ｂ    負極ストラップ
７ｃ    負極ストラップの下端
８      正極板
８ａ    正極耳部
８ｂ    正極ストラップ
８ｃ    正極ストラップの下端
９      セパレータ
９ａ    セパレータの上端
１０    極板群
１１    接続体
１２    隔壁
１３    板状体
１３ｂ  下端
１４    電槽長側面
１５    セル短側面
１６    穴
１７    スリット
１８    エキスパンド格子体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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