鉛蓄電池
【課題】高温下で使用される鉛蓄電池の負極ストラップ近傍の極板耳の腐食を防止する。
【解決手段】負極ストラップ６の下面と隔離体５の上端との間隙を、ガラスマット４を隔離体の構成要素として併用する場合は６ｍｍ以上とし、ガラスマット４を隔離体の構成要素として併用しない場合は、４ｍｍ以上とする。かかる構成によって、厳しい使用条件下でも負極耳の腐食が防止でき、鉛蓄電池の信頼性と安全性を確保することが可能となる。
【解決手段】負極ストラップ６の下面と隔離体５の上端との間隙を、ガラスマット４を隔離体の構成要素として併用する場合は６ｍｍ以上とし、ガラスマット４を隔離体の構成要素として併用しない場合は、４ｍｍ以上とする。かかる構成によって、厳しい使用条件下でも負極耳の腐食が防止でき、鉛蓄電池の信頼性と安全性を確保することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，安全で信頼性の高い鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は，安価，高信頼性などによって，自動車用，据置用，電気車用など多くの分野で使用されている。
【０００３】
一方，鉛蓄電池が使用される環境は，最近，特に厳しくなってきている。たとえば，自動車用鉛蓄電池が使用されている自動車においては，クーラー装着率の増加やエンジンの高出力化などにより熱発生量が増える一方，スラントノーズ化や各種電装品の高密度配置による冷気流入不足によって，ボンネット内に設置されている鉛蓄電池が高温にさらされやすくなっており，夏期には１００℃近くまで上昇することが観察されている。
【０００４】
さらに，オルタネータの出力アップによる充電電流の増加によって鉛蓄電池の一層の高温化や過充電が引き起こされる。その上，リヤ・ワイパーやパワー・ウインドウなどの電動装置の増加や，オーディオ機器などのアクセサリーの増加並びにコンピュータ化による暗電流の増加などによって，鉛蓄電池がより一層深く放電される傾向にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの高温，過充電，深放電という要因は，鉛蓄電池の寿命を短くするものであり，いずれもけっして好ましいものではないが，その中でも，特に，高温化は重要な問題である。なぜなら，高温下で長時間使用されると極板の劣化が助長されるだけでなく，場合によっては，ストラップ下面近傍の負極板耳が異常に腐食されることがあるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は，負極板耳の腐食を防止すべく，多数の試験を行い，その試験中の電池，特に電解液中の負極ストラップ近傍の様子を，特別に製作した耐酸性を有する鉛蓄電池内部観察用装置で克明に観察し，その結果を詳細に解析することによって，ガラスマットを構成要素としない隔離体を用いた場合には隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離が４ｍｍ以上となるように，ガラスマットを構成要素とする隔離体を用いた場合には隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離を６ｍｍ以上となるようにすることによって，上述のような厳しい状況下で使用された場合にでも，負極板耳の腐食を防ぐことが可能であることをあきらかにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば厳しい使用条件下でも負極耳の腐食が防止でき，鉛蓄電池の信頼性と安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一般的な自動車用鉛蓄電池の負極ストラップ断面および正極板・隔離体の各位置を示した模式図である。
【図２】図１の部分を拡大した摸式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は一般的な自動車用鉛蓄電池の負極ストラップ断面および正極板・隔離体の各位置の模式図を示したものである。図２は図１の部分を拡大したものである。
【００１１】
１，２はそれぞれ負極板および正極板，５は隔離体である。図２の拡大図に示したように，隔離体５は抄紙体３（厚さ０．３ｍｍ）とガラスマット４（厚さ０．７ｍｍ）とから成っており，ガラスマット４は正極板２に当接されている。抄紙体には合成繊維とシリカとを主成分とするものを抄紙したものを用いた。抄紙体にはリブは形成されていない。また，１ａは負極板耳である。極板ピッチ（同極性の極板の厚さ方向の中心間の距離）は５．５ｍｍとした。
【００１２】
ここで正極に鉛−１．７重量％アンチモン−０．２５重量％砒素−０．０１５重量％セレンおよび微量の不純物を含む合金からなる鋳造格子を，負極に鉛−０．０６５重量％カルシウム−０．５重量％錫−０．００７重量％アルミニウム合金からなる圧延シートをエキスパンド加工した格子を用い，ストラップは鉛−２．２重量％アンチモン−０．２５重量％砒素−０．０１５重量％セレンからなる合金を用いてキャスト・オン・ストラップ（ＣＯＳ）法によって形成した一般的な自動車用鉛蓄電池を準備した。なおこの時，負極板耳１ａの長さを種々変え，隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離Ａを２，４，６，８，１０ｍｍと変えたものを作製した。当然ではあるが，正極板耳の長さも負極板耳長さと同様に変わっている。
【００１３】
次に，これらの電池を水槽中，１４．８Ｖの定電圧で８週間連続通電した。試験を促進させるため，水槽温度を８０℃，電解液比重を１．４０（２０℃換算）とした。高温下での試験のため，水の分解・蒸発が激しく，試験中は１日１回，上部の規定液面線（アッパーレベル）まで補水した。また，試験中は電解液中の負極ストラップ近傍の様子を，特別に製作した耐酸性を有する鉛蓄電池内部観察用装置で克明に観察した。試験後，電池を解体し，負極ストラップ下面近傍の負極耳の腐食状態を観察するとともに，試験中の負極ストラップ近傍の様子と比較しながら詳細に解析した。
【００１４】
解析結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
表１から明らかなように，隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離Ａが４ｍｍ以下の場合には負極ストラップ下面でのガス溜りが多く，負極耳の腐食の程度も中〜大であったが，Ａが６ｍｍになるとガス溜りも少なくなり，負極耳の腐食も少なくなって，実用上問題になるレベルではなくなった。Ａがさらに８，１０ｍｍと長くなると，ガス溜りもわずかになり，負極耳の腐食もわずかになった。
【００１７】
Ａが長くなるとガス溜りが少なくなるのは，充電中に正および負極板から発生する酸素および水素ガスがストラップ下面に溜まらずに，それ以外の部分へ放散するチャンスが多いためではないかと推測される。また，ガス溜りが多いほど負極耳の腐食が激しい理由は明確になってはいないが，次のように考えられる。すなわち，ガスが溜まることによって負極耳表面が十分な電解液で覆われることがなくなり，ごく薄い電解液の皮膜によって覆われることになる。その結果，充電中であっても負極耳表面は充分陰極側に分極されず，鉛／硫酸鉛の平衡電位付近に置かれる。すると，形成される硫酸鉛の皮膜が不安定で，発生するガス等によってより一層破壊されやすくなる。
【実施例２】
【００１８】
実施例１と同様な鉛蓄電池を用い，同様な試験を行った。ただし，鉛蓄電池の正極には鉛−０．０６５重量％カルシウム−１．３重量％錫−０．０１重量％アルミニウム合金からなる圧延シートをエキスパンド加工した格子を用い，隔離体にはガラスマットを使用せず，負極板に当接する面には比較的低く（約０．２５ｍｍ），かつピッチが約５ｍｍの細かなリブを設け，正極板に当接する面には比較的高くて（約０．５ｍｍ），ピッチが約１０ｍｍの粗いリブを設けた微多孔性ポリエチレン（基板厚さ ０．２５ｍｍ）を用いた。また，この微多孔性ポリエチレンを袋状にし，その中に負極板を入れた。
【００１９】
解析結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
実施例１の場合と同様，Ａが長くなるほど負極ストラップ下面でのガス溜りが少なく，負極耳腐食も少なくなる傾向がみられたが，本実施例の場合には，Ａが４ｍｍと比較的短くてもガス溜りが少なく，実用上問題になるレベルではなかった。
【００２２】
傾向が同じとは言うものの，実施例１の場合よりＡが短くても負極ストラップ下面でのガス溜りが少なかった理由は明らかではないが，本実施例の隔離体はガラスマットを構成要素とせず，また，リブを設けているため，ガラスマットを構成要素とする隔離体で極板を圧迫している場合に比べ，発生した酸素ガスあるいは水素ガスがより速やかに放散したためではないかと推測される。
【符号の説明】
【００２３】
１． 負極板
１ａ．負極板耳
２． 正極板
３． 抄紙体
４． ガラスマット
５． 隔離体
６． 負極ストラップ
【技術分野】
【０００１】
本発明は，安全で信頼性の高い鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は，安価，高信頼性などによって，自動車用，据置用，電気車用など多くの分野で使用されている。
【０００３】
一方，鉛蓄電池が使用される環境は，最近，特に厳しくなってきている。たとえば，自動車用鉛蓄電池が使用されている自動車においては，クーラー装着率の増加やエンジンの高出力化などにより熱発生量が増える一方，スラントノーズ化や各種電装品の高密度配置による冷気流入不足によって，ボンネット内に設置されている鉛蓄電池が高温にさらされやすくなっており，夏期には１００℃近くまで上昇することが観察されている。
【０００４】
さらに，オルタネータの出力アップによる充電電流の増加によって鉛蓄電池の一層の高温化や過充電が引き起こされる。その上，リヤ・ワイパーやパワー・ウインドウなどの電動装置の増加や，オーディオ機器などのアクセサリーの増加並びにコンピュータ化による暗電流の増加などによって，鉛蓄電池がより一層深く放電される傾向にある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの高温，過充電，深放電という要因は，鉛蓄電池の寿命を短くするものであり，いずれもけっして好ましいものではないが，その中でも，特に，高温化は重要な問題である。なぜなら，高温下で長時間使用されると極板の劣化が助長されるだけでなく，場合によっては，ストラップ下面近傍の負極板耳が異常に腐食されることがあるからである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は，負極板耳の腐食を防止すべく，多数の試験を行い，その試験中の電池，特に電解液中の負極ストラップ近傍の様子を，特別に製作した耐酸性を有する鉛蓄電池内部観察用装置で克明に観察し，その結果を詳細に解析することによって，ガラスマットを構成要素としない隔離体を用いた場合には隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離が４ｍｍ以上となるように，ガラスマットを構成要素とする隔離体を用いた場合には隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離を６ｍｍ以上となるようにすることによって，上述のような厳しい状況下で使用された場合にでも，負極板耳の腐食を防ぐことが可能であることをあきらかにしたものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば厳しい使用条件下でも負極耳の腐食が防止でき，鉛蓄電池の信頼性と安全性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一般的な自動車用鉛蓄電池の負極ストラップ断面および正極板・隔離体の各位置を示した模式図である。
【図２】図１の部分を拡大した摸式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に本発明を実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１０】
図１は一般的な自動車用鉛蓄電池の負極ストラップ断面および正極板・隔離体の各位置の模式図を示したものである。図２は図１の部分を拡大したものである。
【００１１】
１，２はそれぞれ負極板および正極板，５は隔離体である。図２の拡大図に示したように，隔離体５は抄紙体３（厚さ０．３ｍｍ）とガラスマット４（厚さ０．７ｍｍ）とから成っており，ガラスマット４は正極板２に当接されている。抄紙体には合成繊維とシリカとを主成分とするものを抄紙したものを用いた。抄紙体にはリブは形成されていない。また，１ａは負極板耳である。極板ピッチ（同極性の極板の厚さ方向の中心間の距離）は５．５ｍｍとした。
【００１２】
ここで正極に鉛−１．７重量％アンチモン−０．２５重量％砒素−０．０１５重量％セレンおよび微量の不純物を含む合金からなる鋳造格子を，負極に鉛−０．０６５重量％カルシウム−０．５重量％錫−０．００７重量％アルミニウム合金からなる圧延シートをエキスパンド加工した格子を用い，ストラップは鉛−２．２重量％アンチモン−０．２５重量％砒素−０．０１５重量％セレンからなる合金を用いてキャスト・オン・ストラップ（ＣＯＳ）法によって形成した一般的な自動車用鉛蓄電池を準備した。なおこの時，負極板耳１ａの長さを種々変え，隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離Ａを２，４，６，８，１０ｍｍと変えたものを作製した。当然ではあるが，正極板耳の長さも負極板耳長さと同様に変わっている。
【００１３】
次に，これらの電池を水槽中，１４．８Ｖの定電圧で８週間連続通電した。試験を促進させるため，水槽温度を８０℃，電解液比重を１．４０（２０℃換算）とした。高温下での試験のため，水の分解・蒸発が激しく，試験中は１日１回，上部の規定液面線（アッパーレベル）まで補水した。また，試験中は電解液中の負極ストラップ近傍の様子を，特別に製作した耐酸性を有する鉛蓄電池内部観察用装置で克明に観察した。試験後，電池を解体し，負極ストラップ下面近傍の負極耳の腐食状態を観察するとともに，試験中の負極ストラップ近傍の様子と比較しながら詳細に解析した。
【００１４】
解析結果を表１に示す。
【００１５】
【表１】
【００１６】
表１から明らかなように，隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離Ａが４ｍｍ以下の場合には負極ストラップ下面でのガス溜りが多く，負極耳の腐食の程度も中〜大であったが，Ａが６ｍｍになるとガス溜りも少なくなり，負極耳の腐食も少なくなって，実用上問題になるレベルではなくなった。Ａがさらに８，１０ｍｍと長くなると，ガス溜りもわずかになり，負極耳の腐食もわずかになった。
【００１７】
Ａが長くなるとガス溜りが少なくなるのは，充電中に正および負極板から発生する酸素および水素ガスがストラップ下面に溜まらずに，それ以外の部分へ放散するチャンスが多いためではないかと推測される。また，ガス溜りが多いほど負極耳の腐食が激しい理由は明確になってはいないが，次のように考えられる。すなわち，ガスが溜まることによって負極耳表面が十分な電解液で覆われることがなくなり，ごく薄い電解液の皮膜によって覆われることになる。その結果，充電中であっても負極耳表面は充分陰極側に分極されず，鉛／硫酸鉛の平衡電位付近に置かれる。すると，形成される硫酸鉛の皮膜が不安定で，発生するガス等によってより一層破壊されやすくなる。
【実施例２】
【００１８】
実施例１と同様な鉛蓄電池を用い，同様な試験を行った。ただし，鉛蓄電池の正極には鉛−０．０６５重量％カルシウム−１．３重量％錫−０．０１重量％アルミニウム合金からなる圧延シートをエキスパンド加工した格子を用い，隔離体にはガラスマットを使用せず，負極板に当接する面には比較的低く（約０．２５ｍｍ），かつピッチが約５ｍｍの細かなリブを設け，正極板に当接する面には比較的高くて（約０．５ｍｍ），ピッチが約１０ｍｍの粗いリブを設けた微多孔性ポリエチレン（基板厚さ ０．２５ｍｍ）を用いた。また，この微多孔性ポリエチレンを袋状にし，その中に負極板を入れた。
【００１９】
解析結果を表２に示す。
【００２０】
【表２】
【００２１】
実施例１の場合と同様，Ａが長くなるほど負極ストラップ下面でのガス溜りが少なく，負極耳腐食も少なくなる傾向がみられたが，本実施例の場合には，Ａが４ｍｍと比較的短くてもガス溜りが少なく，実用上問題になるレベルではなかった。
【００２２】
傾向が同じとは言うものの，実施例１の場合よりＡが短くても負極ストラップ下面でのガス溜りが少なかった理由は明らかではないが，本実施例の隔離体はガラスマットを構成要素とせず，また，リブを設けているため，ガラスマットを構成要素とする隔離体で極板を圧迫している場合に比べ，発生した酸素ガスあるいは水素ガスがより速やかに放散したためではないかと推測される。
【符号の説明】
【００２３】
１． 負極板
１ａ．負極板耳
２． 正極板
３． 抄紙体
４． ガラスマット
５． 隔離体
６． 負極ストラップ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガラスマットを構成要素としない隔離体を用い、隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離が４ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
ガラスマットを構成要素とする隔離体を用い、隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離を６ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項１】
ガラスマットを構成要素としない隔離体を用い、隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離が４ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
ガラスマットを構成要素とする隔離体を用い、隔離体上端から負極ストラップ下面までの距離を６ｍｍ以上となるようにしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００９−２１８２２２（Ｐ２００９−２１８２２２Ａ）
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２３６３９（Ｐ２００９−１２３６３９）
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【分割の表示】特願平９−１９５１６２の分割
【原出願日】平成９年７月３日（１９９７．７．３）
【出願人】（３０４０２１４４０）株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション (461)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月２４日（２００９．９．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月２１日（２００９．５．２１）
【分割の表示】特願平９−１９５１６２の分割
【原出願日】平成９年７月３日（１９９７．７．３）
【出願人】（３０４０２１４４０）株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション (461)
【Ｆターム（参考）】
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