本発明は、密閉型鉛蓄電池に関する。

従来から、電槽と、一側に耳部が形成されている正及び負の極板がセパレータを挟んで交互に積層され同一極性の各極板の耳部がストラップに接続されて構成され、前記電槽内に圧縮状態で収容される極板群と、を備えた密閉型鉛蓄電池において、電池性能の向上が試みられている。例えば、特許文献1には、リテーナ(セパレータ)を負極ストラップに接触させる程に延ばして耳部を被覆する被覆部をリテーナと一体的に設けて、充電の際に正極側から発生する酸素ガスによる負極板の耳部の異常腐食を抑制することが記載されている。

特開平8−162149号公報

特許文献1の密閉型鉛蓄電池は主に長寿命化の観点からの電池性能の向上であり、さらに充電受け入れ性能の観点からの電池性能の向上も望まれている。かかる電池性能の向上のために、極板を薄くして枚数を多くしさらに活物質を極限まで詰め込むなどの手法が一般的であるが、鉛蓄電池は正・負極板間の距離が狭く高温での使用や放電放置によってデンドライトショートが発生し易くなるのでその対策が必要である。密閉型鉛蓄電池は液式のものよりも電解液量が少ないため、硫酸分も少なくなり、デンドライトショートの危険性が高い。また、密閉型鉛蓄電池は極板群の各極板の耳部がCOS(キャスト・オン・ストラップ)により一体に溶接されると同時にストラップ、又はストラップ及び極柱が形成されているが、群挿入とCOSによって耳部の先端側から基端側にかけて正・負極板間の距離がさらに縮まる。なお、耳部の基端側部分は極板を構成する格子基板の上格子部分である。格子基板は、太い格子から形成される外格子と、細い格子から形成される中格子から構成されるが、この上格子部分は外格子の上部を示し、この上格子部分は電気の集電部分であり鉛の溶解析出反応が活発であるため、極板の耳部の基端側部分ではデンドライトショートが発生し易いという問題点があった。

本発明は、以上のとおりの事情に鑑みてなされたものであり、極板の耳部の基端側部分のデンドライトショートの発生を抑制することができる密閉型鉛蓄電池を提供することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明の密閉型鉛蓄電池は、電槽と、一側に耳部が形成されている正及び負の極板がセパレータを挟んで交互に積層され同一極性の各極板の耳部がストラップに接続されて構成され、前記電槽内に圧縮状態で収容される極板群と、を備え、前記セパレータは、各極板間に挟まれる部分において前記耳部が形成されている前記極板の側と同じ側の部分のうち少なくとも前記極板の前記耳部の基端側部分と対向する部分に、セパレータの密度がそのセパレータの他の部分よりも高密度に形成されていることを特徴とする。 この構成によれば、極板の耳部の基端側部分のデンドライトショートの発生を抑制することができる。 この密閉型鉛蓄電池においては、前記セパレータはガラス繊維マットをセパレータ形成部材とし、前記ガラス繊維マットは、一様な厚みのベース部とこのベース部よりも厚みのある増厚部とを有して構成され、前記増厚部が前記ベース部よりも高圧縮に各極板間に挟まれて前記セパレータが高密度に形成されることが好ましい。 この構成によれば、前記セパレータの高密度部分を簡単に形成することができる。 また、この密閉型鉛蓄電池においては、前記ガラス繊維マットの増厚部は、一様な厚みのガラス繊維マットが折り重ねられて形成されることが好ましい。 この構成によれば、セパレータ形成部材として従来から使用されているガラス繊維マットをそのまま利用することができ、低コストで増厚部を形成することができる。

本発明によれば、極板の耳部の基端側部分のデンドライトショートの発生を抑制することができる。

本発明の密閉型鉛蓄電池の、蓋が施される前の状態の一実施形態を示した断面図である。

図1の密閉型鉛蓄電池の極板群の構成の概要を示した側面図である。

図1の密閉型鉛蓄電池の極板群のセパレータに使用されるセパレータ形成部材の斜視図である。

セパレータ形成部材の別の実施形態を示した斜視図である。

図1の密閉型鉛蓄電池の極板群の一構成部材の側面図である。

図1は、本発明の密閉型鉛蓄電池の、蓋が施される前の状態の一実施形態を示した断面図である。図2は、図1の密閉型鉛蓄電池の極板群の構成の概要を示した側面図である。

図1に示すように、密閉型鉛蓄電池1は、合成樹脂製の電槽2と、電槽2内に圧縮(圧迫)状態で収容される極板群3と、を備える。

極板群3は、一側に耳部5が形成されている正及び負の極板4とセパレータ7とストラップ8とを有し、正及び負の極板4がセパレータ7を挟んで交互に積層され同一極性の各極板4の耳部5が一体に接続されて成るストラップ8とで構成されている。

より詳細には、図1において、正極板4aは、上側の左寄りの部分に、上方に突出する耳部5aを有しており、各正極板4aの耳部5aが互いに対向するように紙面貫通方向に複数枚配置されている。負極板は4b、上側の右寄りの部分に、上方に突出する耳部5bを有しており、各負極板4bの耳部5bが互いに対向するように紙面貫通方向に複数枚配置されている。正極板4a及び負極板4bはそれぞれ、鉛を主成分とする格子基板にそれぞれ正・負極活物質ペーストが充填されて形成される。図2に示すように、格子基板の上格子6に、上方に突出する突出部が形成され、この突出部が極板4の耳部5を構成する。

極板群3の同一極性の各極板4の耳部5がCOS(キャスト・オン・ストラップ)により一体に溶接されると同時にストラップ8を形成している。ストラップ8は正極ストラップ8aと負極ストラップ8bとを有し、各ストラップ8は極板4の積層方向(図1では紙面貫通方向)に延び、各正極板4aの耳部5aが正極ストラップ8aに接続され、各負極板4bの耳部5bが負極ストラップ8bに接続されている。正極ストラップ8aには正極柱9aが設けられており、負極ストラップ8bには負極柱9bが設けられている。なお、密閉型鉛蓄電池1は単セル構造とされ極柱が接続されているが、複数のセルを有した構造とすることもできる。単セル構造でなければ必ずしも極柱は接続されない。

セパレータ7は、多孔質部材をセパレータ形成部材とし、電解液を吸収し保持すると共に正極板4aと負極板4bとの短絡を防止する。本実施形態では、高密度に形成されている部分7aを一部に有した構成とされている。すなわち、セパレータ7は、各極板4,4間に挟まれる部分において耳部5が形成されている極板4の側と同じ側の部分のうち少なくとも極板4の耳部5の基端側部分と対向する部分に、セパレータ7の密度がそのセパレータ7の他の部分7bよりも高密度に形成されている。ここで、「密度」とは、かさ密度をいう。「他の部分7b」とは、高密度に形成されている部分7a以外のセパレータ7の部分を指す。セパレータ7は高密度に形成されている部分7aも他の部分7bも同一素材の多孔質部材で形成されている。したがって、「高密度に形成されている」とは、かさ密度が高くなって緻密度が高く空隙率が小さくなっていることを意図する。

セパレータ形成部材である多孔質部材としては、従来、密閉型鉛蓄電池のセパレータとして用いられているものを採用することができる。例えば、ガラス繊維を主体とする繊維がマット状に形成されているガラス繊維マットを挙げることができる。このようなガラス繊維マットを用いたセパレータはAGM(Absorbed Glass Mat:吸収性ガラスマット)セパレータとも呼ばれている。ガラス繊維マット以外の素材としては、多孔質の合成樹脂等を挙げることができる。

セパレータ7において高密度に形成されている部分7aは、極板4の耳部5の基端側部分と対向する部分である。耳部5の基端側部分は、格子基板の上格子6において突出部が形成されている部分(耳部5と上格子6との境界部)又はさらにその周辺を含んだ部分である。したがって、セパレータ7において高密度に形成されている部分7aは、格子基板の上格子6において突出部が形成されている部分又はさらにその周辺を含んだ部分に対向する部分である。図1では、極板4の耳部5の基端側部分と対向する部分が符号Aで示されている。

高密度に形成されている部分7aは、各極板間4,4に挟まれる部分において耳部5が形成されている極板4の側と同じ側の部分全体にわたっていてもよい。図1では、符号Aと符号Bで示された部分が高密度に形成されている部分7aであり、各極板4,4間に挟まれるセパレータ7の上側の部分が幅方向(紙面左右方向)全長にわたって高密度に形成されている。このような高密度に形成されている部分7aは、セパレータ7の上端から高さ方向(図1では紙面上下方向)中程の位置まで形成されていてもよい。

セパレータ7の他の部分7bの密度は、従来の密閉型鉛蓄電池のセパレータと同程度の密度とされる。したがって、セパレータ7において高密度に形成されている部分7aの密度は、従来の密閉型鉛蓄電池のセパレータよりも高い密度とされる。高密度に形成されている部分7aの密度の上限値は、製造上及び電解液の保持量の観点から、他の部分7bの密度の2倍と設定することができる。なお、従来から密閉型鉛蓄電池においてセパレータ形成部材として使用されているガラス繊維マットは、繊維密度0.12〜0.19g/cm3である。

高密度に形成されている部分7aは、同一素材で形成されている他の部分7bに比べて緻密度が高く孔隙率が小さいため、極板4の耳部5の基端側部分のデンドライトショートの発生を抑制することができる。セパレータ7の他の部分7bは、従来の鉛蓄電池のセパレータと同程度の密度とされているので、電解液を十分に保持することができ放電容量やサイクル寿命等の電池性能を確保することができる。

本実施形態の密閉型鉛蓄電池1は、例えば次のようにして得ることができる。以下にガラス繊維マットをセパレータ形成部材とした密閉型鉛蓄電池について説明する。

まず、図3に示すように、セパレータ形成部材10として、一様な厚みのベース部12とこのベース部12よりも厚みのある増厚部11とを有して構成されるガラス繊維マット10aを準備する。このガラス繊維マット10aは、長尺であり、長手方向両側の端部が厚肉とされている。厚肉の部分が増厚部11であり、それ以外の薄肉の部分がベース部12である。ベース部12は、密閉型鉛蓄電池においてセパレータ形成部材として従来から使用されているガラス繊維マットと同程度の目付量(繊維密度)とされている。なお、増厚部11は、ベース部12よりも大きな繊維密度とすることで形成することができる。この増厚部11に対して、極板群3の形成前に、ベース部12と同程度の厚みとなるように加圧圧着を行うこともできる。 なお、増厚部11の厚みは、極板群の電槽への挿入性が低下するため、ベース部12の厚みの1.5〜2倍程度とすることが好ましい。

増厚部11をより簡便に形成するために、図4に示すように、従来から使用されている一様な厚みのガラス繊維マット10aの長手方向両側の端部を折り返しその折り返した部分を重ね合わせて増厚部11を形成することが好ましい。従来から使用されているガラス繊維マットを細長形状に裁断したガラス繊維マット片を別途用意し、このガラス繊維マット片を従来から使用されている一様な厚みのガラス繊維マットの長手方向両側の端部に重ね合わせて増厚部を形成するようにしてもよい。これらの方法は、セパレータ形成部材として従来から使用されているガラス繊維マットを利用することができるので低コストである。ガラス繊維マット10aを重ね合わせた後はその重ね合わせた部分を圧着や接着などによって一体的に形成することもできる。

次いで、図5に示すように、上記のようにして準備されたガラス繊維マット10aを増厚部11が外側に来るように二つ折りにして極板4の下端から包むようにして極板4の両側面に配設する。ガラス繊維マット10aの増厚部11は耳部5の基端側部分を含む極板4の上側部分に対向する位置に配置される。こうして極板群3の一構成部材を得る。図5では、増厚部11が外側に来るように二つ折りにしているが、この増厚部11が内側に来るように二つ折りにすることもできる。また、この実施形態では、長手方向両側の端部が増厚部11とされたガラス繊維マット10aを二つ折りにして極板4を包む形態としているが、一端部が増厚部とされたリーフ状のガラス繊維マット2枚の間に極板4を挟む形態とすることもできる。なお、二つ折りにしたガラス繊維マット10aの中には、正極板若しくは負極板のいずれかが収納される。 最終的には、正及び負の極板4をガラス繊維マット10aを介して交互に積層し、同一極性の各極板4の耳部5を一体に接続してストラップ8を形成して図2に示すような極板群3を形成する。

次いで、極板群を積層方向に所定の圧力で圧縮(圧迫)した状態で電槽内に収納する。図1はこの状態の密閉型鉛蓄電池を示したものである。ガラス繊維マットの増厚部はベース部よりも厚みがあることから、圧縮(圧迫)状態にある極板群において増厚部はベース部よりも高圧縮に各極板間に挟まれることになる。圧縮(圧迫)された増厚部はベース部よりも高密度に形成され、この部分が密閉型鉛蓄電池のセパレータにおいて高密度に形成されている部分を構成する。ガラス繊維マットのベース部は、密閉型鉛蓄電池のセパレータにおいて他の部分を構成する。この場合、増厚部を事前に加圧圧着する必要がないため、この工程を省くことができる。一方、極板群形成前にガラス繊維マットの増厚部に対してベース部と同程度の厚みとなるように加圧圧着を行っている場合には、極板群を電槽内に収納する際に増厚部にはベース部よりも高い圧迫が加わることはなく、極板群の電槽へ群挿入性を向上させることができる。

次いで、蓋を溶着又は接着により電槽に取り付ける。その後、蓋に設けられた開口部から所定の濃度の希硫酸電解液を電槽内に注液し、電槽化成を行い、前記開口部に弁を覆い被せて密閉型鉛蓄電池を得る。

以上のようにして得られた密閉型鉛蓄電池のセパレータは、各極板間に挟まれる部分において耳部が形成されている極板の側と同じ側の部分のうち少なくとも極板の耳部の基端側部分と対向する部分に、セパレータの密度がそのセパレータの他の部分よりも高密度に形成されているため、極板の耳部の基端側部分のデンドライトショートの発生を抑制することができる。

以上、実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は上記の実施形態に何ら限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において各種の変更が可能である。例えば、セパレータを極板の耳部を覆うような形状及び大きさとすることができる。これによって負極板の耳部の異常腐食を抑えることができる。

1 密閉型鉛蓄電池 2 電槽 3 極板群 4 極板 5 耳部 7 セパレータ 7a 高密度に形成されている部分 7b 他の部分(高密度に形成されている部分以外の部分) 8 ストラップ 10 セパレータ形成部材 10a ガラス繊維マット 11 増厚部 12 ベース部