JP4798972B2 - スタンバイ用制御弁式鉛蓄電池 - Google Patents
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Description
本発明は、低温高率放電特性に優れ、かつスタンバイ使用における浮動充電電流が少なく正極格子が腐食し難い、長寿命のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池に関する。
従来のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池は、負極と正極の活物質の質量比（負／正）が０．９〜１．１、負極活物質の密度が４．１〜４．２ｇ／ｃｍ３であり、低温高率放電特性などの電池特性は優れるものの、非常用電源等のスタンバイ使用において浮動充電電流が流れ易く、この電流は一部が腐食電流となり、この腐食電流が多いときは正極格子の腐食が顕著になり電池寿命が低下した。この腐食による寿命低下を、正極格子を厚くして改善するのは原料コストおよびエネルギー密度の点で不利である。長寿命の密閉形鉛蓄電池として、ペースト式負極板の活物質中にカーボンまたはグラファイトを０．４〜４．０質量％含有させたものが提案されている（特許文献１）。
本発明は、低温高率放電特性に優れ、かつスタンバイ使用における浮動充電電流が少なく正極格子が腐食し難い、長寿命のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池の提供を目的とする。
請求項１記載発明は、負極活物質の密度が３．５〜４．０ｇ／ｃｍ ３ であり、負極活物質と正極活物質の質量比（負／正）が０．５０〜０．８０（ただし、０．７５〜０．８０を除く）であり、さらに負極活物質中にカーボンが０．１０質量％以下含有されていることを特徴とするスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池である。
本発明のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池は、負極活物質と正極活物質の質量比（負／正）を０．５０〜０．８０（ただし、０．７５〜０．８０を除く）に小さく規定したので、スタンバイ使用における浮動充電電流が減少して正極格子の腐食が防止され、長寿命である。また負極活物質の密度を３．５〜４．０ｇ／ｃｍ３と小さく規定したので負極活物質の利用率が高くなり、従って正極活物質量に対する負極活物質量を減らしても、低温高率放電特性は従来品と同等に維持される。また、前記負極活物質中にカーボンを、０．１質量％以下含有させることにより、さらに低温高率放電特性が向上する。
本発明のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池では、スタンバイ使用における浮動充電電流が少ないので、正極格子の腐食が抑制される。従って正極格子を厚くする必要がなく、低コスト、高エネルギー密度が達成される。
請求項１記載発明は、負極活物質と正極活物質の質量比（負／正）を小さく規定することによりスタンバイ使用における浮動充電電流を減少させ、それにより正極格子の腐食を抑制し、前記質量比を小さく規定したことによる低温高率放電特性の低下は、負極活物質密度を低く規定して負極の活物質利用率を高めて抑制したスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池である。また、前記負極活物質中にカーボンを含有させて導電性を高め低温高率放電特性を高めたスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池である。
本発明において、負極活物質と正極活物質の質量比（負／正）を０．５０〜０．８０（ただし、０．７５〜０．８０を除く）に規定する理由は、前記質量比が０．５０未満では低温高率放電特性が低下し、０．８０を超えると浮動充電電流が増加して正極格子が腐食し易くなるためである。
本発明において、負極活物質中に含有させるカーボンは負極の導電性を高めて、さらに低温高率放電特性を向上させる。ただし、前記カーボンの含有量を０．１質量％以下に規定する理由は、０．１０質量％を超えると浮動充電電流が増加して正極格子が腐食し易くなるためである。
本発明において、前記カーボンの形状は粉状でも繊維状でもよい。また前記カーボンをグラファイトに代えても同様の効果が得られる。
本発明において、負極活物質の密度を３．５〜４．０ｇ／ｃｍ３に規定する理由は、負極活物質の密度が３．５ｇ／ｃｍ３未満では密度が低過ぎて活物質内の空孔が多くなり水素過電圧が下がり浮動充電電流が増加するためである。また４．０ｇ／ｃｍ３を超えると負極活物質の利用率が低下し十分な低温高率放電特性が得られないためである。
以下に本発明を実施例により具体的に説明する。
参考例１：Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金の正極格子と負極格子にそれぞれペースト状正極活物質とカーボンを含有しないペースト状負極活物質を塗布充填し、４０℃、相対湿度９８％の大気中で２４時間熟成し、次いで２４時間乾燥させて未化成の正極板および負極板を作製した。前記ペースト状負極活物質中はカーボンを添加しないものを用いた。前記負極板の活物質密度、および負極板と正極板の活物質の質量比は本発明規定値内で種々に変化させた。
参考例１：Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金の正極格子と負極格子にそれぞれペースト状正極活物質とカーボンを含有しないペースト状負極活物質を塗布充填し、４０℃、相対湿度９８％の大気中で２４時間熟成し、次いで２４時間乾燥させて未化成の正極板および負極板を作製した。前記ペースト状負極活物質中はカーボンを添加しないものを用いた。前記負極板の活物質密度、および負極板と正極板の活物質の質量比は本発明規定値内で種々に変化させた。
負極活物質密度と活物質の質量比（負／正）の組み合わせは、負極活物質密度が低いと利用率が向上し、正極に対する負極の活物質量は少なくなり、質量比（負／正）は小さくなるようにした。逆に、負極活物質密度が高いと利用率が低下し、正極に対する負極の活物質量は多くなり、質量比は大きくなるようにした。
次に、前記未化成の正極板３枚と負極板４枚をガラス繊維製のリテーナを介在させて交互に積層して極板群とし、これをＡＢＳ製電槽に組み込み、電槽内に比重１．２１（２０℃）の希硫酸を注入したのち、充電量２３０％、化成時間４８Ｈ、周囲温度２５℃の条件で電槽化成を行ってスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池を製造した。
得られたスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池について、低温高率放電特性を−５℃の３ＣＡ放電容量により調べた。終止電圧は１．６Ｖ／セルとした。またスタンバイ使用における浮動充電電流（６０℃）を調べた。
実施例１：負極活物質中にカーボンを含有させた他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池を製造し、参考例１と同じ調査を行った。
従来例１：負極活物質密度および活物質の質量比（負／正）を従来のスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池の範囲とした他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池を製造し、参考例１と同じ調査を行った。
比較例１：負極活物質密度および活物質の質量比（負／正）を共に本発明規定値外とした他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池を製造し、参考例１と同じ調査を行った。
比較例２：負極活物質密度および活物質の質量比（負／正）は本発明規定値内とし、カーボン含有量を本発明規定値外とした他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池を製造し、参考例１と同じ調査を行った。
比較例３：負極活物質密度を本発明規定値外とし、活物質の質量比（負／正）を本発明規定値内とした他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池(Ｎｏ．１２、１３)を製造し、参考例１と同じ調査を行った。また、負極活物質密度を本発明規定値内とし、活物質の質量比（負／正）を本発明規定値外とした他は参考例１と同じ方法によりスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池(Ｎｏ．１４、１５)を製造し、参考例１と同じ調査を行った。
参考例１、実施例１、従来例１、比較例１〜３の調査結果を表１に示した。３ＣＡ容量（−５℃）と浮動充電電流は従来例１のＮｏ．６を１００としたときの比率（％）で示した。
表１から明らかなように、参考例１のＮｏ．１〜３はいずれも従来例１に較べて、３ＣＡ（−５℃）容量が高く、かつ浮動充電電流が少なく正極格子の腐食が起き難いものであった。また、カーボンを適量含有する実施例１（本発明例）のＮｏ．４、５は３ＣＡ容量（−５℃）が大幅に向上した。
これに対し、比較例１のＮｏ．８は正極に対する負極活物質量が少ないため、３ＣＡ容量（−５℃）が低く、Ｎｏ．９は正極に対する負極活物質量が多いため、浮動充電電流が増加した。Ｎｏ．１０は負極活物質密度が高く、負極活物質量も少ないため、３ＣＡ容量（−５℃）が低下した。比較例２のＮｏ．１１は負極活物質のカーボン量が多いため、浮動充電電流が増加した。
比較例３のＮｏ．１２は、３ＣＡ容量（−５℃）および浮動充電電流の効果が従来と比較して多少の改善が認められるが十分ではない。Ｎｏ．１３は負極活物質密度が高く利用率が低いため、３ＣＡ容量（−５℃）が低下した。Ｎｏ．１４は正極に対する負極活物質量が少ないため、３ＣＡ容量（−５℃）が低下した。Ｎｏ．１５は正極に対する負極活物質量が多いため、浮動充電電流が増加した。
Claims (1)
- 負極活物質の密度が３．５〜４．０ｇ／ｃｍ３であり、負極活物質と正極活物質の質量比（負／正）が０．５０〜０．８０（ただし、０．７５〜０．８０を除く）であり、さらに負極活物質中にカーボンが０．１０質量％以下含有されていることを特徴とするスタンバイ用制御弁式鉛蓄電池。
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