JP3736247B2

JP3736247B2 - 密閉形蓄電池およびその製造方法

Info

Publication number: JP3736247B2
Application number: JP37386399A
Authority: JP
Inventors: 勲井門; 孝中嶋
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1999-12-28
Filing date: 1999-12-28
Publication date: 2006-01-18
Anticipated expiration: 2019-12-28
Also published as: JP2001185093A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は密閉形蓄電池、特にバックアップ用途等に用いられる大形の密閉形鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
バックアップ電源用の蓄電池として従来の液式の鉛蓄電池に代わって密閉形鉛蓄電池が広く使用されてきている。密閉形鉛蓄電池は補液等の保守点検作業を低減することができるので運用コスト面で有利である。このような中で、近年縦長形状の密閉形鉛蓄電池が普及しつつある。この縦長形状の密閉鉛蓄電池は横置きの状態で多段積みにして使用される。このような設置方法によれば設置高さを高くしても電池の端子は組電池の側面に位置するので端子間の配線作業や日常の保守点検作業の作業性を損なうことがない。また、設置高さを高くできるので設置に必要な面積は従来の液式鉛蓄電池に比較して少なくできるという利点がある。
【０００３】
一方、密閉形鉛蓄電池の電槽内圧は製造工程および市場で使用される際に加圧、減圧の変化を繰り返す。この圧力の変化によって電槽の側面、底面は、加圧の時は凸に変形し、減圧の時は凹に変形する。このような変形は小形の密閉形鉛蓄電池ではそれほど問題ではなかった。ところが大容量の密閉形鉛蓄電池になると、電槽内壁の面積増加に伴って内圧上昇によって受ける力は増大する。また、特に縦長形状の電池においては大面積を有する側面にかかる大きな応力は比較的小面積である底面との狭い境界部に集中することになる。このような応力は常時同一方向に作用するのではなく、前記したような電槽内圧の変化と大気圧との関係により応力の方向は変化する。すなわち、側面が底面との境界部をヒンジとして側面と底面とのなす角度が変化するように変形する。このような変形は特に底辺の一方の外寸をａ、底辺の他の一方の外寸をｂ、そしてこの辺に接する側面の高さ、すなわち電槽の高さ方向の外寸ｈとした場合にｈ≧１．４ａ、ｈ≧１．４ｂの場合に特に顕著である。このような変形は電槽側面と底面との境界部にクラックを発生させることがある。このようなクラックにより電槽の気密が損なわれて蓄電池容量が低下したり、電解液が一部電槽外へ漏出するという課題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような密閉形蓄電池において、電槽内圧の変化によって電槽側面と底面との間の境界部に生じるクラックを抑制して信頼性に優れた密閉形蓄電池を得ることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明の請求項１記載に係る発明はエチレン−プロピレンブロック共重合体を主体とする合成樹脂からなる電槽を備えた密閉形蓄電池において、前記電槽の側面と底面との境界部に小空孔のミクロボイドを電槽の他の部分に比較して多く存在させた。
【０００６】
また、本発明の請求項２記載に係る発明は請求項１の構成を有する密閉形蓄電池において、電槽の高さ方向の外寸をｈ、底辺の一方の外寸をａ、底辺の他の一方の外寸をｂとした時にｈ≧１．４ａでかつｈ≧１．４ｂとしたものである。
【０００７】
また、本発明の請求項３記載に係る発明は請求項２の構成を有する密閉形蓄電池において、電槽は一つのセル室から構成することとした。
【０００８】
また、本発明の請求項４記載に係る発明は請求項２または請求項３の構成を有する密閉形蓄電池において、電槽の高さ方向の外寸ｈは少なくとも４００ｍｍ以上とした。
【０００９】
また、本発明の請求項５記載に係る発明はエチレン−プロピレンブロック共重合体を主体とする合成樹脂からなる電槽を備えた密閉形蓄電池の製造方法であって、電槽底面もしくは電槽側面に変形を与えて前記底面と前記側面との境界部にミクロボイドの集中的な発生による白色部を形成する蓄電池の製造方法とした。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について記載する。
【００１１】
まず、電槽材料としてはエチレン−プロピレンブロック共重合体を用いる。このエチレン−プロピレンブロック共重合体は樹脂成形機により縦長電槽に成形される。この後、電槽側面と底面との境界部に、ある一定以上の衝撃を加える。エチレン−プロピレンブロック共重合体に、ある一定以上の衝撃を加えると樹脂材料中に分散したエチレンプロピレンラバー中もしくはエチレンプロピレンラバー中に残留するポリエチレンとの境界部にミクロボイドと云われる小空孔が発生する。このミクロボイドは非常に径が小さく１０^-3から１０^-7ｍｍレベルのものである。このようなミクロボイドが発生した部分はヒンジ効果が発生し、繰り返しの変形によっても破断を発生させる確率を極めて低下させることが可能となる。実際にミクロボイドを発生させる手段としては、電槽を成形する際に成形機から電槽を取り出す過程、もしくは取り出した直後で電槽が雰囲気温度まで冷却される以前に、電槽の開口部から強制的に適度な圧力の変化を加えて適度に電槽側面、底面を変形させ、電槽側面、底面の周囲コーナー部にミクロボイドを形成させる。
【００１２】
このようなミクロボイドが発生した場合にはミクロボイドによって光散乱が起こるので、ミクロボイドが集中的に発生した部位は電槽の他の部位に比較して白く観察され、ミクロボイドの発生の有無を容易に判別することができる。
【００１３】
ここで電槽の形状としては電槽の高さ方向の外寸をｈ、底辺の一方の外寸をａ、底辺の他の一方の外寸をｂとした時に、ｈ≧１．４ａでかつｈ≧１．４ｂの縦長形状を有する電槽に適用することが特に望ましい。縦長形状を有しない電槽の場合は比較的長い電槽側面と底面との境界部が電槽側面の変形応力を受けるので比較的クラックを発生させることが少なく、結果として本発明の課題自体が縦長形状の電槽の場合ほどには顕著ではない。また、同様の理由により電槽の高さ方向の外寸ｈが４００ｍｍ以下の場合よりも、ｈが少なくとも４００ｍｍ以上となる場合に適用することが望ましい。
【００１４】
さらには、電槽が単一セルで構成される場合にはセルの側面の変形を抑制する隣接セルが存在しないので側面の変形は比較的自由に発生する。したがって本発明の課題がより顕著に発生することから、複数セルの場合に比較して単一セルで構成される電槽に本発明の構成を適用することが特に好ましい。
【００１５】
【実施例】
（実施例１）
以下に本発明の実施例とその効果について説明する。
【００１６】
まず、前記した発明の実施の形態にしたがって密閉形鉛蓄電池用の電槽を作製した。この電槽１は図１に示したように単セルで構成され、縦長形状を有しており底面２の外寸はａ＝３１８ｍｍ、ｂ＝１７０ｍｍである。電槽蓋との接合部までの電槽の高さはｈ＝４８０ｍｍであり、（ｈ／ａ）＝１．５１でかつ（ｈ／ｂ）＝２．８２である。なお、電槽の肉厚は４ｍｍである。ミクロボイドの形成方法としては電槽成形型から電槽を抜き取る際に電槽内側と成形型との間にエアーを導入して加圧し、電槽の底面２を電槽の外側に加圧変形させた。この変形量は２０ｍｍであった。この時、電槽の側面３と底面２との間の境界部４は電槽の他の部位に比較して白色化しミクロボイドが多く形成されたことを示していた。
【００１７】
次に本発明による電槽１と同一樹脂材料で成型され、同一形状・寸法を有する比較例の電槽を作製した。この比較例の電槽は成型直後に電槽の底面に加圧しなかったものであり、電槽の側面と底面との境界部には白色化は発生していなかった。これは電槽の側面と底面との境界部にミクロボイドが集中的に発生していないことを示している。
【００１８】
この本発明による電槽と比較例による電槽を用いてそれぞれ２Ｖ１０００Ａｈの密閉形鉛蓄電池を作製し連続充電試験を行った。すなわち、試験環境温度を６０℃として２．３Ｖの一定電圧で２週間連続充電後、７２時間放置する。この連続充電と放置を繰り返し行い電槽の状態を確認した。この試験においては充電時には電槽内は大気圧以上に加圧され、放置中は負極板による酸素ガス吸収反応により大気圧以下に減圧される。このようにして電槽内圧を変化させた場合での電槽側面と電槽底面との境界面でクラック発生の有無を確認した。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】

【００２０】
表１に示したように比較例の電池は１４ヵ月目にして電槽の側面と底面との境界部表面にクラックが発生し、１６ヵ月目ではクラックがさらに成長して電槽内の気密が損なわれていたので試験を停止した。一方、本発明の電池では２４ヵ月時点でも比較例の電池で発生したようなクラックは認められなかった。
【００２１】
（実施例２）
次に比較例の電池の電槽および本発明例の電池の電槽について電槽の高さをそれぞれ４４５ｍｍ（ｈ／ａ＝１．４）の場合と４１３ｍｍ（ｈ／ａ＝１．３０）の場合とに変化させて実施例１と同様な連続充電試験を行った。この試験については最大２４ヵ月とし、電槽にクラックが発生するまでの期間を確認した。その結果、ｈ／ａの値が１．４の場合には比較例の電槽では１８ヵ月目に微少なクラックの発生が見られた。一方、ｈ／ａ＝１．３０では２４ヵ月目で微少なクラックの発生が見られた。一方、本発明例の電槽を用いた場合には２４ヵ月時点ではクラックは発生しなかった。よってこの比率（ｈ／ａ）が１．４以上の電槽を有するものについて本発明の構成を適用することが特に好ましいことが確認できた。
【００２２】
（実施例３）
次に本発明の電槽および比較例の電槽について形状を変更したものを作製した。すなわち電槽の底面の寸法は一辺を２３０ｍｍの正方形状とし、電槽の高さｈを４５０ｍｍ、４００ｍｍ、３５０ｍｍ、３１０ｍｍと変化させて実施例１と実施例２と同様の実験を行った。その結果、電槽の高さｈが４００ｍｍ、３５０ｍｍの比較例の電槽を用いたものについては、ｈ／ａの値はそれぞれ１．７４、１．５２と前記した１．４以上であるにもかかわらずクラックが発生するまでの期間が２０ヵ月と大幅に伸びていた。さらにｈ／ａ＝１．３５である３１０ｍｍの比較例の電槽を用いたものについては２４ヵ月時点でクラックは全く発生していなかった。なお、本発明例の電池については２４ヵ月時点でもクラックは発生していなかった。この結果から比率（ｈ／ｂ）が１．４以上の領域であっても電槽の高さｈが４００ｍｍ以下となるとクラックの発生までの期間が長くなることが確認できた。よって本発明の構成はクラック発生までの期間が比較的短くなる電槽の高さ４００ｍｍ以上の電池に適用することにより、本発明の効果がより顕著となることが確認できた。
【００２３】
これら実施例１〜３の結果から電槽の高さｈと底辺の一方の長さａの比率ｈ／ａが１．４以上であるような縦長形状を有し、かつｈが４００ｍｍを超える大形電槽を使用する場合に本発明の課題が顕著に発生することから本発明はこのような場合に適用することが特に望ましいことが判る。
【００２４】
（実施例４）
実施例１での本発明例の電槽と比較例での電槽について電槽肉厚をそれぞれ３ｍｍ、４ｍｍおよび７ｍｍのものを作製し、実施例１と同様の連続充電試験を行った。その結果、電槽の肉厚をこの領域（３〜７ｍｍ）で変化させてもクラックが発生し始める時期に変化は見られなかった。ただし、気密が損なわれるに至る期間は肉厚を７ｍｍにすることにより比較例の電槽で２０ヵ月まで長くなることが確認できた。
【００２５】
【発明の効果】
前記に説明したように本発明の構成によれば、縦長形状を有する密閉形蓄電池で発生する側面と底面との間の境界部でのクラックの発生を抑制して信頼性に優れた電池を得ることができ、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による密閉形蓄電池の電槽を示す図
【符号の説明】
１電槽
２底面
３境界部
ａ底辺の一方の外寸
ｂ底辺の他の一方の外寸
ｃ電槽の高さ方向の外寸

Claims

エチレン−プロピレンブロック共重合体を主体とする合成樹脂からなる電槽を備えた密閉形蓄電池において、前記電槽の側面と底面との境界部に小空孔のミクロボイドを電槽の他の部分に比較して多く存在させたことを特徴とする密閉形蓄電池。
電槽の高さ方向の外寸をｈ、底辺の一方の外寸をａ、底辺の他の一方の外寸をｂとした時に、ｈ≧１．４ａでかつｈ≧１．４ｂとしたことを特徴とする請求項１に記載の密閉形蓄電池。
電槽は一つのセル室から構成されることを特徴とする請求項２に記載の密閉形蓄電池。
前記ｈは少なくとも４００ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２または３に記載の密閉形蓄電池。
エチレン−プロピレンブロック共重合体を主体とする合成樹脂からなる電槽を備えた密閉形蓄電池の製造方法であって、電槽底面もしくは電槽側面に変形を与えて前記底面と前記側面との境界部にミクロボイドの集中的な発生による白色部を形成したことを特徴とする密閉形蓄電池の製造方法。