JPH0765819A - 鉛蓄電池用極板 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 必要最小限の導電性繊維を用いて、活物質層
表面に所望の接触率で、むらなく導電性繊維を分散配置
することができる鉛蓄電池用極板を得る。 【構成】 繊維を織って形成した網目状シート３からな
る活物質脱落防止部材を用いる。網目状シート３を構成
する繊維の一部を導電性繊維とする。導電性繊維を活物
質層２の表面全体に対してむらなく分散するように網目
状シート３に織り込む。活物質層２の表面積に対する導
電性繊維と活物質層２の表面との接触面積の割合を５〜
３０％とする。網目状シート３を一つの網目が正方形を
成すように形成して導電性繊維の相互間の寸法を０．５
〜２．０mmとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉛蓄電池用極板に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】特開平４−２２９５５５号公報には、格
子体の極板対向面上に鉛または鉛合金の繊維を用いて形
成した不織布を配置し、格子体及び不織布の両方に活物
質を保持させた鉛蓄電池用極板が示されている。この従
来の鉛蓄電池用極板では、導電性を有する不織布が活物
質の脱落防止を図る活物質脱落防止部材としての機能を
果たしている。またこの不織布は、その導電性により活
物質表面部の導電性を高めて極板の化成効率及び集電特
性を高める機能を果たしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の常識では、電解
液の浸入を著しく阻害しない範囲で、できるだけ導電性
を有する活物質脱落防止部材と活物質層表面との接触面
積を大きくすることが好ましいと考えられていた。その
ため、鉛または鉛合金の繊維だけで形成した不織布を活
物質脱落防止部材として用いていた。しかしながら、発
明者が研究した結果、導電性繊維が活物質表面にむらな
く分散していれば、導電性繊維と活物質層表面との接触
面積はあまり大きくしなくてもよいことが判った。導電
性繊維は合成樹脂繊維と比べて価格が高いため、導電性
繊維の使用量を少なくできれば、極板の価格を下げるこ
とができる。しかしながら、不織布は多数の短繊維が規
則性なく絡み合って形成されているものである。そのた
め導電性繊維と絶縁性繊維とを混ぜて不織布を作っても
導電性繊維を均等にまたはむらなく分散させることが難
しく、また活物質層表面との接触面積を所望の範囲に入
れるように制御することが難しい。そのため、導電性繊
維を必要以上に使用せざるを得ないという問題があっ
た。

【０００４】本発明の目的は、必要最小限の導電性繊維
を用いて、活物質層表面に所望の接触率で、むらなく導
電性繊維を分散配置することができる鉛蓄電池用極板を
提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明では、集
電体に活物質ペーストを充填して形成した活物質層の上
に活物質脱落防止部材が配置されてなる鉛蓄電池用極板
を対象にする。本発明では、活物質脱落防止部材として
繊維が織られて形成された網目状シートを用い、網目状
シートを構成する繊維の一部または全部を導電性繊維に
より構成し、導電性繊維を活物質層の表面全体に対して
むらなく分散するように網目状シートに織り込む。尚こ
こで言う「むらなく分散」とは、活物質層表面全体に対
して偏りなく分散せることを意味し、均等または均一に
分散している場合だけに限定されない。

【０００６】請求項２の発明では、導電性繊維を集電体
に接続する。

【０００７】請求項３の発明では、活物質層の表面積に
対する導電性繊維と活物質層の表面との接触面積の割合
が５〜３０％となるように、導電性繊維を網目状シート
に織り込む。

【０００８】請求項４の発明では、網目状シートを一つ
の網目が正方形または長方形を成すように形成し、同じ
方向に延びる導電性繊維の相互間の寸法が０．５〜２．
０mmになるように導電性繊維を網目状シートに織り込
む。尚ここで言う「繊維の相互間の寸法」とは隣り合う
繊維と繊維とを隔てる距離である。

【０００９】請求項５の発明では、表面が導電性材料に
より被覆された合成樹脂繊維により導電性繊維を構成す
る。

【００１０】

【作用】請求項１の発明のように活物質脱落防止部材と
して繊維が織られて形成された網目状シートを用い、網
目状シートを構成する繊維の一部または全部を導電性繊
維により構成すると、導電性繊維を均等にまたはむらな
く活物質層の表面全体に対して配置することができる。
また導電性繊維の量及び織り方を適宜に変えるだけで活
物質層表面との接触面積を所望の範囲に入れるように簡
単に制御することができる。そのため本発明によれば、
必要最小限の導電性繊維を用いて、活物質層表面に所望
の接触率で、むらなく導電性繊維を分散配置することが
できる。

【００１１】請求項２の発明のように導電性繊維を集電
体に接続すると極板の化成効率及び集電特性を大幅に高
めることができる。

【００１２】請求項３の発明のように活物質層の表面積
に対する導電性繊維と活物質層の表面との接触面積の割
合を定めると、必要以上に導電性繊維を用いることな
く、極板の化成効率及び集電特性を効率よく高めること
ができる。

【００１３】網目状シートを一つの網目が正方形または
長方形を成すように形成し、同じ方向に延びる導電性繊
維の相互間の寸法を請求項４の発明のように定めると、
必要以上に導電性繊維を用いることなく、極板の化成効
率及び集電特性を効率よく高めることができる。繊維の
相互間の寸法が０．５mmを下回ると電解液の活物質内へ
の拡散が妨げられて化成効率が低下する。また繊維の相
互間の寸法が２．０mmを上回ると活物質表面部の導電性
が低下して電池容量が低下する。

【００１４】請求項５の発明のように、表面が導電性材
料により被覆された合成樹脂繊維により導電性繊維を構
成すると導電性材料だけで導電性繊維を形成するのに比
べて導電性繊維の軽量化が図れる上に、材料費が節約で
きるという利点がある。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細
に説明する。図１は鉛蓄電池用陽極板に適用した本実施
例の極板の部分平面図であり、図２は本実施例の極板の
部分断面図である。両図に示すように本実施例の陽極板
は、集電体１に活物質ペーストを充填して形成した活物
質層２の上に活物質脱落防止部材を構成する網目状シー
ト３が配置されて構成されている。

【００１６】集電体１は鉛合金の格子体（１４４mm×１
１１mm×１．６mm）により構成されており、枠体（図示
せず）及び複数の骨部１ａ…を有している。活物質層２
は一酸化鉛を７９％含む鉛粉８１．１重量％と水６．１
重量％と濃度３４．５％の硫酸１２．８重量％とを混練
した活物質ペーストを集電体１を構成する枠体及び骨部
１ａにより形成された空隙部に充填して形成した。

【００１７】網目状シート３は図３の模式図に示すよう
に耐酸性を有するポリエチレン繊維からなる直径０．１
mmの絶縁性繊維（実線：３ａ）と直径０．１mmの導電性
繊維（破線：３ｂ）とが一つの網目が正方形を成すよう
に交互に織り込まれて形成されている。尚絶縁性繊維は
耐酸性を有する塩化ビニル系、フッ素系等の合成樹脂も
用いることができる。本実施例では導電性繊維３ｂの相
互間の寸法は０．５mmになっている。尚導電性繊維３ｂ
の相互間の寸法は０．５〜２．０mmとするのが好まし
く、活物質層２の表面積に対する導電性繊維３ｂと活物
質層２の表面との接触面積の割合は５〜３０％とするの
が好ましい。導電性繊維３ｂは表面が１０±２μm の厚
みのジルコニウム層により被覆された合成樹脂繊維（ポ
リエチレン）により構成されている。尚導電性繊維は、
耐酸性の高い金属であれば金または白金等の金属を表面
に被覆して形成することもできる。導電性繊維として鉛
または鉛合金の繊維を用いると繊維の表面部に硫酸鉛の
層ができ、繊維の導電性が低下するという問題が生じ
る。ジルコニウム層は、図２に詳細に示すように集電体
１の枠体及び骨部１ａの極板表面に露出した部分１ｂに
接触している。本実施例では網目状シート３を集電体１
の枠体の輪郭をやや上回る大きさの１枚のシートにより
形成した。そしてこの網目状シート３を温度５０℃、湿
度９５％で２１時間熟成し、１００℃で１６時間乾燥し
た活物質層の両面に載置してから、網目状シート３を極
板の厚み方向から軽く加圧して活物質層２の上に網目状
シート３を固定した。

【００１８】本実施例の陽極板を化成すると、図４
（Ａ）〜（Ｃ）に示すように格子体の骨部１ａ近傍から
生成される二酸化鉛（充電生成物）Ｊが導電性繊維３ｂ
の近傍からも生成されるため、活物質全体に短い時間で
二酸化鉛Ｊが生成される。特に電解液に接触しやすい極
板表面にできる硫酸鉛Ｒは化成され難いが、本実施例の
陽極板では極板表面の硫酸鉛Ｒが全て充電生成物Ｊにな
るのが判る。尚参考までに導電性繊維３ｂを配置しない
従来の極板の化成状況を図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す。

【００１９】次に本実施例の陽極板と従来の陽極板とを
それぞれ用いて三種類の５５Ｄ２３型電池Ａ〜Ｃを作
り、これらの電池を用いて試験を行って、本実施例の陽
極板の特性を調べた。電池Ａは本実施例の陽極板を用い
た電池である。電池Ｂは、網目状シートを配置せず活物
質中に中空多孔質状のシリカ粉末を２％添加し、その他
は本実施例と同じ方法で製造した従来の陽極板を用いた
電池である。シリカ粉末を活物質中に添加するのは、活
物質の多孔度を上げて、電解液の含有量が高めることに
より電池の放電容量を増加させるためであり、このよう
な方法は従来より多用されている。電池Ｃは、網目状シ
ートを配置せず、その他は本実施例と同じ方法で製造し
た従来の陽極板を用いた電池である。尚電池Ａ〜Ｃは５
枚の陽極板と同寸法の公知の陰極板６枚とを組合せて製
造した。

【００２０】そして電池Ａ〜Ｃを２５℃の水槽内に置
き、９．６Ａで終止電圧１０．５Ｖまで放電して各電池
の５時間率容量を調べた。図６はその測定結果を示して
いる。本図より本実施例の陽極板を用いた電池Ａはシリ
カ粉末を活物質中に添加した従来の陽極板を用いた電池
Ｂとほぼ同等の容量を得ることができるのが判る。

【００２１】次に前述の電池Ａ〜Ｃを４０℃の水槽内に
置き、２０Ａで１時間放電した後に５Ａで５時間充電す
る充放電を繰り返し、充放電サイクル数と放電持続時間
との関係を測定した（ＪＩＳ５３０１の重負荷試験に準
拠）。図７はその測定結果を示している。本図より本実
施例の陽極板を用いた電池Ａは、従来の陽極板を用いた
電池Ｂ，Ｃと比べて寿命が延びるのが判る。これは電池
Ａでは網目状シート３により充放電の繰り返しで生じる
活物質の脱落を防止できるためである。

【００２２】次に電池Ａ，Ｂを４０℃の水槽内に置き、
０．２Ｃで１８時間通電して化成を行い、各電池の陽極
板の二酸化鉛化率（％）を測定した。図８はその測定結
果を示している。本図より従来の陽極板を用いた電池Ｂ
では化成されなかった活物質が本実施例の陽極板を用い
た電池Ａでは化成されているのが判る。

【００２３】次に、導電性繊維３ｂの相互間の寸法を様
々に変え、その他は本実施例と同じ構成の陽極板を用い
て５５Ｄ２３型電池を作り、各電池の５時間率容量を測
定して、導電性繊維の相互間の寸法と電池の５時間率容
量との関係を調べた。尚試験に用いた各極板の活物質層
の表面積に対する導電性繊維と活物質層の表面との接触
面積の割合は１０％とした。尚５時間率容量の測定は図
６に示す前述の試験を同じ条件で行った。図９はその測
定結果を示している。本図より導電性繊維の相互間の寸
法を０．５〜２．０mmとすると電池の容量を高めること
ができるのが判る。導電性繊維の相互間の寸法が０．５
mmを下回ると電解液の活物質内への拡散が妨げられて容
量は低下する。また導電性繊維の相互間の寸法が２．０
mmを上回ると活物質表面部の導電性が低下して容量が低
下する。

【００２４】次に、活物質層の表面積に対する導電性繊
維と活物質層の表面との接触面積の割合を様々に変え、
その他は本実施例と同じ構成の陽極板を用いて５５Ｄ２
３型電池を作り、各電池の５時間率容量を測定して、接
触面積の割合と電池の５時間率容量との関係を調べた。
尚、接触面積の割合は、網目状シートを極板の厚み方向
に加圧する加圧量を変えることにより行った。図１０は
その測定結果を示している。本図より接触面積の割合を
５〜３０％とすると電池の容量を高めることができるの
が判る。接触面積の割合が３０％を超えると電解液の活
物質内への拡散が妨げられて容量は低下する。尚導電性
繊維の断面形状が非円形であっても、接触面積の割合が
５〜３０％の範囲になれば同じ効果が得られることが確
認された。

【００２５】次に本実施例の陽極板を用いた電池Ａと、
活物質脱落防止部材として導電性不織布を用いた先願
（特開平４−２２９５５５号公報）の陽極板を用いた電
池Ｄとをそれぞれ用いて極板１枚あたりの繊維重量を変
え、各電池の極板１枚あたりの繊維重量と化成後の陽極
板の二酸化鉛化率（％）との関係を調べた。尚、電池Ａ
及び電池Ｄは活物質脱落防止部材を除いては同じ構造を
有している。また電池Ａは繊維の相互間の寸法を変える
ことにより繊維重量を変え、電池Ｄは不織布の厚みを変
えて繊維重量を変えた。また陽極板の二酸化鉛化率の測
定は図８に示す前述の試験を同じ条件で行った。図１１
はその測定結果を示している。本図より本実施例の陽極
板を用いると少ない繊維重量で化成後の陽極板の二酸化
鉛化率を高められるのが判る。これにより、電池Ａでは
必要最小限の導電性繊維が活物質表面にむらなく分散配
置されているのが判る。また本図において繊維重量が所
定の値を超えると陽極板の二酸化鉛化率が低下するのは
繊維により活物質内への電解液の拡散が妨げられるため
である。尚導電性繊維の断面形状が非円形であっても、
同じ効果が得られることが確認された。特に断面形状が
多角形だと活物質内に繊維がめり込み易くなるという利
点がある。

【００２６】尚本実施例では非導電性繊維と導電性繊維
とを一つの網目が正方形を成すように交互に織り込んで
網目状シートを形成したが、本発明ではこれに限定され
るものではなく、導電性繊維が活物質層の表面全体に対
してむらなく分散するのであれば、導電性繊維の配合量
及び網目状シートの織り込み方法は任意に選択できる。
また網目の形状も正方形に限定されるものではなく、長
方形等他の形にしても構わないのは勿論である。また本
実施例では網目状シートを集電体の枠体をやや上回る大
きさの１枚のシートに形成したが、本発明ではこれに限
定されるものではなく、例えば網目状シートを用いて集
電体１を包みこむ寸法の袋を作り、その開口部から集電
体１を挿入して、網目状シート３を活物質層２の上に配
置することもできる。また本実施例では集電体１の枠体
及び骨部１ａの極板表面に露出した部分１ｂに網目状シ
ート３を接触させて導電性繊維３ｂを集電体１に接続さ
せたが、本発明ではこれに限定されるものではなく、他
の方法で導電性繊維を集電体に接続させても構わない。
また導電性繊維を集電体に接続させることなく網目状シ
ートを活物質層の上に配置しても構わないのは勿論であ
る。

【００２７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、活物質脱落防
止部材として繊維が織られて形成された網目状シートを
用い、網目状シートを構成する繊維の一部または全部を
導電性繊維により構成するので、導電性繊維を均等にま
たはむらなく活物質層の表面全体に配置することができ
る。また導電性繊維の量及び織り方を適宜に変えるだけ
で活物質層表面との接触面積を所望の範囲に入れるよう
に簡単に制御することができる。そのため、本発明によ
れば、必要最小限の導電性繊維を用いて、活物質層表面
に所望の接触率で、むらなく導電性繊維を分散配置する
ことができる。

【００２８】請求項２の発明によれば、導電性繊維を集
電体に接続するので極板の化成効率及び集電特性を大幅
に高めることができる。

【００２９】請求項３及び４の発明によれば、必要以上
に導電性繊維を用いることなく、極板の化成効率及び集
電特性を効率よく高めることができる。

【００３０】請求項５の発明によれば、表面が導電性材
料により被覆された合成樹脂繊維により導電性繊維を構
成するので導電性材料だけで導電性繊維を形成するのに
比べて導電性繊維の軽量化が図れる上に、材料費が節約
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本実施例の鉛蓄電池用陽極板の部分平面図で
ある。

【図２】 本実施例の鉛蓄電池用陽極板の部分断面図で
ある。

【図３】 本実施例の鉛蓄電池用陽極板に用いた網目状
シートの平面図である。

【図４】 （Ａ）〜（Ｃ）は本実施例の陽極板において
二酸化鉛（充電生成物）が生成される様子を示す図であ
る。

【図５】 （Ａ）〜（Ｃ）は従来の陽極板において二酸
化鉛（充電生成物）が生成される様子を示す図である。

【図６】 ５時間率容量試験に用いた各電池の試験結果
を示す図である。

【図７】 充放電試験に用いた各電池の充放電サイクル
数と放電持続時間との関係を示す図である。

【図８】 化成試験に用いた各電池の陽極板の二酸化鉛
化率を示す図である。

【図９】 導電性繊維の相互間の寸法と電池容量との関
係を示す図である。

【図１０】 活物質層の表面積に対する導電性繊維と活
物質層の表面との接触面積の割合と電池容量との関係を
示す図である。

【図１１】 試験に用いた電池の極板１枚あたりの繊維
重量と陽極板の二酸化鉛化率との関係を示す図である。

【符号の説明】

１ 集電体 ２ 活物質層 ３ 網目状シート ３ｂ 導電性繊維

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 集電体に活物質ペーストを充填して形成
   した活物質層の上に活物質脱落防止部材が配置されてな
   る鉛蓄電池用極板であって、 前記活物質脱落防止部材として繊維が織られて形成され
   た網目状シートが用いられ、 前記網目状シートを構成する前記繊維の一部または全部
   が導電性繊維からなり、 前記導電性繊維は前記活物質層の表面全体に対してむら
   なく分散するように前記網目状シートに織り込まれてい
   ることを特徴とする鉛蓄電池用極板。
2. 【請求項２】 前記導電性繊維は前記集電体に接続され
   ていることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池用極
   板。
3. 【請求項３】 前記活物質層の表面積に対する前記導電
   性繊維と前記活物質層の表面との接触面積の割合が５〜
   ３０％となるように、前記導電性繊維が前記網目状シー
   トに織り込まれている請求項２に記載の鉛蓄電池用極
   板。
4. 【請求項４】 前記網目状シートは一つの網目が正方形
   または長方形を成すように形成されており、 同じ方向に延びる前記導電性繊維の相互間の寸法が０．
   ５〜２．０mmになるように前記導電性繊維が前記網目状
   シートに織り込まれている請求項２または３に記載の鉛
   蓄電池用極板。
5. 【請求項５】前記導電性繊維は、表面が導電性材料によ
   り被覆された合成樹脂繊維からなる請求項１、２、３ま
   たは４に記載の鉛蓄電池用極板。