JPS6055956B2 - 蓄電池 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は新規な蓄電池に関するものである。

従来の蓄電池は充電の終期乃至は過充電時に電解液の
水の電気分解が起り、酸素及び水素ガスが発生する。開
放型の蓄電池では随時これらのガスを外部へ逸散させる
ことができるが、密閉型の蓄電池にあつてはそれらのガ
スによる内圧上昇の耐えうる耐圧性容器を用いたり、異
常な内圧上昇時に作動する安全弁を設けたり、又は発生
するガスを極板て触媒を用いて化学的に水に変化させる
などして、そのガス発生に伴う内圧上昇、更には容器破
損にそなえる対策が講じられている。 一方、蓄電池に
はすべて従来から幾枚か並列に連続して挿入される両極
板が接触して短絡するのを防止するために両極板間に微
孔性の各種材料からなるセパレーターが用いられている
。

通常木質、ゴム質、繊維質、合成樹脂質の材料であり、
その他ガラスマットがよく用いられている。その為、材
料費も幾分大ならざるをえなかつた。 本発明者は特に
密閉式蓄電池における充電時の ガス発生を除去乃至抑
制することを目的として特に研究、実験を重ねたところ
、かかる蓄電池において事実上セパレーターを用いるこ
となく陽極活物質に陰極金属又は陰極活物質を接触せし
めるという画期的手段により、前記目的を達成しうるこ
とを見出したのである。 本発明をその各実施例を示す
図面について更に詳しく説明すれば第１図の拡大説明図
において、１及び２は夫々陰極板及ひ陽極板、３、４は
陰極、陽極の活物質であり５は両極におけるグリッドを
示す。

第５図ではこれらが電解液６、電槽７とともに示されて
いる。ここにおいては両極の活物質が互に接触しており
、陽極活物質４の直接接触部分８が充放電によつて酸化
還元されてセパレータの代役をなすようになつているの
である。即ち放電時、放置時には接触部分が一部放電し
還元されて例えば鉛蓄電池では円Ｄ。−ＰｂＳＯ。とな
り不良導体化して両電極間のセパレーターの代役となり
、充電時にはこの還元されたセパレーター代りの接触部
分は徐々に酸化（ＰｂＳ０。−ＰｂＯ０）され電導性を
回復するのであり、充電時においては上記の如く陰陽極
板全面が部分的に酸化、還元を繰返して均衡が保たれる
ものと思われる。かくして前記接触部分８を殆ど充電電
流が極性よりグリッドを経て、バイパス回路的に通過す
るので、ほとんど水の電気分解を起さず、従つてガスの
発生がみられないのである。 より詳しく云えば、陽極
活物質に陰極金属又は陰極活物質を直接接触させると瞬
時放電を起すが忽ち放電は中止される。

そして充電して開放回路又は放電回路に切替えると陽極
活物質は化学変化を起し、鉛蓄電池の場合は陽極活物質
ＰｂＯ２がＰｂＳＯ４となり、又アルカリ蓄電池の場合
はＮｉ２Ｏ３がＮｉ（０Ｈ）２となつて、いずれも不良
導体化して薄い絶縁膜が出来て、これが通常の蓄電池に
おけるセパレータ代りの役割りを果すこととなる。而も
、前記絶縁膜は通常の蓄電池に使用されている抵抗の大
きなセパレータと違つて、化学的な非常に薄い膜のため
放電効率も格段と大きく、又充電に際しても大いに有効
に働く。即ちその初期には不良導体部分に殆ど電流が流
れず、漸次充電が進行するに従つてこの不良導体部分も
徐々に導体化する。そして殆ど充電が完了したときには
その部分も活性化され、前記のように、充電電流は陽極
端子からグリッドへ、そしてこの活性化部分をバイパス
回路的に経て、陰極金属又は陰極活物質から陰極端子へ
と電子伝導により流れ、殆どの充電電流がそこを流れる
ため、両電極端子電圧も低く、水の電気分解も事実上起
らないこととなるのである。一般の蓄電池においては充
電終期に充電電流のほとんどが水の電気分解に使用され
るようになるのに対して、本発明では従来水の電気分解
につかわれていた充電電流を上述のようにセパレーター
代役部分をバイパス回路的に通過させるのである。

そして蓄電池内部抵抗も低くなり充電電流を大きくして
短時間充電を可能ならしめるのである。陽極活物質と陰
極金属又は陰極活物質とを接触させる場合に最も留意す
べきは直接接触させた部分の接触抵抗であり、この抵抗
が小さければ本発明の効果は大となる。

いいかえればかかる蓄電池に充電しても端子よりグリッ
ドへそしてバイパス回路の直接接触部分へと充電電流は
大きく流れ、そのためバイパス回路に対する陰陽両電極
板への充電比率が小さくなつて、両電極板への充電が困
難となる。反対に、接触抵抗を大きくなるようにすれば
、本発明による効果は小となる。そのため接触抵抗を最
も適当な値にすることが要求される。その一つの方法は
、陰陽両電極板の対向面側の陽極活物質に例えば耐電解
液性プラスチック粉末等の添加物を混入することである
。第２図は陽極活物質４中に陰極金属７を埋込みその金
属を陰極１に接続するようにしたものである。

陰陽両電極板間の接触抵抗が小さいときは充電終期電圧
が小さくたとえば鉛蓄電池で１セルあたり２．２〜２．
３ボルト、アルカリ電池で１．２〜１．３ボルト位とな
り、放電容量が不足気味となるので、接触抵抗をやや大
きくする必要がある。

このようなときは第３図の如く陰陽両電極１，２の間に
例えば目の荒い耐電解液性の織布又は不織布１０をつか
うのが好ましい。アルカリ蓄電池の場合はナイロン（ポ
リアミド）織布、鉛蓄電池ではテトロン（ポリエチレン
テレフタレート）織布でごく薄いもの、例えば０．１朗
位のものがよい。アルカリ蓄電池であれば１枚でよいが
、鉛蓄電池のときは２〜３枚重ねて両電極間に挟む。こ
のように両電池において織布の重ね工合がちがうのは両
電池の極板活物質の結晶強度に差違があり、アルカリ蓄
電池の極板の活物質は鉛蓄電池の活物質に比べて充放電
による脱落が少ないからである。このようにして組立て
た蓄電池を２〜３回充放電すると、活物質が脱落して両
電極間に挟んた織布の網目に詰り、この目に詰つた活物
質１１が接触抵抗体となる。挟む布の数による抵抗体を
加減する。図において８はさきと同様に脱落した両極の
活物質が網目に堆積して陰陽極板を短絡せしめ充放電に
より酸化還元する部分である。従来のセパレーターは充
放電等により脱落した活物質の微粒子を該セパレーター
の微孔中を通過、堆積させず、両極の短絡を生せしめな
いようにするために設けられていた。

しかるに本発明のこの例では前述のように耐電解液性繊
維の織布、不織布などの比較的目のあらいものを両極板
間に挟み、充放電等により脱落した活物質の微粒子を上
記織布、不織布等の目に積極的に通過、堆積させ、この
堆積した活物質を抵抗体とし、この抵抗体の加減により
両極間の接触抵抗を適切に求めることができる。尚、既
存の極板で上記何れかの蓄電池を製作しようとする場合
は両極板のグリッドが活物質に．よつて覆いかぶされて
いるようなものが好ましい。尚、アルカリ蓄電池では支
障ないが鉛蓄電池では陰陽両電極板の活物質の量に見合
う量の電解液が必要であるのに、陰陽両電極板を直接接
触させると、存在する電解液の量が不足することになる
。

これを補なうため、直接接触させた陰陽両極板各１枚か
らなる１組のみの場合はそれでよいか、他の幾組かと配
列して極板群とする場合は組と組との間隔を拡大、調整
することによつて所要量の電解液を確保することが必要
である。必要な液量から極板間の間隔を求めて両電極板
を配列し、直接接触部分の裏側から電極板の無数の細孔
を通じて必要量の電解液を両電極板に補給すれば充分の
機能が発揮されることになる。第４図に第３図の極板群
を２組間隔ｄにおいて並列使用する場合を示した。さて
、以上説明した各実施例のように陽極活物質に陰極金属
又は陰極活物質を直接又は間接に接触させた本発明の蓄
電池では充電時に水の電気分解をみることなく従つて酸
素、水素ガスの発生はないのであつて、これを示すため
に第５図の蓄電池において２時間率充電を行つた場合の
充電電圧の変化を第６図に示す。

この図から明かなように充電電圧は過充電状態において
も、アルカリ蓄電池ては１．４５■、鉛蓄電池では２．
４Ｖ以上に上昇することはない。陰陽電極も水素又は酸
素の発生電位以上になることはないので、従つて過充電
においても水の電気分解によるガスの発生はみられなか
つた。放電効率も格段と高く、従来の鉛蓄電池ではＩＣ
Ａ放電で大体５０〜５５％程度であつたが、本発明によ
るときは９０％前後の成積も充分得られた。本発明者は
本発明の蓄電池の性能を観測するために、第７図の如き
蓄電池を製作してテストを行なつた。従来のように陰極
板１、陽極板２、その間にセパレーター１２を設けた外
、陽極板２の外側に陰極として作用させる第３の電極と
して耐電解液性金属板１４を接触せしめる。６は電解液
、７は電槽であり、８は充放電により陽極活物質表面に
生ずる酸化還元する部分である。

そして充放電において陰陽両電極の間に流れる電流と、
第３電極と陽極間に流れる電流とその合計を三つの電流
計１５，１６，１７によつて測定する。第７図の蓄電池
において２時間率の充電を行なつた充電特性図を第８図
に示す。

この図において横軸は充電容量をとつたもので１００％
はこの電池の容量を示す。縦軸は充電電圧と充電電流を
とつたもので充電電圧のみ目盛を示してある。曲線Ａは
充電電圧で充電が進むに従つて電圧が上昇するが過充電
状態では充電電圧は１００％充電状態より僅かに下る。
曲線Ｂは電流計１５に示される陰陽両電極間充電電流、
曲線Ｃは電流計１６に示される陽極と第３電極間に流れ
る電流てあり、曲線Ｄは曲線ＢＩ：ニ．Ｃとの加算され
た電流であり、電流計１７に示されるものである。曲線
Ｂ即ち陰極板１と陽極板２との間に流れる電流は、充電
当初多く流れ、充電が進行するに従つて次第に大きく減
少する。

次に陽極板２と陰極として作用する第３電極１４の間に
流れる電流は、曲線Ｃのように、充電当初は少なく充電
が進行するに従つて次第に多く流れるものて、陽極板２
と第３電極１４との間の接触部分８の陽極活物質は充電
が進行するに従つて、はじめ還元されていたのが徐々に
酸化されて電導性を帯びて来て、陽極板と第３電極間の
電流が徐々に大きくバイパス的に流れるようになること
が明らかである。

これは従来の蓄電池の場合と大きく異なる。又充電回路
を切つたり或は直ちに放電を行なうときは、上記陽極板
と第３電極との接触部分は酸化されていた陽極活物質が
還元され電導性は速かに消失される。

尚第８図においても充電特性が第６図と同様であるとこ
ろから、本発明では第１図〜第４図いずれの場合でも充
電特性は同じく優れていることが分るであろう。又特に
鉛蓄電池の場合従来は２００〜４００サイクルの充放電
で短絡現象が始まつてくるが本発明によれば２０００〜
３０００サイクルの充放電にも満足できる結果を与える
。本発明の蓄電池は流動性の電解液ばかりてなくコロイ
ド状の電解液を用いても同様であり、密閉型、開放型の
いずれの場合でも同様に有効である。

かくて本発明によれば、事実上セパレーターを用いるこ
となく蓄電池の陽極活物質に陰極金属又は陰極活物質を
接触させることにより、充電終期乃至過充電時の水の電
気分解を発生させることなく従つて酸素、水素ガスを発
生せしめることがなくしかも放電効率を著しく向上せし
め、更には材・料費の節減をはかることもできるのてあ
り、本発明は実に画期的にして有効な蓄電池を提供する
ものである。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第４図は本発明蓄電池の各実施態様を示す
要部拡大説明図であり、第１図は両極板を平面的に接触
せしめて両極活物質を直接接触せしめた例、第２図は陽
極活物質中に陰極金属を挿入しこれを陰極に接続せしめ
た例、第３図は両極間に織布又は不織布を挿入しその網
目に活物質を堆積せしめた例、第４図は第３図示に係る
２組の極板群を離間して配列する例を示す。 第３図ａは第３図の部分ａの拡大図である。第５図は第
１図示の極板に電解液、電槽及びリード線を付して表し
た説明図、第６図は第５図の蓄電池の充電電圧の変化を
示すグラフ、第７図は本発明の蓄電池の性能を測定する
ために特に設計した蓄電池の説明図、第８図は第７図示
の蓄電池の充電電圧、充電電流の変化を示すグラフであ
る。各図において、共通に、１・・・・・・陰極板、２
・・・・・・陽極板、３・・・・・・陰極板活物質４・
・・・・・陽極板活物質、５・・・・・・グリッド、６
・・・・・・電解液、７・・・・・・電槽、８・・・・
・・陽極活物質中充放電により酸化還元する部分、９・
・・・・・陰極金属、１０・・・・・・織布又は不織布
、１１・・・・・・網目に堆積した活物質、１３・・・
・・・蓄電池下部に沈積した活物質、１４・・・・・・
陰極として作用させる第３の電極、１５，１６，１７・
・・・・・電流計、Ａ・・・・・・第８図蓄電池の充電
電圧を示す曲線、Ｂ・・・・・・電流計１５に表わされ
る充電電流を示す曲線、Ｃ・・・・・・電流計１６に表
わされる充電電流を示す曲線、Ｄ・・・・・・電流計１
７に表わされる充電電流を示す曲線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電槽、その電槽に収容された電解液、その電解液に
   浸漬された陰極及び陽極を有し、前記陰極は陰極金属又
   は陰極活物質を有し、前記陽極は陽極活物質を有し、前
   記陰極金属又は陰極活物質は前記陽極活物質と直接接触
   しており、その接触部分には充電及び放電時に酸化、還
   元を受けて形成される絶縁膜を有することを特徴とする
   蓄電池。