JP2002222654A - 電池用集電体とそれを備えた電池および鉛蓄電池 - Google Patents
電池用集電体とそれを備えた電池および鉛蓄電池Info
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 １．０ｍｍ程度以下の薄型の電池用集電体に
おいて、放電時の電圧特性（出力特性）と容量特性を両
立した構成を生産性良く提供すること。 【解決手段】 集電体の集電耳４に隣接した第１の集電
体部２をパンチングにより第１の開口部２ａを形成し、
この第１の開口部２ａの集電耳４と反対側の第２の集電
体部３に第１の集電体部２の開口率よりも高い開口率で
エキスパンド加工による第２の開口部３ｂを形成する。
おいて、放電時の電圧特性（出力特性）と容量特性を両
立した構成を生産性良く提供すること。 【解決手段】 集電体の集電耳４に隣接した第１の集電
体部２をパンチングにより第１の開口部２ａを形成し、
この第１の開口部２ａの集電耳４と反対側の第２の集電
体部３に第１の集電体部２の開口率よりも高い開口率で
エキスパンド加工による第２の開口部３ｂを形成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は電池用集電体とそれ
を備えた電池および鉛蓄電池に関するものである。
を備えた電池および鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】現在、あらゆる電池において、電池の高
容量化、高出力化が行われている。高出力を必要とする
電池では、次の２点の特徴を考慮することが必要であ
る。
容量化、高出力化が行われている。高出力を必要とする
電池では、次の２点の特徴を考慮することが必要であ
る。
【０００３】極板枚数を増やし、反応表面積を増加さ
せること。集電耳に近接する集電体上部での開口率を
下げ、ハイレート放電時の電圧の低下を抑制する。ま
た、電池の容量を確保するため集電体下部では開口率を
ある程度上げて集電体に保持される活物質量を確保する
ことが必要である。
せること。集電耳に近接する集電体上部での開口率を
下げ、ハイレート放電時の電圧の低下を抑制する。ま
た、電池の容量を確保するため集電体下部では開口率を
ある程度上げて集電体に保持される活物質量を確保する
ことが必要である。
【０００４】上記に記載した事項を満足するために
は、一定の電池容積中に多くの極板を入れることが必要
であり、そのためには極板を薄くすることが必要であ
る。
は、一定の電池容積中に多くの極板を入れることが必要
であり、そのためには極板を薄くすることが必要であ
る。
【０００５】また、上記に記載した事項を満足するた
めには、集電体上部の集電骨の断面積を大きくする必要
がある。
めには、集電体上部の集電骨の断面積を大きくする必要
がある。
【０００６】従来、鉛蓄電池に用いる集電体、特に厚み
が１ｍｍ未満の薄型の集電体の作製手段としては、エキ
スパンドと呼ばれる、集電体シート（鉛蓄電池において
は鉛シート）にスリットを千鳥状に形成してこのスリッ
ト部を直接展開して活物質を充填する手段や、パンチン
グと呼ばれる、集電体シートに打抜き加工で開口部を形
成し、この開口部に活物質を充填する手段が一般的に知
られている。
が１ｍｍ未満の薄型の集電体の作製手段としては、エキ
スパンドと呼ばれる、集電体シート（鉛蓄電池において
は鉛シート）にスリットを千鳥状に形成してこのスリッ
ト部を直接展開して活物質を充填する手段や、パンチン
グと呼ばれる、集電体シートに打抜き加工で開口部を形
成し、この開口部に活物質を充填する手段が一般的に知
られている。
【０００７】そして、それぞれの集電体の作製手段には
特徴があり、前者つまりエキスパンド手段では、スリッ
トを形成した集電体シートを展開して格子状に開口する
ので、集電体に開口部を形成するのに打抜き屑を発生さ
せることがなく、従って集電体の前駆体の集電体シート
に無駄が少なく格子の開口率に関係なく集電体シートを
有効に使用することが可能である。しかし、スリットの
展開において集電骨もしくは集電骨の交点で捩れが発生
するので、集電骨の太さを太くして開口率を低下させる
とそれに応じて極板厚みが増してしまうといった問題が
ある。それに対し、後者つまりパンチング手段では、集
電体シートに穴を開け集電体を作製するため集電骨の太
さと集電体厚みには関係がなく格子を太くすることが可
能である。しかし、開口率に応じ集電体シートからの打
抜き屑の量は多くなり、無駄が出る。また、パンチング
により集電骨を細かく形成することは集電骨の変形や切
れが生じやすいこともあり、生産性に優れたものではな
い。
特徴があり、前者つまりエキスパンド手段では、スリッ
トを形成した集電体シートを展開して格子状に開口する
ので、集電体に開口部を形成するのに打抜き屑を発生さ
せることがなく、従って集電体の前駆体の集電体シート
に無駄が少なく格子の開口率に関係なく集電体シートを
有効に使用することが可能である。しかし、スリットの
展開において集電骨もしくは集電骨の交点で捩れが発生
するので、集電骨の太さを太くして開口率を低下させる
とそれに応じて極板厚みが増してしまうといった問題が
ある。それに対し、後者つまりパンチング手段では、集
電体シートに穴を開け集電体を作製するため集電骨の太
さと集電体厚みには関係がなく格子を太くすることが可
能である。しかし、開口率に応じ集電体シートからの打
抜き屑の量は多くなり、無駄が出る。また、パンチング
により集電骨を細かく形成することは集電骨の変形や切
れが生じやすいこともあり、生産性に優れたものではな
い。
【０００８】高出力を必要とした電池の集電体では、前
記したように極板上部での集電骨を太くし開口率を低下
させるとともに、極板下部での開口率を大きくするこ
と、さらには薄い極板であることが必要である。このよ
うな場合、前記したようなエキスパンド加工のみによる
集電体では、その上部において、開口率を低下させると
集電体の厚さが厚くなってしまい集電体の厚みを薄くす
るという条件を満足することは困難である。
記したように極板上部での集電骨を太くし開口率を低下
させるとともに、極板下部での開口率を大きくするこ
と、さらには薄い極板であることが必要である。このよ
うな場合、前記したようなエキスパンド加工のみによる
集電体では、その上部において、開口率を低下させると
集電体の厚さが厚くなってしまい集電体の厚みを薄くす
るという条件を満足することは困難である。
【０００９】また、パンチング加工のみでは、厚みを増
大させることなく集電体上部の集電骨を太くし開口率を
低下させることは容易であるものの、集電体下部の開口
率を上げることは前記したような無駄が出て生産性の課
題がある。つまり、エキスパンドまたはパンチングのい
ずれかの手段によってでは、集電体上部の開口率を高く
し、集電体下部の開口率を低くした上で集電体の厚みを
薄く形成することは生産性困難であり、ハイレート放電
性能に優れた電池を生産性良く提供することは困難であ
った。
大させることなく集電体上部の集電骨を太くし開口率を
低下させることは容易であるものの、集電体下部の開口
率を上げることは前記したような無駄が出て生産性の課
題がある。つまり、エキスパンドまたはパンチングのい
ずれかの手段によってでは、集電体上部の開口率を高く
し、集電体下部の開口率を低くした上で集電体の厚みを
薄く形成することは生産性困難であり、ハイレート放電
性能に優れた電池を生産性良く提供することは困難であ
った。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】本発明は前記したよう
な集電耳に近接する集電体上部の開口率を集電体下部の
開口率よりも小さく形成した集電体を容易に得ることが
できるとともに、ハイレート放電性能に優れた電池を提
供することを目的とする。
な集電耳に近接する集電体上部の開口率を集電体下部の
開口率よりも小さく形成した集電体を容易に得ることが
できるとともに、ハイレート放電性能に優れた電池を提
供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
ために本発明の請求項１に記載の発明は、集電耳に連接
される第１の開口率を有する第１の集電体部と、前記第
１の集電体部に連続して第２の開口率を有する第２の集
電体部を備えるとともに、前記第１の開口率を前記第２
の開口率よりも小さく形成した電池用集電体において、
前記第１の集電体部は打抜きで形成された開口部を有
し、前記第２の集電体部はエキスパンド加工で形成され
た開口部を有することを特徴とする電池用集電体を示す
ものである。
ために本発明の請求項１に記載の発明は、集電耳に連接
される第１の開口率を有する第１の集電体部と、前記第
１の集電体部に連続して第２の開口率を有する第２の集
電体部を備えるとともに、前記第１の開口率を前記第２
の開口率よりも小さく形成した電池用集電体において、
前記第１の集電体部は打抜きで形成された開口部を有
し、前記第２の集電体部はエキスパンド加工で形成され
た開口部を有することを特徴とする電池用集電体を示す
ものである。
【００１２】また、本発明の請求項２に記載の発明は請
求項１の構成を有する電池用集電体において第１の開口
率は１０〜５０％とし、第２の開口率は６０〜９５％と
した電池用集電体を示すものである。
求項１の構成を有する電池用集電体において第１の開口
率は１０〜５０％とし、第２の開口率は６０〜９５％と
した電池用集電体を示すものである。
【００１３】また、本発明の請求項３に記載の発明は請
求項１もしくは２のいずれかの構成を有する電池用集電
体を備えた電池を示すものである。
求項１もしくは２のいずれかの構成を有する電池用集電
体を備えた電池を示すものである。
【００１４】さらに、本発明の請求項４に記載の発明は
請求項３に記載した構成を備えた鉛蓄電池を示すもので
ある。
請求項３に記載した構成を備えた鉛蓄電池を示すもので
ある。
【００１５】
【発明の実施の形態】＜第１の実施の形態＞以下、本発
明の第１の実施の形態を図１ないし図３を用いて説明す
る。
明の第１の実施の形態を図１ないし図３を用いて説明す
る。
【００１６】集電体の母材となるシート１の第１の集電
体部２にパンチングにより第１の開口部２ａを形成す
る。この第１の集電体部２は開口率１０％以下では、格
子に塗布可能な活物質の量が少なくなり電池の容量の低
下につながる。また、５０％以上の開口率では、ハイレ
ート放電時の電圧低下が大きいとともに、生産上打抜き
ロスが多くなるとともに、打抜き時の変形等の発生によ
り、生産上困難である。最適な開口率は３０％である。
体部２にパンチングにより第１の開口部２ａを形成す
る。この第１の集電体部２は開口率１０％以下では、格
子に塗布可能な活物質の量が少なくなり電池の容量の低
下につながる。また、５０％以上の開口率では、ハイレ
ート放電時の電圧低下が大きいとともに、生産上打抜き
ロスが多くなるとともに、打抜き時の変形等の発生によ
り、生産上困難である。最適な開口率は３０％である。
【００１７】次に、第１の集電体部２に隣接した第２の
集電体部３にスリット３ａを千鳥状に形成した後、スリ
ット３ａを展開することによってエキスパンド加工され
た第２の開口部３ｂを形成する。集電耳４は第１の開口
部２ａに隣接して設けられる。第２の開口部３ｂによる
第２の集電体部３の開口率は第１の開口部２ａによる第
１の集電体部２よりも大きな開口率で形成され、本発明
の電池用集電体５が得られる。
集電体部３にスリット３ａを千鳥状に形成した後、スリ
ット３ａを展開することによってエキスパンド加工され
た第２の開口部３ｂを形成する。集電耳４は第１の開口
部２ａに隣接して設けられる。第２の開口部３ｂによる
第２の集電体部３の開口率は第１の開口部２ａによる第
１の集電体部２よりも大きな開口率で形成され、本発明
の電池用集電体５が得られる。
【００１８】第２の開口部３ｂによる第２の集電体部３
の開口率を６０％未満とした場合には集電骨の交点での
厚みが厚くなり格子厚みが増加してしまい薄い極板を作
ることは困難であることから、第２の開口部３ｂの開口
率を６０％以上とすることが好ましい。また、第２の開
口部３ｂによる第２の集電体部３の開口率を９５％を超
えて大きくした場合には集電骨が細くなりすぎてしまい
極板の強度を維持することができないので第２の開口部
３ｂによる第２の集電体部３の開口率を６０〜９５％と
することが好ましく、中でも最適な開口率は８０％であ
る。
の開口率を６０％未満とした場合には集電骨の交点での
厚みが厚くなり格子厚みが増加してしまい薄い極板を作
ることは困難であることから、第２の開口部３ｂの開口
率を６０％以上とすることが好ましい。また、第２の開
口部３ｂによる第２の集電体部３の開口率を９５％を超
えて大きくした場合には集電骨が細くなりすぎてしまい
極板の強度を維持することができないので第２の開口部
３ｂによる第２の集電体部３の開口率を６０〜９５％と
することが好ましく、中でも最適な開口率は８０％であ
る。
【００１９】＜第２の実施の形態＞第１の実施の形態に
よる電池用集電体５を鉛蓄電池に適用した第２の実施の
形態を説明する。
よる電池用集電体５を鉛蓄電池に適用した第２の実施の
形態を説明する。
【００２０】電池用集電体５を鉛蓄電池に適用する場
合、集電体の母材となるシート１にはＰｂ−Ｓｎ合金や
Ｐｂ−Ｃａ合金の圧延体を用いる。圧延体は厚みを薄く
形成できる上にエキスパンド加工するために必要であ
る。
合、集電体の母材となるシート１にはＰｂ−Ｓｎ合金や
Ｐｂ−Ｃａ合金の圧延体を用いる。圧延体は厚みを薄く
形成できる上にエキスパンド加工するために必要であ
る。
【００２１】このような鉛合金シートを用いて第１の実
施の形態により電池用集電体５を形成し、この電池用集
電体５に鉛蓄電池用活物質ペーストが充填され、熟成乾
燥を経て未化成状態の鉛蓄電池用極板が形成される。こ
の未化成状態の極板をセパレータを介して積層あるいは
捲回することにより極板群を構成する。この極板群は電
槽に組み込まれた後、電解液を注液し化成充電すること
により本発明の鉛蓄電池が構成される。錫１．２％、カ
ルシウム０．０５％を含む厚さ１．０ｍｍ、幅４０ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍの鉛シートにおいて、まず、鉛シート
上部をパンチング加工により開口させ、鉛シート下部を
エキスパンド加工した。
施の形態により電池用集電体５を形成し、この電池用集
電体５に鉛蓄電池用活物質ペーストが充填され、熟成乾
燥を経て未化成状態の鉛蓄電池用極板が形成される。こ
の未化成状態の極板をセパレータを介して積層あるいは
捲回することにより極板群を構成する。この極板群は電
槽に組み込まれた後、電解液を注液し化成充電すること
により本発明の鉛蓄電池が構成される。錫１．２％、カ
ルシウム０．０５％を含む厚さ１．０ｍｍ、幅４０ｍ
ｍ、長さ４０ｍｍの鉛シートにおいて、まず、鉛シート
上部をパンチング加工により開口させ、鉛シート下部を
エキスパンド加工した。
【００２２】
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。
【００２３】錫１．２質量％、カルシウム０．０５質量
％を含む厚さ１．０ｍｍ、幅４０ｍｍの鉛合金の圧延シ
ートを用いて実施の形態に従って集電体（ａ）を作製し
た。ここで第１の集電体部の開口率を３０％、第２の集
電体部の開口率を８０％に形成した。次に比較のために
上部の開口率を３０％、下部の開口率を８０％としたエ
キスパンド集電体（ｂ）およびパンチング集電体（ｃ）
を作製した。これらの集電体の最大厚みを表１に示す。
％を含む厚さ１．０ｍｍ、幅４０ｍｍの鉛合金の圧延シ
ートを用いて実施の形態に従って集電体（ａ）を作製し
た。ここで第１の集電体部の開口率を３０％、第２の集
電体部の開口率を８０％に形成した。次に比較のために
上部の開口率を３０％、下部の開口率を８０％としたエ
キスパンド集電体（ｂ）およびパンチング集電体（ｃ）
を作製した。これらの集電体の最大厚みを表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】この結果より、上部開口率を３０％と低く
したエキスパンド集電体（ｂ）では、集電骨交点での厚
みが厚くなり薄型極板を作ることは困難である。また、
パンチング集電体（ｃ）では、集電体の最大厚みは、鉛
シートの厚みから変わらないため薄型極板の作製は可能
であるが、打抜かれた鉛シートは、打抜き屑による生産
上のロスが多い。また、開口率が８０％の部分でシート
の変形や切れが発生した。したがって、同一集電体中で
開口率を変化させる場合には本発明による集電体（ａ）
の構成が最も有効であることがわかる。
したエキスパンド集電体（ｂ）では、集電骨交点での厚
みが厚くなり薄型極板を作ることは困難である。また、
パンチング集電体（ｃ）では、集電体の最大厚みは、鉛
シートの厚みから変わらないため薄型極板の作製は可能
であるが、打抜かれた鉛シートは、打抜き屑による生産
上のロスが多い。また、開口率が８０％の部分でシート
の変形や切れが発生した。したがって、同一集電体中で
開口率を変化させる場合には本発明による集電体（ａ）
の構成が最も有効であることがわかる。
【００２６】次に、前記した集電体（ａ）について第１
の集電体部の開口率を５〜６０％、第２の集電体部の開
口率を６０〜９８％とした表２に示す集電体を作製し
た。なお、集電体部の高さ寸法の上半分を第１の集電体
部とし、下半分を第２の集電体部として形成した。ま
た、表１の集電体に加えて第１および第２の集電体部の
開口率９５％と一定したエキスパンド集電体Ｌと第１お
よび第２の集電体部の開口率を３０％としたパンチング
集電体Ｍを作製した。
の集電体部の開口率を５〜６０％、第２の集電体部の開
口率を６０〜９８％とした表２に示す集電体を作製し
た。なお、集電体部の高さ寸法の上半分を第１の集電体
部とし、下半分を第２の集電体部として形成した。ま
た、表１の集電体に加えて第１および第２の集電体部の
開口率９５％と一定したエキスパンド集電体Ｌと第１お
よび第２の集電体部の開口率を３０％としたパンチング
集電体Ｍを作製した。
【００２７】
【表２】
【００２８】これら表２に示した集電体および集電体
Ｌ，Ｍに、一酸化鉛を主体とした鉛粉を練液で混練した
ペーストを塗布して熟成乾燥して正極板を得た。同じ
く、表１に示した集電体に一酸化鉛を主体とした鉛粉に
硫酸バリウムと炭素粉末およびリグニンを添加し、練液
で混練したペーストを塗布し熟成乾燥して負極板を作製
した。正極、負極とも極板厚みが１．５ｍｍになるよう
にペーストを集電体に塗布した。
Ｌ，Ｍに、一酸化鉛を主体とした鉛粉を練液で混練した
ペーストを塗布して熟成乾燥して正極板を得た。同じ
く、表１に示した集電体に一酸化鉛を主体とした鉛粉に
硫酸バリウムと炭素粉末およびリグニンを添加し、練液
で混練したペーストを塗布し熟成乾燥して負極板を作製
した。正極、負極とも極板厚みが１．５ｍｍになるよう
にペーストを集電体に塗布した。
【００２９】前記した正極板１枚、負極板２枚をガラス
マットセパレータを介して積層して極板群を構成し、こ
の極板群を電槽に収納した後、希硫酸電解液を注液して
充電することで電池を作製した。
マットセパレータを介して積層して極板群を構成し、こ
の極板群を電槽に収納した後、希硫酸電解液を注液して
充電することで電池を作製した。
【００３０】上記電池を用いハイレート２５Ａ，５０Ａ
の放電試験を行い、放電開始５秒目の電圧と放電前の電
圧からＤＣ−ＩＲ（直流抵抗）を算出するとともに、そ
れぞれの放電電流での放電容量の測定を行った。この結
果を表３に示す。
の放電試験を行い、放電開始５秒目の電圧と放電前の電
圧からＤＣ−ＩＲ（直流抵抗）を算出するとともに、そ
れぞれの放電電流での放電容量の測定を行った。この結
果を表３に示す。
【００３１】
【表３】
【００３２】この結果より、極板上部すなわち集電体上
部、下部ともに開口率が低いほど極板上端と極板下端間
の電圧降下が低下する結果、ハイレート放電時の放電電
圧が上昇し、放電電圧と放電電流との積である電池出力
は向上することがわかる。しかし、開口率が低くなる
と、その分、一定体積内の活物質量が少なくなるため、
放電容量そのものが少なくなってしまう。
部、下部ともに開口率が低いほど極板上端と極板下端間
の電圧降下が低下する結果、ハイレート放電時の放電電
圧が上昇し、放電電圧と放電電流との積である電池出力
は向上することがわかる。しかし、開口率が低くなる
と、その分、一定体積内の活物質量が少なくなるため、
放電容量そのものが少なくなってしまう。
【００３３】開口率にともなうＤＣ−ＩＲの変化は、集
電体下部の開口率変化に比べ集電体上部の開口率による
変化が大きい。そのため、出力向上のためには、上部で
の開口率を低下させることが有効である。また、２５Ａ
放電容量を確保するためには集電体下部の開口率を上げ
活物質量を増やすことが有効である。
電体下部の開口率変化に比べ集電体上部の開口率による
変化が大きい。そのため、出力向上のためには、上部で
の開口率を低下させることが有効である。また、２５Ａ
放電容量を確保するためには集電体下部の開口率を上げ
活物質量を増やすことが有効である。
【００３４】一方、従来例によるものはＤＣ−ＩＲ値を
低下させることと容量を増大させることができない。し
たがって、特に出力特性と容量特性を両立させるために
本発明の構成が極めて有効であることがわかる。
低下させることと容量を増大させることができない。し
たがって、特に出力特性と容量特性を両立させるために
本発明の構成が極めて有効であることがわかる。
【００３５】
【発明の効果】前記したように本発明の構成によれば薄
型極板を用いた電池において出力特性の向上と放電容量
とを両立できる。また、生産性も優れたものであるか
ら、工業上、極めて有用である。
型極板を用いた電池において出力特性の向上と放電容量
とを両立できる。また、生産性も優れたものであるか
ら、工業上、極めて有用である。
【図１】本発明の電池用集電体の形成過程を示す要部正
面図
面図
【図２】本発明の電池用集電体の形成過程を示す要部正
面図
面図
【図３】本発明の電池用集電体を示す要部正面図
１ シート ２ 第１の集電体部 ２ａ 第１の開口部 ３ 第２の集電体部 ３ａ スリット ３ｂ 第２の開口部 ４ 集電耳 ５ 電池用集電体
Claims (4)
- 【請求項１】 集電耳に近接する第１の集電体部と、前
記集電耳の反対側において前記第１の集電体部に連続す
る第２の集電体部を備えた電池用集電体において、前記
第１の集電体部には打抜きで形成された第１の開口部を
有し、前記第２の集電体部にはエキスパンド加工で形成
された第２の開口部を有し、前記第１の集電体部の開口
率を前記第２の集電体部の開口率よりも小さく形成した
ことを特徴とする電池用集電体。 - 【請求項２】 前記第１の集電体部の開口率は１０〜５
０％であり、前記第２の集電体部の開口率は６０〜９５
％としたことを特徴とする請求項１に記載の電池用集電
体。 - 【請求項３】 請求項１もしくは２のいずれかに記載の
電池用集電体を備えたことを特徴とする電池。 - 【請求項４】 請求項１もしくは２のいずれかに記載の
電池用集電体を備えたことを特徴とする鉛蓄電池。
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