JP2002222662A - 鉛蓄電池 - Google Patents
鉛蓄電池Info
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 格子体の腐食による正極格子の上方への伸び
の発生に対し、正極極板群棚の溶接部の割れによる切断
を抑制し、使用寿命の優れた鉛蓄電池を実現する。 【解決手段】 Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金製の正極格子およ
びＰｂ−Ｓｎ合金製の正極極板群棚の溶接部において、
正極極板群の棚部５の断面積が正極極板の耳部４の総断
面積に対して鋳造格子体においては０．６倍以上、エキ
スパンド格子においては１．１倍以上とする。
の発生に対し、正極極板群棚の溶接部の割れによる切断
を抑制し、使用寿命の優れた鉛蓄電池を実現する。 【解決手段】 Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金製の正極格子およ
びＰｂ−Ｓｎ合金製の正極極板群棚の溶接部において、
正極極板群の棚部５の断面積が正極極板の耳部４の総断
面積に対して鋳造格子体においては０．６倍以上、エキ
スパンド格子においては１．１倍以上とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は通信機器、ＵＰＳ等
の非常時バックアップ電源等に利用される鉛蓄電池に関
するものである。
の非常時バックアップ電源等に利用される鉛蓄電池に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】鉛蓄電池の極板に用いる正極格子として
従来よりＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が、正極極板群棚の溶接
部には純Ｐｂが広く用いられていた。さらに近年、極板
群棚の溶接部にはＰｂ−Ｓｎ合金が生産性の面から使用
されるようになってきている。そして、特に大電流放電
時における極板耳部の溶断を抑制させるために、正極極
板群棚の溶接部の断面積について過去より検討されてき
た。しかしながら、密閉型鉛蓄電池をトリクル使用した
時に、正極極板耳部が上方、すなわち正極極板群棚の溶
接部と直交する方向へ伸びることにより正極極板耳部群
棚の溶接部が割れることにより切断され、電池の容量が
低下して、電池の寿命が著しく減少することがあった。
従来よりＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が、正極極板群棚の溶接
部には純Ｐｂが広く用いられていた。さらに近年、極板
群棚の溶接部にはＰｂ−Ｓｎ合金が生産性の面から使用
されるようになってきている。そして、特に大電流放電
時における極板耳部の溶断を抑制させるために、正極極
板群棚の溶接部の断面積について過去より検討されてき
た。しかしながら、密閉型鉛蓄電池をトリクル使用した
時に、正極極板耳部が上方、すなわち正極極板群棚の溶
接部と直交する方向へ伸びることにより正極極板耳部群
棚の溶接部が割れることにより切断され、電池の容量が
低下して、電池の寿命が著しく減少することがあった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】近年のトリクル長寿命
化に対する技術として、セパレータの圧縮比率を増加す
ることによりセパレータの空隙部を減少させ、毛細管現
象により電解液の保持性を高めて内部抵抗の増加を抑制
する方法があるが、最終的に使用時の劣化モードは正極
格子の腐食によることが大きい。そして、一層の長寿命
化を実現するためには正極格子の断面積を大きくする必
要があった。しかし、長期間トリクル使用した場合、電
池内部の正極格子は腐食とともに大きく伸びる傾向にあ
り、さらに格子骨の断面積を大きくすれば腐食劣化や伸
びは遅延できるものの、最終的な格子骨の伸びは大きく
なる傾向があり、それにより正極極板群棚の溶接部が割
れることがあった。この場合、電池の容量が低下して、
電池の寿命が著しく減少することとなるため、本発明は
この課題を解決しようとするものである。
化に対する技術として、セパレータの圧縮比率を増加す
ることによりセパレータの空隙部を減少させ、毛細管現
象により電解液の保持性を高めて内部抵抗の増加を抑制
する方法があるが、最終的に使用時の劣化モードは正極
格子の腐食によることが大きい。そして、一層の長寿命
化を実現するためには正極格子の断面積を大きくする必
要があった。しかし、長期間トリクル使用した場合、電
池内部の正極格子は腐食とともに大きく伸びる傾向にあ
り、さらに格子骨の断面積を大きくすれば腐食劣化や伸
びは遅延できるものの、最終的な格子骨の伸びは大きく
なる傾向があり、それにより正極極板群棚の溶接部が割
れることがあった。この場合、電池の容量が低下して、
電池の寿命が著しく減少することとなるため、本発明は
この課題を解決しようとするものである。
【０００４】
【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、鋳造格子体を
備えた正極板と負極板とがセパレータを介して積層され
て正極板に連設された耳部が所定間隔をおいて配置さ
れ、これら耳部を集合溶接するＰｂ−Ｓｎ合金製の棚部
を備えた鉛蓄電池において、前記棚部の極板積層方向の
断面積をｙとし、前記耳部の総断面積をｘとした時に、
ｙ／ｘ≧０．６０としたことを特徴とする鉛蓄電池を示
すものである。
ために本発明の請求項１に記載の発明は、鋳造格子体を
備えた正極板と負極板とがセパレータを介して積層され
て正極板に連設された耳部が所定間隔をおいて配置さ
れ、これら耳部を集合溶接するＰｂ−Ｓｎ合金製の棚部
を備えた鉛蓄電池において、前記棚部の極板積層方向の
断面積をｙとし、前記耳部の総断面積をｘとした時に、
ｙ／ｘ≧０．６０としたことを特徴とする鉛蓄電池を示
すものである。
【０００５】本発明の請求項２に記載の発明は、耳部の
長手方向と同一方向にエキスパンドされたＰｂ−Ｃａ−
Ｓｎ合金からなるエキスパンド正極格子体を備えた正極
板と負極板とがセパレータを介して積層されて正極板に
連設された耳部が所定間隔をおいて配置され、これら耳
部を集合溶接するＰｂ−Ｓｎ合金製の棚部を備えた鉛蓄
電池において、前記棚部の極板積層方向の断面積をｙと
し、前記耳部の総断面積をｘとした時に、ｙ／ｘ≧１．
１０としたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものであ
る。
長手方向と同一方向にエキスパンドされたＰｂ−Ｃａ−
Ｓｎ合金からなるエキスパンド正極格子体を備えた正極
板と負極板とがセパレータを介して積層されて正極板に
連設された耳部が所定間隔をおいて配置され、これら耳
部を集合溶接するＰｂ−Ｓｎ合金製の棚部を備えた鉛蓄
電池において、前記棚部の極板積層方向の断面積をｙと
し、前記耳部の総断面積をｘとした時に、ｙ／ｘ≧１．
１０としたことを特徴とする鉛蓄電池を示すものであ
る。
【０００６】また、本発明の請求項３に記載の発明は請
求項２の構成を有する鉛蓄電池において正極格子体に用
いるＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金は少なくとも０．８質量％以
上のＳｎを含有した鉛蓄電池を示すものである。
求項２の構成を有する鉛蓄電池において正極格子体に用
いるＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金は少なくとも０．８質量％以
上のＳｎを含有した鉛蓄電池を示すものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明の密閉形鉛蓄電池は、その
正極格子をＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金とし、正極棚部はＰｂ
−Ｓｎ合金から構成される。図１に示したように正極板
１と負極板２とがセパレータ３を介して積層されてい
る。正極板１は正極格子に活物質が充填されており、こ
の正極格子に耳部４が設けられている。正極板１、負極
板２およびセパレータ３とが積層された状態においては
耳部４が所定間隔をあけて重ね合わされた状態となって
いる。これら耳部４は棚部５で集合溶接されている。棚
部５は強度を考慮してＰｂ−Ｓｎ合金が使用される。純
Ｐｂを用いた場合には棚部の強度は弱く、極板の変形に
より容易に塑性変形するためである。強度を考慮した合
金としてＰｂ−Ｓｂ合金がよく知られているが電池の減
液性能を低下させるために好ましくない。特に電解液が
制限された密閉式の鉛蓄電池においては電解液中の水分
が枯渇するために適当でない。
正極格子をＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金とし、正極棚部はＰｂ
−Ｓｎ合金から構成される。図１に示したように正極板
１と負極板２とがセパレータ３を介して積層されてい
る。正極板１は正極格子に活物質が充填されており、こ
の正極格子に耳部４が設けられている。正極板１、負極
板２およびセパレータ３とが積層された状態においては
耳部４が所定間隔をあけて重ね合わされた状態となって
いる。これら耳部４は棚部５で集合溶接されている。棚
部５は強度を考慮してＰｂ−Ｓｎ合金が使用される。純
Ｐｂを用いた場合には棚部の強度は弱く、極板の変形に
より容易に塑性変形するためである。強度を考慮した合
金としてＰｂ−Ｓｂ合金がよく知られているが電池の減
液性能を低下させるために好ましくない。特に電解液が
制限された密閉式の鉛蓄電池においては電解液中の水分
が枯渇するために適当でない。
【０００８】棚部５にＰｂ−Ｓｎ合金を使用した場合、
棚部の強度自体は向上するものの、ある応力以上をかけ
ると塑性変形せずに結晶面で破断する場合がある。特に
Ｐｂ−Ｓｎ合金においては耳部を集合溶接して棚部を形
成する工程で、棚部が冷却凝固される過程で冷却方向に
沿って結晶成長するので、棚部５の表面から内部に向か
って結晶粒界が成長している。棚部５と直交する方向に
耳部が形成されており、耳部に連設された正極板１の伸
びによりこの結晶粒界に沿って棚部５が容易に破断して
しまう。
棚部の強度自体は向上するものの、ある応力以上をかけ
ると塑性変形せずに結晶面で破断する場合がある。特に
Ｐｂ−Ｓｎ合金においては耳部を集合溶接して棚部を形
成する工程で、棚部が冷却凝固される過程で冷却方向に
沿って結晶成長するので、棚部５の表面から内部に向か
って結晶粒界が成長している。棚部５と直交する方向に
耳部が形成されており、耳部に連設された正極板１の伸
びによりこの結晶粒界に沿って棚部５が容易に破断して
しまう。
【０００９】本発明の鉛蓄電池においてはこのようなＰ
ｂ−Ｓｎ合金の正極棚部を備えた構成においてこの棚部
５の断面積（正極板面の断面）ｙを正極の耳部４の断面
積の総和ｘの０．６０倍以上とすることにより、電池使
用中の正極格子の上方、すなわち正極の棚部と直交する
方向への伸びによる正極の棚部５の割れを抑制する。ま
た、正極格子がエキスパンド格子で構成される場合は特
にエキスパンド加工された方向に格子が伸びる。エキス
パンド加工された方向と格子耳部の長手方向とが一致す
る場合に格子の伸びが棚部の長手方向と直交する方向と
なるので棚部が破断する頻度は大きくなる。
ｂ−Ｓｎ合金の正極棚部を備えた構成においてこの棚部
５の断面積（正極板面の断面）ｙを正極の耳部４の断面
積の総和ｘの０．６０倍以上とすることにより、電池使
用中の正極格子の上方、すなわち正極の棚部と直交する
方向への伸びによる正極の棚部５の割れを抑制する。ま
た、正極格子がエキスパンド格子で構成される場合は特
にエキスパンド加工された方向に格子が伸びる。エキス
パンド加工された方向と格子耳部の長手方向とが一致す
る場合に格子の伸びが棚部の長手方向と直交する方向と
なるので棚部が破断する頻度は大きくなる。
【００１０】正極エキスパンド格子がＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ
合金であり、特にＳｎ量を０．８質量％以上とした場合
にはエキスパンド格子の耐食性と強度は高く、電池寿命
は向上する。このようなエキスパンド格子は強度も高
く、腐食による伸び量は低下するものの、強度が高いた
め同一伸び量において棚部に及ぼす応力は大きくなる。
合金であり、特にＳｎ量を０．８質量％以上とした場合
にはエキスパンド格子の耐食性と強度は高く、電池寿命
は向上する。このようなエキスパンド格子は強度も高
く、腐食による伸び量は低下するものの、強度が高いた
め同一伸び量において棚部に及ぼす応力は大きくなる。
【００１１】したがって、このようなＳｎ量が０．８質
量％以上含有したＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金のエキスパンド
格子を正極に用いる場合には鋳造格子とは異なり、前記
した比率（ｙ／ｘ）を１．１０以上に構成することが必
要である。
量％以上含有したＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金のエキスパンド
格子を正極に用いる場合には鋳造格子とは異なり、前記
した比率（ｙ／ｘ）を１．１０以上に構成することが必
要である。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。供
試電池は１２Ｖ１５Ａｈ（２０ＨＲ）の密閉形鉛蓄電池
として試験を行った。０．６０質量％、０．８０質量％
および１．２質量％のＳｎと０．０８質量％Ｃａを含有
したＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金を用いて鋳造方式により作製
した格子（Ａ）と、この合金を帯状の鋳造スラブとした
後に圧延して圧延シートとし、エキスパンド加工を施し
たエキスパンド格子（Ｂ）を作製した。
試電池は１２Ｖ１５Ａｈ（２０ＨＲ）の密閉形鉛蓄電池
として試験を行った。０．６０質量％、０．８０質量％
および１．２質量％のＳｎと０．０８質量％Ｃａを含有
したＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金を用いて鋳造方式により作製
した格子（Ａ）と、この合金を帯状の鋳造スラブとした
後に圧延して圧延シートとし、エキスパンド加工を施し
たエキスパンド格子（Ｂ）を作製した。
【００１３】それぞれの格子体に鉛酸化物を希硫酸で練
合したペーストを充填して未化成極板を得た。この極板
の寸法は正極、負極とも高さが１１５ｍｍ、幅が５８．
５ｍｍ、厚みはそれぞれ３．５ｍｍ、２．０ｍｍであ
る。さらに、正極極板の耳部は格子（Ａ）において幅８
ｍｍ、厚み２．９ｍｍ、格子（Ｂ）において幅８ｍｍ、
厚み１．５ｍｍとした。
合したペーストを充填して未化成極板を得た。この極板
の寸法は正極、負極とも高さが１１５ｍｍ、幅が５８．
５ｍｍ、厚みはそれぞれ３．５ｍｍ、２．０ｍｍであ
る。さらに、正極極板の耳部は格子（Ａ）において幅８
ｍｍ、厚み２．９ｍｍ、格子（Ｂ）において幅８ｍｍ、
厚み１．５ｍｍとした。
【００１４】セパレータとしては直径２ミクロン以下の
ガラス繊維をマット状にして厚み２．１５ｍｍのものを
用いて正極３枚と負極４枚とを積層して同極性極板の耳
部がそれぞれ対応する形で同じ側に位置するようにし
て、同極性を有する極板群棚部の溶接を行い極板群を構
成した。ここで正極棚部はＰｂ−２．０質量％Ｓｎ合金
で形成した。
ガラス繊維をマット状にして厚み２．１５ｍｍのものを
用いて正極３枚と負極４枚とを積層して同極性極板の耳
部がそれぞれ対応する形で同じ側に位置するようにし
て、同極性を有する極板群棚部の溶接を行い極板群を構
成した。ここで正極棚部はＰｂ−２．０質量％Ｓｎ合金
で形成した。
【００１５】なお、棚部５の幅寸法を８．２５ｍｍとし
て厚みを変化させることにより、棚部５の断面積を変化
させた。極板群圧力がセパレータに２０ｋｇ／ｄｍ2加
わった際の厚みｔ1に対して加圧状態での厚みｔ2におい
てｔ1／ｔ2をセパレータ圧縮比率とした。この極板群を
用いて電池を構成し、常法により電解液を注液し、電槽
化成を行い電池とした。これらの電池の構成を表１に示
す。
て厚みを変化させることにより、棚部５の断面積を変化
させた。極板群圧力がセパレータに２０ｋｇ／ｄｍ2加
わった際の厚みｔ1に対して加圧状態での厚みｔ2におい
てｔ1／ｔ2をセパレータ圧縮比率とした。この極板群を
用いて電池を構成し、常法により電解液を注液し、電槽
化成を行い電池とした。これらの電池の構成を表１に示
す。
【００１６】
【表１】
【００１７】表１に示した電池について各々トリクル寿
命試験を実施した。
命試験を実施した。
【００１８】試験条件は１３．８Ｖの定電圧充電にて雰
囲気温度は格子の腐食を加速させるとともに、ＵＰＳの
トランス近辺に設置されたことを想定した温度６０℃で
２ヶ月間連続し、その後０．２５ＣＡ放電にて容量を確
認した。この容量が初期の５０％以下になった時点を寿
命終了時期とし前回の容量との直線関係より寿命結果回
数を判断した。また、試験を終了した電池に関しては分
解調査を行って正極の棚割れの有無を確認した。棚割れ
が発生しているものに関しては割れた部分の断面積の棚
断面積に対する比率を求めた。これらの結果を前記した
表１に示した。
囲気温度は格子の腐食を加速させるとともに、ＵＰＳの
トランス近辺に設置されたことを想定した温度６０℃で
２ヶ月間連続し、その後０．２５ＣＡ放電にて容量を確
認した。この容量が初期の５０％以下になった時点を寿
命終了時期とし前回の容量との直線関係より寿命結果回
数を判断した。また、試験を終了した電池に関しては分
解調査を行って正極の棚割れの有無を確認した。棚割れ
が発生しているものに関しては割れた部分の断面積の棚
断面積に対する比率を求めた。これらの結果を前記した
表１に示した。
【００１９】表１に示した結果から正極板耳の断面積の
総和ｘに対する棚部の断面積ｙの比率すなわちｙ／ｘは
正極格子体として鋳造格子を用いる場合には０．５９以
上、エキスパンド格子体を用いる場合には１．１０以上
とすれば棚割れを抑制するとともに、良好なトリクル寿
命を得ることがわかる。また良好な寿命を得ることがで
きるｙ／ｘの値は格子の製造方法により異なることがわ
かる。また、特にエキスパンド格子を用いた電池に関し
ては格子合金中のＳｎが０．８質量％を超えて多くする
と比較例の電池において棚割れの程度が悪化する。本発
明の構成によれば寿命を重視して格子合金中のＳｎを多
くした構成においても棚割れを抑制することができる。
総和ｘに対する棚部の断面積ｙの比率すなわちｙ／ｘは
正極格子体として鋳造格子を用いる場合には０．５９以
上、エキスパンド格子体を用いる場合には１．１０以上
とすれば棚割れを抑制するとともに、良好なトリクル寿
命を得ることがわかる。また良好な寿命を得ることがで
きるｙ／ｘの値は格子の製造方法により異なることがわ
かる。また、特にエキスパンド格子を用いた電池に関し
ては格子合金中のＳｎが０．８質量％を超えて多くする
と比較例の電池において棚割れの程度が悪化する。本発
明の構成によれば寿命を重視して格子合金中のＳｎを多
くした構成においても棚割れを抑制することができる。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明は、格子体の腐食に
よる正極格子の上方への伸びの発生に対し、正極極板群
棚の溶接部の割れによる切断を抑制し、信頼性の高い電
池容量を長期間維持できる鉛蓄電池を提供できるもので
ある。
よる正極格子の上方への伸びの発生に対し、正極極板群
棚の溶接部の割れによる切断を抑制し、信頼性の高い電
池容量を長期間維持できる鉛蓄電池を提供できるもので
ある。
【図１】（ａ）本発明の実施の形態における極板群の要
部側断面図 （ｂ）同要部斜視図
部側断面図 （ｂ）同要部斜視図
１ 正極板 ２ 負極板 ３ セパレータ ４ 耳部 ５ 棚部
Claims (3)
- 【請求項１】 鋳造格子体を備えた正極板と負極板とが
セパレータを介して積層されて正極板に連設された耳部
が所定間隔をおいて配置され、これら耳部を集合溶接す
るＰｂ−Ｓｎ合金製の棚部を備えた鉛蓄電池において、
前記棚部の極板積層方向の断面積をｙとし、前記耳部の
総断面積をｘとした時に、ｙ／ｘ≧０．６０としたこと
を特徴とする鉛蓄電池。 - 【請求項２】 耳部の長手方向と同一方向にエキスパン
ドされたＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金からなるエキスパンド正
極格子体を備えた正極板と負極板とがセパレータを介し
て積層されて正極板に連設された耳部が所定間隔をおい
て配置され、これら耳部を集合溶接するＰｂ−Ｓｎ合金
製の棚部を備えた鉛蓄電池において、前記棚部の極板積
層方向の断面積をｙとし、前記耳部の総断面積をｘとし
た時に、ｙ／ｘ≧１．１０としたことを特徴とする鉛蓄
電池。 - 【請求項３】 前記Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金は少なくとも
０．８質量％以上のＳｎを含有することを特徴とする請
求項２に記載の鉛蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018166A JP2002222662A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 鉛蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001018166A JP2002222662A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 鉛蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002222662A true JP2002222662A (ja) | 2002-08-09 |
Family
ID=18884224
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001018166A Pending JP2002222662A (ja) | 2001-01-26 | 2001-01-26 | 鉛蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002222662A (ja) |
Cited By (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2004119106A (ja) * | 2002-09-25 | 2004-04-15 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 制御弁式鉛蓄電池 |
| JP2009064720A (ja) * | 2007-09-07 | 2009-03-26 | Gs Yuasa Corporation:Kk | 鉛蓄電池 |
| WO2015104754A1 (ja) * | 2014-01-08 | 2015-07-16 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 鉛蓄電池 |
| WO2016110907A1 (ja) * | 2015-01-08 | 2016-07-14 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | 鉛蓄電池用正極格子およびその製造方法ならびに鉛蓄電池 |
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| JPH07307148A (ja) * | 1994-05-12 | 1995-11-21 | Japan Storage Battery Co Ltd | 鉛蓄電池 |
| JPH11345603A (ja) * | 1998-06-01 | 1999-12-14 | Japan Storage Battery Co Ltd | 鉛蓄電池用ストラップの形成方法 |
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2001
- 2001-01-26 JP JP2001018166A patent/JP2002222662A/ja active Pending
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