JP2003100301A

JP2003100301A - 正極用エキスパンド格子体及びその製造方法

Info

Publication number: JP2003100301A
Application number: JP2001293128A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Shimoura; 一朗下浦; Masayuki Terada; 正幸寺田; Takeo Sakamoto; 剛生坂本
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2001-09-26
Publication date: 2003-04-04

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】高率放電時の出力特性と、サイクル寿命特性
に優れた鉛蓄電池用極板を提供する。【解決手段】鉛合金シート1に横向きに多数の切れ目
を入れ、縦向きに展開してエキスパンド材を形成する。
そして、展開した後、鋳造法或いは、鉛合金シートの溶
接或いはプレス圧着によって連続的に縦枠骨11を形成し
た正極用エキスパンド格子体を作製し、その後に、活物
質ペースト8を充填後乾燥器で乾燥して正極板を作製す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鉛蓄電池に使用す
る正極用エキスパンド格子体及びその製造方法に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池は安価で信頼性が高いという特
徴を有するため、自動車用として広く使用されている。
最近、自動車用鉛蓄電池は、メンテナンスフリー化の要
求が強く、この要求に対応するため、電極の集電体とし
て用いられる格子体の材質に、鉛-カルシウム系合金が
使用されている。

【０００３】鉛-カルシウム系合金を用いた正極用格子
体の製造方法としては、鋳型に溶融した鉛合金を流し込
んで凝固させる鋳造方式と、鉛合金のシートに多数の切
れ目を入れた後、展開して作成するエキスパンド方式の
いずれかが用いられている。

【０００４】なお、鋳造方式の格子体は、図５に示され
るように、周囲を横枠骨13と縦枠骨11とで囲まれてお
り、その内側は横内骨14と縦内骨12によって格子状に仕
切られ、上部に位置する横枠骨13の１か所には上方向に
突出する、集電用の耳部15を有する構造をしている。

【０００５】上記した鋳造方式による格子体は、その周
囲を横枠骨13と縦枠骨11で囲まれているものの、鋳造に
より作製しているため、それを構成している結晶粒子が
細かく、その粒界で腐食し易く、その結果、変形し易い
という問題点や、連続生産に適さないという問題点があ
る。

【０００６】一方、エキスパンド方式による格子体は、
鉛合金製のシートをエキスパンド加工した後に展開し
て、そのまま活物質ペーストを充填できるために連続生
産に向いているという特徴や、鋳造した鉛合金製のスラ
ブを圧延してシートに加工しているため、結晶粒子が圧
延方向に伸ばされており、粒界での腐食が起こりにくい
という特徴がある。

【０００７】なお、図６に示すように、従来から使用さ
れているエキスパンド方式の格子体は、上部に鉛合金シ
ートに切れ目を入れない横枠骨13と、この横枠骨13の上
部の１か所には上方向に突出する集電用の耳部15を備
え、これらの下部には鉛合金シートに横向きに設けた多
数の切れ目を縦向きに展開した展開部18と、さらにその
下部に横枠骨13を設けた構造である。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来か
ら使用されている構造のエキスパンド格子体は、展開部
の左右の両端には上下方向の縦枠骨を有しないものであ
った（図６）。したがって、特に正極用として使用した
場合には、使用中に展開部が上下方向に伸びやすく、活
物質がエキスパンド格子体から脱落しやすいため、鋳造
方式による格子体に比べて寿命が短いという問題点があ
った。

【０００９】この問題点を解決するために、格子の結節
部から斜めに伸びた桟の部分を結節部から上方または下
方へ折り曲げて使用する提案が、特開平７−３２０７４
３号公報によって開示されている。しかしながら、この
方法を用いても展開部の伸びを充分に抑えられない状況
である。

【００１０】加えて、図６に示すような従来のエキスパ
ンド方式による格子体は、展開部の左右の両端に上下方
向の縦枠骨がないために、図５に示すような鋳造方式に
よる格子体に比べて集電性が悪く、高率放電をした場合
の出力特性に劣るという問題点があった。

【００１１】本発明は、上記した課題を解決するもので
あり、高率放電時の出力特性および寿命特性に優れた正
極用エキスパンド格子体を提供するものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記した課題を解決する
ために、本発明は従来から使用されている構造のエキス
パンド格子体の展開部の左右の両端に、上下方向の縦枠
骨を形成することによって、高率放電をした場合の出力
特性および寿命特性に優れた鉛蓄電池を提供するもので
ある。

【００１３】請求項１の発明は、鉛合金シートに横向き
に設けた多数の切れ目を、縦向きに展開した展開部と、
該展開部の上下には横枠骨を有しており、そのうち上部
に位置する前記横枠骨には、上方向に突出する耳部を備
えた正極用エキスパンド格子体であって、該正極用エキ
スパンド格子体の左右の両端には縦枠骨が形成されてい
ることを特徴とする。

【００１４】請求項２の発明は、請求項１の縦枠骨は、
鋳造法によって形成されたものであることを特徴し、請
求項３の発明は、請求項１の縦枠骨は、鉛合金シートの
溶接によって形成されたものであることを特徴し、請求
項４の発明は、請求項１の縦枠骨は、鉛合金シートのプ
レス圧着によって形成されたものであることを特徴とす
る。

【００１５】請求項５の発明は、鉛合金シートに横向き
に設けた多数の切れ目を、縦向きに展開した展開部と、
該展開部の上下には横枠骨を有しており、そのうち上部
に位置する前記横枠骨には、上方向に突出する耳部を備
えた正極用エキスパンド格子体の製造方法であって、前
記展開した後に、前記正極用エキスパンド格子体の左右
の両端に鋳造法によって、前記縦枠骨を形成することを
特徴とする。

【００１６】請求項６の発明は、鉛合金シートに横向き
に設けた多数の切れ目を、縦向きに展開した展開部と、
該展開部の上下には横枠骨を有しており、そのうち上部
に位置する前記横枠骨には、上方向に突出する耳部を備
えた正極用エキスパンド格子体の製造方法であって、前
記展開した後に、前記正極用エキスパンド格子体の左右
の両端に鉛合金シートを溶接することによって、前記縦
枠骨を形成することを特徴とする。

【００１７】請求項７の発明は、鉛合金シートに横向き
に設けた多数の切れ目を、縦向きに展開した展開部と、
該展開部の上下には横枠骨を有しており、そのうち上部
に位置する前記横枠骨には、上方向に突出する耳部を備
えた正極用エキスパンド格子体の製造方法であって、前
記展開した後に、前記正極用エキスパンド格子体の左右
の両端に鉛合金シートのプレス圧着することによって、
前記縦枠骨を形成することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、制御弁式鉛蓄電池で実験した例を用いて詳細に説明
する。

【００１９】１．制御弁式鉛蓄電池の作製方法実験に使用した正極板及び負極板は、鉛−カルシウム−
錫合金製（Ｐｂ−Ｃａ−Ｓｎ）の格子体を用い、ペース
ト状の活物質を充填して作成するいわゆるペースト式極
板である。

【００２０】なお、正極板に用いた格子体は後述する実
施例で示す各種を使用し、負極板には図６に示すような
従来から使用されているエキスパンド式格子体を用い
た。なお、これらの格子体への活物質ペーストの充填条
件や乾燥条件等は、従来から使用しているものである。

【００２１】各種の正極板が４枚と、従来から使用して
いる負極板が５枚とをガラス繊維製のセパレータを介し
て積層し、耳部を溶接して極板群を組立てる。この極板
群をＡＢＳ製の電槽に組み込み、該電槽の上部に蓋を接
着し、密封して電槽化成を行なった。なお、電槽化成条
件として、充電量を理論容量の２５０％、化成時間を４
８時間、周囲温度を４０℃とし、１５Ａｈ-１２Ｖのモ
ノブロック型の制御弁式鉛蓄電池を作成した。

【００２２】２．制御弁式鉛蓄電池の試験条件高率放電をした場合の出力特性評価試験として、満充電
状態の電池を周囲温度が−１５±２℃の雰囲気中に１６
時間放置した後、３００Ａ（２０ＣＡ）にて放電を行な
い、放電開始から０．５秒経過後の出力（Ｗ）を測定し
て比較した。

【００２３】出力特性評価試験をした制御弁式鉛蓄電池
は、その後、周囲温度が２５℃の雰囲気で以下の条件で
サイクル寿命試験をした。

【００２４】充電条件：１．５Ａ（０．１ＣＡ）で６時
間充電。

【００２５】充電後の休止時間：２時間。

【００２６】放電条件：３．７５Ａ（０．２５ＣＡ）で
２時間放電。

【００２７】上記した条件で充放電サイクル試験を行
い、５０サイクル毎に３．０Ａ（０．２ＣＡ）で、放電
終止電圧が１．７Ｖ/セルまで放電して放電容量を測
定した。そして、５０サイクル毎の放電容量が初期容量
の５０％になった時点を制御弁式鉛蓄電池の寿命と判定
した。

【００２８】

【実施例】正極用として以下に示すような５種類の格子
体を用い、上記した方法で正極板、制御弁式鉛蓄電池を
作製して試験した。

【００２９】１．実施例１実施例１に係わる正極用エキスパンド格子体は、図３に
示す製造装置を用いて作製した。この装置は、従来のエ
キスパンド方式による製造装置に、連続的に縦枠骨を形
成することができる鋳造装置が付加されたものである。

【００３０】すなわち、従来から使用されている圧延し
た後に、ロール状に捲回されている帯状の鉛合金シート
1（合金組成：Ｐｂ-Ｃａ０．０８質量％-Ｓｎ１．０質
量％）を、エキスパンド加工機2で刻みを入れた後に展
開する（図３（ａ））。

【００３１】次に、外径が４１３ｍｍ、幅が２００ｍ
ｍ、材質がＦＣＤ４００（粒状黒鉛鋳鉄）で、縦枠骨11
を形成するための溝が一定の間隔で掘り込まれている円
筒型ドラム4に、ノズル5から、鉛合金製の溶湯（溶湯温
度：４８０℃）を供給し、前記展開した格子体（図３
（ａ））に、鋳造により縦枠骨11を有する帯状の格子体
を（図３（ｂ））作製する。

【００３２】なお、ノズル3から供給される溶湯組成
は、Ｐｂ-Ｃａ０．０８質量％−Ｓｎ１．６質量％であ
り、円筒型ドラム4の表面温度は１８０℃、回転速度は
３０ｍ／分、鋳造時に使用する離型剤の塗布量は1ｄｍ³
／ｈとした。

【００３３】縦枠骨11が形成された前記帯状格子体の下
面に、その網目部分を覆うようにペースト紙6を供給
し、充填機7でその上面から活物質ペースト8を充填し、
その上面にペースト紙6を配し、図示されていないロー
ラーで圧着し、乾燥器10にて乾燥し、切断機9にて切断
する。次いで切断した極板を熟成、乾燥することによっ
て、図１に示す形状をした^ｗ７０×^ｌ１５０×^ｔ１．８
ｍｍの正極板を連続的に作製して使用した。

【００３４】２．実施例２従来から使用している圧延した後に、ロール状に捲回さ
れている帯状の鉛合金シート1（合金組成：Ｐｂ-Ｃａ
０．０８質量％-Ｓｎ１．０質量％）を、エキスパンド
加工機2で刻みを入れた後に展開した帯状合金シート
（図３（ａ））を、一定の正極板の寸法（^ｗ７０×^ｌ１
５０ｍｍ）に切断する（図６）。

【００３５】そして、その左右の両端の表裏に２枚の鉛
合金シート板（^ｗ３×^ｌ１５０×^ｔ３ｍｍ、合金組成：
Ｐｂ-Ｃａ０．０８質量％-Ｓｎ１．０質量％）を挟みこ
んだ状態でアーク溶接して、縦枠骨11を一体化した正極
用エキスパンド格子体を作製した。

【００３６】この正極用エキスパンド格子体に、活物質
ペースト8を１枚ずつ充填した後に、両面にペースト紙6
を貼り、熟成、乾燥することによって、図１に示す形状
をした^ｗ７０×^ｌ１５０×^ｔ１．８ｍｍの正極板を作製
して使用した。

【００３７】３．実施例３従来から使用している圧延した後に、ロール状に捲回さ
れている帯状の鉛合金シート1（合金組成：Ｐｂ-Ｃａ
０．０８質量％-Ｓｎ１．０質量％）を、エキスパンド
加工機2で刻みを入れた後に展開した帯状合金シート
（図３（ａ））を、一定の正極板の寸法（^ｗ７０×^ｌ１
５０ｍｍ）に切断する（図６）。

【００３８】そして、その左右の両端の表裏に２枚の鉛
合金シート板（^ｗ３×^ｌ１５０×^ｔ３ｍｍ、合金組成：
Ｐｂ-Ｃａ０．０８質量％-Ｓｎ１．０質量％）を挟みこ
んだ状態で、凹凸を有する面でプレスし、圧着して縦枠
骨11を一体化した正極用エキスパンド格子体を作製し
た。

【００３９】この正極用エキスパンド格子体に、活物質
ペースト8を１枚ずつ充填した後に両面にペースト紙6を
貼り、熟成、乾燥することによって、図１に示す形状を
した^ｗ７０×^ｌ１５０×^ｔ１．８ｍｍの正極板を作製し
て使用した。

【００４０】４．比較例１比較例１として図２に示されるような、従来から使用し
ている^ｗ７０×^ｌ１５０×^ｔ１．８ｍｍのエキスパンド
格子体（図６）を用いた正極板を作製して使用した。

【００４１】５．比較例２比較例２として図５に示すような、鋳造式の格子体を用
い、活物質ペースト8を１枚ずつ充填した後に、その両
面にペースト紙を貼り、熟成、乾燥することによって、
^ｗ７０×^ｌ１５０×^ｔ１．８ｍｍの正極板を作製して使
用した（図なし）。

【００４２】表１に、上記した各種の正極板を用いて作
製した制御弁式鉛蓄電池の、高率放電時の出力特性を試
験した結果を示す。本発明に係わる制御弁式鉛蓄電池
（実施例１〜３）は、比較例１に比べて出力が約５％高
く、鋳造式格子体を用いた比較例２と同等の出力が得ら
れた。この理由として、実施例１〜３は格子体に縦枠骨
11を有しており、集電性に優れるため高率放電時の電圧
低下が少なく、出力特性が向上したと考えられる。

【００４３】

【表１】

【００４４】図４に、上記した各種の正極板を用いて作
製した制御弁式鉛蓄電池のサイクル寿命試験をした結果
を示す。本発明に係わる制御弁式鉛蓄電池（実施例１〜
３）は、比較例１、２に比べて長寿命であることがわか
る。

【００４５】解体調査によって、比較例１は、正極用エ
キスパンド格子体の伸びが著しく、その結果、活物質の
脱落による容量低下によって２５０サイクルで寿命とな
っていた。一方、比較例２の正極板は、鋳造式の格子体
を使用しているため、Ｐｂ-Ｃａ合金特有の粒界腐食の
進行によって格子体が変形し、その結果、短絡が生じて
４００サイクルで寿命となっていた。

【００４６】

【発明の効果】上述したように本発明に係わるエキスパ
ンド格子体を正極板に用いた制御弁式鉛蓄電池は、高率
放電時の出力特性と寿命特性に優れていることがわか
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる正極用エキスパンド格子体を用
いた正極板の概略図である。

【図２】従来から使用している正極用エキスパンド格子
体を用いた正極板の概略図である。

【図３】実施例１に示す正極板の製造工程の概略図であ
る。

【図４】各種の正極板を使用した制御弁式鉛蓄電池の寿
命試験結果である。

【図５】従来から使用している鋳造方式による格子体の
概略図である。

【図６】従来から使用しているエキスパンド方式による
格子体の概略図である。

【符号の説明】

１：鉛合金シート、２：エキスパンド加工機、４：円筒
型ドラム、５：ノズル、６：ペースト紙、７：充填機、
８：活物質ペースト、９：切断機、１０：乾燥器１１：縦枠骨、１２：縦内骨、１３：横枠骨、１４：横
内骨、１５：耳部、１６：活物質層、１７：エキスパン
ド格子、１８：展開部

フロントページの続きＦターム(参考） 5H017 AA01 AS10 BB02 BB06 BB07 BB11 CC05 CC09 CC11 EE02 HH05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉛合金シートに横向きに設けた多数の切
れ目を、縦向きに展開した展開部と、該展開部の上下に
は横枠骨を有しており、そのうち上部に位置する前記横
枠骨には、上方向に突出する耳部を備えた正極用エキス
パンド格子体であって、該正極用エキスパンド格子体の
左右の両端には縦枠骨が形成されていることを特徴とす
る正極用エキスパンド格子体。
【請求項２】前記縦枠骨は、鋳造法によって形成され
たものであることを特徴とする請求項１記載の正極用エ
キスパンド格子体。
【請求項３】前記縦枠骨は、鉛合金シートの溶接によ
って形成されたものであることを特徴とする請求項１記
載の正極用エキスパンド格子体。
【請求項４】前記縦枠骨は、鉛合金シートのプレス圧
着によって形成されたものであることを特徴とする請求
項１記載の正極用エキスパンド格子体。
【請求項５】鉛合金シートに横向きに設けた多数の切
れ目を、縦向きに展開した展開部と、該展開部の上下に
は横枠骨を有しており、そのうち上部に位置する前記横
枠骨には、上方向に突出する耳部を備えた正極用エキス
パンド格子体の製造方法であって、前記展開した後に、
前記正極用エキスパンド格子体の左右の両端に鋳造法に
よって、前記縦枠骨を形成することを特徴とする正極用
エキスパンド格子体の製造方法。
【請求項６】鉛合金シートに横向きに設けた多数の切
れ目を、縦向きに展開した展開部と、該展開部の上下に
は横枠骨を有しており、そのうち上部に位置する前記横
枠骨には、上方向に突出する耳部を備えた正極用エキス
パンド格子体の製造方法であって、前記展開した後に、
前記正極用エキスパンド格子体の左右の両端に鉛合金シ
ートを溶接することによって、前記縦枠骨を形成するこ
とを特徴とする正極用エキスパンド格子体の製造方法。
【請求項７】鉛合金シートに横向きに設けた多数の切
れ目を、縦向きに展開した展開部と、該展開部の上下に
は横枠骨を有しており、そのうち上部に位置する前記横
枠骨には、上方向に突出する耳部を備えた正極用エキス
パンド格子体の製造方法であって、前記展開した後に、
前記正極用エキスパンド格子体の左右の両端に鉛合金シ
ートのプレス圧着することによって、前記縦枠骨を形成
することを特徴とする正極用エキスパンド格子体の製造
方法。