JP2003346892A - バイポーラ型蓄電池 - Google Patents
バイポーラ型蓄電池Info
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- JP2003346892A JP2003346892A JP2002150319A JP2002150319A JP2003346892A JP 2003346892 A JP2003346892 A JP 2003346892A JP 2002150319 A JP2002150319 A JP 2002150319A JP 2002150319 A JP2002150319 A JP 2002150319A JP 2003346892 A JP2003346892 A JP 2003346892A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 正極と負極とが一体に構成された集電体を用
いるバイポーラ型蓄電池において、集電体の製造工法の
簡略化と温度特性の向上の両立を確保するとともに、電
池の製造コストの低減と出力密度の向上を行うこと。 【解決手段】 正極板と負極板とが一体に形成されたバ
イポーラ極板を備えたバイポーラ型蓄電池において、バ
イポーラ極板を帯状の集電体の長手方向に沿って帯状に
互いに平行に形成された正極帯と負極帯からなる帯状極
板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直交するよう
切断し、正極帯と負極帯との間は活物質層の存在しない
無地部を設けるとともに、集電体の正極帯および負極帯
のそれぞれ活物質層を形成した部分に互いに開口率の異
なる正極開口部および負極開口部を備え、バイポーラ極
板において両極の開口配列の共通の繰り返し単位が少な
くとも一単位以上の自然数単位で配置している集電体を
備える。
いるバイポーラ型蓄電池において、集電体の製造工法の
簡略化と温度特性の向上の両立を確保するとともに、電
池の製造コストの低減と出力密度の向上を行うこと。 【解決手段】 正極板と負極板とが一体に形成されたバ
イポーラ極板を備えたバイポーラ型蓄電池において、バ
イポーラ極板を帯状の集電体の長手方向に沿って帯状に
互いに平行に形成された正極帯と負極帯からなる帯状極
板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直交するよう
切断し、正極帯と負極帯との間は活物質層の存在しない
無地部を設けるとともに、集電体の正極帯および負極帯
のそれぞれ活物質層を形成した部分に互いに開口率の異
なる正極開口部および負極開口部を備え、バイポーラ極
板において両極の開口配列の共通の繰り返し単位が少な
くとも一単位以上の自然数単位で配置している集電体を
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は蓄電池、特に高出力
化を目的としたバイポーラ型構造の蓄電池に関するもの
である。
化を目的としたバイポーラ型構造の蓄電池に関するもの
である。
【０００２】
【従来の技術】過去より蓄電池は自動車用を始めとして
様々な分野で用いられている。
様々な分野で用いられている。
【０００３】特に自動車用の鉛蓄電池に見られるエンジ
ンの始動用を主目的として用いられる物が一般に広く普
及している。しかしながら近年、自動車の燃費改善を目
的としてエンジンのアシスト用モータ電源や、車両減速
時の回生エネルギーの蓄電用電池として用いられるよう
な高出力用途に蓄電池を用いられることが多くなってい
る。
ンの始動用を主目的として用いられる物が一般に広く普
及している。しかしながら近年、自動車の燃費改善を目
的としてエンジンのアシスト用モータ電源や、車両減速
時の回生エネルギーの蓄電用電池として用いられるよう
な高出力用途に蓄電池を用いられることが多くなってい
る。
【０００４】一般に蓄電池を高出力化するためには電池
を正負極板をあらかじめ一体型で製造し、電流の通過経
路を短くし構成するバイポーラ型の電池にすることが有
効である。さらに、バイポーラ型の電池は、極板同士の
集電溶接部を持たないため、電池の製造工程の簡略化及
び、溶接部がなくなることによる電池の軽量化の利点も
持っている。
を正負極板をあらかじめ一体型で製造し、電流の通過経
路を短くし構成するバイポーラ型の電池にすることが有
効である。さらに、バイポーラ型の電池は、極板同士の
集電溶接部を持たないため、電池の製造工程の簡略化及
び、溶接部がなくなることによる電池の軽量化の利点も
持っている。
【０００５】また、バイポーラ型の電池を構成する場合
においても、一般の蓄電池に用いられるような極板の薄
型化により、反応面積増加させ、極板の電流密度を低め
ることも高出力化の点では有効であることには変わりな
い。
においても、一般の蓄電池に用いられるような極板の薄
型化により、反応面積増加させ、極板の電流密度を低め
ることも高出力化の点では有効であることには変わりな
い。
【０００６】バイポーラ型の電池を構成する場合、集電
体を合金の鋳造、または、圧延処理した合金シートをエ
キスパンドと呼ばれるラス状への展開加工、または圧延
処理した合金シートに機械的な開口処理を行うパンチン
グで作成する方法が考えられる。しかし、極板の薄型化
が進むほど、極板の多層化に伴う極板厚みの製造精度が
重要になるため、集電体の厚み精度が良いパンチング集
電体を用いる方が有利になる。
体を合金の鋳造、または、圧延処理した合金シートをエ
キスパンドと呼ばれるラス状への展開加工、または圧延
処理した合金シートに機械的な開口処理を行うパンチン
グで作成する方法が考えられる。しかし、極板の薄型化
が進むほど、極板の多層化に伴う極板厚みの製造精度が
重要になるため、集電体の厚み精度が良いパンチング集
電体を用いる方が有利になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、バイポーラ型
の電池を構成するための極板の集電体をパンチング処理
により製造する場合、効率良く製造するには、図１のよ
うに、打抜き処理（以下パンチングと呼ぶ）を行う方向
と垂直方向（極板高さ方向）にパンチング金型を分配置
し、パンチング金型が一定間隔でストロークし圧延シー
トをパンチングする工法をとるのが望ましい。しかし、
バイポーラ型の蓄電池の集電体は、正負極集電体が同一
圧延シートで形成されるため、上記製造工法を取る場
合、図２のように正負極集電体が同一間隔に同時にパン
チングされるため、正負極の開口形状及び開口率を変更
し難い。
の電池を構成するための極板の集電体をパンチング処理
により製造する場合、効率良く製造するには、図１のよ
うに、打抜き処理（以下パンチングと呼ぶ）を行う方向
と垂直方向（極板高さ方向）にパンチング金型を分配置
し、パンチング金型が一定間隔でストロークし圧延シー
トをパンチングする工法をとるのが望ましい。しかし、
バイポーラ型の蓄電池の集電体は、正負極集電体が同一
圧延シートで形成されるため、上記製造工法を取る場
合、図２のように正負極集電体が同一間隔に同時にパン
チングされるため、正負極の開口形状及び開口率を変更
し難い。
【０００８】また、蓄電池は一般的に、使用温度と正負
活物質特性の温度依存性の関係から、正極および負極板
の活物質量を同一体積に充填しない場合が多い。しかし
ながら、バイポーラ電池を構成する場合、図３に示す構
成（電池断面図）をとるため、極板及び集電体の厚さを
正負極同一にする方が望ましい（極板厚みが異なると、
正極と負極で同時に活物質を充填することが困難にな
る。セルと異なることになる）。そこで、上記活物質量
の充填の問題を満たすためには、集電体の開口率を変更
させ、活物質量の調整を行う事が望ましい。しかしなが
ら、上記２つの問題は相反するものであり、従って、バ
イポーラ蓄電池を打抜き処理により製造する集電体を用
いて構成する場合、製造の効率と電池特性の両立が行い
難い。
活物質特性の温度依存性の関係から、正極および負極板
の活物質量を同一体積に充填しない場合が多い。しかし
ながら、バイポーラ電池を構成する場合、図３に示す構
成（電池断面図）をとるため、極板及び集電体の厚さを
正負極同一にする方が望ましい（極板厚みが異なると、
正極と負極で同時に活物質を充填することが困難にな
る。セルと異なることになる）。そこで、上記活物質量
の充填の問題を満たすためには、集電体の開口率を変更
させ、活物質量の調整を行う事が望ましい。しかしなが
ら、上記２つの問題は相反するものであり、従って、バ
イポーラ蓄電池を打抜き処理により製造する集電体を用
いて構成する場合、製造の効率と電池特性の両立が行い
難い。
【０００９】
【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、本発明は、正極板と負極板とが一体に形成され
たバイポーラ極板を備えたバイポーラ型蓄電池におい
て、前記バイポーラ極板は帯状の集電体の長手方向に沿
って帯状に互いに平行に形成された正極帯と負極帯から
なる帯状極板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直
交するよう切断されてなり、前記正極帯と負極帯との間
は活物質層の存在しない無地部を設けるとともに、前記
集電体の前記正極帯および負極帯のそれぞれ活物質層を
形成した部分に互いに開口率の異なる正極開口部および
負極開口部を備え、前記バイポーラ極板において両極の
開口配列の共通の繰り返し単位が少なくとも一単位以上
の自然数単位で配置している集電体を備えたことを特徴
とするバイポーラ型蓄電池を示すものである。
ために、本発明は、正極板と負極板とが一体に形成され
たバイポーラ極板を備えたバイポーラ型蓄電池におい
て、前記バイポーラ極板は帯状の集電体の長手方向に沿
って帯状に互いに平行に形成された正極帯と負極帯から
なる帯状極板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直
交するよう切断されてなり、前記正極帯と負極帯との間
は活物質層の存在しない無地部を設けるとともに、前記
集電体の前記正極帯および負極帯のそれぞれ活物質層を
形成した部分に互いに開口率の異なる正極開口部および
負極開口部を備え、前記バイポーラ極板において両極の
開口配列の共通の繰り返し単位が少なくとも一単位以上
の自然数単位で配置している集電体を備えたことを特徴
とするバイポーラ型蓄電池を示すものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を鉛蓄電池を
例に取り以下に説明する。ここでは蓄電池を代表例とし
て本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、バイポ
ーラ形状をとる蓄電池一般に適用することが可能であ
る。
例に取り以下に説明する。ここでは蓄電池を代表例とし
て本発明の実施の形態を説明するが、本発明は、バイポ
ーラ形状をとる蓄電池一般に適用することが可能であ
る。
【００１１】図１および図２に示したように、打ち抜き
型Ａを用いて帯状集電体１の長さ方向にそれぞれ正極開
口部２と負極開口部３とを互いに平行な帯状に形成す
る。なお、本発明においては正極開口部２と負極開口部
３とは互いに異なる開口率を有している。
型Ａを用いて帯状集電体１の長さ方向にそれぞれ正極開
口部２と負極開口部３とを互いに平行な帯状に形成す
る。なお、本発明においては正極開口部２と負極開口部
３とは互いに異なる開口率を有している。
【００１２】また、これらの帯状の開口部の間には無地
部４を設ける。両極の開口部２３にはそれぞれの極性に
応じた活物質層を形成して互いに図２に示したように正
極帯５および負極帯６を形成する。
部４を設ける。両極の開口部２３にはそれぞれの極性に
応じた活物質層を形成して互いに図２に示したように正
極帯５および負極帯６を形成する。
【００１３】その後、集電体１の長手方向に沿って帯状
に互いに平行に形成された正極帯５と負極帯６からなる
帯状極板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直交す
るよう切断して図３に示すようなバイポーラ極板７を得
る。なお、図３の例では正極帯２が２本、負極帯３本が
１本の例を示している。また、無地部４は切断加工され
て耳部８を形成する。
に互いに平行に形成された正極帯５と負極帯６からなる
帯状極板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直交す
るよう切断して図３に示すようなバイポーラ極板７を得
る。なお、図３の例では正極帯２が２本、負極帯３本が
１本の例を示している。また、無地部４は切断加工され
て耳部８を形成する。
【００１４】この時、打ち抜きパターンのサイクル９が
同一極板内に１サイクル（１単位）以上の自然数サイク
ルが配置されるよう構成する。このように構成すれば正
極活物質量と負極活物質量とを最も適切な比率で均一と
することができる。また、集電体の開口率を設定するこ
とによって正極帯の厚みと負極帯の厚みとを同一に構成
することができるので、図４に示したように、正極活物
質と負極活物質とをそれぞれの充填ノズル１０、１１で
充填した後、ローラ１２で同時に整圧することができ
る。
同一極板内に１サイクル（１単位）以上の自然数サイク
ルが配置されるよう構成する。このように構成すれば正
極活物質量と負極活物質量とを最も適切な比率で均一と
することができる。また、集電体の開口率を設定するこ
とによって正極帯の厚みと負極帯の厚みとを同一に構成
することができるので、図４に示したように、正極活物
質と負極活物質とをそれぞれの充填ノズル１０、１１で
充填した後、ローラ１２で同時に整圧することができ
る。
【００１５】
【実施例】バイポーラ形状をとる鉛蓄電池を以下の方法
で作成した。
で作成した。
【００１６】バイポーラ電池の集電体として、合金組成
Ｐｂ−０．０３質量％Ｃａ−１．８０質量％Ｓｎ、厚み
０．６ｍｍの圧延鉛合金シートを用い、以下の表に示す
ような３種の集電体を打抜き処理により作成した。ま
た、正極と負極ではパンチングの金型ピッチが同じであ
るが、本発明例では開口率を変化させている。
Ｐｂ−０．０３質量％Ｃａ−１．８０質量％Ｓｎ、厚み
０．６ｍｍの圧延鉛合金シートを用い、以下の表に示す
ような３種の集電体を打抜き処理により作成した。ま
た、正極と負極ではパンチングの金型ピッチが同じであ
るが、本発明例では開口率を変化させている。
【００１７】
【表１】
【００１８】また、上記集電体上へのペーストの塗工
は、正極には、２５質量％の鉛を含む酸化鉛粉（以下鉛
粉）に所定量の蒸留水と密度１．４０ｇ／ｃｍ3の硫酸
を滴下混合したもの、また、負極には鉛粉に硫酸バリウ
ム、リグニンスルフォン酸ナトリウム、アセチレンブラ
ックを混合したものに所定量の蒸留水と密度１．４０ｇ
／ｃｍ3の硫酸を滴下混合して調整し、正負極とも１．
１ｍｍの極板厚みに充填を行った。
は、正極には、２５質量％の鉛を含む酸化鉛粉（以下鉛
粉）に所定量の蒸留水と密度１．４０ｇ／ｃｍ3の硫酸
を滴下混合したもの、また、負極には鉛粉に硫酸バリウ
ム、リグニンスルフォン酸ナトリウム、アセチレンブラ
ックを混合したものに所定量の蒸留水と密度１．４０ｇ
／ｃｍ3の硫酸を滴下混合して調整し、正負極とも１．
１ｍｍの極板厚みに充填を行った。
【００１９】また、試験用の電池は、上述の塗工したパ
ンチングシートを極板幅に切断及び集電部形成加工し、
それぞれの集電体極板にしたものを１セル当たり正極１
０枚、負極１０枚（１１０ｍｍ×４０ｍｍ寸法）と０．
８ｍｍのガラス繊維を主原料とするガラスマットセパレ
ータ（１１５ｍｍ×４３ｍｍ寸法）とで構成し、セル間
をエポキシ系接着剤で封した後、所定量の硫酸を加え、
充電処理を行い６Ｖ１２ＡＨの制御弁式鉛蓄電池（電池
１〜３）を構成した。
ンチングシートを極板幅に切断及び集電部形成加工し、
それぞれの集電体極板にしたものを１セル当たり正極１
０枚、負極１０枚（１１０ｍｍ×４０ｍｍ寸法）と０．
８ｍｍのガラス繊維を主原料とするガラスマットセパレ
ータ（１１５ｍｍ×４３ｍｍ寸法）とで構成し、セル間
をエポキシ系接着剤で封した後、所定量の硫酸を加え、
充電処理を行い６Ｖ１２ＡＨの制御弁式鉛蓄電池（電池
１〜３）を構成した。
【００２０】〈試験：低温ハイレート出力測定〉本発
明例の電池の性能比較として、−１５℃の各充電状態
（以後ＳＯＣ（％）：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ
と記載）による３００Ａ放電出力の比較を行った。
明例の電池の性能比較として、−１５℃の各充電状態
（以後ＳＯＣ（％）：Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ
と記載）による３００Ａ放電出力の比較を行った。
【００２１】この結果を図５に示す。
【００２２】図５より、電池１＜電池３＜電池２の順
で、−１５℃の放電出力が低ＳＯＣで、２５℃のものよ
り顕著に高くなることが示された。これは、鉛蓄電池の
活物質が負極の鉛が温度に対して放電特性の変化が大き
い（低温特性が悪い）ため、開口率を増加させ、充填活
物質を増加させた順に低ＳＯＣでの低温出力が増加した
と考えられる。
で、−１５℃の放電出力が低ＳＯＣで、２５℃のものよ
り顕著に高くなることが示された。これは、鉛蓄電池の
活物質が負極の鉛が温度に対して放電特性の変化が大き
い（低温特性が悪い）ため、開口率を増加させ、充填活
物質を増加させた順に低ＳＯＣでの低温出力が増加した
と考えられる。
【００２３】〈試験：寿命試験〉本発明品の電池の性
能比較として、車両搭載時を想定した４０℃環境におけ
る充放電パターンサイクル寿命試験を行った。なお、試
験条件は以下のようなパターンで行った。
能比較として、車両搭載時を想定した４０℃環境におけ
る充放電パターンサイクル寿命試験を行った。なお、試
験条件は以下のようなパターンで行った。
【００２４】放電（１）：２００Ａ ２秒
放電（２）：３０Ａ ４０秒
充電：１４．０Ｖ（ＭＡＸ３０Ａ）１５０秒
この結果を図６（サイクル数と２００Ａ放電２秒目の電
圧で表示）に示す。図６より、本特性も電池１＜電池３
＜電池２の順を示した。これは、このようなハイレート
の充放電特性においては放電は負極が律速になるため負
極の活物質量が多ければ、充放電の負荷が小さくなるこ
とが原因と考えられる。
圧で表示）に示す。図６より、本特性も電池１＜電池３
＜電池２の順を示した。これは、このようなハイレート
の充放電特性においては放電は負極が律速になるため負
極の活物質量が多ければ、充放電の負荷が小さくなるこ
とが原因と考えられる。
【００２５】なお、上記実施例において、電池２以上に
負極集電体の開口率を上げると、集電体の鉛単量の減少
しすぎによるＳＯＣ全体での出力低下が生じる。
負極集電体の開口率を上げると、集電体の鉛単量の減少
しすぎによるＳＯＣ全体での出力低下が生じる。
【００２６】
【発明の効果】以上、記載してきたように本発明は、打
抜き処理により製造する集電体を用いるバイポーラ型蓄
電池において、集電体の製造工法の簡略化と温度特性の
向上の両立を確保することができる。さらに電池の製造
コストの低減と出力密度の向上を行えることから工業
上、極めて有用である。
抜き処理により製造する集電体を用いるバイポーラ型蓄
電池において、集電体の製造工法の簡略化と温度特性の
向上の両立を確保することができる。さらに電池の製造
コストの低減と出力密度の向上を行えることから工業
上、極めて有用である。
【図１】集電体の製造工程を示す図
【図２】集電体を示す図
【図３】バイポーラ極板を示す図
【図４】活物質充填工程を示す図
【図５】本発明例および比較例の電池の出力特性を示す
図
図
【図６】本発明例および比較例の電池の寿命特性を示す
図
図
Ａ 打ち抜き型
１ 帯状集電体
２ 正極開口部
３ 負極開口部
４ 無地部
５ 正極帯
６ 負極帯
７ バイポーラ極板
８ 耳部
９ （打ち抜き加工の）サイクル
１０ 正極充填ノズル
１１ 負極充填ノズル
１２ ローラー
Claims (1)
- 【請求項１】 正極板と負極板とが一体に形成されたバ
イポーラ極板を備えたバイポーラ型蓄電池において、前
記バイポーラ極板は帯状の集電体の長手方向に沿って帯
状に互いに平行に形成された正極帯と負極帯からなる帯
状極板を所定長さで帯状の長手方向に対して概直交する
よう切断されてなり、前記正極帯と負極帯との間は活物
質層の存在しない無地部を設けるとともに、前記集電体
の前記正極帯および負極帯のそれぞれ活物質層を形成し
た部分に互いに開口率の異なる正極開口部および負極開
口部を備え、前記バイポーラ極板において両極の開口配
列の共通の繰り返し単位が少なくとも一単位以上の自然
数単位で配置している集電体を備えたことを特徴とする
バイポーラ型蓄電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002150319A JP2003346892A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | バイポーラ型蓄電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002150319A JP2003346892A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | バイポーラ型蓄電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003346892A true JP2003346892A (ja) | 2003-12-05 |
Family
ID=29768206
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002150319A Pending JP2003346892A (ja) | 2002-05-24 | 2002-05-24 | バイポーラ型蓄電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003346892A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008010564A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Batterie secondaire |
| JP2009093812A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 積層型電池 |
-
2002
- 2002-05-24 JP JP2002150319A patent/JP2003346892A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008010564A1 (fr) * | 2006-07-19 | 2008-01-24 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Batterie secondaire |
| JP2008027662A (ja) * | 2006-07-19 | 2008-02-07 | Toyota Motor Corp | ２次電池 |
| US8642208B2 (en) | 2006-07-19 | 2014-02-04 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Secondary battery |
| JP2009093812A (ja) * | 2007-10-04 | 2009-04-30 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 積層型電池 |
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