JP2010113933A - ペースト式鉛蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】活物質との密着性を確保しつつ、エキスパンド加工時において格子骨の切断が生じにくいエキスパンド格子を有するペースト式鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明のペースト式鉛蓄電池は、鉛−カルシウム系合金からなり、格子骨からなる略菱目状の網目部の下部に下枠骨を設けたエキスパンド格子を正極に用い、下枠骨に当接する略菱目の下部２辺を除いて、格子骨の表面の少なくとも１面にアンチモン、スズ、銀の少なくとも一つの元素を含ませたことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明はエキスパンド格子を用いたペースト式鉛蓄電池に関するものである。

ペースト式鉛蓄電池は、鉛−カルシウム系合金等からなる格子に酸化鉛、硫酸、精製水を含むペーストを充填した正極と、鉛−カルシウム系合金等からなる格子に酸化鉛、硫酸、精製水を含むペーストを充填した負極を、ポリオレフィンを代表とする樹脂からなるセパレータを介して対峙させて複数個の極板群を構成し、これらの極板群を複数のセル室からなる電槽に各々挿入して直列に接続し、希硫酸からなる電解液を注入して蓋を電槽に装着して構成される。

正極用のエキスパンド格子は、鉛−カルシウム系合金をスラブ状に鋳造し、圧延することでシートを製作し、その後レシプロ方式の切断刃で千鳥状に切れ目を入れながら伸展させ、所望の寸法に切断することで、切り目に応じたパターンの格子骨を有する形状を持って作製できる。このエキスパンド格子は、正極端子やストラップなどの集電部材と接続するための耳部を最上部に有し、ペーストを充填するための網目部（格子骨と空隙とからなる）を下部に有する。なお網目部の最下部には、原材料である平板状の反物の長尺方向に沿った下枠骨が当接している。

しかし、アンチモンを含まない鉛−カルシウム系合金は、格子と活物質の密着性やサイクル使用中の格子の伸びに問題があるため、メンテナンスフリー性を保ちつつ、高温雰囲気中でのサイクル寿命特性の向上を図る目的で格子表面にアンチモンを含む層を付与する技術が提案された（例えば、特許文献１）。

また、格子の網目部の高さ方向において格子耳部に近い網目部に付与された活物質量に対するアンチモン量を、耳部から離れた網目部に付与された活物質量に対するアンチモン量よりも相対的に多くすることにより、深い放電でのサイクル寿命の向上を図る技術が提案された（例えば、特許文献２）。
特開昭６３−１４８５５７号公報 特開平０３−０４６７６２号公報

エキスパンド格子は通常、極板強度を強くする目的で、下枠骨をこれに接続する格子骨に比べて太くなるように設計する。しかしこのような設計の下、上述した方法でエキスパンド格子を作製する際、エキスパンド加工時に、下枠骨の変形が少ないため、これに接続する格子骨に応力が集中してしまい、その結果として格子骨の切断が発生するという不具合が発生していた。

また、上述した格子骨の切断が発生しやすい部分に特許文献１および２の技術におけるアンチモンを含む層が存在することで、より格子骨切断が発生しやすくなるという課題を本発明者らは初めて見出した。

本発明は上述した課題を解決するものであって、活物質との密着性を確保しつつ、エキスパンド加工時において格子骨の切断が生じにくいエキスパンド格子を有するペースト式鉛蓄電池を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本発明のペースト式鉛蓄電池は、鉛−カルシウム系合金からなり、格子骨からなる略菱目状の網目部の下部に下枠骨を設けたエキスパンド格子を正極に用い、下枠骨に当接する略菱目の下部２辺を除いて、格子骨の表面の少なくとも１面にアンチモン、スズ、銀の少なくとも一つの元素を含ませたことを特徴とする。

格子骨のほとんどの箇所の表面に、活物質との密着性が高い金属（アンチモン、スズ、銀の少なくとも一つ）を含ませるとともに、エキスパンド加工時の応力が集中しやすい箇所の格子骨の表面には上記金属を含ませないことで、活物質との密着性を確保しつつ、エキスパンド加工時の格子骨の切断を回避できる。なおエキスパンド加工時の格子骨の切断を回避することで、格子骨が有する集電機能が確保できるので、鉛蓄電池の出力特性や寿命特性が著しく改善すると推測できる。

本発明によれば、活物質との密着性を確保しつつ、エキスパンド加工時において格子骨の切断が生じにくいエキスパンド格子を有するペースト式鉛蓄電池を提供できる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態について、図を用いて説明する。

本発明のペースト式鉛蓄電池は、鉛−カルシウム系合金からなり、格子骨からなる略菱目状の網目部の下部に下枠骨を設けたエキスパンド格子を正極に用い、下枠骨に当接する略菱目の下部２辺を除いて、格子骨の表面の少なくとも１面にアンチモン、スズ、銀の少なくとも一つの元素を含ませたことを特徴とする。

図１は本発明のペースト式鉛蓄電池におけるエキスパンド格子の概略を示す図であり、図２はその細部を示す図である。正極に用いるエキスパンド格子１は、正極端子やストラップなどの集電部材と接続するための耳部２を最上部に有し、ペーストを充填するための略菱目状の格子ます目８ａ、８ｂおよび８ｃからなる網目部４を下部に有する。なお網目部４の最上部には上枠骨３が当接しており、最下部には下枠骨５ｃが当接している。格子骨５ａは下枠骨５ｃに当接しておらず、略菱目の下部２辺を構成する格子骨５ｂは下枠骨５ｃに当接している。なお上枠骨３を一辺とする最上部の格子ます目８ａおよび下枠骨５ｃを一辺とする最下部の格子ます目８ｂは、略菱目形状を有していない例を示している。

本発明では、格子骨５ａの表面には図２のように少なくとも１面にアンチモン、スズ、銀の少なくとも一つの元素を含ませて表面層７を形成させ、下枠骨５ｃに当接する最下部の略菱目状の格子ます目８ｃの下部２辺を構成する格子骨５ｂおよび下枠骨５ｃの表面にはこの表面層７を設けないようにしたことを特徴とする。

本発明者らは、格子骨５ｂの表面の一部にアンチモン、スズ、銀の少なくとも１元素以上を含む表面層７が付与されていると、これらの金属が付与されていない場合と比べて、格子骨５ｂの強度が低下して切断されやすくなるという課題を見出した。そこで格子骨５ａの表面に、活物質との密着性が高い金属（アンチモン、スズ、銀の少なくとも一つ）を含ませるとともに、下枠骨５ｃとエキスパンド加工時の応力が集中しやすい格子骨５ｂの表面には上記金属を含ませないことで、活物質との密着性を確保しつつ、エキスパンド加工時の格子骨５ｂの切断を回避できるようにした。

本発明の構成によれば、格子の切断が回避できるため、ペースト充填時にエキスパンド格子１がペースト充填ホッパーの中で詰まってラインが停止することを防止できる。またエキスパンド加工時の格子骨５ｂの切断を回避することで、格子骨５ｂが有する集電機能
が確保できるので、鉛蓄電池の出力特性や寿命特性が著しく改善すると推測される。さらには切断された格子骨５ｂが折れ曲がって先端がセパレータを破損させることがないので、電池の短絡を抑制できるものと推測される。

なお本発明において、格子骨５ｂとそれに接続する格子骨５ａとで構成される接続部６は５ｂに含まれるものとする。また表面層７の幅は特に制限されないが、特性向上を目的に付与しているため、格子骨５ｂにかからないことを前提に広くするのが好ましい。さらに表面層７の厚みは、基板となる鉛シートの厚みの０．５％以上とすることで、表面層７の剥離を顕著に抑制できる。

表面層７の成分は、求める性能に応じて適宜選択できるが、例としてアンチモン濃度が０．２〜５．０質量％である鉛合金等が挙げられる。この表面層７は、箔圧延、溶射、溶湯浸漬等の手法によって、格子骨５ａの表面に設けることができる。

このエキスパンド格子１にペースト練合機で作製した正極ペーストを充填して正極とし、極板群を構成後、電槽に収納し、この電槽に蓋を装着する等、公知の構成によって本発明のペースト式鉛蓄電池を組み立てることができる。

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
鉛−カルシウム系合金をスラブ状に鋳造し、圧延することでシートを製作し、その後レシプロ方式の切断刃で千鳥状に切れ目を入れながら伸展させた。なお圧延の際に箔圧延にて格子骨５ａのみアンチモン、スズ、銀を含む表面層７を付与し、エキスパンド格子１の連続体を作製した。

（比較例１）
圧延の際に箔圧延にて網目部４全体（格子骨５ａおよび５ｂ）に表面層７を付与したこと以外は、実施例１と同様にしてエキスパンド格子１の連続体を作製した。

（比較例２）
圧延の際に箔圧延にて格子骨５ａおよび５ｂの上半分（下枠骨５ｃに当接しない側）に表面層７を付与したこと以外は、実施例１と同様にしてエキスパンド格子１の連続体を作製した。

以上のようにして作製したエキスパンド格子の連続体について、格子切断箇所数測定を行なった。１０ｍ当たりの切断箇所数としての結果を（表１）に示す。

（表１）に示すように、網目部４全体に表面層７を付与した比較例１のみならず、格子骨５ｂの上半分に表面層７を付与した比較例２も、多数の切断が発生した。これは、元々応力が集中しやすい格子骨５ｂに部分的にでも表面層７を付与することにより強度が顕著に低下したためと推測される。これらと比較して、格子骨５ａのみに表面層７を付与した実施例１は切断が発生しなかった。これは、応力が集中しやすい格子骨５ｂに表面層７を付与しないことにより、強度低下を防ぐことができたためと推測される。

本発明の構成によれば、エキスパンド格子の切断による不具合を防止できるため、始動用鉛蓄電池をはじめとする、様々な用途のペースト式鉛蓄電池において極めて有用である。

本発明のペースト式鉛蓄電池におけるエキスパンド格子の概略を示す図 本発明のペースト式鉛蓄電池におけるエキスパンド格子の細部を示す図

符号の説明

１ エキスパンド格子
２ 耳部
３ 上枠骨
４ 網目部
５ａ 格子骨
５ｂ 格子骨
５ｃ 下枠骨
６ 接続部
７ 表面層
８ａ 格子ます目
８ｂ 格子ます目
８ｃ 格子ます目

Claims (1)

1. 鉛−カルシウム系合金からなり、格子骨からなる略菱目状の網目部の下部に下枠骨を設けたエキスパンド格子を、正極に用いたペースト式鉛蓄電池であって、
   前記下枠骨に当接する略菱目の下部２辺を除いて、前記格子骨の表面の少なくとも１面にアンチモン、スズ、銀の少なくとも一つの元素を含ませたことを特徴とするペースト式鉛蓄電池。

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