JP2012182080A

JP2012182080A - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP2012182080A
Application number: JP2011045522A
Authority: JP
Inventors: Shuichi Hashimoto; 修一橋本
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】エキスパンド格子体の上下方向の伸びにより発生した応力を、集電部としての耳部の付け根部分に集中させない鉛蓄電池を提供する。
【解決手段】電槽と、この電槽底面に設けたリブと接するように配置されるエキスパンド格子体を使用した極板を備え、前記電極がその上端に集電部としての耳部を有し、前記電槽底面に設けたリブが、前記耳部が変形可能な応力により、前記耳部が変形するよりも前に凹変形するようにする。
【選択図】図６

Description

本発明は、鉛蓄電池、特に自動車用の鉛蓄電池に関する。

鉛蓄電池には、大電流放電が可能であり、生産性に優れたペースト式極板が多く使用されている。ペースト式極板は、鉛合金製格子体にペースト状活物質を保持させた極板である。自動車用等の鉛蓄電池においては、生産性向上の観点から、鉛合金製平板に切り込みを入れて伸張させたエキスパンド格子体にペースト状活物質を保持させた極板が多く使用されるようになっている。
自動車用の鉛蓄電池はエンジンルームに搭載されるため、特に真夏は、ボンネットやエンジンなどからの輻射熱により、高温環境下にさらされる。極板の格子体は、高温で使用されると腐食が進行する。鋳造格子体がその左右両側部に枠骨を有しているのに対し、エキスパンド格子体は当該枠骨を有していないため、前記腐食に起因する上下方向への膨張が大きい。一方、極板は、下辺を電槽底部に当接し、上辺上の集電部としての耳部をストラップに溶接して、上下方向の寸法を規制されている。従って、鉛蓄電池の継続使用により、エキスパンド格子体の上下方向への膨張が徐々に大きくなり、エキスパンド格子体が変形すると、耳部の付け根部分に応力が集中するようになる。すると、前記耳部の付け根部分にて、耳部の折れ、又は、破断する可能性が徐々に増す。

このような、エキスパンド格子体における耳部付け根部分への応力集中への対応策は、例えば特許文献１に示されおり、電槽底部に配置する鞍の、極板群を載置する一部を切り欠く、細くすることにより部分的に強度を弱くし、鞍の変形により応力を分散させている。

実開平０２−０７９５６０号公報

しかしながら、特許文献１に記載された鞍は、電池の鉄製収納箱に、電解液（希硫酸）が付着した場合、鉄製収納箱側面が腐食し、錆の発生による体積変化により電池の側面を押された場合の変形を吸収する方向に、切り込みまたは薄肉部を配置しているため、極板自身の上下方向の伸びの変形量を吸収する形状として、適しているとはいえない。
本発明は、エキスパンド格子体の上下方向の伸びにより発生した応力を、耳の付け根部分に集中させない鉛蓄電池を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明に係る第１の発明は、電槽と、この電槽底面に設けたリブと当接するように配置されるエキスパンド格子体の極板とを備え、前記格子体がその上辺に集電部としての耳部を有し、前記電槽底面に設けたリブが、耳部を変形させるに足る応力よりも小さい応力で凹変形するように構成された鉛蓄電池であることを特徴とする。

第２の発明は、前記第１の発明において、リブが、電槽底面よりも変形し易い材質により構成されることを特徴とする。

第３の発明は、前記第１又は第２の発明において、リブが、リブ本体と、このリブ本体に固定された軟質で弾力性を有する材料とで構成されることを特徴とする。

第４の発明は、前記第３の発明において、軟質で弾力性を有する材料が、ブチルゴム又はエチレンプロピレンゴムであることを特徴とする。

本発明によれば、エキスパンド格子体の伸びを、耳部が変形するよりも前に、電槽底部に設けたリブが凹変形することにより吸収し、耳部を変形させることがない。

リブが電槽底面よりも変形し易い材質により構成される場合は、リブの変形により耳部への応力集中を阻止すると共に、電槽底面をより硬質なものとすることができ、外部衝撃に対しより強固な鉛蓄電池とすることができる。

リブをリブ本体と軟質で弾力性を有する材料により構成した場合は、電槽底面とリブ本体とを共に硬質な材料により一体成形することができ、しかも、極板の底辺を軟質で弾力性を有する材料に当接するように配置して、軟質で弾力性を有する材料により耳部への応力集中を阻止することができる。また、軟質で弾力性を有する材料をブチルゴム又はエチレンプロピレンゴムとした場合は、エンジンの熱で温度の上がった電解液（希硫酸）中で使用されても、弾力性を保つことができる。

本発明の一実施例で用いる電極群を示す図である。本発明の一実施例で用いる電槽を示す斜視図である。本発明の一実施例で用いるリブを示す斜視図である。本発明の一実施例で用いる極板群にストラップを接続した斜視図である。本発明の一実施例である鉛蓄電池を示す全体斜視図である。図５に示す鉛蓄電池の内部構造を示す断面図である。エキスパンド格子体を示す図である。

＜電槽＞
本発明にて述べる電槽は、その内部に、正極板と負極板とその両者の間に介在させたセパレータにより構成した極板群を収納するものであり、極板群の収納し易さから、上面が開放された箱体と、この箱体の上面を覆う蓋体とを有するものを、好適に使用することができる。尚、箱体と蓋体との一体化は、接着剤、熱溶着、超音波溶着等を適宜用いることができる。
電槽の形状は、特に限定されるものではないが、通常極板群がほぼ直方体であることから、電極収納時に無効空間が少なくなるように、方形のものを用いることが好ましい。
電槽の材質は、特に制限されるものではないが、電解液（希硫酸）に対し耐性を有するものである必要があり、具体的には、ポリプロピレン、ポリエチレン、アクリロニトリル・ブタジエン・スチレン共重合樹脂（ＡＢＳ）等を用いることができ、ポリプロピレンであると、耐酸性、加工性（ＡＢＳでは電槽と蓋の熱溶着が困難）、コストの面で有利である。

尚、電槽は、前述した箱体及び蓋体より形成される場合に、箱体と蓋体とを、別々の材質により形成しても、同一材質により形成してもよいが、熱膨張係数の等しいものを使用することが、無理な応力が発生させず好ましい。
電槽には、必要に応じて、安全弁を設けることがでる。制御弁式鉛蓄電池においては、何らかの不具合等により過大な充電電流が流れた場合、発生したガスによる内圧を大気中へ放出させるための安全弁が設けられている。

＜エキスパンド格子体を使用した極板＞
本発明にて述べる極板は、エキスパンド格子体を使用した極板を用いる。
先ず、所定合金組成になるように鉛中に所定量のＣａ、Ｓｎを溶解する。前記鉛合金を金型で鋳造することで、正極用鋳造スラブを作製する。
前記正極用鋳造スラブを、例えば、厚さが１．０ｍｍになるまで連続的に圧延加工を行い、厚さ：１．０ｍｍ、幅：７８ｍｍとなる圧延シートを作製する。
また、負極用については、例えば、同様の工程にて厚さ：０．６ｍｍ、幅：５５ｍｍとなる圧延シートを作製する。

次に、圧延シートの幅方向中央部を除く左右両側領域に圧延シート長手方向のスリットを千鳥状に順次入れ、圧延シートの幅方向に展開加工を行い、網目状の格子を形成する。これを所定寸法に裁断すると共に、圧延シートの非展開部から集電部としての耳部を打ち抜くことでエキスパンド格子体を得られる。

このエキスパンド格子体には、鉛粉、所要の添加剤、希硫酸及び水を練合したペースト状活物質を充填し、熟成、乾燥を経て、正極板及び負極板を作製する。

＜電池の作製＞
前記正極板と負極板とを、セパレータを介して交互に積層し、正極６枚／負極７枚構成の極板群を作製する。この極板群を電槽に挿入し、正極板の耳部と負極板の耳部を各々溶接し、蓋を電槽にかぶせて溶着し、電池を組み立てた。
前記電池に希硫酸を注液し、４０℃の水槽内に静置した。次に、直流電流を通電して電槽化成した。電槽化成後の電池の電解液比重を１．２８０（２０℃換算）に調整し、電池を作製した。

＜凹変形＞
本発明にて述べるリブの凹変形とは、電槽底面に設けたリブが、下方に凹むことを意味する。より詳細には、リブそのものが下側に凹むか、リブがリブ本体とこのリブ本体に固定された弾性体とを有し、この弾性体が下側に凹むことを意味する。
但し、凹むのは、耳部を変形させるに足る応力よりも大きい応力が、エキスパンド格子体の耳部に対して発生した場合であり、その際に、耳部が変形するよりも前に、電槽底面に設けたリブが凹変形して、耳部の変形を阻止する。
凹変形の量は、特に限定されるものではなく、エキスパンド格子体の上下方向長さによるが、大凡その上下方向の長さの１〜３％程度であり、格子体の上下方向長さが１００ｍｍであれば、１〜３ｍｍとすることができる。

＜リブ＞
本発明にて述べるリブは、電槽の内側底面に設けられるものであり、その数は単数でも複数でも良いが、このリブに先に述べたエキスパンド格子体を使用した極板を配置することから、複数とすることが好ましい。これは、前記極板を、安定して載置できることによる。
また、リブは、１つの材質により形成しても、リブ本体とこのリブ本体に固定される軟質で弾力性を有する材料とを有する構成としても良い。但し、１つの材質にて形成する場合は、電槽底面とリブとの材質を代える必要があり、リブ本体と軟質で弾力性を有する材料とを有する場合は、電槽とリブ本体とを同じ材質にできるが、後に軟質で弾力性を有する材料をリブ上に固定する必要がある。

リブの材質は、軟質で弾力性を有する材料を用いないのであれば、電槽よりも軟質であり、耳部を変形させるに足る応力よりも小さい応力で凹変形する、軟質のポリエチレン等を用いることができる。
軟質で弾力性を有する材料を用いる場合は、リブ本体として、先に述べた電槽と同様のポリプロピレン、ポリエチレン、ＡＢＳ等を用いることができる。特にポリプロピレンであると、耐酸性、加工性、コストの面で好ましい。
また、軟質で弾力性を有する材料は、ブチルゴム又はエチレンプロピレンゴム等を用いることができ、特にエチレンプロピレンゴムを用いることが、応力を吸収しやすく好ましい。

リブ本体への軟質で弾力性を有する材料の固定は、特に限定されるものではないが、リブ本体の上面に凸部を設け、軟質で弾力性を有する材料の底面（リブ本体と接する面）に、リブ本体の凸部に嵌合する凹部を設けて、凸部と凹部とを嵌合させることにより、行うことができる。尚、凸部と凹部は、これを設けるリブ本体と軟質で弾力性を有する材料とを逆にすることもできる。すなわち、リブ本体の上面に凹部を設け、軟質で弾力性を有する材料に凸部を設けることができる。また、凸部と凹部とを単純に嵌合するばかりでなく、接着剤を用いて固着することもできる。
更に、接着剤は、必ずしも使用する必要はない。軟質で弾力性を有する材料は、これに載置される極板の底辺によりリブ本体に押しつけられ、脱落することはない。

以下図面を参照して、本発明の実施例を説明する。
＜エキスパンド格子体を使用した極板＞
（正極板の作製）
鉛−カルシウム−スズ合金からなる、厚さ：１．０ｍｍ、幅：７８ｍｍの長尺の圧延シートを作製する。次に、圧延シートの幅方向中央部を除く左右両側領域に圧延シート長手方向のスリットを入れ、圧延シートの幅方向に展開加工（エキスパンド加工）を行い、これを所定寸法に裁断すると共に、圧延シートの非展開部から所定の形状に打ち抜き加工をして、図７のエキスパンド格子体２１を作製する。図７に示すように、エキスパンド格子体２１は、展開部２２、上枠骨２３、下枠骨２４、前記打ち抜き加工により形成された耳部２５から構成される。前述のように、エキスパンド格子体２１には、左右両端に枠骨がない。
次に、酸化鉛を主成分とする鉛粉に水と希硫酸を加えて混練して、正極用ペースト状活物質を作製する。このペースト状活物質を前記エキスパンド格子体２１の展開部２２に充填し、熟成、乾燥を経て、正極板１を作製する。
（負極板の作製）
負極板については、正極板と同様の工程にて、エキスパンド格子体を作製する。
次に、酸化鉛を主成分とする鉛粉に、添加剤（リグニン、硫酸バリウム、カーボン）を加えて混合し、続いて水と希硫酸を加えて混練して、負極用ペースト状活物質を作製する。このペースト状活物質を前記エキスパンド格子体の展開部に充填し、熟成、乾燥を経て、負極板２を作製する。

（極板群の作製）
前記負極板２を、袋状に加工したポリエチレン製セパレータ３に挿入し、前記正極板１と交互に組み合わせて、図１に示すような極板群４を作製する。極板群４は正極板１が６枚、負極板２が７枚で構成され、極板群の積層方向両端が負極板２となる。なお、図１は極板群４を側面から見ているが、耳部２５は図示を省略した。

＜実施例１＞
（電槽の作製）
電槽材料はポリプロピレンを用い、射出成形機を用いて図２に示すような電槽５を作製する。外寸は、長さ：２３０ｍｍ、幅：１７０ｍｍ、高さ：２００ｍｍであり、電槽内部は隔壁６により６分割されている。電槽５の底面には、各隔壁にて区画された部位毎に、図３に示すような、２本のエチレンプロピレンゴム製のリブ８を配置する。リブ８は、台座７の上面に射出成形により一体成形されたものであり、台座７は電槽５に対し接着されることなく、配置される。
リブ８の高さは、台座７と合わせて８ｍｍとし、極板群４の底面を、電槽底面から８ｍｍだけ、上に持ち上げる。

（鉛蓄電池の作製）
前述した極板群４は電圧：２Ｖであり、極板群を６個直列に配置することにより電圧：１２Ｖの鉛蓄電池を構成する。
前述した極板群４の正極板１、負極板２の耳部２５は、それぞれキャストオンストラップ（ＣＯＳ）方式で、図４に示すように、ストラップ９を形成させて接続する。また、前述した電槽５には、極板群４のストラップ９位置に対応する隔壁箇所に孔を開けておく。電槽５に極板群４を６個挿入し、ストラップ９同士を抵抗溶接する。
その後、図５に示すように、電槽５と同じくポリプロピレンを材料に用い、射出成形により作製された蓋１０と、電槽５とを熱溶着する。蓋１０には、注液口１１が配置されており、比重：１．２３０（２０℃換算）の希硫酸を注入して、直流電流を所定時間通電し、電槽化成して、鉛蓄電池を作製した。

完成した鉛蓄電池を、図５のＡ−Ａ断面（図２の隔壁６の近傍）で切断した断面図を図６に示す。図６に示すように、リブ８により、極板群４が電槽５の内部底面から浮かせて保持されており、極板群４の底面は、リブ８にのみ接触するようになっている。

＜比較例１＞
（電槽の作製）
電槽内部底面のリブを設けず、電槽高さを１９０ｍｍとした以外は、実施例１にて述べた電槽と同じ物を作製した。
（鉛蓄電池の作製）
比較例１の鉛蓄電池は、前述した底面にリブを有さない電槽を用いた以外は、実施例１と同様にして鉛蓄電池を作製した。即ち、実施例１と比較例１は同じ電極群を用いる。

（評価）
実施例１、比較例１の電池を用いて、これを７５℃の水槽内に静置し、放電電流：２５Ａにて１分間の放電を行い、その後、１４．８Ｖ、制限電流：２５Ａの定電圧充電を１０分間行うことを１サイクルとし、これを連続で６１０サイクル行い、５６時間放置する。放置後、放電電流：５２０Ａにて３０秒間放電を行い、３０秒目の電圧が、７．２Ｖ未満であれば試験を終了し、７．２Ｖ以上であれば、同様の試験を繰り返し続行する。
その結果、比較例１では、８５４０回にて耳部の付け根が折れて、寿命に達した。
実施例１では、リブが耳部に掛かる応力を変形吸収することにより、耳部の付け根が折れることはない。しかし、充放電を繰り返すことで正極板のエキスパンド格子体が腐食し、体積膨張により格子体が伸びる。耳部はストラップで固定されその近傍は伸びを抑えられているので、上枠骨の耳部から遠い両端側が上方に反るように変形して、対向する負極板の耳部に接触し、正極板と負極板の短絡により、９７６０回にて寿命に達した。
即ち、本発明では、耳部の根元にかかる応力を軽減することができ、寿命を延ばすことができる。

１…正極板、２…負極板、３…セパレータ、４…極板群、５…電槽、６…隔壁、７…台座、８…リブ、９…ストラップ、１０…蓋、１１…注液口。

Claims

電槽と、この電槽底面に設けたリブと当接するように配置されるエキスパンド格子体の極板とを備え、前記格子体がその上辺に集電部としての耳部を有し、前記電槽底面に設けたリブが、耳部を変形させるに足る応力よりも小さい応力で凹変形するように構成された鉛蓄電池
請求項１において、リブが、電槽底面よりも弾性変形し易い材質により構成される鉛蓄電池。
前記第１又は第２の発明において、リブが、リブ本体と、このリブ本体に固定された軟質で弾力性を有する材料とで構成される鉛蓄電池。
請求項３において、軟質で弾力性を有する材料が、ブチルゴム又はエチレンプロピレンゴムである鉛蓄電池。