JP2023141123A - 双極型鉛蓄電池、双極型鉛蓄電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】基板の貫通穴で正極用集電板と負極用集電板とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続されている双極型鉛蓄電池において、電解液を正極用集電板の導通部に至りにくくして、短絡を防止する。【解決手段】本発明の双極型鉛蓄電池は、基板１２１の貫通穴１２１ａで正極用集電板１１１ａと負極用集電板１１２ａとが導通されて複数のセル部材１１０が直列に電気的に接続されており、正極用集電板１１１ａの縁部は中央部分よりも厚く形成されている。【選択図】図２

Description

本発明は、双極型鉛蓄電池およびその製造方法に関する。

近年、太陽光や風力等の自然エネルギを利用した発電設備が増えている。このような発電設備においては、発電量を制御することができないことから、蓄電池を利用して電力負荷の平準化を図るようにしている。すなわち、発電量が消費量よりも多いときには差分を蓄電池に充電する一方、発電量が消費量よりも小さいときには差分を蓄電池から放電するようにしている。上述した蓄電池としては、経済性や安全性等の観点から、鉛蓄電池が多用されている。このような従来の鉛蓄電池としては、例えば、下記特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池が知られている。
この双極型鉛蓄電池は、額縁形で樹脂製のフレームの内側に、樹脂製の基板が取り付けられている。基板の両面には鉛層が配置されている。基板の一面の鉛層には、正極用活物質層が隣接し、他面の鉛層には、負極用活物質層が隣接している。また、額縁形で樹脂製のスペーサを有し、その内側には、電解液を含浸させたガラスマットが配設されている。そして、フレームとスペーサとを交互に複数積層し、フレームとスペーサとの間が接着剤等で接着されている。また、基板に設けた貫通穴を介して、基板の両面の鉛層が接続されている。

すなわち、特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池は、正極用集電板と正極用活物質層を有する正極、負極用集電板と負極用活物質層を有する負極、および正極と負極との間に介在するセパレータ（ガラスマット）を備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、を有し、正極用集電板および負極用集電板は共に金属（鉛）製である。また、空間形成部材は、セル部材の正極側および負極側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体（二極式プレートおよび端部プレートの枠部とスペーサ）と、を含んでいる。さらに、セル部材と空間形成部材の基板とが交互に積層状態で配置され、隣り合うセル部材の間に配置された基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、貫通穴の中で、隣り合うセル部材の正極用集電板と負極用集電板とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続され、隣接する枠体が接合されている。

しかし、特許文献１には、正極用集電板および負極用集電板である鉛箔の厚さを縁部と中央部分とで異なるものとすることは記載されていないし、それを示唆する記載もない。

特許第６１２４８９４号公報

上述のように、基板の貫通穴で正極用集電板と負極用集電板とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続されている双極型鉛蓄電池の場合、電解液が集電板に浸入して集電板を腐食させ導通部に達すると、貫通穴を経由して反対側の集電板に到達し、液絡現象が生じて短絡に至る可能性がある。
本発明の課題は、基板の貫通穴で正極用集電板と負極用集電板とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続されている双極型鉛蓄電池において、電解液を正極用集電板の導通部に至りにくくして、短絡を防止することである。

前述した課題を解決するための本発明の第一態様は、以下の構成(1)～(4)を有する双極型鉛蓄電池である。
(1)正極用活物質層と鉛または鉛合金からなる正極用集電板とを有する正極、負極用活物質層と鉛または鉛合金からなる負極用集電板とを有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、を有する。
(2)前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極側および前記負極側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む。前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置されている。隣接する前記枠体が接合されている。
(3)隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板の前記正極の側の面に前記正極用集電板が固定されている。前記主基板の前記負極の側の面に前記負極用集電板が固定されている。前記主基板は板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴の中で、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されている。
(4)前記正極用集電板の縁部は中央部分よりも厚く形成されている。前記縁部の範囲は、例えば、正極用集電板が負極用集電板と導通されている部分より前記枠体の側の部分である。
本発明の第二態様は、上記構成(1)～(3)を有する双極型鉛蓄電池の製造方法であって、以下の構成(5)を有する。
(5)前記正極用集電板として、前記負極用集電板と導通する部分より前記枠体の側の部分である縁部が中央部分よりも厚く形成されたものを使用して、組み立てを行う。

本発明の双極型鉛蓄電池および本発明の方法で得られた双極型鉛蓄電池は、厚さが縁部と中央部分とで同じ正極用集電板を備えた双極型鉛蓄電池と比較して、電解液が正極用集電板の導通部に至りにくくなるため、短絡防止効果が得られることが期待できる。

第一実施形態の双極型鉛蓄電池の概略構成を示す断面図である。 図１の部分拡大図である。 第一実施形態の双極型鉛蓄電池を構成する正極用鉛箔を示す平面図である。 第二実施形態の双極型鉛蓄電池を示す部分拡大断面図である。 第三実施形態の双極型鉛蓄電池を示す部分拡大断面図である。

以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
〔全体構成〕
先ず、この実施形態の双極（バイポーラ）型鉛蓄電池の全体構成について説明する。
図１に示すように、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、複数のセル部材１１０と、複数枚のバイプレート（空間形成部材）１２０と、第一のエンドプレート（空間形成部材）１３０と、第二のエンドプレート（空間形成部材）１４０を有する。図１ではセル部材１１０が三個積層された双極型鉛蓄電池１００を示しているが、セル部材１１０の数は電池設計により決定される。また、バイプレート１２０の数はセル部材１１０の数に応じて決まる。

セル部材１１０の積層方向をＺ方向（図１及び図２の上下方向）とし、Ｚ方向に垂直な方向をＸ方向とする。
セル部材１１０は、正極１１１、負極１１２、およびセパレータ（電解質層）１１３を備えている。セパレータ１１３には電解液が含浸されている。正極１１１は、正極用鉛箔（正極用集電板）１１１ａ，１１１ａａと正極用活物質層１１１ｂを有する。負極１１２は負極用鉛箔（負極用集電板）１１２ａ，１１２ａａと負極用活物質層１１２ｂを有する。セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２との間に介在している。セル部材１１０において、正極用鉛箔１１１ａ，１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、セパレータ１１３、負極用活物質層１１２ｂ、および負極用鉛箔１１２ａ，１１２ａａは、この順に積層されている。

Ｚ方向の寸法（厚さ）は、正極用鉛箔１１１ａの方が負極用鉛箔１１２ａより大きく（厚く）、正極用活物質層１１１ｂの方が負極用活物質層１１２ｂより大きい（厚い）。
複数のセル部材１１０は、Ｚ方向に間隔を開けて積層配置され、この間隔の部分にバイプレート１２０の基板１２１が配置されている。つまり、複数のセル部材１１０は、バイプレート１２０の基板１２１を間に挟んだ状態で積層されている。
複数枚のバイプレート１２０と第一のエンドプレート１３０と第二のエンドプレート１４０は、複数のセル部材１１０を個別に収容する複数の空間（セル）Ｃを形成するための部材である。

図２に示すように、バイプレート１２０は、平面形状が長方形の基板１２１と、基板１２１の四つの端面を覆う枠体１２２と、基板１２１の両面から垂直に突出する柱部１２３とからなり、基板１２１と枠体１２２と柱部１２３は一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１２１の各面から突出する柱部１２３の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。
Ｚ方向において、枠体１２２の寸法は基板１２１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１２３の突出端面間の寸法は枠体１２２の寸法と同じである。そして、複数のバイプレート１２０が枠体１２２および柱部１２３同士を接触させて積層することにより、基板１２１と基板１２１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触する柱部１２３同士により、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。

正極用鉛箔１１１ａ，１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、負極用鉛箔１１２ａ，１１２ａａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１２３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
バイプレート１２０の基板（主基板）１２１は、板面を貫通する複数の貫通穴１２１ａを有する。基板１２１の一面に第一の凹部１２１ｂが、他面に第二の凹部１２１ｃが形成されている。第一の凹部１２１ｂの深さは第二の凹部１２１ｃより深い。第一の凹部１２１ｂおよび第二の凹部１２１ｃのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。

バイプレート１２０の基板１２１は、Ｚ方向で、隣り合うセル部材１１０の間に配置されている。バイプレート１２０の基板１２１は、セル部材１１０の正極１１１の側と、その隣のセル部材１１０の負極１１２の側と、の両方を覆う基板である。バイプレート１２０の基板１２１の第一の凹部１２１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１２１の正極１１１の側の面（第一の凹部１２１ｂの底面）に接着剤で正極用鉛箔１１１ａが固定されている。
また、バイプレート１２０の基板１２１の第二の凹部１２１ｃに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１２１の負極１１２の側の面（第二の凹部１２１ｃの底面）に接着剤で負極用鉛箔１１２ａが固定されている。

バイプレート１２０の基板１２１の貫通穴１２１ａに導通体１６０が配置され、導通体１６０の両端面は、正極用鉛箔１１１ａおよび負極用鉛箔１１２ａと接触し、結合されている。つまり、導通体１６０により正極用鉛箔１１１ａと負極用鉛箔１１２ａとが電気的に接続されている。その結果、複数のセル部材１１０の全てが電気的に直列に接続されている。
図１に示すように、第一のエンドプレート１３０は、セル部材１１０の正極側を覆う基板１３１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１３２と、基板１３１の一面（最も正極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１３３とからなる。基板１３１の平面形状は長方形であり、基板１３１の四つの端面が枠体１３２で覆われ、基板１３１と枠体１３２と柱部１３３が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１３１の一面から突出する柱部１３３の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部１３３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。

Ｚ方向において、枠体１３２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１３３の突出端面間の寸法は枠体１３２の寸法と同じである。そして、最も外側（正極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１３２および柱部１３３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第一のエンドプレート１３０の基板１３１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第一のエンドプレート１３０の柱部１３３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
最も外側（正極側）に配置されるセル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１３３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。

第一のエンドプレート１３０の基板１３１の一面に凹部１３１ｂが形成されている。凹部１３１ｂのＸ方向の寸法は、正極用鉛箔１１１ａａのＸ方向の寸法に対応させてある。第一のエンドプレート１３０の基板１３１の一面に配置された正極用鉛箔１１１ａａのＺ方向の寸法は、バイプレート１２０の基板１２１の一面に配置された正極用鉛箔１１１ａのＺ方向の寸法よりも大きい。
第一のエンドプレート１３０の基板１３１の凹部１３１ｂに、セル部材１１０の正極用鉛箔１１１ａａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１３１の正極１１１の側の面（凹部１３１ｂの底面）に接着剤で正極用鉛箔１１１ａａが固定されている。

また、第一のエンドプレート１３０は、凹部１３１ｂ内の正極用鉛箔１１１ａａと電気的に接続された正極端子を備えている。
第二のエンドプレート１４０は、セル部材１１０の負極側を覆う基板１４１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１４２と、基板１４１の一面（最も負極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１４３とからなる。基板１４１の平面形状は長方形であり、基板１４１の四つの端面が枠体１４２で覆われ、基板１４１と枠体１４２と柱部１４３が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１４１の一面から突出する柱部１４３の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部１４３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。

Ｚ方向において、枠体１４２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、二つの柱部１４３の突出端面間の寸法は枠体１４２の寸法と同じである。そして、最も外側（負極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１４２および柱部１４３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第二のエンドプレート１４０の基板１４１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第二のエンドプレート１４０の柱部１４３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
最も外側（負極側）に配置されるセル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１４３を貫通させる貫通穴１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。

第二のエンドプレート１４０の基板１４１の一面に凹部１４１ｂが形成されている。凹部１４１ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法は、負極用鉛箔１１２ａａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。第二のエンドプレート１４０の基板１４１の一面に配置された負極用鉛箔１１２ａａのＺ方向の寸法は、バイプレート１２０の基板１２１の他面に配置された負極用鉛箔１１２ａのＺ方向の寸法よりも大きい。
第二のエンドプレート１４０の基板１４１の凹部１４１ｂに、セル部材１１０の負極用鉛箔１１２ａａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１４１の負極１１２の側の面（凹部１４１ｂの底面）に接着剤で負極用鉛箔１１２ａａが固定されている。

また、第二のエンドプレート１４０は、凹部１４１ｂ内の負極用鉛箔１１２ａａと電気的に接続された負極端子を備えている。
なお、上記説明から分かるように、バイプレート１２０は、セル部材１１０の正極側および負極側の両方を覆う基板１２１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１２２と、を含む空間形成部材である。第一のエンドプレート１３０は、セル部材１１０の正極側のみ（正極側および負極側の一方）を覆う基板１３１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１３２と、を含む空間形成部材である。
また、第二のエンドプレート１４０は、セル部材１１０の負極側のみ（正極側および負極側の一方）を覆う基板１４１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１４２と、を含む空間形成部材である。つまり、基板１２１，１３１，１４１は、セル部材１１０の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板であり、基板１２１はセル部材１１０の正極の側および負極の側の両方を覆う基板である。また、バイプレート１２０の基板１２１は、セル部材１１０同士の間に配置された基板（主基板）である。
〔正極用集電板について〕
図３の平面図には、バイプレート１２０の凹部１２１ｂに設置された状態の正極用鉛箔１１１ａが示されている。図２は図３のＡ－Ａ断面図に対応する図である。

図３に示すように、正極用鉛箔１１１ａは、厚さの異なる中央部分１および縁部２からなり、縁部２は、正極用鉛箔１１１ａが負極用鉛箔（負極用集電板）１１２ａと導通されている部分（導通部）３より外側（バイプレート１２０の枠体１２２の側）の部分である。また、正極用鉛箔１１１ａの平面形状は正方形であり、この正方形の一辺に沿った縁部２の寸法（Ｌ２）は、この正方形の一辺に沿った正極用鉛箔１１１ａの端部から導通部３までの寸法の最小値（Ｌ３）よりも小さい（Ｌ２＜Ｌ３）。
図２に示すように、正極用鉛箔１１１ａの厚さは、縁部２が中央部分１より厚く形成されている。縁部２の厚さ（Ｔ2）は、中央部分１の厚さ（Ｔ1）の１．５０倍以下（１．００＜Ｔ2／Ｔ1≦１．５０）となっている。この実施形態で用いる正極用鉛箔１１１ａでは、厚さ方向の一端側にだけ一定厚さの厚い部分が存在する。そして、正極用鉛箔１１１ａは、厚さ方向における縁部２の中央部分１からの突出部分が基板１２１の反対側に向くように、バイプレート１２０の第一の凹部１２１ｂに配置されている。また、正極用鉛箔１１１ａの段差のある面に正極活物質層１１１ｂが形成されている。

なお、正極用鉛箔１１１ａの平面形状をなす正方形の一辺の寸法Ｌ１は、第一の凹部１２１ｂの底面をなす正方形の一辺の寸法より僅かに小さく形成されている。
正極用鉛箔１１１ａの中央部分１の厚さＴ1は、例えば１５０μｍ以上７５０μｍ以下である。
この実施形態で用いる正極用鉛箔１１１ａは、通常の方法で作製された正方形の正極用鉛箔の一面側の中央部分をプレス加工により薄くすることで、厚さ方向の一端側に一定厚さの厚い部分が存在するように作製されている。
〔作用、効果〕
実施形態の双極型鉛蓄電池１００では、正極用鉛箔１１１ａの縁部２の厚さ（Ｔ2）が中央部分１の厚さ（Ｔ1）より大きいことにより、正極用鉛箔１１１ａを均一な厚さ（中央部分１の厚さＴ1）とした場合と比較して、正極用鉛箔１１１ａの端面側から縁部２に浸入した電解液が中央部分１に至るまでの時間を長くすることができる。

すなわち、中央部分１は正極活物質層１１１ｂが接触している面のみで電解液と接触するのに対して、端部２は、正極活物質層１１１ｂが接触していない面（端面、正極活物質層１１１ｂ側の面であって正極活物質層１１１ｂが形成されていない面）でも電解液と接触するため、電解液による腐食が生じやすい環境にある。このような環境にある端部２の厚さを厚くすることで、正極用鉛箔１１１ａの端面側から縁部２に浸入した電解液が中央部分１に至るまでの時間を長くすることができる。これに伴い、電解液が導通部３に達しにくくなることで、液絡現象の発生が抑制される。
なお、中央部分１の厚さが同じ場合、中央部分１の厚さに対する縁部２の厚さの比（Ｔ2／Ｔ1）が大きいほど、上記作用、効果は大きくなるが、厚すぎると電池の組み立て性が低下するなどの不具合が生じる。実施形態の双極型鉛蓄電池１００では、この比（Ｔ2／Ｔ1）が１．５０以下であるため、上述のような不具合が生じにくい。

また、厚い部分である縁部２の寸法（Ｌ２）は、正極用鉛箔１１１ａの端部から導通部３までの寸法の最小値（Ｌ３）以上となっていてもよいが、そのようになっていても「正極用鉛箔１１１ａの端面側から縁部２に浸入した電解液が中央部分１に至るまでの時間を長くする」という作用、効果は大きくならないため、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００では、Ｌ２＜Ｌ３としている。
［第二実施形態］
第二実施形態の双極型鉛蓄電池は、第一実施形態と同様に、縁部２において厚さ方向の一端側にだけ、中央部分１から一定厚さで突出する部分が存在する形状の正極用鉛箔１１１ａを有する。しかし、図４に示すように、第一実施形態とは異なり、正極用鉛箔１１１ａは、厚さ方向における縁部２の中央部分１からの突出部分が基板１２１側に向くように、バイプレート１２０の第一の凹部１２１ｂに配置されている。

また、バイプレート１２０の第一の凹部１２１ｂを深い部分１２１ｄと浅い部分１２１ｅとからなる形状とし、正極用鉛箔１１１ａの厚さ方向における縁部２の中央部分１からの突出部分を深い部分１２１ｄに入れた状態で、第一の凹部１２１ｂに配置されている。そして、正極用鉛箔１１１ａの段差のない面に正極活物質層１１１ｂが形成されている。
第二実施形態の双極型鉛蓄電池は、上記以外は第一実施形態の双極型鉛蓄電池と同じ構造を有する。
第二実施形態の双極型鉛蓄電池は第一実施形態の双極型鉛蓄電池と同じ作用、効果を有する。これに加えて、正極用鉛箔１１１ａの正極活物質層１１１ｂが配置される面に段差が存在しないため、予め層状に形成された正極活物質層１１１ｂを載せて作製する場合に正極用鉛箔１１１ａと正極活物質層１１１ｂとの密着性が向上する、という作用、効果も得られる。
［第三実施形態］
第三実施形態の双極型鉛蓄電池は、図５に示すように、縁部２において厚さ方向の両端に、中央部分１から一定厚さで突出する部分が存在する形状の正極用鉛箔１１１ａを有する。この形状の正極用鉛箔１１１ａは、通常の方法で作製された正方形の正極用鉛箔の中央部分を両面側からプレス加工により薄くすることで、厚さ方向の両端にそれぞれ一定厚さの増厚分が存在するように作製されている。

また、バイプレート１２０の第一の凹部１２１ｂを深い部分１２１ｄと浅い部分１２１ｅとからなる形状とし、正極用鉛箔１１１ａの厚さ方向一端における縁部２の中央部分１からの突出部分を深い部分１２１ｄに入れた状態で、第一の凹部１２１ｂに配置されている。そして、正極用鉛箔１１１ａの厚さ方向他端における縁部２の中央部分１からの突出部分を有する面に、正極活物質層１１１ｂが形成されている。
第三実施形態の双極型鉛蓄電池は、上記以外は第一実施形態の双極型鉛蓄電池と同じ構造を有する。
第三実施形態の双極型鉛蓄電池は第一実施形態の双極型鉛蓄電池と同じ作用、効果を有する。
［その他］
上記各実施形態の双極型鉛蓄電池では、正極用集電板として、縁部２が一定厚さで中央部分１よりも厚くなっている正極用鉛箔１１１ａを用いているが、縁部２の厚さは端部が最も厚く中央部分１に向けて傾斜面状に薄くなっていてもよい。また、縁部２の厚さは端部が最も厚く中央部分１に向けて凹面状に薄くなっていてもよい。

さらに、縁部２に、中央部分１と同じ厚さとなる基準面から突出する複数の突起を、厚さ方向一端または両端に有する正極用鉛箔１１１ａを使用してもよい。この正極用鉛箔１１１ａは、縁部２の厚さ方向一端面または両端面を、凹凸パターンを備えた型を用いてプレス加工することで作製できる。凹凸パターンの形状は波形、鋸形、矩形の繰り返し形状など、どのような形状であってもよい。
また、上記各形状の正極用鉛箔１１１ａの場合でも、縁部２の厚さを増加させた部分を主基板側に向けて（バイプレートの１２０第一の凹部１２１ｂ内に）配置してもよいし、主基板とは反対側に向けて配置してもよい。

また、上記各実施形態の双極型鉛蓄電池では、正極用集電板として平面形状が正方形の正極用鉛箔１１１ａを使用しているが、正極用集電板の平面形状は正方形に限定されず、長方形、円形、楕円形等であってもよい。
なお、負極用集電板についても、正極用集電板と同様に、縁部の厚さが中央部分の厚さよりも厚く形成されたものを用いてもよい。

〔正極用集電板の準備〕
正極用集電板として、表１～表３に示す構成のNo.1～No.19の鉛合金箔を準備した。

No.1の鉛合金シートは、厚さが３００μｍで、カルシウム（Ｃａ）の含有率が０．０２質量％、錫（Ｓｎ）の含有率が１．１質量％、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延板を、３１０℃で５分間、大気雰囲気下で熱処理をした後、一辺が３００ｍｍである正方形のシートに切り出したものである。
No.2の鉛合金シートは、厚さが３０５μｍで、No.1と同じ鉛合金からなる圧延板を、３１０℃で５分間、大気雰囲気下で熱処理をした後、一辺が３００ｍｍである正方形のシートに切り出したものを、プレス加工したものである。具体的には、縁部２の寸法（図３のＬ２）を３０ｍｍとし、それより内側の部分である中央部分１の厚さが元の厚さから５μｍだけ薄くなるようにプレス加工を行って、No.2の鉛合金シートを得た。
つまり、No.2の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは３０５μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に５μｍの段差面を有する。
No.3の鉛合金シートは、厚さが３１０μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１０μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.3の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは３１０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１０μｍの段差面を有する。

No.4の鉛合金シートは、厚さが３３０μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから３０μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.4の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは３３０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に３０μｍの段差面を有する。
No.5の鉛合金シートは、厚さが３５０μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから５０μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.5の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは３５０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に５０μｍの段差面を有する。

No.6の鉛合金シートは、厚さが４００μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１００μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.6の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは４００μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１００μｍの段差面を有する。
No.7の鉛合金シートは、厚さが４２５μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１２５μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.7の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは４２５μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１２５μｍの段差面を有する。

No.8の鉛合金シートは、厚さが４５０μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１５０μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.8の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは４５０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１５０μｍの段差面を有する。
No.9の鉛合金シートは、厚さが４５５μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１５５μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.9の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは４５５μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１５５μｍの段差面を有する。

No.10の鉛合金シートは、厚さが４８０μｍである圧延板を用いて、中央部分１の厚さが元の厚さから１８０μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.10の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは４８０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に１８０μｍの段差面を有する。
No.11の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を６ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。
No.12の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を１５ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。

No.13の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を４５ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。
No.14の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を６０ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。
No.15の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を７５ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。
No.16の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を８４ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。

No.17の鉛合金シートは、縁部２の寸法（図３のＬ２）を９０ｍｍとした以外は、No.4の鉛合金シートと同じ方法で得た。
No.18の鉛合金シートは、No.4の鉛合金シートと同じであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向一端に３０μｍの段差面を有する。
No.19の鉛合金シートは、厚さが３３０μｍである圧延板を用いて、中央部分１を両面側から、それぞれ元の厚さから１５μｍだけ薄くなるようにプレス加工した以外は、No.2の鉛合金シートと同じ方法で得た。つまり、No.19の鉛合金シートの中央部分１の厚さは３００μｍであり、縁部２の厚さは３３０μｍであり、中央部分１と縁部２との境界の厚さ方向両端に１５μｍずつの段差面を有する。

〔バイプレートおよびエンドプレートの作製〕
ＡＢＳ樹脂の射出成形により図１に示す形状のバイプレート１２０を作製した。バイプレート１２０の基板１２１の厚さは２ｍｍである。凹部１２１ｂの底面は、一辺が３００ｍｍの正方形であり、深さはNo.1～17の各鉛合金シートの縁部２の厚さと同じである。凹部１２１ｃの底面は、一辺が３００ｍｍの正方形であり、深さは０．１２ｍｍである。つまり、No.1～17の各双極型鉛蓄電池用のバイプレート１２０として、No.1～17の各鉛合金シートに合わせた深さの凹部１２１ｂを有するものを用意した。また、寸法Ｌ３は７５ｍｍとした。

ＡＢＳ樹脂の射出成形により図１に示す形状の第一のエンドプレート１３０および第二のエンドプレート１４０を作製した。第一のエンドプレート１３０の基板１３１および第二のエンドプレート１４０の基板１４１の厚さは１０ｍｍである。凹部１３１ｂおよび凹部１４１ｂの底面は、一辺が３００ｍｍの正方形であり、深さは１．５２ｍｍである。
［双極型鉛蓄電池の組み立て］
サンプルNo.1～No.17の各正極用集電板を正極用鉛箔１１１ａとして用い、図１に示す構造を有し、定格容量が４５ＡｈとなるようにNo.1～No.17の双極型鉛蓄電池を組み立てて、電解化成（４８時間）を行った。No.1～No.17の双極型鉛蓄電池では、正極用鉛箔１１１ａ以外は全てのサンプルで同じ構成とした。

また、No.18の双極型鉛蓄電池として、バイプレート１２０の第二の凹部１２１ｂの底面の形状をNo.4と異なる図４に示す形状（縁部側を深い部分１２１ｄとしたもの）とし、縁部の突出側を深い部分１２１ｄ内に配置した以外はNo.4と同じものを組み立てて、同じ条件で電解化成を行った。
さらに、No.19の双極型鉛蓄電池として、バイプレート１２０の第二の凹部１２１ｂの底面の形状を図５に示す形状（縁部側を深い部分１２１ｄとし、その深さをNo.18の半分としたもの）とし、縁部の厚さ方向一方の突出部を深い部分１２１ｄ内に配置し他方の突出部を活物質層１１１ｂ側に突出させた以外は、No.4と同じものを組み立てて、同じ条件で電解化成を行った。

正極用鉛箔１１１ａａとしては、No.1の正極用鉛箔１１１ａと同じ合金を用い同じ製法により得られ、正極用鉛箔１１１ａと同じ長方形で、全体の厚さが１．５０ｍｍであるシートを使用した。
負極用鉛箔１１２ａとしては、錫（Ｓｎ）の含有率が１．６質量％であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延シートであって、厚さが１００μｍであるシートを使用した。負極用鉛箔１１２ａａとしては、厚さが１．５０ｍｍで異なる以外は負極用鉛箔１１２ａと同じ圧延シートを使用した。
正極用活物質層１１１ｂおよび負極用活物質層１１２ｂは鉛化合物からなるもの、セパレータ１１３はガラス繊維からなるものであって、それぞれ定格容量４５Ａｈに対応させた厚さのものを使用した。
［厚みの測定］
電解化成後のNo.1～No.19の各双極型鉛蓄電池を解体して、以下の手順により正極用鉛箔１１１ａの中央部分１と縁部２の厚さを測定した。

先ず、中央のセルＣに配置されたセル部材１１０の正極板１１１が固定されているバイプレート１２０を、水洗した後に乾燥した。次に、乾燥後のバイプレートを超音波カッターにより切断して、縁部２と中央部分１でそれぞれ複数個の切断片（平面形状は正方形）を得た。次に、各切断片（約３０ｍｍ×約３０ｍｍ、No.11、12ではＬ２＝６ｍｍ、１２ｍｍのため、６ｍｍ×６ｍｍ、１２ｍｍ×１２ｍｍ）から、正方形の鉛箔片を剥離した後、腐食層を除去した。
腐食層の除去は、剥離した鉛箔片をトレーに入れて、このトレーに鉛箔片が浸る程度のマンニット溶液を入れ、そのトレーを６０℃に保持した恒温槽に入れて３０分放置することを、全面が金属光沢を帯びた銀色になるまで繰り返すことで行った。腐食層が十分に除去されたことを確認した後、鉛箔片をトレーから取り出して、６０℃に保持した恒温槽の中で乾燥させた。

次に、この腐食層が除去された鉛箔片をエポキシ樹脂で包埋し、この包埋された鉛箔片をラボカッターで切断して、鉛箔片の板面に垂直な面を露出させた。次に、この露出面を、５種類の紙やすりで（番手が１５０、４００、８００、１０００、１５００の順に）研磨した後、バフ研磨することで、平滑な鏡面状態にした。これにより、No.1～No.19の各双極型鉛蓄電池について、正極用鉛箔の厚さ測定用の試料を得た。
次に、各試料を、鏡面化された露出面が観察できるようにデジタルマイクロスコープに設置し、鉛箔片の長さ方向中央部分（No.11、12以外では約２０ｍｍの範囲）を観察して、複数か所（全てのサンプルで同じまたは対応する位置）で鉛箔片の厚さ（接着剤層との境界位置から活物質層との境界位置までの距離）を測定して、平均値を算出した。その平均値を各切断片の数でそれぞれ更に平均した値を、中央部分の厚さの実測値（ｔ１）および縁部の厚さの実測値（ｔ２）とした。これらの実測値ｔ１、ｔ２は、組み立て前の鉛合金シートの厚さＴ１、Ｔ２と誤差の範囲内で同じであった。
［容量試験］
No.1～No.19の各双極型鉛蓄電池を、水温が２５℃±２℃に制御された水槽内に置き、電池の端子電圧が１．８Ｖ／セルに低下するまで、定格容量（４５Ａｈ）の１０時間率電流（４.５Ａ）で放電し、放電持続時間を記録し、放電電流と放電持続時間から１０時間率容量を計算した。
［寿命試験］
先ず、No.1～No.19の各双極型鉛蓄電池を満充電状態にした。次に、下記の（１）と（２）を繰り返し、電池の端子電圧が１．８Ｖ／セルに低下するまでのサイクル数を調べて、そのサイクル数を寿命とした。
（１）定格容量（４５Ａｈ）の１０時間率電流（４.５Ａ）で７時間放電する。つまり、定格容量に対してＤＯＤ７０％の放電を行う。
（２）ＣＣ－ＣＶ充電を実施する。具体的には、定格容量（４５Ａｈ）の１０時間率電流（４.５Ａ）で充電し、電池の端子電圧が２．４５Ｖ／セルに到達したら、定電圧充電を行う。この充電は、放電電気量に対して充電電気量が１０４％になるまで行う。
［性能評価、判定］
容量試験については、１０時間率容量（Ａｈ）が４０Ａｈ以上となっていれば容量性能が良好である（〇）と判定し、３５Ａｈ以上４０Ａｈ未満となっていれば容量性能が合格である（△）と判定し、３５Ａｈ未満であれば不良である（×）と判定した。また、１０時間率容量（Ａｈ）が４３Ａｈ以上となっていれば容量性能が特に良好である（◎）と判定した。

寿命については、上述の寿命試験で寿命が３０００サイクル以上であれば、長期運用に耐える寿命性能を有している（〇）と判定し、３０００サイクル未満であれば長期運用に耐えられない（×）と判定した。また、寿命が４０００サイクル以上であれば、特に高い寿命性能を有している（◎）と判定した。
さらに、生産性についても評価し、「問題無し：○」と「コスト高または手間がかかる：△」で判断した。そして、Ａ～Ｄ（Ａ：寿命が特に長い、Ｂ：寿命、容量、および生産性の点で合格、Ｃ：寿命の点では合格だが容量または生産性が良くない、Ｄ：寿命の点で不合格）で総合評価を行った。

これらの結果を、No.1～No.10について、各鉛合金シートの構成とともに表１に示す。また、No.4とNo.11～No.17について、各鉛合金シートの構成とともに表２に示す。さらに、No.4、No.18、No.19について、各鉛合金シートの構成およびとともに表３に示す。

表１の結果から以下のことが分かる。
正極用集電板の縁部が中央部分よりも厚く形成されているNo.2～No.10の双極型鉛蓄電池は、正極用集電板の縁部と中央部分との厚さが同じに形成されているNo.1の双極型鉛蓄電池と比較して、寿命が長くなる。また、縁部の厚さが中央部分の厚さの１．５０倍以下（Ｔ２／Ｔ１≦１．５０）であるNo.2～No.8の双極型鉛蓄電池は、縁部の厚さが中央部分の厚さの１．５０倍を超えるNo.9およびNo.10の双極型鉛蓄電池よりも容量および生産性の点で優れている。

No.9およびNo.10の双極型鉛蓄電池では、境界部の段差が大きいことで、セルＣのバイプレート積層方向寸法が同じ場合に活物質の保持量が相対的に少なくなるため、容量の点で不利であるとともに、セル間溶着不良を招かないためにはセルＣのバイプレート積層方向寸法を大きくする必要がある。
表２の結果から以下のことが分かる。
正極用集電板の縁部と中央部分の厚さ比（Ｔ２／Ｔ１）が同じ場合、正極用集電板の一辺の長さ（Ｌ１）に対する縁部の寸法（Ｌ２）の比（Ｌ２／Ｌ１）が大きいほど双極型鉛蓄電池の寿命が長くなるが、比（Ｌ２／Ｌ１）が０．２５より大きいと、コスト高となって生産性の点で好ましくない。また、比（Ｌ２／Ｌ１）が０．２０以上であると、比（Ｌ２／Ｌ１）が０．０２～０．１５の場合よりも、双極型鉛蓄電池の寿命が長くなる。

表３の結果から以下のことが分かる。
正極用集電板の縁部の厚さ（Ｔ２）、中央部分の厚さ（Ｔ１）、縁部の寸法（Ｌ２）が同じ場合でも、厚さの差の設け方および凹部への配置状態が異なることで、双極型鉛蓄電池の容量および寿命が異なる。
No.18とNo.4の双極型鉛蓄電池では同じ正極用集電体を用いているが、No.18の双極型鉛蓄電池は凹部に厚い縁部を配置していることにより、浸入した電解液が移動する距離（バイプレートと箔との界面での距離）が段差面の分だけ長くなって、電解液が導通部に至りにくくなることで、寿命がより長くなっている。また、No.18の双極型鉛蓄電池では正極用集電体の活物質層側が平坦面になっているため、セルＣのバイプレート積層方向寸法が同じ場合に活物質の保持量が多くなることで、容量が大きくなっている。

No.19とNo.4の双極型鉛蓄電池との比較では、No.19の双極型鉛蓄電池は、正極用集電体の縁部の厚さ方向一端が凹部に配置されていることにより、浸入した電解液が移動する距離（バイプレートと箔との界面での距離）が段差面の分だけ長くなって、電解液が導通部に至りにくくなることで、寿命が長くなっている。また、No.19の双極型鉛蓄電池では、活物質層側に存在している縁部の突出量がNo.4の双極型鉛蓄電池の半分になっているため、セルＣのバイプレート積層方向寸法が同じ場合に活物質の保持量が多くなることで、容量がNo.4よりも大きくなっているが、正極用集電体の活物質層側が平坦面であるNo.18の双極型鉛蓄電池よりは小さくなっている。

１００ 双極（バイポーラ）型鉛蓄電池
１１０ セル部材
１１１ 正極
１１２ 負極
１１１ａ 正極用鉛箔（主基板の正極の側の面に配置された正極用集電板）
１１１ａａ 正極用鉛箔（正極用集電板）
１１１ｂ 正極用活物質層
１１２ａ 負極用鉛箔（主基板の負極の側の面に配置された負極用集電板）
１１２ａａ 負極用鉛箔（負極用集電板）
１１２ｂ 負極用活物質層
１１３ セパレータ
１２０ バイプレート
１２１ バイプレートの基板（隣り合うセル部材の間に配置された基板、主基板）
１２１ａ 基板の貫通穴
１２１ｂ 基板の第一の凹部
１２１ｃ 基板の第二の凹部
１２１ｄ 第一の凹部の深い部分
１２１ｅ 第一の凹部の浅い部分
１２２ バイプレートの枠体
１３０ 第一のエンドプレート
１３１ 第一のエンドプレートの基板
１３２ 第一のエンドプレートの枠体
１４０ 第二のエンドプレート
１４１ 第二のエンドプレートの基板
１４２ 第二のエンドプレートの枠体
１５０ 接着剤層
１６０ 導通体
Ｃ セル（セル部材を収容する空間）

Claims (4)

1. 正極用活物質層と鉛または鉛合金からなる正極用集電板とを有する正極、負極用活物質層と鉛または鉛合金からなる負極用集電板とを有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、
   前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
   を有し、
   前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
   前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、隣接する前記枠体が接合され、
   隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板の前記正極の側の面に前記正極用集電板が固定され、
   前記主基板の前記負極の側の面に前記負極用集電板が固定され、
   前記主基板は板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴の中で、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続され、
   前記正極用集電板の縁部は中央部分よりも厚く形成されている双極型鉛蓄電池。
2. 前記縁部の厚さは前記中央部分の厚さの１．５０倍以下である請求項１記載の双極型鉛蓄電池。
3. 前記縁部は、前記正極用集電板が前記負極用集電板と導通されている部分より前記枠体の側の部分である請求項１または２記載の双極型鉛蓄電池。
4. 双極型鉛蓄電池の製造方法であって、
   当該双極型鉛蓄電池は、
   正極用活物質層と鉛または鉛合金からなる正極用集電板とを有する正極、負極用活物質層と鉛または鉛合金からなる負極用集電板とを有する負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、
   前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
   を有し、
   前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
   前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、隣接する前記枠体が接合され、
   隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板の前記正極の側の面に、前記正極用集電板が固定され、
   前記主基板の前記負極の側の面に前記負極用集電板が固定され、
   前記主基板は板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴の中で、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されているものであり、
   前記正極用集電板として、前記負極用集電板と導通する部分より前記枠体の側の部分である縁部が中央部分よりも厚く形成されたものを使用して、組み立てを行う双極型鉛蓄電池の製造方法。
   

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