JP4385441B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉛蓄電池、特にその格子体の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、鉛−カルシウム系合金を格子体に用いた鉛蓄電池は、鋳造式に比べて鉛合金シートを網状に展開して形成するエキスパンド格子が生産性に優れると考えられ広く使用されるようになっている。しかしエキスパンド格子体は交点部において応力が集中し易く、その部分で腐食が発生する。さらに長期間の使用により電解液が減少して電解液濃度が増加する結果、交点部で優先的に腐食が発生し促進される。
【０００３】
このエキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池の改良に関し、特開平６−３３３５７２号公報に記載されたように、格子体の展開方向に平行な交点部の断面積を格子体上部から順次小さくすることで、電解液中に存在する極板下部の交点部の小さい部分が優先的に腐食断線することで電池性能を徐々に劣化させることができ、格子上部の断線で生じる急激な電池性能劣化を防止するという技術が提示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特に最近の自動車用鉛蓄電池は使用機器の増加や設置場所が規制されることにより高温下で使用され、過充電されるという使用条件になる傾向がある。この場合、特にエキスパンド格子体を正極に用いると局部的な腐食の進行が見られ、格子体最上部の交点部が電解液の濃度の影響及び電流分布から最も過酷な条件で使用される結果、腐食が下部の部分に比較して早期に進行し、最終的には断線してしまうことにより電池寿命が急激に低下するという傾向が更に促進されるようになった。
【０００５】
一方、腐食が進行し易い部分に対応するように格子に安全係数を高く保持させて設計すると、交点部の面積が大きくなりすぎ、活物質を充填する網目部分の面積が小さくなるため活物質量を維持するために多くの網目を必要となる。その結果、格子、特に交点部の重量が増加するとともにエキスパンド加工をする製造速度は低下してしまうことになる。
【０００６】
エキスパンド格子の製造方法には主にレシプロ方式とロータリー方式が存在するが、この現象はどちらの方式においても存在する。一般的には、網目を構成する格子骨の捻れが多く、ストレスが交点部に残留し易いロータリー方式のエキスパンド格子において顕著に見られる。本発明はこのような寿命低下を抑制することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために、均一な厚みを有した鉛合金シートを網状に展開して成る正極に用いるエキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池において、エキスパンド格子体の網目の交錯している交点部の幅寸法を、格子体最上部にて前記シートの厚みの１．５〜３倍とすると共に、その幅寸法を格子下部に向かって連続または段階的に小さくするともに、前記シート厚みを１．０ｍｍよりも厚く、１．３ｍｍよりも薄くし、かつ、前記エキスパンド格子体の最下部における交点部の幅を０．８ｍｍ以上とした構成とするものである。
【０００８】
本発明は、格子体における最上部に位置する枠骨と接する網目を形成する格子骨の交点部の幅寸法Ａと鉛合金シート厚みＴのＡ／Ｔの比率を１．５から３倍にし、その交点部の幅寸法Ａを格子下部に向かって連続または段階的に小さくすることにより、腐食が比較的大きな格子体の耳部に近い最上部に位置する格子骨の交点部が腐食によって切断することを抑制できるため、サイクル寿命特性の劣化を抑制することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
通常、エキスパンド格子体は、その製造方法においてレシプロ方式とロータリー方式に分別される。レシプロ方式では鉛合金からなる連続したシートを鋸歯状のダイを上下に移動するとともに順次シートを移動させることにより、前記シートの最外側から順に内側へスリットを入れてシートの両側に網目を形成する。この際、シートの中央部分にはスリットを入れない無地部を残しておく。このように形成された網目を平坦にした際に網目の交点部が格子体の厚みを規定するため、ローラーによりこの交点部をプレスすることにより所定の厚みを有したエキスパンド格子を作成することができる。
【００１０】
一方、ロータリー方式では鉛合金シートの中央部分に無地部を残し、左右両側に相当する部分にスリット数と同数の鋸歯状円盤を組合せたカッターを配置し、鉛合金シートの移動とともに前記円盤を回転させシートにスリットを入れると同時に、スリットとスリットの間に残った格子骨をシート面に対して上下方向に伸長した後に、そのシート幅方向に強制的に拡張していくことによりエキスパンド格子を作成することができる。この際に形成される網目は、格子骨の部分が前記レシプロ方式に比べねじれの角度が大きくなる。
【００１１】
図１を用いて説明すると、鉛合金シートにスリットを形成して網目１状に展開し、製造時にシートの中央部に位置して電流の取り出し部分となる耳２と、これに連続し上部に位置する上枠骨３、さらに前記上枠骨から下方に接続して前記網目１を形成する骨４と、これらが交差する交点部５によりエキスパンド格子が構成される。
【００１２】
図２は図１のＰ部分の拡大図であり、上枠骨３と骨４の接続状態を示す。最上の交点部５ａ、交点部の幅寸法はＡで示し、上枠骨３はそのまま鉛合金シート６として残留しておりその厚みはＴで示した。鉛合金シート６は均一な厚みを有しており、エキスパンド格子体の網目の交錯している交点部の幅寸法を、格子体最上部にて前記シートの厚みの１．５〜３倍とすると共に、その幅寸法を格子下部に向かって連続または段階的に小さくするともに、前記シート厚みを１．０ｍｍよりも厚く、１．３ｍｍよりも薄くし、かつ、エキスパンド格子体の最下部における交点部の幅を０．８ｍｍ以上とした構成としたエキスパンド格子体を正極に用いることにより、本発明の鉛蓄電池を得ることができる。
【００１３】
【実施例】
Ｃａ０．０７％、Ｓｎ１．６％残り鉛合金よりなる圧延シートの厚みが１．３、１．２、１．１と１．０ｍｍの４種類を用い、さらに上枠骨に接続する部分の交点部幅を４．０、３．０、２．０と１．０ｍｍの４種類とをそれぞれ組合せてエキスパンド加工し、常法により得られた正極板を試験用として準備した。ここで、シートの厚みが同じで交点幅の異なる格子は同じ活物質量を付けるため交点幅は下部に向かって徐々に減少するように配置し、最下部における交点部の幅は０．８ｍｍになるようにした。厚みが同一種類の格子重量は同じになるように設定した。
【００１４】
一方、負極板はＣａ０．０７％、Ｓｎ０．２５％で残り鉛よりなる厚み０．７ｍｍの鉛合金シートを同様にエキスパンド加工し、常法により製作した。セパレータはベースの厚みが０．２５ｍｍ、リブを含めた総厚みが１．２５ｍｍの一般のポリエチレン製を用い、上記極板を用いセル当たり正極板５枚、負極板６枚からなる自動車用電池５５Ｄ２３形の鉛蓄電池１〜１６を作成し試験に供した。
【００１５】
これらの電池を７５℃のＪＩＳＤ５３０１軽負荷寿命試験を実施し、寿命に至るまでの回数と、３、８４０回目に行った３５６Ａ放電時の３０秒目電圧の試験結果を表１に示し、さらにシート厚みに対する交点幅の比率（Ａ／Ｔ比）と寿命回数を図１に示した。
【００１６】
【表１】

【００１７】
シート厚みが１．３ｍｍのイで示した線（電池１から４）は比率が１．５以下の電池４で寿命回数が急速に低下する。これはシートが厚く、交点幅が小さいことで骨と交点部の接続部に応力が集中し、亀裂が入り易く、急激に寿命末期になるためと想定される。一方比率３を超えた電池１では、網目を形成する骨がより伸張され格子結晶にずれを生じてくる。これらが助長されることにより、徐々に寿命回数が低下していく。そのため寿命試験途中での電圧特性は７．５Ｖと比較的高い数値を記録しているが、その後急速に劣化することが推測される。
【００１８】
シート厚みが１．２ｍｍのロ（電池５〜８）、１．１ｍｍのハ（電池９〜１２）、１．０ｍｍのニ（１３〜１６）で示した線は、先のイに比較して寿命回数のピーク値がＡ／Ｔ比の高い方向に移行して同様な傾向を示すが、寿命回数の絶対数は全体的に低下する。これはシート厚みが薄くなるにつれ交点部に腐食が開始すると、蓄積応力等の条件が同じであれば進行速度は同じになるため、その回数はシート厚に伴い低くなるものと考えられる。一方、Ａ／Ｔ比が高くなり骨自体の伸張が大きくなるにつれ、結晶構造のずれにより切断現象が発生し易くなる。
【００１９】
これらを総合的に判断すると、シート厚みが１．３ｍｍ以上になるとねじり応力が集中するため寿命回数は低下するとともに、交点幅との最適Ａ／Ｔ比が極端に狭い範囲になる。一方、１．０ｍｍ以下になると交点部と接する絶対面積の低下と結晶のずれによる腐食で早期に骨が断線してしまう。このため、一般的にエキスパンド格子体用の正極シート厚みは１．０〜１．３ｍｍが使用されているのであり、この範囲が使用されており、シート幅と交点幅との関係において比率範囲を任意に設定することが可能である。
【００２０】
寿命試験終了後に電池を分解調査したところ交点部の腐食と格子骨の腐食による断線とが見られ特に腐食の度合いは上部ほど大きかった。腐食量はやはり下部に比べ上部の方が大きく寿命を長く設定するためには上部の交点幅を大きく設定し下部を小さくした方が良いことが立証された。
【００２１】
さらに鋸歯状円盤カッターで鉛合金シートにスリットを形成したロータリ方式の格子は先のレシプロ方式で作成した格子よりも骨のねじれ角度が大きくなるため、さらに応力が残留するため交点部や骨にも腐食が生じ易く寿命の回数は低下する傾向があるが、先の範囲で設定することにより同様な効果を得ることができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エキスバンド格子体における局部的な腐食を抑制し、寿命特性の優れた鉛蓄電池を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施例によるエキスパンド格子体を示す図
【図２】 図１のＰ部の拡大図
【図３】鉛合金シートの厚みに対する格子体の交点幅の比とサイクル寿命との関係を示す図
【符号の説明】
１ 格子体の網目
２ 格子体耳部
３ 上枠骨
４ 格子骨
５ 交点部
６ 鉛合金シート

Claims (1)

1. 均一な厚みを有した鉛合金シートを網状に展開して成るエキスパンド格子体を正極に用いた鉛蓄電池であって、エキスパンド格子体における網目を構成している交点部の幅を格子体最上部にて前記シートの厚みの１．５〜３倍とすると共に、前記交点部の幅を下部に向かって連続的または段階的に小さくするとともに、前記シート厚みを１．０ｍｍよりも厚く、１．３ｍｍよりも薄くし、かつ、前記エキスパンド格子体の最下部における交点部の幅を０．８ｍｍ以上としたことを特徴とする鉛蓄電池。

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