JP4589322B2 - 鉛蓄電池のためのセパレータ - Google Patents

Description

本発明は、鉛蓄電池内で使用するために適した、弾性的なプラスチックから成るセパレータであって、このセパレータが、１つの内側領域と２つの縁部領域とを備えたシート状の材料より成っており、この材料が少なくとも１つの側に縦方向に延びるリブを有しており、この場合に、内側領域内に延びるリブが、縁部領域内に延びるリブよりも互いに大きい間隔を有している形式のもの、及びこの形式のセパレータを有する鉛蓄電池に関する。

現在鉛蓄電池で使用されるセパレータは、シート状の材料より成る微孔性の薄膜であり、これらの薄膜は反対の極性を有する隣接した電極プレート間の短絡並びにプレート材料の脱落を阻止し、しかしながら、細孔構造に基づき電解質内のイオン電流を可能にする。この形式のセパレータは、例えば、アメリカ特許第３３５１４９５号明細書、アメリカ特許第４９２７７２２号明細書、アメリカ特許第５７７６６３０号明細書又は国際公開第０１／１３４４２号パンフレットにつき公知である。通常はこのようなセパレータは少なくとも一方側に縦方向リブを備えており、これらのリブがシート状の材料と正の電極プレートとの直接の接触を阻止することが望ましい。同時に前記リブはセパレータに、縦方向にある程度の剛性を付与する。アメリカ特許第５６７９４７９号明細書又はアメリカ特許第５７８９１０３号明細書に記載されているように、前記形式の縦方向リブは、多数の個々のレリーフ型押し部より成っており、これらのレリーフ型押し部は交互に設けられた歯と溝とから成るリブ構造を形成している。

セパレータの製造は、一般に熱可塑性のプラスチックを薄膜の形に押出成形することにより行われ、この薄膜は次いでリブを設けられたシート状の材料の形に圧延され、次いで細孔形成剤、例えばミネラルオイルが抽出され、このようにして生じたシート状の材料がロールの形に巻き上げられる。このシート状の材料はのちに前記ロールから引き出され、望ましい幅のストリップに切断される。これらのストリップは望ましい長さに切断され、次いで正又は負の電極プレート上に折り畳まれ、これにより、ポケットが形成され、このポケットの両方の縁部領域は、例えば溶接、圧接又は別の公知の方法により互いに結合される。

次いで電極プレートは、それぞれ１つのセパレータポケット内の電極プレートが、反対の極性の、ポケットなしの電極プレートと交互に、蓄電池セルのためのグループの形に組み合わされる。通常は１つの極性の電極プレートのみがセパレータポケット内に挿入される。しかしながら、特殊な場合には両方の極性の電極プレートがセパレータポケット内に挿入されていてもよい。１つのグループ内ではいま電極プレートが整列され、次いで互いに結合される。電極プレートの整列は、個々の電極プレートが幾らか奥へセパレータポケットの一方又は他方の縁部領域内へ押し込まれることをもたらす。電極プレートは製造に基づきしばしば先端又は鋭いエッジを有しているので、このような押込みにより電極プレートの先端又はエッジがシート状の材料を突き通す恐れがあり、これにより、隣接電極との短絡が形成されかねない。このことは、例えばヨーロッパ特許庁特許第０９９４５１８号明細書に記載されているように、例えばエキスパンドメタルより成るエキスパンド格子により形成された電極プレートが使用され、このエキスパンド格子内に実際のアクティブな材料が埋め込まれている場合にはなおさらである。この場合には、エキスパンドメタルが正確に結節点（Ｋｎｏｔｅｎ）で交わっておらず、これにより、個々のワイヤが突出しており、これらのワイヤが電極プレートを整列する場合に軽く曲がり、セパレータのシート状の材料を突き通すことが起こり得る。

電極プレートの先端、エッジ又はワイヤの突通しの危険を少なくとも減じるためには、等しく成形された多数のリブの間に平行な凹状の溝を多数有する縁部領域を形成する（ヨーロッパ特許庁特許第０８９９８０１号明細書、日本国特許第２０００−１８２５９３号明細書）か、若しくは溝の間のリブをより幅広く、平坦な表面により形成すること（国際公開第００／６３９８３号パンフレット）が既に提案されている。もちろん不都合な場合には、電極プレートの整列時に個々のセパレータポケットが突き通され、これにより、ここでも短絡の危険がもたらされていることがやはりまだ起こりうる。

そこで本発明の課題は、上に述べた形式のセパレータをさらに改良して、セパレータのシート状の材料による電極プレートの突通しの危険をさらに減じ、さらにこの形式のセパレータを有する鉛蓄電器を提供することである。

この課題は、鉛蓄電池内で使用するために適した、弾性的なプラスチックより成るセパレータであって、このセパレータが１つの内側領域及び２つの縁部領域を備えたシート状の材料から成っており、この材料が少なくとも一方の側に縦方向に延びるリブを有しており、この場合に内側領域内に延びるリブが、縁部領域内に延びるリブよりも互いに大きい間隔を有している形式のものにおいて、内側領域に隣接する、縁部領域の少なくとも最初の３つのリブが、シート状の材料から突出した基本的に三角形の形の横断面を有しており、この三角形の底辺がシート状の材料に設けられており、かつ内側領域へ向かって配置された脚部と縁部へ向かって配置された脚部とが設けられており、この場合に内側領域へ向かって配置された脚部は、縁部へ向かって配置された脚部よりも長くなっていることにより解決される。

縁部へ向かって配置された脚部よりも長く形成された、内側領域へ向かって配置された脚部は、整列時にこの脚部に衝突する電極材料をシート状の材料からそれるように案内し、これにより、シート状の材料の突通しを効果的に阻止することができる。

内側領域へ向かって配置された脚部が、縁部へ向かって配置された脚部よりも１．５〜１５倍まで、有利には２〜６倍まで、特に２〜４倍までの長さになっている場合には特に有利であることが判明した。両方の脚部のこのような長さ比により、特に簡単な形式で、電極プレートの機械的な特性に関連して、電極プレートのエッジがシート状の材料から離れるようにそらされることを確保することができる。どの長さ比がどの電極プレートのために有利であるかは、専門家が簡単な試験により突きとめることができる。

内側領域へ向かって配置された脚部が、底辺と５°〜４０°までの角度をなしている場合には特に有利であることも明らかとなった。現在使用されている電極プレートでは、内側領域へ向かって配置された脚部と底辺との間の角度は８°〜３０°までが最適であることが実証された。

０．０５〜０．３５ｍｍまでの領域、特に０．０８〜０．２５ｍｍまでのシート状の材料の厚さが最適であることが実証された。当然のことながら、この厚さは隣接するリブとリブとの間で測定されている。

縁部領域でリブの安定性を高めるためには、内側領域へ向かって配置された脚部と縁部へ向かって配置された脚部とが７５°〜１１５°までの角度をなしている場合、有利であることが判明した。８０°〜１００°までの間の角度が多くの場合には最適である。

特に有利には、縁部領域の全てのリブは同じ横断面を有している。

通常は１ｃｍにつき３〜３０個のリブが縁部領域内に配置されており、これらのリブの上縁はシート状の材料から有利には０．１〜０．８ｍｍまで離隔されている。

本発明の対象は、互いに平行に配置された複数の電極を有している鉛蓄電池でもあり、この場合、隣接した電極は逆の極性を有しており、少なくとも１つの極性の電極がそれぞれポケットの形に折りたたまれた、縁部領域の縁部で結合された本発明によるセパレータ内に挿入されている。

次に本発明の実施の形態を図面につき詳しく説明する。

図１によるセパレータが内側領域Ｉと、この内側領域Ｉの右側及び左側にそれぞれ１つの右側の縁部領域ＲＲ及び左側の縁部領域ＬＲを有している。シート状の材料１には、リブ２が内側領域に配置されており、リブ３が両方の縁部領域ＲＲ及びＬＲに配置されている。内側領域内の両方のリブ２の間の間隔は縁部領域３内のリブ３の間隔よりも大きい。

この形式のセパレータは、一般にエンドレス材料の形に、例えば押出成形、これに続く圧延及び細孔を形成するミネラルオイルの抽出により製造され、次いで縦に切断される。縦に切断されたセパレータは、次いでリブ方向に対して垂直に、それぞれ１つの電極プレートの周囲に折り畳まれ、ポケットの形に組み立てられる。この場合に図１に示したリブは、正の電極プレートの場合には互いに向かい合っており、若しくは負の電極プレートの場合には、電極プレートから離れるように向けられている。上に述べた開かれたポケットを形成するためには、セパレータの向かい合った部分の右側の縁部も左側の縁部も互いに結合される。

図１による拡大された断面図ＡＡでは、さらに縁部の最も近くに位置する、内部領域のリブ２が示されている。このリブ２は縁部領域の複数のリブ３に続いている。これらのリブ３は基本的に三角形の形の横断面を有しており、この場合にこの三角形はシート状の材料１に底辺（図示していない）を有しており、２つの脚部４及び５を有しており、この場合に、内側領域へ向かって配置された脚部４は縁部へ向かって配置された脚部５よりも長く形成されている。

本発明によるセパレータの平面図である。 図１によるＡＡ線に沿った横断面図である。

Claims (8)

1. 鉛蓄電池内で使用するために適した、弾性的なプラスチックから成るセパレータであって、該セパレータが、１つの内側領域と、２つの縁部領域とを備えたシート状の材料から成っており、該材料が、少なくとも１つの側に縦方向に延びるリブを有しており、前記内側領域内に延びるリブが、縁部領域内に延びるリブよりも互いに大きい間隔を有している形式のものにおいて、内側領域に隣接する、縁部領域の少なくとも最初の３つのリブが、シート状の材料から突出した基本的に三角形の形の横断面を有しており、この三角形の底辺が、シート状の材料に設けられており、かつ内側領域へ向かって配置された脚部と縁部領域へ向かって配置された脚部とが設けられており、内側領域へ向かって配置された脚部が、縁部へ向かって配置された脚部よりも長いことを特徴とする、鉛蓄電池で使用するために適したセパレータ。
2. 内側領域へ向かって配置された脚部が、縁部へ向かって配置された脚部よりも１．５〜１５倍までの長さである、請求項１記載のセパレータ。
3. 内側領域へ向かって配置された脚部と、底辺とが、５°〜４０°までの角度をなしている、請求項１又は２記載のセパレータ。
4. 内側領域へ向かって配置された脚部と縁部へ向かって配置された脚部とが、７５°〜１１５°までの角度をなしている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセパレータ。
5. シート状の材料が、０．０５〜０．３５ｍｍまでの厚さを有している、請求項１から４までのいずれか１項記載のセパレータ。
6. 縁部領域の全てのリブが、等しい横断面を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載のセパレータ。
7. １ｃｍにつき３〜３０個のリブが、縁部領域内に配置されている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセパレータ。
8. 鉛蓄電池であって、該鉛蓄電池が、互いに平行に配置された複数の電極を有しており、隣接した電極が逆の極性を有しており、少なくとも１つの極性の電極が、ポケットの形に折り畳まれ縁部領域の縁部で結合された、請求項１から７までのいずれか１項記載のそれぞれ１つのセパレータ内に挿入されていることを特徴とする、鉛蓄電池。

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