JP4655657B2 - 捲回形鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本発明は捲回形鉛蓄電池に関するものである。

一般に鉛蓄電池の電池構造は、複数枚の正負極板を交互に組合わせた積層型と帯状の極板を渦巻き型に捲回した捲回形に大別できる。捲回形は極板を薄くして反応面積を大きくすることができるので、特に高率放電特性を重視する場合に用いられる。

捲回形鉛蓄電池の極板として薄い鉛又は鉛合金箔の両面に活物質が塗布されたものが用いられる。正極板と負極板がセパレータで隔離され渦巻き形に巻かれロールを形成している。正極板のペーストが塗布されてない端部（未塗布部）はある方向に延出している。負極板の未塗布部は異方向に延出している。正負の未塗布部にキャップ状の鉛合金の端子（以下ストラップと称す）が接続されセルを形成している。

この構造の捲回形鉛蓄電池は、捲回することで極板及びセパレータが圧迫された状態にあるため、電解液が極板内に浸透しにくくなる。そこで特許文献１に記載されているようにロール部を一部露出させる工夫がなされてきた。

特表２００２‐５１０１２９号

しかし前記方法では、ストラップと極板の接続面積が減少するため、電池の放電時の出力が低下する。また溶接方式の問題もある。鉛蓄電池の端子溶接の主流であるキャストオンストラップ方式は、ストラップ部金型に溶融させた鉛合金を入れ、端子部を挿入して一体化凝固させるものであり、端子とストラップの溶接方法として信頼性、生産性に優れた手法である。しかし、特許文献１のセルは構造上キャストオンストラップ方式が出来ないため、鋳造盛り方式を採っており溶接部の信頼性、生産性が低かった。

本発明は、電解液の極板内への浸透性に優れ、放電出力を向上させた捲回形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は、鉛又は鉛合金箔からなる集電体に活物質ペーストを塗布した正極板と負極板およびセパレータから成り、正極板および負極板はそれぞれ集電のためのペースト未塗布部を異方向に有し、正極板と負極板およびセパレータを渦巻き状に捲回したものであって、前記ペースト未塗布部に所定間隔で配置した穴を有することを特徴とする。そして、前記穴の形状は捲回軸方向に長いスリットであり、該スリットは前記ペースト未塗布部の上端縁に到らず下端がペースト塗布部にかかっていることを特徴とする。

極板の集電部（ペースト未塗布部）をストラップと全面溶接し接触面積を大きくすることで、放電時の出力を上げることができる。さらに、キャストオンストラップ方式が採れることで信頼性、生産性を向上させることができる。捲回セルの上面及び下面をストラップで覆うことで、電解液の活物質（ペースト塗布部）への浸透性が低下する。そこで、ペースト未塗布部に少なくとも１つの穴を設ける。すなわち、該穴が電解液注液時に液の流入通路となることで電解液の浸透を促進する。

本発明を実施例及び比較例により説明する。
（比較例）
負極は、鉛粉と鉛粉に対して１３重量％の希硫酸（比重１.２６：２０℃）と、鉛粉に対して１２重量％の水とを混練して負極活物質ペーストを作製する。これを長さ９００ｍｍ、幅１１０ｍｍ、厚さ０.２ｍｍの鉛又は鉛合金箔からなる集電体に１００ｇ（片面５０ｇ）塗布した。図１に示すように塗布幅は９０ｍｍで塗布後の厚さは０.５ｍｍとなるように調整した。このように極板はペーストが塗布されている部分（ペースト塗布部２）とペーストが塗布されてない端部（ペースト未塗布部１）を有している。

正極は、鉛粉に対して.０.０１重量%の硫酸ナトリウム及びカットファイバーを添加し、鉛粉に対して１３重量％の希硫酸(比重１.２６：２０℃)と、鉛粉に対して１２重量％の水とを混練して正極活物質ペーストを作製する。これを鉛又は鉛合金箔からなる集電体に７０ｇ（片面３５ｇ）塗布した。集電体サイズ及び塗布面積などは負極板と同じとした。

負極板１枚及び正極板１枚を、ペースト未塗布部１が異方向に延出するようにガラス繊維からなるセパレータを介して捲回した。この捲回群５を温度５０℃、湿度９５％中に１８時間放置して熟成した後に温度２５℃、湿度４０％中に２時間放置した。

続いて、正負のペースト未塗布部１にキャップ状の鉛合金の端子（ストラップ６）をキャストオンストラップ方式で図２のように溶接し、これを１セルとした。それを６セル電槽内に配置し、電槽に電解液を注液して未化成電池を作製した。なお、電解液は比重１.２２５（２０℃）の希硫酸であり、セルあたりの注液量を１０３ｇとした。その未化成電池を３Aで１０時間通電して化成し、比較例の電池を得た。
（参考例）
図３にペースト未塗布部１を加工し穴３を開けた極板を示す。穴３の中心は未塗布部の水平方向の中心線に沿うようにし、直径７ｍｍ、ピッチ６０ｍｍで等間隔に配置した。その後の工程は比較例と同じにして参考例の電池を得た。
（実施例）
図４にペースト未塗布部１を加工し、開口部が前記未塗布部の上端縁に到らないようなスリット４を開けた極板を示す。スリット４は上端部に至らないので、これは前記穴３の１つの形態となる。スリット４は高さ１０ｍｍ、幅２ｍｍで下端がペースト塗布部２にかかるようにピッチ３１ｍｍで等間隔に配置した。その後の工程は比較例と同じにして実施例の電池を得た。

なお実施例、参考例について、ペースト未塗布部１に加工した穴３とスリット４の面積の総和はほぼ等しくなるようにサイズ及び個数を調整した。

電解液は電池へ注入しただけでは、ペースト塗布部２、つまり活物質層には十分に浸透しない。これは捲回で極板及びセパレータが圧迫された状態にあるためで、通常は注液口と真空ポンプをチューブで結び、減圧することで電解液の浸透を促している。ただし、このような手段でも設計液量に達しないのが普通で、それが遊離液として捲回群の上に残留する。この遊離液を排出して比較した結果を表１に示す。

表１に示したように実施例、参考例は比較例に対して大幅に遊離液が減少している。これは穴３及びスリット４が電解液の流入通路となることで、電解液の浸透を促進したためと考えられる。

前記電池の放電時の出力を調べるため、各電池を満充電状態で２５℃、５００Aで放電したときの１秒目電圧の結果を表２に示す。

表２より、実施例は比較例、参考例に比べ電圧値が高かった。比較例は電解液が極板内に浸透していないため出力が低いと考えられる。また、実施例の方が参考例に比べ電圧値が高かったが、これはペースト未塗布部１に設けた穴３、スリット４の形状により内部抵抗が変わるためと考えられ、捲回軸方向に長い形状で抵抗が小さくなるためと考えられる。

以上のように、本発明ではペースト未塗布部１にスリット４を設けたことで、電解液の浸透性が改善でき、電池の放電特性が向上した。穴の形状としてはスリット状のものが優れていた。

なお、実施例でスリット４の形状や個数について１例を示したが、これに限定されることはなく、ピッチや面積についても、目的を達成する範囲において適宜変更できる。

捲回形鉛蓄電池用極板である。 捲回群とストラップを示す概略図である。 本発明の捲回形鉛蓄電池用極板の１例である。 本発明の捲回形鉛蓄電池用極板の他の例である。

１ ペースト未塗布部
２ ペースト塗布部
３ 穴
４ スリット
５ 捲回群
６ ストラップ

Claims (1)

1. 鉛又は鉛合金箔からなる集電体に活物質ペーストを塗布した正極板と負極板およびセパレータからなり、正極板および負極板はそれぞれ集電のためのペースト未塗布部を異方向に有し、正極板と負極板およびセパレータを渦巻状に捲回したものであって、前記ペースト未塗布部に所定間隔で配置した穴を有し、前記穴の形状は捲回軸方向に長いスリットであり、前記スリットはペースト未塗布部の上端縁に到らず下端がペースト塗布部にかかっていることを特徴とする捲回形鉛蓄電池。

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