JP5025317B2 - 鉛蓄電池用格子基板 - Google Patents

Description

本発明は鉛蓄電池用格子基板に関するものである。

鉛蓄電池は、格子基板に鉛粉、希硫酸、水等を配合して練り上げたペースト状活物質を充填し、熟成・乾燥した正負極板が用いられ、これらをセパレータを介して互いに対向させ、希硫酸からなる電解液を注入し、起電力を端子から取り出しで使用されるものであるが、この鉛蓄電池用格子基板は、鉛合金を鋳造又は機械加工により四角の囲枠骨と、囲枠骨の外面に突出形成された耳と、該囲枠骨で囲まれた内部に囲枠骨間を差し渡る多数の縦の中骨と横の中骨を互いに交差して形成した格子形状からなる格子基板が用いられている。

これら格子基板は、囲枠骨は比較的太く均一に形成され、縦横の中骨は比較的細く均一に形成されている（特許文献１）。

このために、特に高率放電で使用される場合、電流の集中する耳近傍領域における格子の電流密度の上昇が電圧降下を大きくする。即ち、蓄電池の放電電圧が低下すると言う問題があった。また、蓄電池の使用により格子基板が腐食し、製造時より断面積が低下することで上記傾向はより顕著になる問題もあった。

このような現象を改善する提案として、これら格子形状の基板に耳部近傍から放射状に伸びる中骨を追加して設けることで集電性能を向上させたものがある（特許文献２）。
特許第２８０５９１０号公報 実開昭５２−４８６３１号公報

しかしながら、特許文献２に記載される方法ではまだ不十分で更なる改善が要望されている。さらに、格子基板が腐食し中骨断面積低下による電流密度が上昇する対策として中骨全体を太くする方法が考えられるが、全体を太くすると重量が過度に増大する等の問題が発生する。

そこで、本出願人は格子基板重量をあまり増加させることなく、製造初期のみならず寿命末期まで集電性能を向上すべく、特願２００５−３１７５８７で補助中骨を形成し、耳が形成する囲枠骨に伸びる中骨と共に囲枠骨に至るに従い順次太くし、更に耳が形成された囲枠骨を耳に近づくに従い順次太くした鉛蓄電池用格子基板を提案した。
本発明は、先に提案した発明を改良したものである。

請求項１の発明は、四周を囲む囲枠骨と、その内部に、囲枠骨間を差し渡り縦横に交差する縦と横の中骨とで構成され、囲枠骨に突出する耳が形成されている鉛蓄電池用の基本格子基板に、耳が形成された囲枠骨より内部に向かい、囲枠骨間に差し渡らず、且つ中骨間に位置して補助中骨を形成し、該補助中骨および耳が形成された囲枠骨より延びる中骨は、耳近傍において、耳が形成される囲枠骨へ近づくに従い順次その太さを太く形成すると共に、耳が形成された囲枠骨の太さを耳へ近づくに従い順次太く形成すると共に、上記補助中骨と太くした中骨と囲枠骨の太くした部分を合計した補強格子質量を基本格子基板質量の１７％以下としたことを特徴とするものである。

この様にすることにより、より格子基板重量を抑えながら電気抵抗を大幅に低減することができ、集電性能を向上させることが出来、材料の消費を抑えて工業的価値を向上させることが出来たものである。

この際、基本格子基板を、耳が形成された上部囲枠骨の断面積≦上部囲枠骨の両端から垂下する側部囲枠の断面積≦耳が形成された上部囲枠骨と対向する下部囲枠骨の断面積の関係が成立する様にすることで集電性能及び耐腐食性を向上し得る。

本発明によれば、格子基板重量を抑えながら電気抵抗を大幅に低減することができ、集電性能を向上させることが出来、材料の消費を抑えて工業的価値を向上させることが出来るものである。

以下実施の最良の形態を説明する。
図１に示す様に、鉛合金、例えばＰｂ−Ｃａ系合金の鋳造により格子基板１を得た。この格子基板１は、四周を比較的太い囲枠骨２により囲まれた方形の形状をし、この囲枠骨２の内部に縦と横方向に多数の中骨３を互いに対向する囲枠骨間に差し渡って形成され、該縦と横方向の中骨３は互いに直交し格子状に形成されている。

囲枠骨２の上部囲枠骨２１には突出して耳４が形成されており基本格子基板を構成している。この縦方向の中骨の内、特にこの耳近傍に形成された複数本の縦方向の中骨は、耳４が形成された上部囲枠骨２１へ至るに従い順次太く形成されている。

更に、耳近傍の複数本の縦方向の中骨の隣接する中骨間には、耳３が形成された上部囲枠骨２１から伸びる補助中骨５を、対向する囲枠骨に至らないで途中まで形成し、その補助中骨５の太さを耳４が形成された上部囲枠骨２１へ至るに従い順次太く形成した。

更に、耳が形成された上部囲枠骨２１は耳３に近づくに従い順次太くしたものである。なお、図中６は基板１の足であり、基本格子基板の一部である。

図１に示す通り、Ｐｂ−Ｃａ系合金を鋳造して得られた囲枠骨２で四周を囲まれた方形の格子基板１の上部囲枠骨２１の長さ方向の真ん中より少しずれた所へ耳４を突出形成すると共に、囲枠骨内の方形の空間に縦方向に複数の中骨３とこれよりは数の多い横方向の中骨３を互いに直交する様に形成した基本格子基板に、更に、縦方向の互いに隣接する中骨間には上部囲枠骨２１から伸びる補助中骨５を５本形成した。この補助中骨５は、対向する囲枠骨に至らずに途中までの長さとした。

そして、耳近傍に位置する縦方向の４本の中骨３１、３２、３３、３４と４本の補助中骨５１、５２、５３、５４を耳４が形成された上部囲枠骨２１に至るに従い順次段階的に中骨の幅を大きくすることで太くした。

この際、中骨３１、３２、３３、３４の太くした部分の境界を点線示の様に湾曲或いはＶ字状にするのが好ましい。更に、段階的に太さを変えた各段階の境界や補助中骨もその様にするのが好ましい。

更に、上部囲枠骨２１もこれに突出形成された耳に至るに従い段階的に幅を広くすることで太くした。

この様な構造の格子基板において、補助中骨５と、耳近傍に位置する縦方向の４本の中骨３１、３２、３３、３４及び耳４が形成された上部囲枠骨２１の段階的に太さを変えた部分の太さや長さを種種変えて、基本格子基板に対するこれら補強格子の質量比を変えたものを作製した。これらは、例えば、鋳造鋳型に基本格子基板の形の掘り込みを形成した後、補助中骨５、中骨３１、３２、３３、３４及び上部囲枠骨２１の太さを順次変えた掘り込みを形成しその都度鋳造することで質量比の異なるものを作製した。なお所定の比率にする為に、その長さを短くしても良い。

作製した格子基板の基本格子質量、補強格子の割合及び格子質量は表１に実施例１〜５、比較例１〜２として示す通り、基本格子質量を４５ｇとし、これに割合が０％〜２３．３％となる様に変えたものである。

（従来例）
図２に示す様に、比較的太い囲枠骨２内に縦横方向の中骨３を形成した格子基板１に耳４近傍から放射状に伸びる中骨７を追加した鉛蓄電池用格子基板を鋳造により得た。
縦横の中骨３、放射状の中骨７および囲枠骨２の太さはそれぞれ略均一である。この格子質量は表１に従来例１として示す通りである。

これら実施例と従来例の格子基板を用い、これにペースト状活物質を充填し、熟成・乾燥して正極板を作製し、セパレータを介して公知の方法で製造された負極板を積層して１２Ｖで容量５５ＡＨの遊離する電解液が多量に存在する所謂液式の鉛蓄電池をそれぞれ製造し、ＪＩＳＤ５３０１で定められている様に、−１８℃の雰囲気で放電させＣＣＡ（コールドクラッキング電流）を測定した。これは、高率放電試験の１つであり、蓄電池の放電電圧によってＣＣＡが影響を多分に受けるため、蓄電池の放電電圧、即ち、格子の集電性の評価につながる。

更に、ＪＩＳ５３０１に定められた軽負荷寿命試験に準じ、周囲温度７５℃で充放電を３０００回行い、充分に充電した後、再びＣＣＡを測定することで蓄電池の使用前後における格子体の集電性能を評価した。それぞれの結果を表２に示す。

なお、各表において、比較例１は基本格子基板のみからなるもの、比較例２は割合を２３．３％としたものである。

表２から明らかな如く、従来例１や比較例１の格子基板を用いた場合に比し、実施例１〜５及び比較例２の格子基板を用いた鉛蓄電池は寿命試験前のＣＣＡが大きく、更に寿命試験後においてもＣＣＡの低下が少ない。従って集電特性が向上している。

更に、比較例２の補強格子質量の割合を２３．３％とした格子基板を用いた鉛蓄電池は実施例５の補強格子質量の割合を１７．０％とした格子基板を用いた鉛蓄電池に比べ、その質量の増加の割りにはＣＣＡ値の向上は僅かであることが分かる。従って、補強格子質量は基本格子基板質量の１７％以下が、格子基板質量の増加を最小限に抑えてＣＣＡ値の向上を可能にし得、材料の消費を抑えることが出来るので工業的価値を向上し得るものである。

本発明実施例格子基板 従来の格子基板

符号の説明

１ 格子基板
２ 囲枠骨
２１ 耳４が形成された上部囲枠骨
３ 中骨
４ 耳
５ 補助中骨

Claims (1)

1. 四周を囲む囲枠骨と、その内部に、囲枠骨間を差し渡り縦横に交差する縦と横の中骨とで構成され、囲枠骨に突出する耳が形成されている鉛蓄電池用の基本格子基板に、
   耳が形成された囲枠骨より内部に向かい、囲枠骨間に差し渡らず、且つ中骨間に位置して補助中骨を形成し、
   該補助中骨および耳が形成された囲枠骨より延びる中骨は、耳近傍において、耳が形成される囲枠骨へ近づくに従い順次その太さを太く形成すると共に、
   耳が形成された囲枠骨の太さを耳へ近づくに従い順次太く形成すると共に、
   上記補助中骨と太くした中骨と囲枠骨の太くした部分を合計した補強格子質量を基本格子基板質量の１７％以下としたことを特徴とする鉛蓄電池用格子基板。
   

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