JP5231699B2

JP5231699B2 - 複数のスタッドと垂直リブを設置した電池隔離板

Info

Publication number: JP5231699B2
Application number: JP2001517440A
Authority: JP
Inventors: ベーンシュテッド、ヴェルナー; ウエアー、ジェイ．、ケヴィン
Original assignee: ダラミック、インク
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-11-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2019-11-26
Also published as: DE69932103D1; ES2267306T3; JP2003507856A; AU1975900A; WO2001013442A1; EP1228543B1; DE69932103T2; EP1228543A1; KR20020032544A; KR100630540B1; US20030129486A1

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は鉛酸蓄電池のための隔離板に関する。

【従来の技術】
典型的な鉛酸蓄電池は、薄い微小多孔性シート（薄板）によって他から隔離された複数の正及び負の電極を具備する。これらの隔離板は電極板を隔離即ち電気的に分離するために働く。これらは、特に正の電極板と隔離板が直接接触するのを防ぐために、通常は複数のリブを備えている。使用しているとき正電極で酸素が生成されるが、隔離材を酸化する充電中はしたがって隔離板の劣化を生じ、正電極と負電極の間で短絡が引き続いて起こる。

【発明が解決しようとする課題】
しかし、そのようなリブは隔離板の電気抵抗と酸の押出し置換（ディスプレースメント）体積を増加させ、それによって電池の放電能力が減少する。また、リブは付加的な材料の使用を必要とするので、隔離板の生産価格を増加させる。更に、リブは電極板の挿入（収納）の間のミスアラインメントのような問題に寄与する場合がある。このミスアラインメントは、さらに、電極の鋭端によって隔離板のパンクを起こし、電池の有用な寿命の減少を起こす場合がある。

電気抵抗、酸の押出し置換体積、及び原材料の価格を減少させるため、ＵＳ５，５５８，９５２は、隔離板の中央に破線状の（broken）不連続なリブを持つ隔離板を提案している。途切れた垂直リブを持つ輪郭（プロファイル）は、いわゆる「クッション効果」が観察されるという点において、隔離したポケットを生成する時に問題を起こしがちであることが分かった。更に、短くて高い部分を持つ破線状の（broken）リブは、隔離板に電極板の端が直接接触することを阻止することができない。

更に、電気抵抗と酸の押出し置換体積を減少させるために、小凹部（ディンプル）を有する隔離板輪郭が提案されている。これらの輪郭では、隔離板には、隔離板に渡って均等に分布した凹みのパターンが与えられる。これらの輪郭は市場的な興味を獲得していない。

既知の隔離板の欠点を示さないで、削減された電気抵抗、削減された酸の押出し置換体積、及び削減された原材料の要求、を持ち、鉛酸蓄電池用電池隔離板を与えるのが本発明の一目的である。
本発明の更なる目的は、使用中に電極距離を確実に維持し、電池の高いサイクル寿命を保証し、かつ電極の挿入や電池を生産する間の組み立て問題を回避する、隔離板を供給することである。

本発明の第１の視点において、下記の蓄電池用電池隔離板が提供される。即ち、中央領域及び複数の側領域を持つ多孔性隔離シートを具備すると共に、該シートの少なくとも片側に複数のスタッドを備える蓄電池用電池隔離板であって、
該隔離板が、複数のスタッドを備える該シートの少なくとも片側に、１〜４の細長い一体の垂直リブを具備し、該細長い垂直リブがスタッドと同一又はそれよりも低い高さを持ち、該隔離板は、開いた頂部、閉じた底部、及び閉じた側部を持つポケット形状を有するとともに、スタッドとリブが、該シートと同一材料で一体的に形成された中実の一体物である、ことを特徴とする。

また、本発明の第２の視点において、中央領域及び複数の側領域を持つ多孔性隔離シートを具備すると共に、該シートの少なくとも片側に複数のスタッドを備える蓄電池用電池隔離板であって、
該隔離板が、複数のスタッドを備える該シートの少なくとも片側に、少なくとも一つの細長い一体の垂直リブを具備し、該細長い垂直リブがスタッドと同一又はそれよりも低い高さを持ち、該隔離板は、ロール形状で与えられるとともに、スタッドとリブが、該シートと同一材料で一体的に形成された中実の一体物であることを特徴とする蓄電池用電池隔離板が提供される。

【課題を解決するための手段】
本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）＝第１の視点のとおり。
（形態２）＝細長いリブが連続リブであることが好ましい。
（形態３）＝該隔離板シートの中央にある２ないし４の細長い垂直リブを具備することが好ましい。
（形態４）＝スタッドが円錐台、角錐台及び/又は球形キャップの形を持つことが好ましい。
（形態５）＝隔離シートｃｍ^２当たり０．２ないし２スタッドを具備することが好ましい。
（形態６）＝さらに電極板を有することが好ましい。
（形態７）＝スタッドと垂直リブがポケットの内面に備えられていることが好ましい。
（形態８）＝少なくとも一つの細長いリブが隔離板ポケットの底端域に配置されていることが好ましい。
（形態９）＝第２の視点のとおり。
（形態１０）＝鉛酸蓄電池は、請求項１〜９の一に従った、少なくとも一つの該隔離板を具備することが好ましい。

【発明の実施の形態】
本発明は、シートの少なくとも片側上に、複数のスタッドと、少なくとも一つの細長い垂直リブを具備する、鉛酸蓄電池用電池隔離板に関する。
少なくとも一つの細長い垂直リブが、シートの中央領域に配置され、隔離板が片側上にのみスタッドを具備するとき、スタッドと同一側に存在する、即ち隔離板は少なくとも一つの細長い垂直リブを、複数のスタッドを備えたシートの少なくとも片側の中央領域に具備する。
以下において、添付図面を参照して本発明の実施態様を詳細に述べる。図１は本発明の隔離板１を示す。この隔離板は、隔離板の中央領域５に円錐台形状と三つの連続的垂直リブ４を持つ、複数のスタッド３を設けた多孔性シート２を具備する。スタッドは側部領域（複数）６にも存在する。

図２には、電極板７が微小多孔性隔離板１に収納された後であるが、側端部分６を密封する前の、電極板７を描いてある。

シート２は主に、使用される電池環境に適合するポリオレフィン、ポリ塩化ビニール又は他の適切な材料のような合成樹脂からつくることが好ましい。好ましい隔離板材はポリオレフィンである。例えば、ポリプロピレン、エチレン-ブテン共重合体、及び好ましくはポリエチレン、より好ましくは高分子量ポリエチレン、即ち少なくとも３００，０００の分子量を持つポリエチレン、特に超高分子量ポリエチレン、即ち少なくとも１，０００，０００の分子量を持つポリエチレン、特に４，０００，０００超で、最も好ましくは（粘度計測によって測定され、マルゴリーの方程式によって計算された）５，０００，０００から８，０００，０００、（２，１６０ｇの標準負荷を用いてＡＳＴＭＤ１２３８（条件Ｅ）で特定されて測定された）実質的に０の標準負荷メルトインデックス（ｍeld index）及び１，０００ｍｌ/ｇ以上の低限した（reduced）粘度、（１３０°においてデカリン１００ｇ中ポリオレフィン０．０２ｇの溶液中で決定される）２，０００ｍｌ/ｇ以上が好ましい。

完成した隔離板は特に、８ないし１００体積％のポリオレフィン、０ないし４０体積％の可塑剤及び０ないし９２体積％の不活性充填材の一様な混合物、を含有する。好ましい充填材は乾燥され細かく分割されたシリカである。好ましい可塑剤は石油である。可塑剤は、ポリマ（重合体）-充填材-可塑剤組成物から除くことが最も易しい構成要素であるので、電池隔離板に多孔性を与えるときに有用である。隔離板の最終的組成物は、元の組成物と抽出された成分要素又は複数の成分要素に依存する。この種の材料は技術上周知であり、例えばＵＳ３，３５１，４９５に記載されており、その開示事項を引用をもってここに編入する。

微小多孔性隔離板は、一般的に直径が1μｍ未満である気孔サイズを持ち、特に気孔の５０％超は直径が０．５μｍ以下であることが好ましい。少なくとも気孔の９０％は０．５μｍ未満の直径を持つことが特に望ましい。

隔離薄板の厚さは好ましくは０．１ないし０．６ｍｍの範囲内で、さらに好ましくは０．１５ないし０．２５μｍの範囲内であり、また約０．２ｍｍであることが最も好ましい。

微小多孔性隔離板は、シートの片側に複数のスタッドとシートの中央領域に少なくとも一つの垂直リブを備えている。しかし、隔離板は更にリブ及び/又はスタッドをシートの他の側に具備することができる。隔離板は複数のスタッドと少なくとも一つの垂直リブをシートの片側上のみに具備することが好ましい。好適実施例に従うと、隔離板は２ないし４の垂直リブを含むが、２又は３の垂直リブを含むとより好ましい。

リブは約０．３ないし１．３ｍｍ、約０．４ないし０．９ｍｍの高さを持つことが好ましく、約０．５ｍｍの高さを持つことが最も好ましく、約０．５ないし１．５ｍｍの底幅、さらに約０．７ｍｍの底幅を持つことが好ましい。それらは丸いか三角形の断面を持つ任意の適切な断面を持つことが好ましく、台形断面を持つことが最も好ましい。図３に示すように、リブの高さはスタッドの高さと同じでもよいし、低くてもよい。

少なくとも一つの垂直リブは、細長いリブ、即ち少なくとも２ｃｍの長さのリブである。好適実施例に従うと、垂直リブ（複数）は、図１に示すように、全隔離板に渡って延びている連続リブの形状を持つ。

典型的なスタータ（始動）用電池は約１６０ｍｍの幅、約１４５ないし約１４８ｍｍの電極を持つ。通常、先行技術の隔離板は約６ないし１３ｍｍの距離の間隔に置かれたリブを持つ。それゆえ、典型的な隔離板は約１２ないし２５リブを具備し、これは隔離板の全体積に大きく寄与し、したがって電気抵抗と酸のディスプレースメントに寄与する。更に、リブ材料は全隔離板材料のかなりの部分を構成する。本発明の隔離板は１個、好ましくは４個以下の垂直リブを含む。なぜなら、隔離板の全体積へのスタッドの寄与は最小であるので、隔離板体積、電気抵抗、及び酸のディスプレースメントの大きな削減が達成されるからである。本発明の隔離板の輪郭によって、リブとスタッドの全体積は、先行技術に従ったリブ付き隔離板のリブ体積の約１０％ないし３０％まで削減できる。したがって、隔離板の生産のために必要な材料の量と価格が大きく削減される。

用語「スタッド」は隔離板２上で隆起し、打ち出された（インボス）形状又は好ましくは一体物を持つ高い領域を指す。それらは正の電極板７から隔離板２を離すスペーサの機能を持ち、したがって電極とシートの直接接触を防ぐ。

スタッドは、任意の適切な形状を、半球及び/又は角錐台のような、特に球形キャップの形状を持ってもよく、円錐台が最も好ましい。好ましくはそれらは約０．３ないし約１．３ｍｍ、より好ましくは約０．４ないし０．９ｍｍ、最も好ましくは約０．５ｍｍの高さを持ち、約０．５ないし約１．５ｍｍ、好ましくは０．７ｍｍの台直径を持つ。

他の実施態様に従うと、スタッドは、例えばＵＳ５，５５８，９５２に開示されているものに類似な、複数の不連続な、凸凹のリブを持つ。そのような不連続リブの高い部分は、好ましくは１ｃｍ以下の長さを、より好ましくは０．５ｃｍ以下の長さを持つ。不連続リブの高い部分の間の間隔は少なくとも高い部分の長さの約２倍の長さを持つことが好ましい。

スタッドの数は隔離板材に依存する。典型的な隔離板は、シート面ｃｍ^２当たり約０．２ないし２スタッドで、ｃｍ^２当たり約１スタッドを備えることが好ましい。二つのスタッド間の最大距離は、約４ないし２５ｍｍの範囲にあることが好ましい。図１に示すように、スタッドは、直線的に整列、又は交互又はランダムに配列させることができる。

スタッド及び少なくとも一つの垂直リブは一体であり、これは後に説明するように、隔離板と同じ材料で一体として作ることが好ましい。

少なくとも一つの細長い垂直リブは隔離板の中央領域５に配置される、すなわちシート部分は電極板に接触される。用語「中央」はシートの水平方向で定められた中央のことを示す。スタッドも中央領域５に存在せねばならないが、隔離板の側領域又は肩６（ランド領域）にも存在することが望ましい。

隔離板は、隔離板の側領域６にある、複数の密間隔のリブを具備する場合もある。この場合、例えばＥＰ０８９９８０１Ａ１で開示されているように、隔離板の側端は、少なくともｃｍ当たり約１０ないし１２リブを具備することが好ましい。隔離板は、例えばＵＳ５，７１６，７３４で開示されているように、隔離板の側領域で、複数の短い、交差する、垂直に間隔が置かれたリブ、又はＵＳ５，５５８，９５２で開示されているように、密間隔の垂直なリブ及び交差するリブの両方の組み合わせを具備することもできる。存在する場合、そのような交差するリブはスタッドの一つから開始し、隔離板の左又は右まで延びることが望ましい。そのような交差リブの高さはシートの内部から外部に減少することも同様に望ましい。内部端ではリブは例えばスタッドと同一の高さを持ってもよく、外部端では高さはゼロ近辺にすることができる。短い交差リブは水平に配置するか、又は水平線に対して傾けることもできる。他の実施態様に従うと、シートの側部領域の厚さは、シートの中央領域の厚さよりも厚くする、例えばヨーロッパ特許明細書ＥＰ０４８４２９５Ｂ１で記載されているように、ファクター２だけ厚くすることができる。ランド領域６の上記補強材は、電極板の端による隔離板のパンクを防ぐために役立つ。補強された側領域６を持つ隔離板は側領域６にスタッドを具備しないことが望ましい。

ＵＳ５，７７６，６３０に開示されているように、横方向の剛性を増加させるため、本発明の隔離板は複数の連続した横方向リブを備えることもできる。横方向リブは少なくとも一つの垂直リブよりも低い高さを持つことが好ましい。

本発明の隔離板は開いた頂部、閉じた底部及び閉じた側部を持つポケットの形状を持つことが好ましい。そのようなポケットは、押出機のような造型機によって、合成樹脂のみ、又は無機粉末や気孔形成薬剤と合成樹脂の混合を型に入れて、ベルトのようなシートにすることによって、基本的に製造される。押出された隔離板材は、少なくとも一対のカレンダ・ロールの間を通され、これがスタッド及び/又はリブ・パターンを材料の長さ方向に形成する。気孔形成薬剤は次に溶媒によって型に入れられたシートから抽出される。その後、シートは乾燥され、多孔性ベルト状シートが得られる。多孔性シートは多数の前もって決定された長さの断片で、矩形に切断される。シート隔離板が次に中央で折り曲げられ、二つの相互に向き合う側部を形成し、側端部分６が折り曲げられた隔離板の左右マージン上に形成される。図２に示すように、鉛酸蓄電池に対する負又は好ましくは正の電極板７が次に折り曲げられた隔離板中に挿入され、次に隔離板の側端（両側端）は、超音波のような熱密封、又は圧力溶接のような機械的密封、又は同様なものによって、互いに密封される。密封された部分は結果的なポケット型の隔離板の対向する側端で形成され、底端は上述の折りたたみによって形成され、左右側端は閉じられ、頂部は開かれる。ポケット隔離板の構成は技術上周知である。

【実施例】
図３に示すように、上述の工程（方法）によって、隔離板と同様な材料から一体的に形成される一体リブやスタッドができる。これが本発明の好適実施例である。しかし、同一又は異なった材料を用いて、隔離板、スタッド及び/又はリブを別々のステップで作ることも可能である。適切なリブ材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、及びポリ塩化ビニールを含む。これらの材料は、例えばシリカ又は空気で満たさないでもよいし又は満たしてもよい。充填物として空気を使用することは、いわゆる「ブロウン・リブ（ｂｌｏｗｎｒiｂ）」と呼ばれる。例えば、複数の一体的に形成されたスタッドを設けた隔離板が第一段階で形成され、例えば押出しによって、細長い垂直リブが後にそこに加えられる。この実施態様では、細長いリブを隔離板に代わって電極板に設けることもできるということは明らかである。電極が次に複数のリブを具備する隔離板に対して挿入される。

少なくとも一つの垂直リブが連続リブの形状を持たないならば、シートの中央領域中のみならず隔離板ポケット（折り曲げられていないシートの垂直中央）の底端領域中にも配置することが重要である。例えば、これは隔離板上に細長い裂け目を押出すことにより、押出しによって連続リブを形成し、この連続リブを２ｃｍ以上の長さを持つ断片とし、次にこれらの断片を折り重ねることによって、Ｕ形を持つ断片として、達成することができる。Ｕ型断片は電極板の底端に適用され、この電極板は以後複数のスタッドを備える隔離板に対して挿入される。

望ましくないが、そのような二つの（又はそれ以上の）断片の隔離板は明らかに本発明の範囲内である。

最後に、夫々の隔離板中に含まれる複数の正電極は、複数の負電極と一緒に、鉛酸蓄電池の電池アセンブリへと組み立てられる。

隔離板の生産及びポケットの製造は通常は異なった場所で実行される。それゆえ、ベルト状隔離板はポケット製造に必要な幅に切断し、次に巻き上げることが望ましい。これらのロール（巻いた物）は売られ、電池生産者に配達され、生産者は巻上げられた材料をポケット生産のために断片に切断する。

本発明の複数のスタッドと隔離板の少なくとも一つの垂直リブは、正電極に面する隔離板の側部に配置されることが好ましい。したがって、正電極板を保持するためのポケットにおいては、スタッドと垂直リブはポケットの内面上に設置される。しかし、上述のように、付加的なリブとスタッドは他の面上に設置してもよい。

【発明の効果】
本発明の隔離板は、原材料の必要性の削減と高い生産速度のために、先行技術に従ったリブ付き隔離板よりもかなり低価格で準備できる。隔離板は破線状（不連続）リブを備えた隔離板の欠点を示さない、即ちポケット生産時にクッション効果は観測されず、隔離薄板２と電極端の間の直接接触が高信頼性で防止される。更に、それらは安全に電極間の距離を保ち、電池組み立ての間の問題を回避し、したがって高サイクル寿命を保証する。更に、本発明の隔離板は、既知の隔離板と比べてより高い低温クランキングパワー(エンジン始動力)を与える。二つ以上の特徴要件が上で特定した好ましい定義を満たす隔離板が特に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明に従った隔離板の一実施例の斜視図である。
【図２】
電極板を含んでいる本発明に従った、折り重ねられたシート状隔離板の一実施例の、部分的に切り取られた斜視図である。
【図３】
図１のIII-III方向の断面図である。
【符号の説明】
１隔離板
２シート
３スタッド
４リブ
５中心領域
６側部領域
７電極板

Claims

中央領域及び複数の側領域を持つ多孔性隔離シートを具備すると共に、該シートの少なくとも片側の中央領域及び複数の側領域に複数のスタッドを配列する鉛酸蓄電池用隔離板であって、
該隔離板が、複数のスタッドを配列する該シートの少なくとも片側の中央領域に、１〜４の細長い一体の垂直リブを具備し、
該細長い垂直リブがスタッドと同一又はそれよりも低い高さを持ち、
該隔離板は、開いた頂部、閉じた底部、及び閉じた側部を持つポケット形状を有するとともに、
スタッドとリブが、該シートと同一材料で一体的に形成された中実の一体物である、ことを特徴とする鉛酸蓄電池用隔離板。
細長いリブが連続リブである、請求項１に記載された隔離板。
該隔離シートの中央領域に２ないし４の細長い垂直リブを具備する、請求項１又は２に記載された隔離板。
スタッドが円錐台、角錐台又は球形キャップの形を持つ、請求項１〜３の一に記載された隔離板。
隔離シートｃｍ^２当たり０．２ないし２スタッドを具備する、請求項１〜４の一に記載された隔離板。
前記ポケット形状部内にさらに電極板を有する、請求項１〜５の一に記載された隔離板。
スタッドと垂直リブがポケットの内面に備えられている、請求項１〜６の一に記載された隔離板。
少なくとも一つの細長いリブが隔離板ポケットの底端域に配置されている、請求項１〜７の一に記載された隔離板。
請求項１〜８に記載の隔離板を製造するためのスタッドとリブを具備するロールであって、該隔離板のポケット形状に必要な幅に切断され、ロール状に巻き上げられて成るロール。
請求項１〜８の一に従った、少なくとも一つの該隔離板を具備する、鉛酸蓄電池。