JP6597119B2 - 鉛蓄電池 - Google Patents

Description

本明細書に記載された技術は、鉛蓄電池に関する。

従来、鉛蓄電池として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。鉛蓄電池においては、極板群を圧迫した状態で電槽内に収容した構成のものが知られている。極板群を圧迫することで、極板の変形や電極材料の脱落を抑制することができ、長寿命化を図ることができる。

特開平６−１５０９６２号公報

極板群を圧迫した状態で電槽内に収容するための方法としては、例えば、極板群の厚さを電槽内の収容空間の寸法よりも大きい値で設定し、その極板群を圧縮して厚さを小さくしつつ、電槽内に挿入する方法が考えられる。このため、電槽に対する極板群の挿入時には、極板群と電槽の壁面との間で摩擦が生じ、電極材料が脱落する事態が懸念される。

本明細書に記載された技術は上記のような事情に基づいて完成されたものであって、極板群を電槽内に挿入する際に、電極材料が脱落する事態を抑制することを目的とする。

本明細書に記載された技術に係る鉛蓄電池は、セパレータを介して極板を積層することで構成された極板群と、前記極板群が収容される収容空間を有する電槽と、を備え、前記極板は、集電体に電極材料を充填するものであり、前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の少なくとも一部が露出しており、前記露出した前記集電体と前記収容空間を構成する側壁部とが当接していることに特徴を有する。

本明細書に記載された技術によれば、極板を構成する集電体の少なくとも一部が露出しており、露出した集電体と収容空間を構成する側壁部とが当接している。これにより、極板の全面に電極材料が露出する構成と比べ、極板群を収容空間に挿入する際に電極材料が側壁部に当接する事態を抑制することができるから、電極材料の脱落を抑制することができる。

本明細書に記載された技術によれば、極板群を電槽内に挿入する際に、電極材料が脱落する事態を抑制することができる。

実施形態１に係る鉛蓄電池の斜視図 図１の鉛蓄電池が備える電槽の斜視図 極板群を示す断面図（図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線で切断した図に対応） 電槽及び自然状態の極板群を示す断面図 集電体を示す正面図 負極板を示す断面図 実施形態２に係る負極板を示す断面図

＜実施形態の概要＞
本明細書に記載された技術に係る鉛蓄電池は、セパレータを介して極板を積層することで構成された極板群と、前記極板群が収容される収容空間を有する電槽と、を備え、前記極板は、集電体に電極材料を充填するものであり、前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の少なくとも一部が露出しており、前記露出した前記集電体と前記収容空間を構成する側壁部とが当接していることに特徴を有する。

本明細書に記載された技術によれば、極板を構成する集電体の少なくとも一部が露出しており、露出した集電体と収容空間を構成する側壁部とが当接している。これにより、極板の全面に電極材料が露出する構成と比べ、極板群を収容空間に挿入する際に電極材料が側壁部に当接する事態を抑制することができるから、電極材料の脱落を抑制することができる。

また、前記露出した前記集電体と、前記側壁部とは、互いに押圧された状態で当接しているものとすることができる。このような構成では、極板群を収容空間に挿入する際に、極板群と側壁部との間で摩擦が生じ易くなり、電極材料の脱落が起こり易い。本明細書に記載された技術によれば、電極材料が側壁部に当接する事態を抑制することができるから、電極材料の脱落をより効果的に抑制することができる。

また、前記電槽は、開口を有しており、前記極板における前記集電体は、前記開口の方向に沿って、断続的または連続的に露出しているものとすることができる。このような構成とすれば、開口を通じて極板群を収容空間に差し入れる際に、集電体の露出部分と側壁部とが当接し易くなり、摩擦を低減することができる。

また、前記極板における前記集電体が露出している面は、前記側壁部側の面のみであるものとすることができる。このような構成とすれば、集電体が極板の両面に露出する構成と比べて、側壁部側への集電体の露出面積を大きくすることができ、電極材料が側壁部に当接する事態をより効果的に抑制できる。

前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の一部のみが露出しているものとすることができる。仮に、集電体の全部が側壁部側に露出する構成の場合、極板における側壁部とは反対側に、電極材料が偏り易くなる。集電体の一部のみが露出する構成とすれば、このような事態を抑制することができ、極板が変形する事態をより確実に抑制できる。

また、前記極板における前記集電体の少なくとも前記一部は、前記側壁部に向かって湾曲された部分であるものとすることができる。集電体を湾曲させる構成とすれば、例えば、直角に曲げる構成と比べて、集電体の剛性を高くすることができ、極板の変形を抑制することができる。

また、前記集電体は、前記集電体を構成する桟同士が交差する交点を有しており、前記極板における前記集電体が露出している箇所は，前記交点を含まないものとすることができる。集電体において、比較的強度の高い交点を変形させる必要がないから、集電体全体の強度を維持することができ、極板の変形を抑制することができる。

また、本明細書に記載された技術に係る鉛蓄電池は、制御弁式鉛蓄電池とすることができる。

＜実施形態１＞
以下、実施形態１について図１から図６を参照しつつ説明する。本実施形態の鉛蓄電池１０は、例えば、二輪自動車等に搭載される制御弁式鉛蓄電池（密閉式鉛蓄電池）である。図１及び図３に示すように、鉛蓄電池１０は、電槽２０と、極板群３０と、蓋部材６０と、を備える。なお、以下の説明において、電槽２０の横幅方向をＸ軸方向とし、電槽２０の奥行方向をＹ軸方向、高さ方向をＺ軸方向とする。

電槽２０は、図２に示すように、上方に開口された箱型をなしており、例えば合成樹脂製とされる。電槽２０は、Ｘ軸方向に配列された一対の側壁部２２，２２と、Ｙ軸方向に配列された一対の側壁部２４，２４を備えている。電槽２０の内部は、Ｘ軸方向（極板群の厚さ方向）に並ぶ５枚の隔壁２１（収容空間を構成する側壁部）により、６つのセル室２５（収容空間）に仕切られている。

６つのセル室２５のうち、Ｘ軸方向における両端のセル室２５は、電槽２０の側壁部２２（収容空間を構成する側壁部）と隔壁２１に挟まれた空間であり、それ以外のセル室２５は、対向配置される一対の隔壁２１，２１の間に挟まれた空間とされる。各セル室２５は、上方に開口された開口２５Ａをそれぞれ有している。各セル室２５には、図３に示すように、各開口２５Ａを通じて挿入された極板群３０がそれぞれ収容されている。

蓋部材６０は、例えば、合成樹脂製であって、６つの開口２５Ａを上方から一括して塞ぐ構成とされる。蓋部材６０のＸ軸方向両側には端子挿通孔６３Ａ、６３Ｂがそれぞれ開口されている。端子挿通孔６３Ａには正極端子６５Ａが貫通され、端子挿通孔６３Ｂには負極端子６５Ｂが貫通されている。

極板群３０は、図３に示すように、正極板３１と、負極板３２と、セパレータ３３と、を備えている。正極板３１及び負極板３２は、電槽２０の横幅方向（Ｘ軸方向）に沿って交互に配列されており、セパレータ３３を介して積層されている。セパレータ３３は、例えば、ガラス繊維によって構成されたマットセパレータとされる。セパレータ３３は、隣り合う正極板３１及び負極板３２を仕切る機能、及び電解液を保持する機能を担っている。正極板３１及び負極板３２は、それぞれ集電体に電極材料が充填されることで構成されている。なお、集電体としては、エキスパンド格子、鋳造格子、打ち抜き格子などの格子体を用いることが好ましい。

各正極板３１は、正極用のストラップ４０によって連結されており、各負極板３２は、負極用のストラップ（図示せず）によって連結されている。なお、各極板は、耳部３４（図５参照）を介してストラップと連結されている。また、隣接する２つのセル室２５において正極用のストラップと、負極用のストラップ同士は電気的に接続されている。これにより、各セル室２５の各極板群３０が直列接続される構成となっている。

本実施形態の極板群３０においては、図３に示すように、負極板３２が極板群３０の外面を構成するものとされる。つまり、セル室２５を構成する側壁部（隔壁２１又は側壁部２２）の表面に対して負極板３２の表面が対向配置されている。以下の説明では、セル室２５として、一対の隔壁２１，２１に挟まれたものを例示し、極板群３０を構成する複数の極板のうち、隔壁２１（収容空間を構成する側壁部）に最も近い側に配される負極板３２（以下の説明では符号３２Ａを付す）の構成について説明する。

本実施形態では、図４に示すように、自然状態（セル室２５に収容されていない状態）の極板群３０の厚さＸ３（群長）が、Ｘ軸方向におけるセル室２５の寸法Ｘ２（対向する一対の隔壁２１，２１間の距離）よりもわずかに大きい値（又はＸ２と等しい値）で設定されている。また、極板群３０におけるセパレータ３３は、上述したようにガラス繊維によって構成され、その厚さ方向において弾性的に圧縮可能な構成とされる。このため、極板群３０は、セパレータ３３が圧縮変形することで、厚さ方向の圧縮変形が可能な構成となっている。

鉛蓄電池１０を製造する際には、自然状態（セル室２５に挿入する前の状態）の極板群３０を、押圧装置（図示せず）によって厚さ方向に圧縮することで、その厚さを小さくし、セル室２５に挿入する。そして、セル室２５内に収容された極板群３０は、その厚さ方向（Ｘ軸方向、図３の左右方向）において、隣り合う一対の隔壁２１，２１に圧迫された状態で配される。このため、隔壁２１は負極板３２Ａによって押圧された状態となっている。なお、この時の押圧力は、例えば、約２０ｋｇｆとされるが、この値に限定されるものではない。

また、セル室２５に収容された極板群３０をセル室２５から引き抜くと、極板群３０は、圧縮されていたセパレータ３３が弾性復帰することで、自然状態に復帰するものとされる。なお、極板群３０をセル室２５から引き抜く際には、負極板３２Ａによってセル室２５の隔壁２１が押圧されていることに起因して、ある程度の引き抜き力が必要となる。なお、リテーナ式の密閉式鉛蓄電池においては、極板群３０を圧迫することで、電解液を保持したセパレータ３３と極板とを確実に接触させることができる。

次に、負極板３２Ａの構成について図５及び図６によって説明する。負極板３２Ａは、隔壁２１と対向配置されており、図５及び図６に示すように、集電体４１に電極材料４５が充填されることで構成されている。集電体４１は、例えば、鉛合金によって構成されている。負極板３２Ａの電極材料４５としては、例えば、鉛粉、水、希硫酸などを主体としたペーストが用いられる。

集電体４１は、複数の縦桟４２及び複数の横桟４３を備えている。縦桟４２（縦骨、集電体を構成する桟）は、セル室２５に対する極板群３０の挿入方向に沿って長い形状をなしており、横桟４３（横骨、集電体を構成する桟）は、縦桟４２に対して直交する方向に長い形状をなしている。縦桟４２は、図６に示すように、複数の湾曲部４６によって構成されている。

縦桟４２と横桟４３の交点を交点Ｐ１（桟同士が交差する交点）とした場合において、湾曲部４６は、縦桟４２において、隣り合う２つの交点Ｐ１，Ｐ１の間の部分を隔壁２１側に向かって湾曲させることで構成されている。湾曲部４６における隔壁２１側の端部４６Ａ（露出した集電体の一部）は、隔壁２１側に露出されており、隔壁２１に当接する構成となっている。つまり、負極板３２Ａにおいては、集電体４１の一部（端部４６Ａ）のみが、極板群３０の外周に露出する構成となっており、その露出部分は、交点Ｐ１を含まない部分とされる。

また、本実施形態では、上述したように、極板群３０が圧迫された状態で配されており、湾曲部４６の端部４６Ａと、隔壁２１とは、互いに押圧された状態で当接している。また、負極板３２Ａにおける厚さ方向の両面はそれぞれ平面状をなしている。

なお、負極板３２Ａにおける隔壁２１側の表面においては、電極材料４５と端部４６Ａとが面一となるように配されている。負極板３２Ａにおいて端部４６Ａ以外の箇所では、縦桟４２及び横桟４３が電極材料４５のペースト中に埋設されている。一方、負極板３２Ａにおけるセパレータ３３側の表面は、その全面が電極材料４５によって構成されている。つまり、本実施形態では、集電体４１が隔壁２１側のみに露出されている。

本実施形態では、図６に示すように、複数の湾曲部４６（ひいては端部４６Ａ）が開口２５Ａの開口方向（セル室２５に対する極板群３０の挿入方向に対応、図６の上下方向）に沿って配列されている。つまり、負極板３２Ａにおいては、集電体４１が開口２５Ａの開口方向に沿って断続的に露出されている。

なお、本実施形態の集電体４１は、例えば、打ち抜き加工によって集電体４１の湾曲部４６以外の形状を成形した後、専用の型を用いて湾曲部４６を成形することで製造することができる。具体的には、専用の型によって、交点Ｐ１を固定しつつ縦桟４２を隔壁２１側に押圧し、湾曲させることで湾曲部４６を形成することができる。なお、この時の縦桟４２の曲げ量Ｍ１は、負極板３２Ａの厚さをＴ１、縦桟４２の厚さをＴ２、交点Ｐ１を基準とした電極材料４５の厚さをＴ３とした場合において、Ｍ１＝Ｔ１−Ｔ２−Ｔ３となるように設定することができる。

次に、本実施形態の効果について説明する。本実施形態の鉛蓄電池１０は、セパレータ３３を介して極板を積層することで構成された極板群３０と、極板群３０が収容されるセル室２５を有する電槽２０と、を備え、負極板３２Ａは、集電体４１に電極材料４５を充填するものであり、極板群３０の外周には、負極板３２Ａを構成する集電体４１の端部４６Ａが露出しており、露出した集電体４１の端部４６Ａとセル室２５を構成する隔壁２１とが当接していることに特徴を有する。

本実施形態によれば、負極板３２Ａを構成する集電体４１の端部４６Ａが露出しており、露出した集電体４１の端部４６Ａとセル室２５を構成する側壁部（例えば、隔壁２１）とが当接している。これにより、負極板３２Ａの全面に電極材料４５が露出する構成と比べ、極板群３０をセル室２５に挿入する際に電極材料４５が隔壁２１に当接する事態を抑制することができるから、電極材料４５の脱落を抑制することができる。

また、露出した集電体４１の端部４６Ａと、隔壁２１とは、互いに押圧された状態で当接している。このような構成では、極板群３０をセル室２５に挿入する際に、極板群３０と隔壁２１との間で摩擦が生じ易くなり、電極材料４５の脱落が起こり易い。本実施形態によれば、電極材料４５が隔壁２１に当接する事態を抑制することができるから、電極材料４５の脱落をより効果的に抑制することができる。

また、電槽２０は、開口２５Ａを有しており、負極板３２Ａにおける集電体４１は、開口２５Ａの開口方向に沿って、断続的に露出している。このような構成とすれば、開口２５Ａを通じて極板群３０をセル室２５に差し入れる際に、集電体４１の露出部分と隔壁２１とが当接し易くなり、摩擦を低減することができる。

また、負極板３２Ａにおける集電体４１が露出している面は隔壁２１側の面のみとされる。このような構成とすれば、集電体４１が負極板３２Ａの両面に露出する構成と比べて、隔壁２１側への集電体４１の露出面積を大きくすることができ、電極材料４５が隔壁２１に当接する事態をより効果的に抑制できる。

また、極板群３０の外周には、集電体４１の一部のみが露出している。仮に、集電体４１の全部が隔壁２１側に露出する構成の場合、電極材料４５が負極板３２Ａにおいて隔壁２１と反対側（セパレータ３３側）に偏り易くなる。集電体４１の一部のみが露出する構成とすれば、このような事態を抑制することができ、負極板３２Ａが変形する事態をより確実に抑制できる。なお、極板において電極材料４５が一方に偏ると、極板の製造時において、電極材料４５を乾燥させた際などに、極板が反ることが懸念されるが、本実施形態では、このような事態を抑制することができる。

また、負極板３２Ａにおける集電体４１の一部は、隔壁２１に向かって湾曲された湾曲部４６とされる。集電体４１を湾曲させる構成とすれば、例えば、直角に曲げる構成と比べて、集電体４１の剛性を高くすることができ、負極板３２Ａの変形を抑制することができる。

また、集電体４１は、集電体４１を構成する桟同士が交差する交点Ｐ１を有しており、負極板３２Ａにおける集電体４１が露出している箇所は，交点Ｐ１を含まないものとされる。集電体４１において、比較的強度の高い交点Ｐ１を変形させる必要がないから、集電体４１全体の強度を維持することができ、負極板３２Ａの変形を抑制することができる。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２を図７によって説明する。本実施形態においては、隔壁２１と対向する負極板の構成が上記実施形態と相違する。なお、上記実施形態と同一部分には、同一符号を付して重複する説明を省略する。実施形態２の負極板１３２Ａにおいては、集電体１４１の縦桟１４２が湾曲部４６、及び湾曲部１４６を有している。湾曲部１４６は、セパレータ３３側（湾曲部４６の湾曲方向と反対側）に湾曲する形状をなしている。本実施形態では、湾曲部４６及び湾曲部１４６がＺ軸方向（極板群の挿入方向）に沿って交互に配列されている。湾曲部１４６は、その端部において、セパレータ３３側に露出されている。つまり、上記実施形態１では、集電体４１が隔壁２１側のみに露出されているのに対し、本実施形態では、隔壁２１側とセパレータ３３側の双方に露出されている。

このような構成とすれば、集電体１４１を基準とした電極材料４５の量を負極板１３２Ａの板厚方向の両側について、それぞれ均等にすることができる。これにより、負極板１３２Ａの製造時において、電極材料４５を乾燥させた際に、負極板１３２Ａが反る事態を抑制することができる。

＜他の実施形態＞
本明細書に記載された技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような態様も含まれる。
（１）上記実施形態においては、湾曲部４６（又は湾曲部１４６）を有する負極板として、隔壁２１と対向する負極板を例示したが、これに限定されない。側壁部２２と対向する負極板３２に湾曲部４６や湾曲部１４６を設けてもよい。また、正極板３１が隔壁２１と対向配置される構成としてもよく。この場合には、正極板３１を構成する集電体に湾曲部４６や湾曲部１４６を設けてもよい。
（２）上記実施形態では、鉛蓄電池として、制御弁式鉛蓄電池を例示したが、これに限定されない。鉛蓄電池は、極板群が、その厚さ方向において圧迫された状態で収容空間に配されている構成のものであればよい。
（３）上記実施形態において、隔壁２１と負極板３２Ａの間にスペーサが介在されている構成としてもよい。この構成の場合には、スペーサが本発明の「側壁部」の一例となる。
（４）上記実施形態では、集電体４１を構成する縦桟４２の一部が隔壁２１側に露出される構成としたが、これに限定されない。例えば、横桟４３の一部が隔壁２１側に露出される構成としてもよい。
（５）上記実施形態では、横桟４３が縦桟４２に対して直交する方向（Ｙ軸方向）に延びる構成を例示したが、これに限定されない。例えば、横桟４３がＹ軸方向に対して傾斜する方向に延びていてもよい。
（６）上記実施形態では、露出した集電体が当接する隔壁２１の表面が平面であるものを例示したが、これに限定されない。例えば、隔壁２１の表面が、突起やリブを有する凹凸形状であってもよく、このような突起やリブに対して、集電体４１の露出部分が当接する構成であってもよい。
（７）上記実施形態においては、集電体４１の縦桟４２が断続的に露出する構成を例示したが、これに限定されない。例えば、縦桟４２が、長手方向の全長に亘って、極板群３０の外周に露出していてもよい。言い換えると、集電体４１が開口２５Ａの開口方向に沿って連続的に露出されていてもよい。

１０：鉛蓄電池
２０：電槽
２１：隔壁（収容空間を構成する側壁部）
２５：セル室（収容空間）
２５Ａ：開口
３０：極板群
３２Ａ：負極板（極板）
３３：セパレータ
４１，１４１：集電体
４２：縦桟（集電体を構成する桟）
４３：横桟（集電体を構成する桟）
４５：電極材料
４６：湾曲部（側壁部に向かって湾曲された部分）
４６Ａ：湾曲部における隔壁側の端部（極板を構成する集電体の少なくとも一部）
Ｐ１：交点

Claims (7)

1. セパレータを介して極板を積層することで構成された極板群と、
   前記極板群が収容される収容空間を有する電槽と、を備え、
   前記極板は、集電体に電極材料を充填するものであり、
   前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の少なくとも一部が露出しており、前記露出した前記集電体と前記収容空間を構成する側壁部とが当接しており、
   前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の一部のみが露出している鉛蓄電池。
2. セパレータを介して極板を積層することで構成された極板群と、
   前記極板群が収容される収容空間を有する電槽と、を備え、
   前記極板は、集電体に電極材料を充填するものであり、
   前記極板群の外周には、前記極板を構成する前記集電体の少なくとも一部が露出しており、前記露出した前記集電体と前記収容空間を構成する側壁部とが当接しており、
   前記集電体は、前記集電体を構成する桟同士が交差する交点を有しており、
   前記極板における前記集電体が露出している箇所は，前記交点を含まないものとされる鉛蓄電池。
3. 前記露出した前記集電体と、前記側壁部とは、互いに押圧された状態で当接している請求項１または２に記載の鉛蓄電池。
4. 前記電槽は、開口を有しており、
   前記極板における前記集電体は、前記開口の方向に沿って、断続的または連続的に露出している請求項１から３の何れか一項に記載の鉛蓄電池。
5. 前記極板における前記集電体が露出している面は、前記側壁部側の面のみである請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。
6. 前記極板における前記集電体の少なくとも前記一部は、前記側壁部に向かって湾曲された部分である請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。
7. 制御弁式鉛蓄電池である請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の鉛蓄電池。
   

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