JP7265309B2 - 双極型鉛蓄電池 - Google Patents

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Description

本発明は、双極型鉛蓄電池に関する。
近年、太陽光や風力等の自然エネルギを利用した発電設備が増えている。このような発電設備においては、発電量を制御することができないことから、蓄電池を利用して電力負荷の平準化を図るようにしている。すなわち、発電量が消費量よりも多いときには差分を蓄電池に充電する一方、発電量が消費量よりも小さいときには差分を蓄電池から放電するようにしている。上述した蓄電池としては、経済性や安全性等の観点から、鉛蓄電池が多用されている。このような従来の鉛蓄電池としては、例えば、下記特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池が知られている。
この双極型鉛蓄電池は、額縁形で樹脂製のフレームの内側に、樹脂製の基板が取り付けられている。基板の両面には鉛層が配置されている。基板の一面の鉛層には、正極用活物質層が隣接し、他面の鉛層には、負極用活物質層が隣接している。また、額縁形で樹脂製のスペーサを有し、その内側には、電解液を含浸させたガラスマットが配設されている。そして、フレームとスペーサとを交互に複数積層し、フレームとスペーサとの間が接着剤等で接着されている。
また、基板に設けた貫通穴を介して、基板の両面の鉛層が接続されている。特許文献１の段落番号［００２８］には、この接続が例えば抵抗溶接により行われることが記載されている。
すなわち、特許文献１に記載された双極型鉛蓄電池は、複数のセル部材と、複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する複数の空間形成部材と、を有する。複数のセル部材はそれぞれ、鉛または鉛合金からなる正極用集電板の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛または鉛合金からなる負極用集電板の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および正極と負極との間に介在するセパレータ（ガラスマット）を備え、間隔を開けて積層配置されている。
また、空間形成部材は、セル部材の正極側および負極側の少なくとも一方を覆う基板と、セル部材の側面を囲う枠体（二極式プレートおよび端部プレートの枠部とスペーサ）と、を含んでいる。さらに、セル部材と空間形成部材の基板とが交互に積層状態で配置され、隣り合うセル部材の間に配置された基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、貫通穴の中で、隣り合うセル部材の正極用集電板と負極用集電板とが導通されて複数のセル部材が直列に電気的に接続され、隣接する枠体が接合されている。
特許第６１２４８９４号公報
鉛蓄電池の劣化原因の一つに、正極集電板の腐食がある。電池使用期間が長くなるほど、正極集電板の腐食は進行し、腐食が進むと正極活物質の保持ができなくなり、電池としての性能が低下してしまう。それだけでなく、腐食によって脱落した正極材（正極集電板または正極活物質）が負極に接してしまった場合、短絡の可能性もある。
特に、上記構造の双極型鉛蓄電池の場合、電流分布が面での反応となるため、電荷移動抵抗を考慮する必要がなく、集電板を薄くすることが可能であるが、正極と負極との距離が近いため、薄く形成された正極集電板の腐食度合いが大きくなると致命的な欠陥が生じる恐れがある。
本発明の課題は、複数のセル部材が個別に複数の空間に収容され、空間形成部材を構成する基板として、一面に正極用集電板が配置され他面に負極用集電板が配置された主基板を有する双極型鉛蓄電池において、薄く形成された正極用集電板の腐食を防止して寿命を長くすることである。
前述した課題を解決するための本発明の一態様は、以下の構成(1)～(4)を有する双極型鉛蓄電池である。
(1)鉛または鉛合金からなる正極用集電板の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛または鉛合金からなる負極用集電板の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、を有する。
(2)前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極側および前記負極側の両方を覆う合成樹脂製の基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含む。前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置されている。隣接する前記枠体が接合されている。
(3)隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続されている。
(4)前記主基板の一面に配置された前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）は０．１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）の前記主基板の他面に配置された前記負極用集電板の厚さ（Ｔ２）に対する比（Ｔ１／Ｔ２）は１．５以上６．５以下である。
本発明の双極型鉛蓄電池は、複数のセル部材が個別に複数の空間に収容され、空間形成部材を構成する基板として、一面に正極用集電板が配置され他面に負極用集電板が配置された主基板を有する双極型鉛蓄電池であり、薄く形成された正極用集電板の腐食が防止されて寿命が長くなることが期待できる。
本発明の一実施形態である双極型鉛蓄電池の概略構成を示す断面図である。 図１の双極型鉛蓄電池の部分拡大図である。
以下、本発明の実施形態について説明するが、本発明は以下に示す実施形態に限定されない。以下に示す実施形態では、本発明を実施するために技術的に好ましい限定がなされているが、この限定は本発明の必須要件ではない。
〔全体構成〕
先ず、この実施形態の双極（バイポーラ）型鉛蓄電池の全体構成について説明する。
図１に示すように、この実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、複数のセル部材１１０と、複数枚のバイプレート（空間形成部材）１２０と、第一のエンドプレート（空間形成部材）１３０と、第二のエンドプレート（空間形成部材）１４０を有する。図１ではセル部材１１０が三個積層された双極型鉛蓄電池１００を示しているが、セル部材１１０の数は電池設計により決定される。また、バイプレート１２０の数はセル部材１１０の数に応じて決まる。
セル部材１１０の積層方向をＺ方向（図１及び図２の上下方向）とし、Ｚ方向に垂直な方向をＸ方向とする。
セル部材１１０は、正極１１１、負極１１２、およびセパレータ（電解質層）１１３を備えている。セパレータ１１３には電解液が含浸されている。正極１１１は、正極用集電板１１１ａ，１１１ａａと正極用活物質層１１１ｂを有する。負極１１２は負極用集電板１１２ａ，１１２ａａと負極用活物質層１１２ｂを有する。セパレータ１１３は、正極１１１と負極１１２との間に介在している。セル部材１１０において、正極用集電板１１１ａ，１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、セパレータ１１３、負極用活物質層１１２ｂ、および負極用集電板１１２ａ，１１２ａａは、この順に積層されている。
Ｚ方向の寸法（厚さ）は、正極用集電板１１１ａの方が負極用集電板１１２ａより大きく（厚く）、正極用活物質層１１１ｂの方が負極用活物質層１１２ｂより大きい（厚い）。
複数のセル部材１１０は、Ｚ方向に間隔を開けて積層配置され、この間隔の部分にバイプレート１２０の基板１２１が配置されている。つまり、複数のセル部材１１０は、バイプレート１２０の基板１２１を間に挟んだ状態で積層されている。
複数枚のバイプレート１２０と第一のエンドプレート１３０と第二のエンドプレート１４０は、複数のセル部材１１０を個別に収容する複数の空間（セル）Ｃを形成するための部材である。
図２に示すように、バイプレート１２０は、平面形状が長方形の基板１２１と、基板１２１の四つの端面を覆う枠体１２２と、基板１２１の両面から垂直に突出する柱部１２３とからなり、基板１２１と枠体１２２と柱部１２３は一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１２１の各面から突出する柱部１２３の数は一つであってもよいし、複数であってもよい。
Ｚ方向において、枠体１２２の寸法は基板１２１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１２３の突出端面間の寸法は枠体１２２の寸法と同じである。そして、複数のバイプレート１２０が枠体１２２および柱部１２３同士を接触させて積層することにより、基板１２１と基板１２１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触する柱部１２３同士により、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
正極用集電板１１１ａ，１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、負極用集電板１１２ａ，１１２ａａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１２３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
バイプレート１２０の基板１２１は、板面を貫通する複数の貫通穴１２１ａを有する。基板１２１の一面に第一の凹部１２１ｂが、他面に第二の凹部１２１ｃが形成されている。第一の凹部１２１ｂの深さは第二の凹部１２１ｃより深い。第一の凹部１２１ｂおよび第二の凹部１２１ｃのＸ方向およびＹ方向の寸法は、正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。
バイプレート１２０の基板１２１は、Ｚ方向で、隣り合うセル部材１１０の間に配置されている。バイプレート１２０の基板１２１は、セル部材１１０の正極１１１の側と、その隣のセル部材１１０の負極１１２の側と、の両方を覆う基板である。バイプレート１２０の基板１２１の第一の凹部１２１ｂに、セル部材１１０の正極用集電板１１１ａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１２１の正極１１１の側の面（第一の凹部１２１ｂの底面）に接着剤で正極用集電板１１１ａが固定されている。
また、バイプレート１２０の基板１２１の第二の凹部１２１ｃに、セル部材１１０の負極用集電板１１２ａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１２１の負極１１２の側の面（第二の凹部１２１ｃの底面）に接着剤で負極用集電板１１２ａが固定されている。
バイプレート１２０の基板１２１の貫通穴１２１ａに導通体１６０が配置され、導通体１６０の両端面は、正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａと接触し、結合されている。つまり、導通体１６０により正極用集電板１１１ａと負極用集電板１１２ａとが電気的に接続されている。その結果、複数のセル部材１１０の全てが電気的に直列に接続されている。
図１に示すように、第一のエンドプレート１３０は、セル部材１１０の正極側を覆う基板１３１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１３２と、基板１３１の一面（最も正極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１３３とからなる。基板１３１の平面形状は長方形であり、基板１３１の四つの端面が枠体１３２で覆われ、基板１３１と枠体１３２と柱部１３３が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１３１の一面から突出する柱部１３３の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部１３３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。
Ｚ方向において、枠体１３２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、柱部１３３の突出端面間の寸法は枠体１３２の寸法と同じである。そして、最も外側（正極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１３２および柱部１３３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第一のエンドプレート１３０の基板１３１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第一のエンドプレート１３０の柱部１３３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
最も外側（正極側）に配置されるセル部材１１０の正極用集電板１１１ａａ、正極用活物質層１１１ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１３３を貫通させる貫通穴１１１ｃ，１１１ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
第一のエンドプレート１３０の基板１３１の一面に凹部１３１ｂが形成されている。凹部１３１ｂのＸ方向の寸法は、正極用集電板１１１ａａのＸ方向の寸法に対応させてある。第一のエンドプレート１３０の基板１３１の一面に配置された正極用集電板１１１ａａのＺ方向の寸法は、バイプレート１２０の基板１２１の一面に配置された正極用集電板１１１ａのＺ方向の寸法よりも大きい。
第一のエンドプレート１３０の基板１３１の凹部１３１ｂに、セル部材１１０の正極用集電板１１１ａａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１３１の正極１１１の側の面（凹部１３１ｂの底面）に接着剤で正極用集電板１１１ａａが固定されている。
また、第一のエンドプレート１３０は、凹部１３１ｂ内の正極用集電板１１１ａａと電気的に接続された正極端子を備えている。
第二のエンドプレート１４０は、セル部材１１０の負極側を覆う基板１４１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１４２と、基板１４１の一面（最も負極側に配置されるバイプレート１２０の基板１２１と対向する面）から垂直に突出する柱部１４３とからなる。基板１４１の平面形状は長方形であり、基板１４１の四つの端面が枠体１４２で覆われ、基板１４１と枠体１４２と柱部１４３が一体に合成樹脂で形成されている。なお、基板１４１の一面から突出する柱部１４３の数は一つであってもよいし、複数であってもよいが、柱部１４３と接触させるバイプレート１２０の柱部１２３に対応させる。
Ｚ方向において、枠体１４２の寸法は基板１３１の寸法（厚さ）より大きく、二つの柱部１４３の突出端面間の寸法は枠体１４２の寸法と同じである。そして、最も外側（負極側）に配置されるバイプレート１２０の枠体１２２および柱部１２３に対して、枠体１４２および柱部１４３を接触させて積層することにより、バイプレート１２０の基板１２１と第二のエンドプレート１４０の基板１４１との間に空間Ｃが形成され、互いに接触するバイプレート１２０の柱部１２３と第二のエンドプレート１４０の柱部１４３とにより、空間ＣのＺ方向の寸法が保持される。
最も外側（負極側）に配置されるセル部材１１０の負極用集電板１１２ａａ、負極用活物質層１１２ｂ、およびセパレータ１１３には、柱部１４３を貫通させる貫通穴１１２ｃ，１１２ｄ，１１３ａがそれぞれ形成されている。
第二のエンドプレート１４０の基板１４１の一面に凹部１４１ｂが形成されている。凹部１４１ｂのＸ方向およびＹ方向の寸法は、負極用集電板１１２ａａのＸ方向およびＹ方向の寸法に対応させてある。第二のエンドプレート１４０の基板１４１の一面に配置された負極用集電板１１２ａａのＺ方向の寸法は、バイプレート１２０の基板１２１の他面に配置された負極用集電板１１２ａのＺ方向の寸法よりも大きい。
第二のエンドプレート１４０の基板１４１の凹部１４１ｂに、セル部材１１０の負極用集電板１１２ａａが接着剤層１５０を介して配置されている。つまり、基板１４１の負極１１２の側の面（凹部１４１ｂの底面）に接着剤で負極用集電板１１２ａａが固定されている。
また、第二のエンドプレート１４０は、凹部１４１ｂ内の負極用集電板１１２ａａと電気的に接続された負極端子を備えている。
なお、上記説明から分かるように、バイプレート１２０は、セル部材１１０の正極側および負極側の両方を覆う基板１２１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１２２と、を含む空間形成部材である。第一のエンドプレート１３０は、セル部材１１０の正極側のみ（正極側および負極側の一方）を覆う基板１３１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１３２と、を含む空間形成部材である。
また、第二のエンドプレート１４０は、セル部材１１０の負極側のみ（正極側および負極側の一方）を覆う基板１４１と、セル部材１１０の側面を囲う枠体１４２と、を含む空間形成部材である。つまり、基板１２１，１３１，１４１は、セル部材１１０の正極の側および負極の側の少なくとも一方を覆う基板であり、基板１２１はセル部材１１０の正極の側および負極の側の両方を覆う基板である。また、バイプレート１２０の基板１２１は、セル部材１１０同士の間に配置された基板である。
〔集電板の構成〕
バイプレート１２０の凹部１２１ｂに配置された（主基板１２１の一面に配置された）正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）は、０．１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下である。また、正極用集電板１１１ａは、錫（Ｓｎ）の含有率が０．３０質量％以上２．１質量％以下であり、カルシウム（Ｃａ）の含有率が０．００９質量％以上０．１１質量％以下であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延シートの熱処理材で形成されている。
第一のエンドプレート１３０の凹部１３１ｂに配置された正極用集電板１１１ａａは、例えば、厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、正極用集電板１１１ａと同じ熱処理材で形成されている。
バイプレート１２０の凹部１２１ｃに配置された（主基板１２１の他面に配置された）負極用集電板１１２ａの厚さ（Ｔ２）に対する正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）の比（Ｔ１／Ｔ２）は、１．５以上６．５以下である。つまり、負極用集電板１１２ａの厚さ（Ｔ２）は、正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）に応じて、比（Ｔ１／Ｔ２）が１．５以上６．５以下となるように設定されている。また、負極用集電板１１２ａは、正極用集電板１１１ａと同じ熱処理材で形成されている。
第二のエンドプレート１４０の凹部１４１ｂに配置される負極用集電板１１２ａａは、例えば、厚さが０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、正極用集電板１１１ａと同じ熱処理材で形成されている。
正極用集電板１１１ａ，１１１ａａおよび負極用集電板１１２ａ，１１２ａａを形成する鉛合金としては、ＰｂＣａＳｎ合金以外にも、ＰｂＡｇＳｎ合金、ＰｂＳｎ合金、およびＰｂＣｕＳｎ合金が挙げられ、ＰｂＡｇＳｎを用いる場合、Ａｇの含有率は０．０１質量％以上０．０５質量％以下、Ｓｎの含有率は０．３０質量％以上２．１質量％以下であることが好ましい。
また、主基板１２１の一面に配置された正極用集電板１１１ａと他面に配置された負極用集電板１１２ａを、主基板１２１の貫通穴１２１ａに導通体１６０を入れた状態で抵抗溶接や超音波溶接などの溶接法により接続する方法を採用する場合、正極用集電板１１１ａと負極用集電板１１２ａの厚さの差が大きいと、金属の熱容量の差が大きくなって溶接時に発生する熱のバランスがとれずに溶接不良が生じる。実施形態の双極型鉛蓄電池１００は、正極用集電板１１１ａと負極用集電板１１２ａの厚さの比（Ｔ１／Ｔ２）が６．５以下であることで、溶接不良が抑制される。
なお、鉛または鉛合金からなる板状物は、硬度が低いため、製造時の取扱い性を考慮すると、鉛または鉛合金からなる正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａの厚さは０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。また、負極用集電板１１２ａの厚さは、一般に充放電によってほとんど腐食しないため、コストや重さおよびセル部材１１０のＺ方向の寸法の観点から、０．２５ｍｍ以下であることが好ましい。
鉛または鉛合金からなる正極用集電板１１１ａは、電池製造時の段階（化成時）から腐食が始まるため、その腐食量を考慮して、正極用集電板１１１ａの厚さを０．１５ｍｍ以上としている。また、正極用集電板１１１ａの厚さは、コストや重さおよびセル部材１１０のＺ方向の寸法の観点からは厚すぎない方が好ましいが、厚いほど寿命が長くなるため、必要な寿命性能に応じて比（Ｔ１／Ｔ２）を満たす範囲に設定される。
［正極用集電板および負極用集電板の準備］
＜サンプルNo.1-1～No.1-10＞
錫（Ｓｎ）の含有率が１．１質量％であり、カルシウム（Ｃａ）の含有率が０．０２質量％であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなり、厚さが０．１ｍｍ～０．７５ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.1-1～No.1-10のバイプレート１２０用の正極用集電板１１１ａとした。各サンプルの正極用集電板１１１ａの厚さは下記の表１に示す値である。
また、上記と同じ鉛合金からなり、厚さが１．５０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.1-1～No.1-10の第一のエンドプレート１３０用の正極用集電板１１１ａａとした。
錫（Ｓｎ）の含有率が１．１質量％であり、カルシウム（Ｃａ）の含有率が０．０２質量％であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなり、厚さが０．１ｍｍ～０．２５ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.1-1～No.1-10のバイプレート１２０用の負極用集電板１１２ａとした。各サンプルの負極用集電板１１２ａの厚さは下記の表1に示す値である。
また、上記と同じ鉛合金からなり、厚さが１．５０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.1-1～No.1-10の第二のエンドプレート１４０用の負極用集電板１１２ａａとした。
＜サンプルNo.2-1～No.2-7＞
錫（Ｓｎ）の含有率が１．１質量％であり、銀（Ａｇ）の含有率が０．０４質量％であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなり、厚さが０．１ｍｍ～０．７０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.2-1～No.2-7のバイプレート１２０用の正極用集電板１１１ａとした。各サンプルの正極用集電板１１１ａの厚さは下記の表２に示す値である。
また、上記と同じ鉛合金からなり、厚さが１．５０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.2-1～No.2-7の第一のエンドプレート１３０用の正極用集電板１１１ａａとした。
錫（Ｓｎ）の含有率が１．１質量％であり、銀（Ａｇ）の含有率が０．０４質量％、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなり、厚さが０．１０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.2-1～No.2-7のバイプレート１２０用の負極用集電板１１２ａとした。
また、上記と同じ鉛合金からなり、厚さが１．５０ｍｍである圧延シートを、一辺が２８ｃｍである正方形のシートに切り出して、サンプルNo.2-1～No.2-7の第二のエンドプレート１４０用の負極用集電板１１２ａａとした。
［バイプレートの作製］
ＡＢＳ樹脂の射出成形により図１に示す形状のバイプレート１２０を作製した。バイプレート１２０の基板１２１の厚さは２ｍｍである。凹部１２１ｂの底面は、一辺が２８．５ｃｍの正方形であり、深さは０．３２ｍｍである。凹部１２１ｃの底面は、一辺が２８．５ｃｍの正方形であり、深さは０．１２ｍｍである。
［エンドプレートの作製］
ＡＢＳ樹脂の射出成形により図１に示す形状の第一のエンドプレート１３０および第二のエンドプレート１４０を作製した。第一のエンドプレート１３０の基板１３１および第二のエンドプレート１４０の１４１の厚さは１０ｍｍである。凹部１３１ｂおよび凹部１４１ｂの底面は、一辺が２８．５ｃｍの正方形であり、深さは１．５２ｍｍである。
［双極型鉛蓄電池の組み立て］
バイプレート１２０用の正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａを表1の組み合わせとしたこと以外は全て同じ方法で、図１に示す構造を有し、定格容量が４５ＡｈとなるようにNo.1-1～No.1-10の双極型鉛蓄電池を組み立てた。
また、バイプレート１２０用の正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａを表２の組み合わせとしたこと以外は全て同じ方法で、図１に示す構造を有し、定格容量が４５ＡｈとなるようにNo.2-1～No.2-7の双極型鉛蓄電池を組み立てた。
なお、正極用活物質層１１１ｂおよび負極用活物質層１１２ｂは鉛化合物からなるもの、セパレータ１１３はガラス繊維からなるものであって、それぞれ定格容量４５Ａｈに対応させた厚さのものを使用した。
［寿命試験］
先ず、No.1-1～No.1-10およびNo.2-1～No.2-7の各双極型鉛蓄電池を、水温が２５℃±２℃に制御された水槽内に置き、電池の端子電圧が１．８Ｖ／セルに低下するまで、定格容量（４５Ａｈ）の１０時間率電流（４.５Ａ）で放電し、放電持続時間を記録し、放電電流と放電持続時間から１０時間率容量を計算した。
次に、各双極型鉛蓄電池を満充電状態にした後、端子電圧を常時計測しながら、下記の（１）を４００回繰り返した。
（１）定格容量（４５Ａｈ）の１０時間率電流（４.５Ａ）で７時間放電する。つまり、定格容量に対してＤＯＤ７０％の放電を行う。
上記放電を４００回繰り返した後の各電池を解体して、正極用集電板１１１ａに貫通が生じているかどうかと、液絡が発生したかどうかを調べた。液絡が発生すると端子電圧は急激に降下する。
貫通が生じているかどうかについては、正極用集電板１１１ａの板面に垂直で圧延方向と平行な断面を電子顕微鏡（倍率４００倍）で観察することで調べた。
液絡が発生したかどうかについては、正極用集電板１１１ａの導通体１６０との結合部分の周縁部の接着剤層１５０が硫酸によって変色しているか否かを確認することにより行った。
寿命性能は、貫通および液絡の両方が正極用集電板１１１ａに全く生じていない場合を「◎」、液絡は生じていないが貫通が生じている部分はあった場合を「〇」、液絡が乗じていた場合を「×」と評価した。
［溶接性能試験］
No.1-1～No.1-10およびNo.2-1～No.2-7の各双極型鉛蓄電池のバイプレート１２０用の正極用集電板１１１ａおよび負極用集電板１１２ａで用いた各鉛合金製圧延シートを、一辺が３０ｃｍである正方形に切り出して、溶接性能試験用の正極用試験板および負極用試験板を得た。また、導通体１６０として、純鉛製で、直径が１５ｍｍで高さが１．０ｍｍの円柱体を用意した。なお、導通体１６０は、純鉛製に限らず、導電性を有すものであればよく、例えば、鉛合金製であってもよい。
この円柱体を正極用試験板と負極用試験板との間に挟んで抵抗溶接を実施し、溶接後の状態を調べた。
溶接性能は、チリおよび破れの両方が生じずに溶接できた場合を「◎」、破れが生じずに溶接できたが、チリは生じていた場合を「〇」、溶接できなかった場合や破れが生じた場合を「×」と評価した。
これらの結果を、集電板の厚さ（Ｔ１、Ｔ２）および比（Ｔ１／Ｔ２）とともに表１および表２に示す。
Figure 0007265309000001
Figure 0007265309000002
この結果から以下のことが分かる。
負極用集電板１１２ａの厚さ（Ｔ２）が０．１０ｍｍであるNo.1-1～No.1-7およびNo.2-1～No.2-7の双極型鉛蓄電池において、比（Ｔ１／Ｔ２）が１．５以上６．５以下（つまり、正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）が０．１５ｍｍ以上０．６５ｍｍ以下）であるNo.1-2～No.1-6およびNo.2-2～No.2-6の双極型鉛蓄電池は、溶接性能および寿命性能の両方が◎（優秀）または〇（良好）となって、総合評価が◎（優秀）または〇（良好）となる。
また、No.1-2～No.1-6およびNo.2-2～No.2-6の双極型鉛蓄電池のうち、比（Ｔ１／Ｔ２）が２．５以上５．０以下（つまり、正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）が０．２５ｍｍ以上０．５０ｍｍ以下）であるNo.1-3～No.1-5およびNo.2-3～No.2-5の双極型鉛蓄電池は、溶接性能および寿命性能の両方に優れたものとなる。
また、No.1-4,No.1-8～No.1-10の双極型鉛蓄電池は、正極用集電板１１１ａの厚さ（Ｔ１）が０．３０ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下で、負極用集電板１１２ａの厚さ（Ｔ２）が０．１０ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であって、比（Ｔ１／Ｔ２）が３．０であり、溶接性能および寿命性能の両方に優れたものとなる。
１００ 双極（バイポーラ）型鉛蓄電池
１１０ セル部材
１１１ 正極
１１２ 負極
１１１ａ 正極用集電板
１１１ａａ 正極用集電板
１１１ｂ 正極用活物質層
１１２ａ 負極用集電板
１１２ａａ 負極用集電板
１１２ｂ 負極用活物質層
１１３ セパレータ
１２０ バイプレート
１２１ バイプレートの基板（主基板）
１２１ａ 基板の貫通穴
１２１ｂ 基板の第一の凹部
１２１ｃ 基板の第二の凹部
１２２ バイプレートの枠体
１３０ 第一のエンドプレート
１３１ 第一のエンドプレートの基板
１３２ 第一のエンドプレートの枠体
１４０ 第二のエンドプレート
１４１ 第二のエンドプレートの基板
１４２ 第二のエンドプレートの枠体
１５０ 接着剤層
１６０ 導通体
Ｃ セル（セル部材を収容する空間）

Claims (5)

  1. 鉛合金からなる正極用集電板の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛合金からなる負極用集電板の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、
    前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
    を有し、
    前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
    前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、
    隣接する前記枠体が接合され、
    隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続され、
    前記導通体と、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板および前記負極用集電板と、が溶接され、
    前記正極用集電板および前記負極用集電板は、ＰｂＣａＳｎ合金、ＰｂＡｇＳｎ合金、ＰｂＳｎ合金、およびＰｂＣｕＳｎ合金のいずれかで形成され、
    前記主基板の一面に配置された前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）は０．１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であり、
    前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）の前記主基板の他面に配置された前記負極用集電板の厚さ（Ｔ２）に対する比（Ｔ１／Ｔ２）は１．５以上６．５以下である双極型鉛蓄電池。
  2. 鉛合金からなる正極用集電板の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛合金からなる負極用集電板の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、
    前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
    を有し、
    前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
    前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、
    隣接する前記枠体が接合され、
    隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続され、
    前記導通体と、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板および前記負極用集電板と、が溶接され、
    前記正極用集電板および前記負極用集電板は、錫（Ｓｎ）の含有率が０．３０質量％以上２．１質量％以下であり、カルシウム（Ｃａ）の含有率が０．００９質量％以上０．１１質量％以下であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延シートの熱処理材で形成され、
    前記主基板の一面に配置された前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）は０．１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であり、
    前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）の前記主基板の他面に配置された前記負極用集電板の厚さ（Ｔ２）に対する比（Ｔ１／Ｔ２）は１．５以上６．５以下である双極型鉛蓄電池。
  3. 鉛合金からなる正極用集電板の一面に正極用活物質層が配置されている正極、鉛合金からなる負極用集電板の一面に負極用活物質層が配置されている負極、および前記正極と前記負極との間に介在するセパレータを備え、間隔を開けて積層配置された、複数のセル部材と、
    前記複数のセル部材を個別に収容する複数の空間を形成する、複数の空間形成部材と、
    を有し、
    前記空間形成部材は、前記セル部材の前記正極の側および前記負極の側の少なくとも一方を覆う基板と、前記セル部材の側面を囲う枠体と、を含み、
    前記セル部材と前記空間形成部材の前記基板とが交互に積層された状態で配置され、
    隣接する前記枠体が接合され、
    隣り合う前記セル部材の間に配置された前記基板である主基板は、板面と交差する方向に延びる貫通穴を有し、前記貫通穴に配置された導通体により、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板と前記負極用集電板とが導通されて、前記複数のセル部材が直列に電気的に接続され、
    前記導通体と、隣り合う前記セル部材の前記正極用集電板および前記負極用集電板と、が溶接され、
    前記正極用集電板および前記負極用集電板は、錫（Ｓｎ）の含有率が０．３０質量％以上２．１質量％以下であり、銀（Ａｇ）の含有率が０．０１質量％以上０．０５質量％以下であり、残部が鉛（Ｐｂ）と不可避的不純物である鉛合金からなる圧延シートの熱処理材で形成され、
    前記主基板の一面に配置された前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）は０．１５ｍｍ以上０．７５ｍｍ以下であり、
    前記正極用集電板の厚さ（Ｔ１）の前記主基板の他面に配置された前記負極用集電板の厚さ（Ｔ２）に対する比（Ｔ１／Ｔ２）は１．５以上６．５以下である双極型鉛蓄電池。
  4. 前記比（Ｔ１／Ｔ２）は２．５以上５．０以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の双極型鉛蓄電池。
  5. 前記負極用集電板の厚さ（Ｔ２）は０．０５ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下である請求項１～３のいずれか一項に記載の双極型鉛蓄電池。
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