JPH04137356A - 鉛蓄電池およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 る。

従来の技術 自動車用電池は陽極板と陰極板をセパレータを介して交
互に重ねた極板群を電解液中に浸漬した、約２ｖの起電
力を有するセル６個を直列に接続した構造を有している
。第３図は自動車用電池の２セル分の断面を示したもの
であるが、隔壁１で仕切られた２つのセル２．２′の中
に、それぞれ陽極板３と陰極板４および陽極板３′と陰
極板４′が交互に重ねられた形で納められている。そし
て陽極板と陰極板とは接触しないように、例えば袋状セ
パレータ５（この例に於いては袋状セパレータの中に陰
極板が納められている）により隔離されている。また極
板群の上部には集電体兼セル間接続用導体であるストラ
ップ６．６′が存在している。ストラップ６はセル２内
の極板群の陽極板３が接続されており、陽極ストラップ
とよばれている。ストラップ６′はセル２′内の極板群
の陰極板４′が接続されており、陰極ストラップとよば
れている。

両ストラップはその一部を構成する極柱部７．７′に於
て、隔壁１に設けられた六８を介して接続されている。

この様に隔壁を隔てて隣接する極板群同士の電気的な接
続をセル間接続とよんでいる。

なお前述した如く極板群は陽極、陰画極板から構成され
るものであるから、個々の極板群すなわち各々のセルに
は陽極ストラップ、陰極ストラップが対をなして存在す
ることは言うまでもない。従って図示してはいないが、
セル２内には陰極板４が接続されている陰極ストラップ
が、セル２′内には陽極板３′が接続されている陽極ス
トラップが存在しており、前者は第３図のセル２の右隣
のセルの陽極ストラップ硅、後者はセル２′の左隣のセ
ルの陰極ストラップと同様な状態で接続されている。

また、各セルには電解液９が存在するが、電池を健全な
状態で使用するためには、その量を所定の範囲に維持す
る必要がある。この目的のために電池の電槽１０の側壁
には電解液の液面レベルの上限、下限を示す表示がなさ
れている。

第３図のＵＬ、ＬＬはそれぞれ上限レベル、下限レベル
の位置を示したものであり、通常ＬＬは前述したストラ
ップの上面にほぼ等しい位置に設定されている。

さらに電槽にはＭｌｌがかぶせられている。電池を構成
する６個のセルはお互に液密性が必要とされることから
、電槽と蓋は熱溶着等の方法で接合されるが、第３図中
の１２はその接合位置を示している。

発明が解決しようとする課題 自動車用電池の構造は上述した通りであるが、ここで問
題視すべきなのが、ストラップ極板上部にあり、それが
電解液面近くに位置している点である。以下になぜこの
様な構造が問題なのかを記す。

衆知の通り最近の自動車はターボに代表されるエンジン
の高出力化、空力特性向上のためのスラントノーズ化等
によってエンジンルームの温度が著しく高くなってきて
おり、エンジンルームに置かれている自動車用電池の温
度も９０’Ｃを越えるような状況になってきている。こ
の様な高い温度は鉛電池にとっては耐熱性に於いてほぼ
限界に近いものであり、このために従来経験しなかった
様々な問題が発生している。その−例が陰極ストラップ
部の腐食である。

自動車用電池は高温になると充電電流が増加し、著しい
過充電状態に達する。この状態に於いては活物質（すな
わち発電物質）は十分に充電された状態にあるため、流
れている充電電流は電解液の分解（水分解）にほとんど
が消費される。それ故電解液の減少が著しくなり、短時
間のうちに電解液面は前述のＬＬまで低下し、さらにス
トラップ全体が電解液面上に完全に置載されている電池
の電解液量を点検し、必要に応じて水を添加する（すな
わち補水する）ことは非常に面倒なことである。

鉛電池の場合、充電時に多少の水分解をともなうことは
避は難いことであるが、その程度は極板、特に陰極板の
格子に用いる鉛合金の組成に大きく依存している。衆知
の通りメンテナンスフリー電池と称されている陽極、陰
極いづれの格子にもＰｂ−Ｃａ合金を使用した電池（カ
ルシウム電池）では、陰極での水素過電圧が大きいため
に水分解を極力抑えた形での充電が可能であり、事実電
解液の減少は非常に少ない。これに対し従来から広く使
用されてきた陽極、陰極いづれの格子にもｐｂ　−ｓｂ
金合金使用した電池（アンチモン電池）では、前述した
ような高温下で使用されるとカルシウム電池の数倍の速
さで減液してしまう。

以上の様な状況であればカルシウム電池を使用すれば良
かろうとの結論になろうが、カルシウム電池は別の理由
によって高温での使用に問題がある。すなわち陽極格子
の伸びの問題である。これは陽極格子を構成しているＰ
ｂ　−Ｃａ合金が粒界腐食を受け、腐食生成物であるｐ
ｂｓｏ４が生じる際に体積膨張を伴なうために、電池を
使用している間に格子が変形する現象である。この現象
が生しると変形した陽極板と接触して゛′短絡”を生じ
たり、格子から活物質が脱落して極板としての役目を果
さなくなる。また腐食は電気化学反応によって生じてお
り、これは温度に依存するために、前述した９０℃を越
える様な環境下では著しく急速に進行する。

カルシウム電池はこの様な欠点を有し、かつその改善も
非常に困難であることから。最近ではカルシウム電池と
アンチモン電池の中間的なものとしてハイブリッド電池
が実用化され、急速に広まっている。この電池は陽極板
の格子にｐｂ　−ｓｂ金合金、陰極板の格子にＰｂ　−
Ｃａ合金を用いたもので、カルシウム電池はど減液は少
なくないが、上述した陽極格子の伸びによる問題は排除
したいというものである。しかしながら減液の点ではカ
ルシウム電池より明らかに劣っているために、特に大形
の高級乗用車やタクシ−に使用される車の様に電池に対
する負荷の大きな車の場合には、減液に起因する問題が
発生している。すなわち減液してストラップ部（ストラ
ップとこれに接続されている極板の格子耳部を総称して
言う）が電解液面上に露出した際に、陰極ストラップ部
で腐食が進行し、格子の耳部が切損したり、時にはエン
ジン始動時に流れる大電流によって腐食した部分が溶断
し、この時に生じた火花が点火となって爆発が生じた場
合には、単に電池が破損するばかりではなく、時には人
身事故になる。それ故、この種の問題は極めて重要であ
り、十分信顧性の高い対策が望まれるところである。

上述した陰極ストラップ部の腐食は次の３条件が満足さ
れた場合に顕著な形で現れる。すなわち６０〜７０℃以
上の高温下での使用、■電解液からのストラップの露出
、■異種合金ｐｂ　−ｓｂ金合金Ｐｂ−Ｃａ合金）接合
部の存在である。それ故これらの１つが満足されない様
な対策を施せばよいわけであるが、■は自動車の設計そ
のものにより支配される部分がほとんどであり、電池メ
ーカー側での対策は不可能である。■に関しては自動車
のユーザーが液面レベルを適宜確認し、必要に応じて補
水すれば問題は生じない性質のものである。しかしなが
らその様な管理を一般のユーザーに期待することは非常
に難しいのが現状である。■に関してはストラップをｐ
ｂ−Ｃａ合金とすればよいので比較的対策が容易である
と考えられるが、実際には非常に活性度の高いＣａを含
む合金であるため酸化物を生じ易く、群溶接（ストラッ
プと極板、正確には極板の基体として使用されている格
子耳部との溶接をこのように呼ぶ）が難しい、あるいは
合金の成分金が使用されている。

課題を解決するための手段 上述した問題を解決するための基本的な考え方は、電池
が寿命となる際にストラップ部がその原因とならない様
（こする。例えば陰極ストラップ部が腐食により破壊す
る以前に極板が充放電能力を失ない。これにより電池寿
命となる様な構造とすることである。このために、従来
の電池の如くストラップを極板群上部に配置するのでな
く、それより十分低い位置すなわち電極底部側に位置す
る様にし、電解液が減少した場合にまず極板が露出する
構造とする。しかしながらこの構造を採用する場合には
、第３図に示した如き隔壁を隔てて対向するストランプ
の極柱部を両側からはさむ様に電極を当接して抵抗溶接
する従来の方法は採れない。その理由は極板群と隔壁の
間の間隔が極めて小さいために、電極をこの中に挿入出
来ないからである。本発明はこの問題を解決する手段を
提供するもので、具体的には電槽製造時に隔壁に埋込ん
で一体成形したセル間接続用導体を用意し、これをスト
ラップあるいは極板耳部とをレーザービームや赤外線ビ
ームの様な非接触型の熱源を用いて溶接するものである
。

実施例 実施例１ 以下実施例についてのその詳細を説明す。

第１図（ａ）〜（ｄ）に本発明の実施例１を示す。第１
図（ａ）は本発明による構造を有する電池の高さ方向に
平行な断面図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のＡ−Ａ断
面図である。この電池に於ては自動車用電池と異なり、
極板を隔壁に直角方向に配列した群構造とし、問題の極
板の格子耳部とセル間接続導体との接続位置を極板群上
面より十分に低い位置、この場合には極板群の高さの約
１７２の位置まで下げている。また従来の自動車用電池
ではストラップが極板群の上部にあるので、第３図に示
したセル間接続を行なう場合に隔壁を隔てて対向するス
トラップの極柱部を両側からはさむ様に溶接用電極を当
接して、いわゆる抵抗溶接による溶接が可能であった。

しかしながら本発明の如くセル間接続部が極板群上面よ
り下へ位置する様になること、極板群と隔壁が極めて狭
く、溶接用電極をこの中へ挿入することが出来ないため
に、上述した抵抗溶接による接続が出来ない。このため
に新しいセル間接続法の採用が必要となる。

第１図（Ｃ）〜（ｄ）はそれを説明したものであるが、
本発明に於いてはストラップレス（ストラップ無し）の
構造とし、電槽製造時に隔壁１内に埋込んで一体成形し
たセル間接続導体１６に極板の格子耳部を直接溶接する
方法を採っている。第１図（Ｃ）はセル間接続導体１６
の詳細を示したものであるが、材質はＰｂ　−２，５Ｓ
ｂ−０，２Ａｓ−００２Ｓｅ合金で、極板群を構成して
いる陽極板あるいは陰極板の積重ねのそれと同一のピッ
チで、格子耳部がほど良く収納されるような溝１８が形
成されている。具体的な溝の寸法は例えば幅１．８ｍｏ
＋長さ５鵬、深さ３■である。第１図（ｄ）にはセル間
接続導体１６と格子耳部との溶接方法を示す、前記溝の
中に極板群を構成する極板の格子耳部を収納して両者を
位置決めした後、レーザービーム１９をこれに照射し、
両者の一部を溶融せしめて溶接する。熱源としてはレー
ザービーム以外に赤外線ビームや電子ビームも有効であ
り、いわゆるエネルギー密度の高い、非接触式の熱源を
用いることで耐熱温度の低い隔壁に対する熱影響を最小
限に抑えながら溶接することが可能となるわけである。

実施例２ 第２図（ａ）〜（Ｃ）に本発明の実施例２を示す。実施
例２の場合には実施例１がセル間接続導体と極板の格子
耳部を直接接続したのに対し、極板の格子耳部をまず集
電体１７に接続し、次にこの集電体とセル間接続導体１
６′とを接続するというものである。第２図（ａ）はそ
の場合のセル間接続導体を示したものであるが、セル間
接続導体には第１図（Ｃ）に示したような溝はなく、集
電体が重ね合され、溶接のための位置決めに供されるス
テップ２０が形成されているだけである。このセル間接
続用導体も電槽製造時に隔壁にインサートしたものであ
る。第２図（ｂ）は集電体と極板の格子耳部との溶接状
態を示したもの（塗りつぶした部分が溶融部）であり、
熱源には前述したレーザービーム、赤外線、電子ビーム
が用いられる。また集電体が薄かったり、格子耳部か細
かったりして溶融溶接が困難な場合には集電体に設けた
溝に格子耳部をかん合させ、いわゆる圧接（固相接合）
によって両者を接続することも有効である。またもちろ
ん従来の自動車用電池の群溶接技術の１つに用いられて
きたキャストオン法によって集電体を形成すると同時に
格子耳部を溶接する手法も、この部分に適用出来ること
は言うまでもない。このようにして格子耳部が接続され
た集電体１７を前述のセル間接続導体１６′に接続する
。第２図（Ｃ）はその溶接状態を示したものであるが、
実施例１の場合と同様に熱源としてレーザービーム１９
を用いている。

発明の効果 実施例１に示した構造を有する本発明による自動車用電
池と、従来通りストラップが極板群の上部に位置する構
造の電池を８０°Ｃ気相中でＳＡＥ規格による充放電サ
イクル寿命試験に供し、高温耐久性を比較した。供試電
池はいづれも公称容量４８Ａｈの１ｖブリツドタイプの
もので、また極板の高さも同じ１２０ａａでる。また本
発明による電池の極板の格子耳部は極板の高さ方向の中
央に位置しており、これに対応してセル間接続部の位置
は試験開始時の電解液面から８０ｍ＋の所である。一方
従来タイブの電池のストラップ上面の位置は同じく試験
開始時の電解液面から１５ｎｍである。なお試験中には
電解液の補水はまったく行われなかった。

試験結果は次の様なものであった。すなわち従来タイプ
の電池は２４００サイクル終了時点で寿命となった。電
解液が大幅に減少したため陰極ストラップ部の腐食が顕
著に進行しており、寿命原因はストラップ下面に於ける
格子耳部の切損であった。−力木発明による電池は３３
６０サイクルで寿命となったが、寿命原因は電解液がら
露出したことによる極板の充放電能力の低下であり、も
ちろんセル間接続部の露出にはまったく至らず、陰極ス
トラップ部の腐食はまったく認められなかった。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明による自動車用電池の構造を示し
たもので、電池の高さ方向に平行な断面図、第１図（ｂ
）のＡ−Ａ断面図、第１図（Ｃ）は本発明による自動車
用電池のセル間接続導体を示した図、第１図（ｄ）は第
１図（Ｃ）に示したセル間接続導体と極板の格子耳部と
の溶接状態を示した図、第２図（ａ）は本発明による自
動車用電池のセル間接続導体を示した図、第２図（ｂ）
は第２図（ａ）に示した本発明によるセル間接続導体に
接続される集電体と極板の格子耳部との溶接状態を示し
た図、第２図（Ｃ）は第２図（ａ）に示したセル間接続
導体と第２図ら）に示した集電体との溶接状態を示した
図である。第３図は従来の自動車用電池の構造を示した
もので、電池の高さ方向に平行な断面図である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）極板を隣接するセル間の隔壁に対して直角な方向
   に配列し、セル間接続導体が前記隔壁に一体的に成形さ
   れており、且つ該セル間接続導体は電解液面より十分に
   低い所に位置するような鉛蓄電池に於いて 前記セル間接続導体に溝を設け、該溝に極板格子耳部を
   収納し、この部分で両者を溶接さしめた構造を有するこ
   とを特徴とする鉛蓄電池。
2. （２）セル間接続導体と極板格子耳部との溶接にレーザ
   ビーム、赤外線、電子ビームなどの非接触形の熱源を用
   いる請求項第１項に記載の鉛蓄電池。
3. （３）溝部を有し、該溝部に於いて、極板格子耳部が溶
   接された集電体と前記セル間接続導体とが溶接された構
   造を有する請求項第１項に記載の鉛蓄電池。
4. （４）極板格子耳部と集電体との溶接方法がレーザビー
   ム赤外線、電子ビームなどの非接触形の熱源を用いる請
   求項第３項に記載の鉛蓄電池。