JPH0629021A

JPH0629021A - カルシウム、すず、銀を含む鉛基合金、この合金から製造した電極格子および鉛−酸電池

Info

Publication number: JPH0629021A
Application number: JP4068074A
Authority: JP
Inventors: Purushothama Rao; ラオプルショサマ
Original assignee: GNB Inc; GNB Battery Technologies Inc
Current assignee: GNB Inc
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1994-02-04
Also published as: EP0506323A1; ES2102460T3; CA2063615A1; DE69219810D1; DE69219810T2; AU1318892A; AU654531B2; EP0506323B1; CA2063615C

Abstract

(57)【要約】【目的】現代の自動車のボンネットの下の比較的高温
な現在の動作温度に曝露されるときでさえ、正極格子の
防食性が良好な自動車用ＳＬＩ鉛−酸電池を目的とす
る。【構成】正極格子は、鋳造前の合金の重量に基づい
て、カルシウム約０．０２５〜０．０６％、すず約０．
３〜０．７％、および銀約０．０１５〜０．０４５％を
含む鋳造鉛基合金、または合金の重量に基づいて、カル
シウム約０．０２〜０．０５％、すず約０．３〜０．５
％、および銀約０．０２〜０．０４５％を含む鍛造鉛基
合金とするように構成する。鋳造中に所望のカルシウム
含量を保つために、添加した合金の全重量に基づいて、
アルミニウム約０．００８〜約０．０１２％を添加する
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉛−酸電池、さらに特定
すればこのような電池の極板格子の製造に使用する合金
に関する。

【０００２】

【発明の背景】電池の期待される寿命期間を通して、使
用中に１度、僅かしか、または望ましくは全く保守を必
要としない自動車用型の鉛−酸電池に、過去約１５〜２
０年にわたって実質的な興味がもたれてきた。この型の
電池は、ロウメンテナンスまたはメンテナンスフリ電池
と言われる。術語メンテナンスフリ電池は、本明細書に
おいて、ロウメンテナンス電池も含むものとする。この
型の電池は１９７２年頃に始めて商業的に導入され、現
在広く使用されている。

【０００３】多年にわたって、このようなメンテナンス
フリ電池で正極および負極に使用する種類の合金に、相
当な注意が払われてきた。メンテナンスフリ電池が始め
て商業的に導入されたとき、従来の自動車用鉛−酸電池
は、通常、アンチモン含量が合金重量の約３〜４．５％
であるアンチモン−鉛合金から製造した格子を使用して
いた。このような合金は、当時広く使用されていた重力
鋳造によって、許容可能な商業的価格で電池の極板格子
に成形することができた。さらに、このような合金組成
の格子を使用して製造した電池は、望ましい深さの放電
サイクル特性を有した。

【０００４】困ったことに、このようにアンチモン含量
の多い鉛基合金は、メンテナンスフリ電池には使用する
ことができなかった。このアンチモン含量の多い合金を
使用すると、電池に望ましくない大量のガスを発生し、
これに伴なって水が損失する結果になった。言い換えれ
ば、この合金から製造した極板格子を有する電池は、定
電圧過充電の間に、充電の終りに高電流を流すので、ガ
スの過剰な発生がおきた。このガスの発生に伴なって、
電解液から水が損失した。

【０００５】本発明の発明者らおよび譲受人は、合金お
よびメンテナンスフリ電池に関する研究の前線にあっ
た。この主題に関する特許には、米国特許４，００６，
０３５、同４，００７，０５６、同４，１６６，１５５
および同４，４５６，５７９がある。

【０００６】メンテナンスフリ電池の極板格子の製造に
カルシウム−すず含有鉛基合金を使用することに多大の
商業的興味が集中した。この正極格子用合金は、カルシ
ウム含量が一般に合金重量の約０．０６〜約０．１％と
変化し、すず含量が一般に約０．１〜０．８％またはこ
れ以上であった。さらにこの合金をメンテナンスフリ電
池の極板格子に使用したとき、合金中のカルシウム含量
が典型的に少なくとも約０．８％またはそれ以上であっ
た。

【０００７】メンテナンスフリ電池の極板格子につい
て、上記の他に「低アンチモン」含有鉛基合金、すなわ
ちアンチモン含量が約１〜約２％、さらに典型的には約
１．５％程度の合金を使用することに、商業的な興味が
指向した。この低アンチモン合金を使用するには、他の
合金成分を使用することが一般に必要であった。それは
低アンチモン合金が許容可能な商業的価格で極板格子の
製造に使用することができなかったためである。

【０００８】メンテナンスフリ電池の極板格子合金を求
める他の方法として、「ハイブリド」合金系の使用が試
みられた。もっとも典型的には、低アンチモン含有鉛基
合金を正極格子に使用し、他方負極格子にはアンチモン
を含まない合金を使用した。また負極格子用の合金に
は、通常カルシウム−すず含有鉛合金またはカルシウム
−アルミニウム含有鉛合金を使用した。

【０００９】鉛−酸電池が故障をおこし易い製品である
ことは、多年にわたって認められてきた。この電池は、
条件に応じて１つまたは多くの態様によって故障をおこ
す。この故障の態様のうち、正極格子の腐食および水の
過剰な損失がある。メンテナンスフリ電池が登場したこ
とは、期待される電池の寿命に適応すると考えられる期
間、たとえば３〜５年程度の使用において、故障の発生
を予防できる電池を提供することであった。

【００１０】この目的を達成するために、メンテナンス
フリ電池に最初に使用された正極格子は、厚みが典型的
に約６０ミル（１．５mm）〜約７０ミル（１．８mm）程
度であった。この電池は電池の定格容量を達成するのに
必要な量を超えた過剰の電解液を入れるように構成され
ていた。この態様では、極板の頂部より上方の水準まで
電解液を満たすことにより、メンテナンスフリ電池は、
電池の使用寿命の間に水の損失を補充することができる
電解液貯室を含んでいた。言い換えれば、適切な格子合
金を使用すれば、電池の使用寿命の間に水の損失を減少
させるであろうが、使用中に常に幾らかの水が損失す
る。過剰の電解液を有することによって、この損失を補
償する。

【００１１】過去数年間にわたって、このような自動車
用鉛−酸電池、典型的に、主として、自動車の発進、点
灯および点火に使用する自動車用ＳＬＩ電池と言われる
電池は、実質的な困難に直面した。重力鋳造は、たとえ
ば、いわゆるブック鋳型に高温の金属を供給し、次に固
化させて２つの並んだ格子を鋳造するが、その他、ロー
タリ・ドラム鋳造機を使用して、電池格子を連続鋳造す
る装置が現在市販されている。また電池格子はエキスパ
ンドメタル技術によって連続的に形成することもでき
る。たとえば、圧延もしくは鍛造された合金または鋳造
された合金のストリップを切開いてエキスパンドする。
これには往復ダイスなどを使用し、次に所望の幅および
高さの寸法に切断して、ラグを有する格子を形成する。

【００１２】自動車の製造には、このように電池格子の
多様な形成技術を利用できるが、このような技術を使用
したとき、電池の性能に与える効果がすべて良好である
とは考えられていない。このことは、特にＳＬＩ電池の
性能の要求を現在困難にしている因子から観て明かであ
る。

【００１３】十分な使用寿命を与える試みに対する１つ
の困難な因子は、現代の自動車で現在使用するＳＬＩ電
池にその出力およびエネルギーを絶えず増加することが
要求されることである。多くの因子が、ＳＬＩ電池の出
力およびエネルギーを高める要望に寄与してきた。現
在、一般に使用されている出力の主要な表示は、冷間始
動電流の定格アンペアである。冷間始動電流とは自動車
を冷間温度条件で発進させるために必要な電池の相対的
出力の１つの表示として考えられている。

【００１４】さらに他の困難な因子として、ボンネット
の下の空間に基づく要求がある。自動車製造業者は、ボ
ンネットの下に電池を収納する空間を著しく減少させて
きた。典型的に、これが電池製造業者に、寸法の小さい
電池、すなわち全体の高さを従来要求された寸法より低
くして、現在の自動車の空気力学的形態に基づく要求に
適合する電池を製造することを要求した。

【００１５】これらの困難な因子、すなわち電池に利用
できる空間を減少して、出力およびエネルギーを増加さ
せることが要求されるので、電池製造業者は、電槽の形
を小さくして、必要な出力を得るように、内部の形状を
変更することを迫られた。この内部の形状の変更は、典
型的に電池格子の厚みを薄くして、各単電池内に収容す
る極板の数を増加することを伴なった。たとえばＢＣＩ
２４型電池の極板の数は、最近数年間で約１３枚から約
１９枚程度に増加し、正極格子の厚みは、約７０ミル
（１．８mm）〜７５ミル（１．９mm）程度から、約４５
ミル（１．４mm）、場合によってはこれよりさらに薄く
なった。正極格子の厚みを薄くするとともに、極板の数
を増加させることによって、電池製造業者は、２４型電
池の定格容量を８７５冷間始動アンペア程度とすること
ができた。現在、電池製造業者は、定格容量が１０００
冷間始動アンペア、またはこれよりも多い他の寸法のＢ
ＣＩ電池を提供している。

【００１６】また、自動車を使用中に、電池が曝露され
るボンネットの下の温度が最近実質的に上昇している。
気候が高温の場合には、この温度が特に高くなることは
明かである。過去３年程度の間、ある自動車製造業者
は、高温の気候に曝露されるＳＬＩ電池の温度が、新型
の自動車において、約１２５°Ｆ（５２℃）から約１６
５°Ｆ（７４℃）に上昇することを認めた。

【００１７】必然的に伴なう比温度の上昇は特に重要で
はない。重要なことは、ボンネットの下の温度が実際に
上昇することである。自動車を使用中に、ここの温度が
上昇する結果として、電池の予期される寿命より早く故
障することが実質的に増加する。正極格子が過剰に侵食
されることによって、このような早期の故障が、著しく
発生する。

【００１８】ある電池製造業者は、ボンネットの下の温
度が相対的に高温であるという深刻な問題を処理するた
めに、このような高温条件に適合するように設計した電
池を提供した。最近導入されたこの電池は、正極格子の
厚みを約７０ミル（１．９mm）またはそれ以上とし、他
方、極板の数を単電池当り約１０枚まで減少させた。さ
らに各単電池の頂部空間に中空の微小なプラスチック球
を充填した。このような微小球を使用することによっ
て、電解液中の水が蒸発する損失を最小にし、また伝熱
などを制御する蒸気の障壁として作用することができ
る。

【００１９】当業界において、これらすべての困難な因
子およびボンネットの下の温度上昇が、電池格子の合金
についての要求に与える影響について評価していなかっ
た。電池への要求はすべて、電池内における腐食に対す
る抵抗が大きい正極格子を製造するための合金に対する
要求を著しく増大させた。

【００２０】さきの記述より明らかなように、この分野
におけるかなりの量の研究が、電池格子で使用されるカ
ルシウム−すず含有鉛合金に指向していた。たとえば、
Ｂａｇｓｈａｗらの米国特許４，１２５，６９０は、カ
ルシウム含量が０．０７５％未満で、格子鋳造後の許容
可能な期間において硬さが不十分であり、すず含量が１
％を超えると合金の腐食が増加することを特記してい
る。Ｂａｇｓｈａｗらは、カルシウム、すずおよびアル
ミニウムの組成を選択した合金で、著しく改良され結果
を得ることを見出した。この合金について開示されたカ
ルシウム含量は０．０７５〜０．１３重量％の範囲であ
る。

【００２１】Ｗａｌｓｈの米国特許２，８６０，９６９
は、鉛−カルシウム合金、鉛−すず−カルシウム合金お
よび鉛−すず−銀−カルシウム合金に指向し、なお、こ
れらの合金は少量のアルミニウムも含むことができると
し、さらに細粒化剤としてセリウムを含むことに指向し
た。開示された組成は、重量につきカルシウム含量が
０．０３〜０．１％、銀含量が０．１〜０．５％であ
る。

【００２２】さらに、最近になって、銀−カルシウム−
すず含有鉛合金の正極格子を、密閉された酸素ガス再結
合型の鉛−酸電池に使用した。またこの合金は重量％
で、アルミニウム約０．０２〜０．０３重量％を含むこ
とができ、カルシウム含量は約０．０９〜約０．１１
％、銀含量は約０．０１６〜０．０２％、およびすず含
量は約０．５〜０．７５％である。

【００２３】過去数年間にわたって、メンテナンスフリ
電池の研究が相当行われたにも拘らず、前述の困難な因
子およびその他の因子は、特に高温の気候において、現
在の自動車のボンネットの下の温度条件で、使用したと
きに、所要の出力およびエネルギーの要求を満たすこと
ができ、しかも適切な使用寿命を有するメンテナンスフ
リ電池を求めることが実質的に要求されてきた。電池に
ついての全体的な環境および要求は、極めて困難な状況
を示し、これらはすべてがよく理解されているものでは
ない。

【００２４】本発明の目的は、比較的高温の環境に曝露
したときに、十分な使用寿命を有することができるメン
テナンスフリ鉛−酸電池を提供することである。本発明
のさらに特殊な目的は、このようなメンテナンスフリ電
池用の正極格子の製造に有用な合金組成を提供すること
である。

【００２５】本発明のさらに別の目的は、商業的に満足
できる製造方法のいずれか１つを使用して、このような
メンテナンスフリ電池用の正極格子を製造することがで
きる合金を提供することである。本発明のまた他の目的
は、現在使用される合金から製造した正極格子を使用す
る電池に比べて、正極格子の腐食に対する抵抗が大き
い、メンテナンスフリ電池用の正極格子合金を提供する
ことである。本発明の付加的な目的は、どの合金成分も
不当に損失することなく、正極格子を容易に形成するこ
とができる、正極格子用の合金を提供することである。

【００２６】本発明の他の目的および利益は、添付図面
を参照して、次の説明を読めば明かになるであろう。発明の概要一般に、本発明の記載は、自動車用メンテナンスフリＳ
ＬＩ電池に使用する現在の正極格子の合金が、高温の気
候で使用するときに、適切な使用寿命を信頼性をもって
達成できないこと見出したことに基づく。鉛基合金の全
重量について、カルシウム約０．０２５〜約０．０６
％、すず約０．３〜約０．７％、銀約０．０１５〜約
０．０４５％を含む、格子合金が、ボンネットの下が高
温となる現在の自動車が比較的高温条件の地理的領域に
おいても、メンテナンスフリ電池に有用な使用寿命を与
える正極格子を提供することを見出した。

【００２７】正極格子を重力鋳造によって製造すると
き、カルシウムが損失することを見出した。従って、本
発明の１つの面は、前述の合金組成において、鋳造した
正極格子において、所望のカルシウム含量を保つために
必要な量のアルミニウムを加える。出発合金に加えるア
ルミニウム量は、合金に加える全重量に基づき約０．０
０８〜約０．０１２０％とすることが、この目的に適す
ることを見出した。

【００２８】本発明は、多様な変更または選択された形
態とすることができるが、次に特殊な実施態様を詳細に
記載する。しかし、本発明は、この開示された特殊な形
態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載さ
れた本発明の精神および範囲にある、すべての変更、均
等化および選択されたものを含むことを理解すべきであ
る。

【００２９】発明の詳細本発明によれば、正極格子に使用する合金が、カルシウ
ムを約０．０２５〜約０．０６％、好ましくは０．０２
５〜０．０５％含む。さらに特定すれば、重力鋳造中の
損失があるので、実際に得られる鋳造合金格子は、カル
シウム含量が前述の添加する組成より幾分少ない。たと
えば０．０２５％を加えたとき、鋳造合金格子では約
０．０１５％となるであろう。重量に基づきカルシウム
約０．０３５〜０．０５５％を加えて、得られる鋳造合
金格子では０．０２５〜０．０５％とすることが好まし
い。

【００３０】本発明の合金について興味ある面は、鋳造
合金の顕微鏡写真によれば、高カルシウム含量のカルシ
ウム−すず−鉛合金を使用して得られる微細構造と比べ
て、実際の相違を示さないと考えられることである。従
って本発明の合金を使用して正極格子を形成した電池
は、通常の高カルシウム合金から形成した正極格子を使
用する電池と同様な正極格子の腐食特性を示すであろう
と期待されるかも知れない。しかし、これは誤まりであ
ることを見出した。本発明の合金を使用して正極格子を
形成した電池では、正極格子の耐食性が実質的に改良さ
れた。この改良された耐食性は、有用な電池の使用寿命
を著しく長く伸ばす。

【００３１】本発明の合金のすず含量は約０．３〜約
０．７％程度、好ましくは０．３〜０．６％、さらに好
ましくは０．４〜０．６％である。一般に、使用したす
ず含量は、カルシウム含量の約１０倍であろう。

【００３２】この合金の銀含量は、合金組成の全量に基
づいて約０．０１５〜０．０４５％であり、好ましくは
０．０２５〜０．０４５％、さらに好ましくは０．０３
〜０．０４５であり、場合によっては約０．０５５％ま
たは０．０６％まで高くすることができる。

【００３３】本発明の合金は、通常の方法で、前述の量
の合金成分を溶融鉛に加え、次に全体が均一になるまで
混合する。商業的に使用される高速度の格子製造技術は
周知であり、これを使用することができる。一般に鋳造
温度は約７５０°Ｆ（３９９℃）〜約８５０°Ｆ（４５
４℃）であり、溶融合金を約３５０°Ｆ（１７７℃）〜
４５０°Ｆ（２３２℃）の温度に保った鋳型に注入す
る。

【００３４】本発明の合金は、通常のブック鋳型を使用
し、重力鋳造のような通常技術によって、現在使用され
ている合金と同等な価格で、正極格子に形成することが
でき、また、市販されている連続鋳造設備を使用して、
連続鋳造によって正極格子に形成することができ、さら
に本発明の合金は、鋳造ストリップまたは鍛造ストリッ
プに製造することができる。なお正極格子はエキスパン
ドメタル技術で製造することができる。

【００３５】本明細書に記載した合金を使用して形成し
た電池の正極格子は、適当な剛性および時効硬化性に特
徴があり、これから製造した正極格子は、次にペースト
の塗布、硬化および要求される電池組立て作業を行うの
に十分な特性を有する。

【００３６】前述のように、得られる鋳造合金格子の実
際のカルシウム含量は、重力鋳造中の損失によって、カ
ルシウムの添加量より幾らか少ない。たとえば、添加量
が０．０２５％のときに、鋳造格子のカルシウム含量は
約０．０１５％程度であろう。さらに特定すれば、カル
シウム含量は、格子鋳造中に大気による酸化などによ
り、添加量より約０．００５〜０．０１５％、場合によ
っては０．０３５％も減少する。

【００３７】鋳造した正極格子のカルシウム含量がたと
えば０．０１５％程度と少ないことは、腐食防止に望ま
しい。しかし鋳造した格子のカルシウム含量が０．０２
５％未満に低下すると、鋳造した格子の剛性が著しく減
少する。またこのような低カルシウム含量は、電池組立
ての大量生産に問題がある。

【００３８】本発明の特殊な面として、出発合金の組成
にアルミニウムを十分に添加して、重力鋳造した格子の
カルシウム含量を所望の量に保つ。合金に添加する全重
量に基づいて、アルミニウムを約０．００８〜約０．０
１２０％添加することが適当なことを見出した。アルミ
ニウムは酸素を除去するスキャベンジャーとして作用
し、溶融表面に保護膜を形成して、カルシウムの酸化を
防止する。添加するアルミニウムは、本発明の合金組成
からなる鋳造した正極格子に所望される高い耐食性を著
しく損わない少量とすべきである。

【００３９】アルミニウムの使用が鋳造した正極格子の
所望のカルシウム含量を保つのに適することを見出した
が、アルミニウムの代りに、他の酸素スキャベンジャー
を使用して同一の作用をさせることができることを評価
すべきである。しかし所望の高い防食性に著しく悪影響
を与えるような酸素スキャベンジャーを使用してはなら
ない。

【００４０】次に図面を参照する。図１および２は本発
明の正極格子用の獨特な合金組成を使用するメンテナン
スフリ電池を示す。メンテナンスフリ電池１０は電槽１
２と、一対の側方極柱１４と、通常の手段によって電槽
を封止する蓋１６とを含む。電槽は複数の単電池に分
れ、１つの単電池の一部分を図２に示し、電池の要素を
各単電池内に配置する。電池要素は複数の電極からな
り、１つの正極極板を全体として１８で示す。負極極板
はこれと同一または同様な構造からなるが、アンチモン
を含まない合金から形成する。図に示す電極は、支持す
る極板格子２０を含み、格子に取付けたラグ２２と、格
子に塗布した活物質層と、正極および負極の格子を相互
に結合するストラップ２４とを有する。

【００４１】単電池間コネクタは、全体として２６で示
し、ストラップ２４の一部分であるコネクタ支持部２８
を含む。ストラップ２４は、電池の各要素を組立てると
きに、周知のようにラグに融着することができる。組立
て中に極柱１４は別のストラップ２４によって極板格子
２０に電気的に接続し、極柱の基礎がストラップ２４の
一部分を形成する、発生したガスを放出する適当な排気
系を３４で示す。多くの満足な排気系が知られている。

【００４２】電池の特殊な設計構造は、所期の応用に応
じて所望のように変えることができる。本明細書に記載
した合金、およびこれを使用して製造した正極格子は、
自動車用鉛−酸電池のどの型および寸法にも使用するこ
とができる。たとえば本発明の合金、およびこれから製
造した電池の極板格子は、米国特許４，６４５，７２５
に示すような二重極柱電池においても有利に使用するこ
とができる。ここでは側方極柱を有する電池を例示する
が、本発明の電池は、上方極柱を有する電池も含むこと
ができる。

【００４３】正極格子の厚みは、特殊な使用寿命および
特殊な定格容量に応じて所望のように変更することがで
きる。しかし、正極格子がどのような厚みであっても、
本発明の合金を使用する電池は、従来使用された合金か
ら形成した正極格子を有する通常のメンテナンスフリ電
池に比べて、正極格子の耐食性を増強することができ
る。一般に本発明の電池の極板格子の厚みは、多くの応
用において約４５ミル（１．１mm）〜約７５ミル（１．
９mm）と変化させることができる。この格子の厚みは単
に例示と考えるべきである。

【００４４】前述のように、負極格子に使用する合金は
所望のように変化させることができる。メンテナンスフ
リ電池の特性を得るために、このような特性を与えるど
のような負極格子合金も使用することができる。これは
一般にアンチモンを含まない鉛基合金を含む。負極格子
の形成に使用する典型的な合金は、カルシウム−すず含
有鉛基合金、またはカルシウム−アルミニウム含有鉛基
合金を含み、これらの組成は、カルシウム０．０９〜
０．１６％、すず０．１５〜０．５５％、残部鉛、また
はカルシウム０．０９〜０．１６％、アルミニウム０．
０１〜０．０３５％、残部鉛である。

【００４５】単電池間溶接接続材を含むストラップに使
用する合金は、所望の特性を有するストラップ合金であ
ればよい。多くの合金が知られており、使用されてき
た。しかし、高温の気候において、現在ボンネットの下
の条件に望ましい使用寿命を得るため、本発明者らの同
時係属米国出願のアンチモン約３．０〜３．３％、ひ素
０．０４〜０．０７％、すず０．０４〜０．０７％、セ
レン０．０１４〜０．０２０％含有鉛基合金を使用する
ことが好ましい。

【００４６】鋳造した正極格子を使用することが好まし
いが、正極格子は同様に圧延、鋳造、または鍛造ストリ
ップから連続エキスパンドメタル技術によって形成する
ことができる。このような技術は周知である。しかし、
正極格子をエキスパンドメタルによって製造すること
は、所望の合金組成を幾分変えることになる。この目的
で、エキスパンドメタル技術を使用して正極格子を形成
するときに、本発明で使用する合金は次の組成を有す
る。重量に基づいて、カルシウム約０．０２〜約０．０
５％、すず約０．３〜約０．５％、および銀約０．０２
〜約０．０４５％、の合金組成は正極格子の組成である
が、重力鋳造技術とは異なって、格子の製造に使用する
圧延、鋳造または鍛造ストリップの合金組成と著しく相
違することは一般にない。

【００４７】次の例は例示のためであり、本発明を限定
するものではない。特記しない場合は、百分率は添加し
た合金の全重量に基づいて示す。

【００４８】例この例は、本発明の正極格子を使用して製造した電池の
寿命試験の性能を、高カルシウム含有合金の正極格子を
有する電池と比較する。一連のＢＣＩ２６／７０型電
池を、米国特許４，６４５，７２５に開示のように、二
重端柱構造として組立てた。この構造の電池は市販され
ている。２つの正極格子設計を使用し、表１に詳細を示
す。

【００４９】

【表１】

【００５０】正極格子は３つの異なる合金から、通常の
重力鋳造方法によって鋳造した。鋳造格子は次の組成を
有した。成分（％）合金１合金２市販の格子合金Ｃａ０．０２９０．０４５０．１Ｓｎ０．４９０．４８０．６２Ａｇ０．０３２０．０３１ ── 鉛残部残部残部２つの正極格子設計と３つの合金を使用した電池を、単
電池当り同一の極板数で組立てた、すなわち、正極６枚
および負極６枚とした。使用した正極格子合金が相違す
る他、２つの格子設計のいずれで組立てた電池も同一の
型であった。格子が厚い設計、すなわち７３Ｊ格子の電
池は、表２に示す構造パラメータを使用した。

【００５１】

【表２】

【００５２】薄い格子設計（５６ＴＳ設計）で組立てた
電池は、表３に示す構造パラメータを使用した。

【００５３】

【表３】

【００５４】通常のＢＣＩ初期性能試験、すなわち交互
する保留容量および冷間始動電流について行った後に、
これらの電池を産業界で受容されているＳＡＥＪ２４
０寿命試験を行った。使用した温度は１０５°Ｆ（４１
℃）（ＳＡＥＪ２４０試験で特定される現在の温度）
および１６７°Ｆ（７５℃）であった。１６７°Ｆ（７
５℃）でおきる主要な故障の態様は正極格子の腐食であ
り、この温度における試験は、正極格子合金の耐食性に
ついての有効性を試験するのに、自動車で現在経験され
るボンネットの下の温度条件１０５°Ｆ（４１℃）の試
験より、現実的な試験と考えれる。各組合せの少なくと
も２つの電池に基づく試験の結果を表４に示す。

【００５５】

【表４】

【００５６】本発明の格子合金を使用する高温特性の変
動は、試験用に組立てた電池の製造における些細な問
題、すなわちより剛性を有する従来の格子に比べて、こ
れらの格子の取扱からおきる極板の曲げのような初動の
問題を反映するものであり、使用した合金による性能の
変化を反映するものでないと考えられる。これらの製造
上の些細な問題を解消すれば、本発明の合金を使用する
電池が享受するはずである矛盾のない優れたサイクル寿
命および現場の使用を達成できるであろう。

【００５７】実際、本発明の正極格子合金を使用する優
れた高温特性の結果は、この例に示すように、本発明を
使用して達成することができる特性を示すものと考えら
れる。たとえば、表５および６は、カルシウム０．１０
％、すず０．６６％、鉛残部の市販の正極格子合金を使
用して組立てたＢＣＩ３４／７８型電池で得られた結
果を、本発明の合金であるカルシウム０．０３７％、す
ず０．４５％、銀０．０３２％、鉛残部の合金３を使用
して組立てた電池と比較して示す。

【００５８】

【表５】

【００５９】

【表６】

【００６０】表５および６のデータは本発明の合金を使
用した正極格子で製造した電池が、単電池当りに使用し
た極板数が少なく、かつ極板の全面積が実質的に小さい
場合でさえ、同様な結果を得られるという、優れた結果
を示す。また電池の定格を実質的に過える率で放電した
場合でさえ、満足な特性を得られる。すなわち表６にお
いて、電池の冷間始動電流６２５アンペアを超える８７
５アンペアで放電した場合でさえ、１６７°Ｆ（７５
℃）においてＪ２４０サイクル寿命が示した値のほぼ２
倍である。

【００６１】さらに、獨特な正極合金を使用した本発明
の電池は、従来の電池が極板の厚みおよび単電池当りの
枚数が多く、かつ極板の全面積が大きいために、初期の
特性が従来の電池より僅かに劣る場合でさえ、電池の使
用寿命の継続中に優れた特性を示す。さらに特定すれ
ば、本発明の電池は、従来の電池の劣化特性と比べて、
電池の有用な使用寿命の間、実質的に劣化が少ない。

【００６２】この有用な使用寿命の間、継続する改良さ
れた特性は、図３に示すデータより明かであろう。曲線
ＡおよびＢは、表５および６に記載した従来の市販の正
極格子合金を使用した通常の３４／７８型二重端子電池
が８７５アンペアおよび６２５アンペアで放電したと
き、１６７°Ｆ（７５℃）で７．２アンペアまでの計算
放電電流を示す。曲線ＣおよびＤは表５および６に記載
した本発明の３４／７８型電池が８７５アンペアおよび
６２５アンペアで放電したときの同一の計算放電電流を
示す。

【００６３】曲線ＡとＣを比較すると、放電電流の低下
は、放電電流が電池の定格ＣＣＡ容量（６２５アンペ
ア）より高い８７５アンペアのときでさえ、本発明の電
池は劣化が遙かに少ないことを示す。曲線ＢとＤを比較
すると、本発明の電池は、従来の電池の場合と比べて劣
化が実質的に少ないことを示す。本発明の電池による特
性のこのような実質的な改良は、より低い温度において
一層明かになるであろう。

【００６４】また正極の腐食特性は、常温条件における
開放回路での湿潤貯蔵を含む開放回路条件によって影響
を受けることを見出した。正極格子の腐食率は、制御さ
れた電圧での制御された放電におけるより、開放回路電
圧貯蔵条件の方が、約３倍程度急速に進む。また典型的
な自動車での使用においては、電池は時間の約９０％ま
でが開放回路条件にある。従って、開放回路における電
池の正極格子の腐食条件は、電池の特性に著しい影響を
与える。本発明の電池は、開放回路条件において、従来
の電池に比べて、正極格子の耐食性が優れている。

【００６５】このように、本発明の電池は、正極格子の
腐食がしばしば主要な故障の原因となるすべての重要な
条件において、従来の電池に比べて、正極格子の耐食性
が優れていることを示す。このように正極格子の耐食性
が、優れていることは、従来の電池の劣化が激しいのと
比べて、電池の使用寿命の継続中に本発明の電池の特性
が優れていることと一致する。

【００６６】さらに本発明の電池の良好な特性は、特殊
な応用の要求に対応して価格および性能の優れた電池を
設計することができ、電池製造業者は広範囲の設計を選
択することができる、１つの驚くべき例として、表５お
よび６に記載した本発明の電池は、これらの表に記載し
た従来の電池より約２ポンド（９０７ｇ）軽い鉛を使用
した。優れた特性の電池を得、かつ材料の価格が低いの
で、電池製造業者は、通常得られるより実質的に大きい
利幅を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のメンテナンスフリ電池の斜視図であ
る。

【図２】本発明による合金組成を使用して製造した極板
格子を示す、図１の電池の線２−２における断面図であ
る。

【図３】本発明の電池の高温特性を従来の電池と比較し
て示すグラフである。１０…電池１２…電槽１４…側方極柱１６…蓋１８…極板２０…極板格子２２…格子ラグ２４…ストラップ２６…単電池間コネクタ２８…コネクタ支持部３４…排気系

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電槽内に複数の単電池を有し、各単電池
内に、電解液を含み、かつ活物質層を塗布した極板格子
を有する複数の正極および負極を配置してあり、正極用
の極板格子が、鋳造前の合金の重量に基づいて、カルシ
ウム約０．０２５〜０．０６％、すず約０．３〜０．７
％、および銀約０．０１５〜０．０４５％を含む鉛基合
金の鋳造構造体である自動車用ＳＬＩ電池。
【請求項２】カルシウム含量が約０．０３５〜０．０
５５％である請求項１に記載の電池。
【請求項３】すず含量が約０．３〜０．６％である請
求項１に記載の電池。
【請求項４】銀含量が約０．０２５〜０．０４５％で
ある請求項１に記載の電池。
【請求項５】銀含量が約０．０３〜０．０４５％であ
る請求項４に記載の電池。
【請求項６】電槽内に複数の単電池を有し、各単電池
内に、電解液を含み、かつ活物質層を塗布した極板格子
を有する複数の正極および負極を配置してあり、正極用
の極板格子が、合金の重量に基づいて、カルシウム約
０．０２〜０．０５％、すず約０．３〜０．５％、およ
び銀約０．０２〜０．０４５％を含む鉛基合金の鍛造エ
キスパンドメタルのメッシュ格子である自動車用ＳＬＩ
電池。
【請求項７】極板格子が、鋳造前の合金の重量に基づ
いて、カルシウム約０．０２５〜０．０６％、すず約
０．３〜０．７％、および銀約０．０１５〜０．０４５
％を含む鉛基合金である、自動車用ＳＬＩ電池の電気化
学的活物質を支持する鋳造された極板格子。
【請求項８】鋳造前の合金の重量に基づいて、アルミ
ニウム約０．００８〜０．０１２％を含む請求項７に記
載の極板格子。
【請求項９】カルシウム含量が約０．０３５〜０．０
５５％である請求項７に記載の極板格子。
【請求項１０】すず含量が約０．４〜０．６％である
請求項７に記載の極板格子。
【請求項１１】銀含量が約０．０２５〜０．０４５％
である請求項７に記載の極板格子。
【請求項１２】銀含量が約０．０３〜０．０４５％で
ある請求項１１に記載の極板格子。
【請求項１３】合金の重量に基づいて、カルシウム約
０．０２〜０．０５％、すず約０．３〜０．５％および
銀約０．０３〜０．０４５％を含む鉛基合金である、自
動車用ＳＬＩ電池の、電気化学的活物質を支持するため
の鍛造エキスパンドメタルメッシュ極板格子。
【請求項１４】合金を形成するために添加した重量に
基づいて、カルシウム約０．０２５〜０．０６％、すず
約０．３〜０．７％、および銀約０．０１５〜０．０４
５％を含む耐食性に優れた鉛基合金。
【請求項１５】カルシウム含量が約０．０３５〜０．
０５５％である請求項１４に記載の鉛基合金。
【請求項１６】すず含量が約０．４〜０．６％である
請求項１４に記載の鉛基合金。
【請求項１７】銀含量が約０．０２５〜０．０４５％
である請求項１４に記載の鉛基合金。
【請求項１８】銀含量が約０．０３〜０．０４５％で
ある請求項１７に記載の鉛基合金。
【請求項１９】合金の重量に基づいて、カルシウム約
０．０２〜０．０５％、すず約０．３〜０．５％、およ
び銀約０．０２〜０．０４５％を含む耐食性に優れた鉛
基合金。