JPS58500878A - 改良された鉛蓄電池 - 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】 発明の動機 本発明は、米国航空宇宙局との契約のもとになされたものであシ、公法８３−５ ６８である１９５８年米国航空宇宙局法のセクション６０５の規定に従かうもの である（７２　５ｔａｔ４３５：　４２　ＵＳＣ２４５７）。

技術分野 本発明は、蓄電池つま９２次電池に関し、特に、改良型の軽量鉛蓄電池に関する 。

技術的背景 鉛蓄電池の応用として最も一般的なものは、乗用車やトラック、バスの発進用点 灯用、及び点火用である。

鉛蓄電池は、エンジンが作動している時には、エンジンによって駆動される発電 機により、自動的に充電され、エンジンが停止した時には、ライトに電力を供給 し、寸だ、エンジンが始動する際には、点火装置及びクランクに電力を供給する ようになっている。

また鉛蓄電池は、航空機や船舶に広汎に利用され、自動車等と同様、静止状態に おいては、その応用範囲は、限りなく広い。

鉛蓄電池は、複数の鉛−酸セルを直列に接続して構（２） 成される。鉛−酸セルは、二酸化鉛のような陽活物質を含む陽極板と、多孔性鉛 のような頁の酸性物質を含む陰極板とを必須のものとし、これらを、通常は希硫 酸である電解液に浸たして製作される。

陽極板及び陰極板は、それぞれ並列に接続されており、セルの電力つまり電流出 力は、極板の数、及びその大きさによって決まる。

陽極と陰極間の電位差は、約２ボルトである。電極板は、並列に接続されている ので、各セルを接続した際の電位は、セル内の電極板の数に関わりなく、約２ボ ルトである。１個もしくは２個以上のセルを、直列に接続して、所望の電圧を有 する蓄電池が提供される。

一般の低電圧用蓄電池は、６個のセルを直列に接続した６ボルトのものであり、 １２ボルトの蓄電池は、６個のセルを直列に、また２４ボルトの蓄電池は、１２ 個のセルを直列に接続したものである。

陽極板と陰極板は、垂直方向を向き、それが水平方向に積層されているのが通例 である。

このように、陽極板及び陰極板は垂直方向を向いているので、極板の表面に、垂 直方向に電解質が層化する。

これは、蓄鉛電池の能力を低下させる。

そのため、様々の混合装置によって、電解質を攪拌する等、電解質の層化を防ぐ 様々な試みがなされている。しかしこの混合装置はじゃまになるだけでなく、（ ３）　？！表昭５８−５００８７８　（３）価格が高くつき、かつ蓄電池の耐用 寿命内で、破損してしまうことが多い。

鉛蓄電池に関しては、陽極板及び陰極板からの活物質の発散のために、寿命が限 定されてしまうという問題もある。

極板には−スト状の鉛を塗着した鉛蓄電池は、鉛蓄電池としては、最も一般的な ものである。陽極グリッド及び陰極グリッドの表面に、ペースト状の酸化鉛を塗 着しだものが典型的なものである。

適切々電気的構成によれば、陽極グリッドのは−スト状酸化鉛は、゛酸化されて 二酸化鉛となり、一方、陰極板上の酸化鉛は還元されて多孔性の鉛と々る。

鉛蓄電池を連続使用していると、ペースト状鉛が沈殿したり、あるいは薄片化す ることは周知である。この薄片は、垂直に配置されている極板の間に沈降し、蓄 電池の底部に蓄積する。ある一定期間後、蓄電池の底部に、一定板上の薄片が蓄 積すると、それによって陰極グリッド及び陽極グリッドは短絡し、蓄電池のセル に電流が通し々くなシ、また蓄電池の耐用寿命も縮まることとなる。

従来、鉛蓄電池は、極板そのものに、鉛を用いていたため、本質的にかなり重い ものであった。最近、航空機、電気自動車、その他の重量が重要な問題となる乗 物に使用するために、軽量の鉛蓄電池を製造する試（４） みがなされている。

この軽量化のためには、極板に、鉛以外の物質、もしくは、鉛を含む物質を用い 、かつ極板を薄片化することが試みられている。

しかし、極板を薄くして軽量化することは、蓄電池の重量を減少するという点に おいては効果的であるが、セルの構造に関しては、問題が生じる。というのは、 セルの構造は、通常状態の使用時には、構造上の破損が生じないなど、強度と剛 性を有することが必要であるからである。

そのため、電解質の流れ出しや、層化のような一般的な欠点を、完全もしくは大 幅に解消し、しかも、構造上の強度を失なうことなく、軽量化した低電圧の鉛蓄 電池を開発することが要望されている。

発明の要約 本発明によれば、新規で、かつ軽量な蓄電池の構造が提供される。

極板、あるいはグリッドの底部付近における鉛化合物の流れ出しの蓄積や、電極 間の漏れ抵抗は、本発明によって解決できる。−！た電解質の層化も防止される 。

さらに、陽極グリッド及び陰極グリッドが独特の方向を向いていることを、それ らの接続の仕方によって、セルの構造も強化される。

本発明は、鉛蓄電池ばかりでなく、その他の蓄電池（５） にも応用できる。

本発明は、陽極グリッド及び陰極グリッドと、それらの水平方向の配置と、垂直 方向の層化とを再考慮することにより、なされたものである。

グリッドを水平方向に配置することによって、バッテリー底部における鉛化合物 の薄片の蓄積が防止される。それは、薄片の沈降が、下方に位置する陽極板及び 陰極板により妨げられ、さらに電解質の層化が、極板間の間隔の範囲内に制限さ れるからである。

本発明の他の特徴としては、電解質を、陽極グリッド及び陰極グリッド間の耐酸 性フェルトハツト内に含有させることがある。これによっても、電解質の層化が 防止される。

また本発明は、極板もしくはグリッドの相対する２つの側縁部から、グリッドの 全長に等しい長さのタブを突出させであるという点をも、特徴としている。

陽極板及び陰極板に対応するタブは、グリッドを積層した際に、溶接もしくはそ の他の方法で、垂直方向の板に止着される。この垂直板は、蓄電池の端子に、高 電流の容量を提供するようになっている。

２本の陽極タブが、２本の陰極タブと隣接する側部において、セルあるいはグリ ッド積層より突出するようにして、陽極板及び陰極板は積層されている。

グリッドの積層の各側部における共通のタブは、共（６） に溶接するか、共通の板に接続するか、共通の板に接続するか、もしくは、並列 に接続されて、電解槽の側部に垂直に伸びる４本の母線もしくは母線板を形成し ている。

本発明のこの特徴は、蓄電池のセルあるいはグリッド積層の電気抵抗を大幅に減 少させるだけでなく、セルの剛性と強度とを、さらに高めている。

また本発明によれば、組合わされたセル、もしくはグリッドの積層体は、水密性 の蓄電池容器に入れられ、かつ電解液の蒸発を防ぐために、恒久的にシールされ る。

組合わされた蓄電池は、２ボルトの蓄電池用の１個のセルから、２４ボルトの蓄 電池用の、１２個のセルまで、任意の数のセルからなるものとすることができる 。より高電圧の蓄電池を必要とする場合には、さらにセルの数を増やせばよい。

また、各セルのグリッドもしくは電極板の数を変えることによって、異なる容量 のものを得ることができる。任意の全極板面積に対して、電力は、直列及び並列 の配列とは、無関係である。電圧のみを変化させることができる。

本発明によれば、鉛化合物の薄片化、及び電解質の層化の問題が解決されるだけ でなく、単位重量邑りの電流密度が高く、かつ薄い新規な陽極グリッド及び陰（ ７）　特表昭５８−５００８７８　（４）極グリッドを備える改良型の蓄電池が 提供される。

本発明の上述した特徴や利点、及び他の特徴及びに利点につき、以下、添付の図 面を参照して、詳しく説明する。

第１図は、本発明による好ましい陽極グリッドもしくは陽極板の平面図である。

第２図は、第１図の線２−２における横断面図である。

第６図は、第２図のグリッドの折曲部の構造の詳細図である。

第４図は、第２図の線４−４における断面図である。

第５図は、本発明による両側に電解層を有する陰極グリッド、もしくは陰極板の 平面図である。

第６図は、第５図の線６−６における横断面図である。

第７図は、第６図の線７−７における断面図である。

第８図は、本発明による単一セル型の軽量鉛蓄電池の縦断側面図である。

第９図は、第８図の線９−９における縦断面図である。

発明の詳細な説明 第１図乃至第４図中の符号（１０）は、陽極グリッドもしくは陽極単板を示す。

陽極単板には、比較的軽量の適宜の導電性材料が用いられている。本実施例にお いては、陽極単板００）は、厚さ０．０５　Ｍｌｌｒ　（０，００２１ｎｃｈ　 ）のチタン板の両面に、０．０８　ｍｍ　（０，００３１ｎｃｈ　）乃至０．１ ３　ｍｍ（０，００５１ｎｃｈ　）の厚さで、鉛をめっきしたものが用いられて いる。

陽極単板［１０）は、２個の弧状タブα７Ｊ（１４）を備えている。

タブ（１２）　（１４）は、陽極板α０）の全長に亘っており、該陽極単板の相 対する側縁に位置している。

タブｔｔｚａ４）は、適宜の導電性材料よシなシ、陽極単板００）に、都合のよ い方法で取り付けられている。その場合、電流が陽極単板００）よりタブ（１２ ）　ｔ１４）を経て流れることが前提である。

タブ（１２）　（＋４）は、相対する側縁部を、陽極単板００）に打ち着けるか 、あるいは折り曲げることによって、陽極単板（１０）と一体化させ、かつ該単 板００）の両対向縁よシ外側方へ伸び出しているのが望ましい。

タブの幅と、タブの曲げ角度は、該タブが蓄電池の１個のセル内に配置された際 に、ある方向を向き、かつ溶接あるいは他の方法で、互いに連結されるべく重合 され、かつ高強度の母線を形成する限シは、いろいろに変化させてもよい。

陽極学板００）は、長方形であるのが望ましいが、正方形その他の形状であって もよい。

陽極板に陽活物質を支持させて、該極板を補強するために、陽極単板（１０）に は、多数の細長スロット０６）を設（９） けである。スロット（１６）は、その三つの側部のみが、打抜き機によって打ち 抜かれる。そのため、打ち抜きされた部分は、長い一つの側縁０７）により、極 板に着いたままとなる。

ついで、打ち抜きされた部分を折り曲げて、スプラインα印を形成する。このス プラインａ印は、打ち抜きされた部分が、単板（１０）の両面から、約９０度の 角度を成して外側へ伸びるように、折り曲げられる。

スプライン賭は、陽極単板（１０）に特別の構造上の長さを与えるだけでなく、 陽活物質を支持及び含有する上にも役に立つ。

陽活物質としては、典型的には、図示していないは−スト状の酸化鉛が用いられ 、陽極単板００）に塗着して、細長スロット（１６）に充てんされる。陽極単板 ００）に塗着するＲ−スト状の酸化鉛の量は、細長スロツ）　（１６）を充てん するのに充分な量とする。細長スロット０６）の幅は、スプライン（１８）の幅 と同じであり、第３図において、ｔをもって示しである。

その後、は−スト状の酸化鉛が酸化し、二酸化鉛になることによって、陽活物質 は電気的に生成される。

第５図乃至第７図において、符号（イ）は、陰極グリッド、つまり陰極単板を示 している。

陰極単板（２０１としては、アルミニウムや、軽量プラスチックや、その他の不 活性物質が用いられ、その表面（１０） に、鉛の薄片を付着しである。陰極活物質としては、単板にば一スト状の酸化鉛 を塗着したものや、多孔性の鉛か、もしくは一般的な陰活性物質が用いられる。

陰極単板翰もまた、導電性タブ（２２１（２４）を備えている。

タブ（２２）　２４）は、適宜の軽量な導電性物質から成シ、好適な方法で陰極 単一板に換り付けられている。

しかし、陰極単板（２０）の相対する側縁部を、簡単に、折シ曲げ、もしくは打 ち着けることによって、タブ（２２１（財）を、該陰極単板（イ）の両側より外 方へ突出するべく、一体的に形成してもよい。

また、第５図乃至第７図においては、電解層（２６）（２８１は、陰極単板（イ ）の両側に設けられている。電解層（２６）及び（２８）には、一般的な硫酸電 解質が用いられ、それを、アスベストやガラスフェルトのような繊維状もしくは 多孔性の耐酸性物質の層へ含浸もしくは吸収させである。

ガラスもしくはアスベストフェルトのパッド内、もしくは、電解層（２６）及び （２８）内への電解液の封じ込めは、毛管現象により、極板間にのみ制限される 。

これによって、異なる電解層間が連通したシ、電解質が垂直方向に層化するのを 防止することができる。

第８図は、本発明による二極性蓄電池の縦断側面図である。

この蓄電池即は、通常の材料でできだバッテリーケース（３つと陰極端子Ｃ３４ ）と陽極端子（３６）とを備えている。

（１１）　￥？１表昭５８−５００８７８　（５）蓄電池は、電解質の蒸発を防 ぐために密閉されている。

陰極単板（至）と陽極単板（１０）は、第８図に示すように、水平方向を向き、 かつ交互に積層されて、蓄電池のセルを形成している。

説明を簡単にするために、第８図には、１個のセルを有する蓄電池を示しである 。陽極単板００）と陰極単板（４）は、並列に接続されている。

第８図の蓄電池の電圧は、約２ボルトである。さらに、第９図に示されるものと 同じセルを、図示していないが直列に連結すると、蓄電池の電圧を、さらに大き くすることができる。例えば、１２ボルトの蓄電池を得るためには、６個のセル を直列に連結すればよい。

第８図に示すように、電解層Ｑ６）及び例を、陰極単板翰に対する位置の調整に よって、陽極単板（１０）及び陰極単板（イ）間に配置することができる。

陰極単−板翰のタブ（２３（２４）は、図示のように、それぞれ母線板□□□及 び０９に接続されているう母線板（至）及び００は、導電性材料の平らな薄板よ シ成シ、タブ（２２１（財）に接続されている。母線板（至）及び（３９は、導 電性材料の平らな薄板より成り、タブ（２ｚ　ａａに接続されている。母線板側 及びＣ３１は、タブ（２り（財）に、はんだ着けや、溶接のような適当な方法で 、接続されている。

母線板（２）及び０９は、導電性タブ（２の及び（２滲の全長に亘る幅を有し、 また、グリッド積層あるいは電池の底（１２） 部から頂部まで達する長さ、つまシ高さを有している。

陰極母線板（至）は、第８図に示すように、陰極端子（財）に直接に接続されて いる。陰極母線板ｃ！優は、必ずしも陰極端子（財）に接続する必要はないが、 導電性の接続板（４■によって、陰極母線板Ｃ３１と陰極端子（財）とを接続す ることが必要である。

陰極母線板（至）及びＣ３９とを陰極端子（財）に接続すると、電流は陰極単板 （イ）の２つの方向から流、れる。

陰極単板（イ）の両側に、導電性のタブと母線板を設けたことによって、陰極単 板翰の有効抵抗は減少し、かつ、同時に、構造上の強度は増加する。

第９図に示すように、陽極単板ａＯ）は、母線板（４２及び１４３によって接続 されている。陽極母線板（４つ及びＣ４３は、いろん々方向へ向けることができ るが、母線板（４２１及び（４３１は、グリッド積層つまり蓄電池の電池から、 陰極母線板■及び（３９へ向かつて、直角方向に突出するのが望そのため、陽極 導電性タブ（１２１及び（１４）が、隣接の側部上における蓄電池もしくはグリ ッド積層より、陰極導電性タブ（２２）及び（２）へ向かって突出するように、 陽極単板００）と陰極単板００）との関係位置を定める。

陽極母線板（４２）及び（４３は、適当な導電性薄板材料からなシ、溶接もしく は、はんだ着けのような好適な方法で、陽極導電性タブｄ２）及び（１４Ｉに接 続される。

（１３） 陰極母線板の場合と同じように、陽極母線板（４渇及び（４３は、陽極端子（ト ）に接続することが望ましい。そのため、陽極導電性接続板（９）が陽極母線板 （４２１を陽極端子（ト）に接続するために用いられる。

陽極母線板（４階は、陽極端子（至）に直接接続される。

母線板（４２１及び（４３は、陽極単板α０）の両端に設けられているので、陽 極単板００）の有効抵抗は、減少する。その理由は、単一の母線板を利用する際 は、電流が、グリッドの全長を流れるのに対し、この場合には、電流は、グリッ ドの全長の半分のみに流れるからである。

また、陽極単板（１０）の対向する両端に、陽極母線板（４２１及び（４りが設 けられているため、蓄電池あるいはグリッド積層体の構造上の強度は大きく々る 。

必要に応じて、突出しているタブに、溶接もしくははんだ着けで接続しなければ ならない分離型の母線板を用いる代シに、タブを、それに対応する単板と同じか 、それ以上の長さになるような充分な角度で折り曲げてもよい。折曲後、タブを 互いに溶接すれば、強い一体母線板を形成しうる。

以上、本発明の好適実施例を説明したが、これは、種々の実施例の中のほんの一 例であることを当業者は理解されたい。従って、本発明は、その特定の実施態様 に制約されるものではない。

手続補正書（￥へ） 昭和５８年６月ｌＦ日 特許庁長官　若杉和夫殿 １、事件の表示 ＰＣＴ／ＵＳ８２１００６５５ ２、発明の名称　改良された鉛蓄電池 ４、　代　理　人　〒１０５ ５、補正命令の日付昭和５８年２月１０日（発送日昭和５８年２月１５日）６、 　補正により増加する発明の数 ７、補正の対象 「願瞥の翻訳文、明細書及び請求の範囲の翻訳文」８、補正の内容 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）陽極端子及び陰極端子を有する鉛蓄電池であって、 １個以上のセルと母線とを有し、 １個以上の該セルは、導電可能なように直列に接続され、該セルは西側線を有す る垂直方向のグリッド積層体を形成するべく水平方向に配置された複数のグリッ ドを有し、 前記母線は、該グリッド積層体の側部において、導電可能なようにグリッド積層 体に接続され、グリッド積層体を、構造的に支持していることを特徴とする鉛蓄 電池。 （２）母線が、グリッド積層体の各側部を概ね覆う導電性の板を含むことを特徴 とする請求の範囲第（１）項に記載の蓄電池。 （３）　グリッドが、相対する側縁部から突出するタブを有し、かつ導電性の板 は、該タブを接続することによって形成されていることを特徴とする請求の範囲 第（２）項に記載の鉛蓄電池。 （４）水平に配置された電解層は、グリッド間に配置され、該電解層は、電解液 を含浸した多孔性の耐電解液材料を含み、それによって、各電解層内の電解液が 、多孔性の耐酸性材料内に含有され、もって、異彦る電（１５） 解層内に電解液が混和することを防止するようにすることを特徴とする請求の範 囲第（２）項に記載の鉛蓄電池。 （５）陽極端子及び陰極端子を有する鉛蓄電池であって、 複数の陽極導電性単板と、複数の陰極導電性単板と、複数の電解層と、陽極単板 における第１タブを接続する装置と、陽極単板における第２タブを接続する装置 と、陰極単板における第１タブを接続する装置と、陰極単板における第２タブを 接続する装置と、陽極母線板及び陰極母線板と陽極端子及び陰極端子に接続する 装置とを含み、 複数の陽極導電性単板は、両面に陽活物質と、該陽極単板の一側縁部に沿って突 出する第１導電性タブと、該陽極単板の他側縁部に沿って突出する第２導電性タ ブとを有し、かつ該陽極単板は、垂直方向に積層され、４つの垂直側部を有する グリッド積層体を形成し、グリッド積層体の一側に第１導電性タブを有し、また 、グリッド積層の相対する他側上に第２導電性タブを有し、 複数の陰極導電性単板は両面に陰活物質を有し、また該陰極単板の一側縁部に沿 って突出する第１導電性タブと、該陰極単板の相対する他側縁部に沿って突出す る第２導電性タブとを有し、該陰極単板は、陽極単板間に、平らに積層されて、 陽極単板と陰極単板が交（１６） ｑ〜に積層されたグリッドを形成し、 複数の電解層の各々は、陽極単板と陰極単板間に配置され、 陽極単板上の第１タブを、導電可能なように接続する装置によって、グリッド積 層体の一側部を垂直方向に伸長する第１陽極母線が形成され、 陽極単板上の第２タブを導電可能なように接続する装置によって、グリッド積層 体の一側部を垂直方向に伸長し、かつ第１陽極母線に対向する第２陽極母線が形 成され、 陰極単板上の第１タブを導電可能なように接続する装置によって、グリッド積層 体の一側部を垂直方向に伸長し、かつ第１陰極母線と対向する第２陰極母線が形 成され、該陽極母線と該陰極母線が、該グリッド積層体に対して、少くとも構造 上の一部の支持を与えるようになっており、また、 少くとも該陽極母線の１個と、少くとも該陰極母線の１個とを、各陽極端子及び 陰極及び陰極端子に接続する装置によって、グリッド積層体から発生する電気エ ネルギーが、該蓄電池の端子へ伝えられる声うにすることを特徴とする鉛蓄電池 。 （６）両陽極母線と両陰極母線が、それぞれ、陽極端子及び陰極端子に接続され ていることを特徴とする請求の範囲第（５）項に記載の鉛電池。 （１７）　特表昭５８−５００８７８　（２）（力　陽極及び陰極単板上の導電 性タブが、単板と一体化した縁部となっており、かつ、該タブは、充分な幅を有 し、かつ、積層内の隣接する陽極単板上に折り重ねられるような充分な角度で折 り曲げられていることを特徴とする請求の範囲第（５）項に記載の鉛蓄電池。 （８）　前記単板は、全縁部が同じ方向に折曲されるように積層され、かつ、前 記タブを接続する装置が、折曲されたタブ間を溶着していることを特徴とする請 求の範囲第（力項に記載の鉛蓄電池。 （９）電解層が、電解液を含浸した耐電解質性の多孔材料を含むことを特徴とす る請求の範囲第（８）項に記載の鉛蓄電池。 ００）該耐電解質性の多孔性材料は、ガラスフェルト及びアスベストフェルトか らなる群より選択されたものであることを特徴とする請求の範囲第（１）項に記 載の鉛蓄電池。 （１，１）　陽極単板が、該単板に構造上の強度を与える側面リブを有している ことを特徴とする請求の範囲第（５）項に記載の鉛蓄電池。 ０２）　該リブは、該単板より打ち抜きされた部分を、一体的に折り返したもの であることを特徴とする請求の範囲第圓項に記載の鉛蓄電池。 （１３）陽活物質は二酸化鉛であり、陰活物質は鉛であシ、電解質は硫酸を含有 することを特徴とする請求の（１８） 範囲第（５）項に記載の鉛蓄電池。 Ｑ４）　陽極端子と陰極とを有する鉛蓄電池であり、グリッド積層体と、陽極母 線と、陰極母線と、接続装置とを具備するものであって、 該グリッド積層体は、複数の垂直に積層された導電性単板を含み、該単板は、該 グリッド積層体内の交互の板に付着された陽活物質及び陰活物質を含有し、電解 層が単板間に配置され、また該グリッド積層体は西側縁を有し、 該グリッド積層体の対向側縁上の陽極母線装置は、陽活物質を有する単板を導電 可能なように並列に接続しており、該陽極母線は、グリッド積層を支持し、かつ 構造上の強度を与え、 該陽極母線の少くとも１個を、該陽極母線の少くとも１個とを、導電可能々よう に、各々陽極端子及び陰極端子に接続する装置によって、グリッド積層から生じ た電気的エネルギーを蓄電池端子に送るようにしであることを特徴とする鉛蓄電 池。