JPS59121787A - 鉛蓄電池のバイポ−ラ電極用導電性隔壁とその製造方法 - 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】 本発明は鉛蓄電池のバイポーラ電極に係わり、良好な導
電性と十分な活物質保持能力を備えた導電性隔壁とその
製造方法に関するものである。

衆知の如く鉛電池、特に自動車用電池に於ては小型軽１
化、高性能化が厳しく要求されており、これらの要求１
ど対処するため、電池メーカに於てはいろいろな形で技
術開発が進められている。自動車用電池は言うまでもな
く自動車のエンジンの起動に必要な大電流をセルモータ
に供給することが主たる役目であり、その為には電池の
内部抵抗を極力小さくすることが技術」二の最も重要な
ポイントである。現在実用に供されている自動車用電池
はｌセル当り約２■の起電力を有する電池を６セル直列
に接続した形を採っているが、この方式では個々の電池
を電気的に接続するためにストラップあるいは中間ボー
ルといったセル間接続用の組部品が必要である。これら
のセル間接続用船部品は言うまでもなく電流通路として
使われるものであるので。

現在の自動車用電池に於ては取除くことは出来ないが、
この部分の電気抵抗は電池の内部抵抗の一部を負担して
いるものであるから、その値は出来る限り小さくするこ
とが必要である。また先に述べた如く小型軽量化という
要求を考えれば、その重址は同じく出来る限り小さいこ
とが望ましい。

さて電池の極板群構成を考える場合、バイポーラ形電極
という考え方がある。これは上述した現行の自動車用電
池のセル間接続用船部品を最大限に省略してこの部分で
の電圧降下を最小にした方式と言えるものである。第１
図は現行の自動車用電池に於て採用されている接続方式
とバイポーラ電極を用いた場合のそれを模式的に示し１
両者の比較をしたものである。第１図（ａｌは現行の自
動車用電池のそれであるが１例えばセルＢからセルＡへ
の電流は■極板の活物質ｌ−■極板の集電体２−セル間
接続部品３−○極板の集電体４−○極板活物質５の如く
流れる。

一方第１図（ｂｌはバイポーラ電極を使用した電池の構
造を模式的に示したものである。この電池は１枚の導電
性隔壁６の両面に■、ｅ活物質を保持したいわゆるバイ
ポーラ電極５枚と両端に■または○活物質だけを保持し
た極板各々１枚づつ、計７枚の極板により構成されてい
る。電解液（図には示してない）をはさんで■、○活物
質が対向している領域（例えばＡ’、Ｂ’）が１つのセ
ルであり、この電池の場合に６６セル直　５　− 列で１２Ｖの起電力を有する構造１こなっている。

電池の構造上明らかであるがバイポーラ電極の導電性隔
壁６はその１両側に存在するセル間の隔壁と電気的な面
でのセル間接続の役目を兼ねているわけであるから、良
好な導電性と電解液に対する液密性が要求される。そし
てこの電池の場合、一つのセルから他方のセルへの電流
の流れは、七ノ唱′からＡ′　への流れを例にとれば■
活物質１′−導電性隔壁６−○活物質５′　となる。

すなわち導電性隔壁６の全面を利用しかつその厚さ方向
へ最短距離で流れるため、電圧降下は第１図（ａｌの場
合に比べ一般的にかなり小さい。

この点はまさに電池の内部抵抗を小さくするのに極めて
有効であり、自動車用電池に利用すればそのメリットは
極めて大きいはずである。

ところで自動車用電池の如く大電流をとり出さねばなら
ない電池に対し、この様な利点を有する電池が容易に実
用されない点に関しては次の様な問題が存在するからで
ある。

すなわちバイポーラ電極に於ては導電性隔壁　６− が活物質保持体と集電体を兼ねているが、集電性および
この部分での電気抵抗を小さくして電圧降下を少なくす
るという目的からｐｂ金合金一枚板が用いられる。一方
最近自動車用電池にはメンテナンスフリー化が強く要求
されており。

これに応えるためｐｂ金合金はＳｂを含まないもの、例
えばｐｂ−Ｃａ系合金が使用されている。

ところが衆知の通りこの種のｐｂ金合金はＳｂを含有す
るものでは問題視されなかった「伸び」という現象があ
り、■極に於てｐｂ金合金腐食されるのに伴ない発生す
る応力により、集電体（格子体）が変形するといった問
題が存在する。

特にバイポーラ電極の場合には導電性隔壁はその四方を
完全に拘束された構造になるため発生した応力を緩和す
る手段がとりに＜＜、電池を使用している間に、導電性
隔壁が三次元的に変形するケースが多々ある。この様な
状態になると活物質と導電性隔壁との密着性は損なわれ
。

内部抵抗の増加、活物質の脱落を招き早期に電池は寿命
となってしまう等の問題がある。

本発明は１記欠点を除去し、高い電圧性能を有し、寿命
の長いバイポーラ電極を使用した自動車用電池を提供す
るための導電性隔壁とその製造方法である。

本発明による導電性隔壁の構造に関する基本的な考え方
は次の通りである。すなわちｉｉ１述した如く導電性隔
壁をｐｂ金合金一枚板とした場合ｌこは伸びが発生した
時の変形度合が大きいので、多少集電性能は低下するか
も知れないが。

あたかも一枚板を小さな面積に分断した構造として伸び
が生じても変形度合が最少限になる様にし、かつ活物質
の脱落防止のための工夫を施して寿命を十分なレベルま
で高めるというものである。以Ｆ本発明の導電性隔壁の
製造方法の一実施例を図面ｌこついて説明する。

第２図は本発明による導電性隔壁の基本となるもので、
樹脂の基板７にｐｂ金合金ピン８を定められた間隔（ａ
、ｂ）をもたせて垂直に配置したものである。ここでｐ
ｂ金合金ピン８は基板７を貫通している。この様なピン
付基板９は通常よく行なわれている方法１例えば射出成
型によって製造することが出来る。なお基板７の材質は
例えばポリプロピレンあるいはボリヵ板表面からの突出
部長さく／？、／？’）は基板玉に配置される活物質の
厚さ、ペースト密度、種類（■活物質か○活物質か）等
によって適宜法められるが１例えば直径は１〜３ｒｎｍ
、間隔は３〜＋ｏｍｘ、突出部長さは１〜３朋といった
値である。たたし衆知の如く○活物質の場合には活物質
が海綿状鉛であり、■活物質よりｐｂ金合金の密着性が
良いので、場合によってはＯ極に対して使用される側の
突出部長さは■極に対するそれより短かくても差しつか
えない。

次に以上の様にして製作したピン付基板９のｐｂ合金ビ
ン８のうちその一部の突出部をつぶす。第３図はその具
体的な方法を示したもので。

４００℃程度に加熱した、セラミック等の如（ｐｂ金合
金ぬれない材料あるいはその様な表面　９− 処理を施した材質から成る加熱体１ｏを、ｐｂ合金ビン
の先端に当接し、突出部を溶融させるとともに前記加熱
体１０を矢印の方向に移動し。

溶融状態にある突出部を押つぶして平板状部１１を形成
する。第４図はこうして作られた平板状部１１の状態を
示したものである。この様な平板状部１１は■極側では
第４図に示したごとくｐｂ合金ピン８を１本おきにその
突出部を溶融。

加圧することによって作られる。なおこの様にまたこの
平板状部１１の厚さはｏ２關程度になる様に加熱体ｌＯ
の移動距離を調整する。さらに平板状部１１を円形と見
た時の平均的な直径はもちろんｐｂ合金ピン８の直径と
突出部の長さＣｅ、ｅ’）によって決るわけであるが１
例えばｐｂ合金ビン８の直径が２　ｍＭ　、突出部長さ
が３．５龍の場合には約８　ｍｌＬとなる。

この様にして平板状部１１を形成する目的は特に■極側
での導電性隔壁と活物質との密着性１０− を確保することにあることは改めて言うまでもないこと
である。

さて次の工程では前工程で平板状化されなかす った残慢のｐｂ合金ビン８の突出部の球状化を行なう。

その具体的な方法を第５図に示す。すなわち図面の如く
前記ｐｂ合金ビン８の突出部だけを加熱するため、他の
部分はマスク１２でおおった後１例えば赤外線ランプ１
３より放射され、凹面鏡１４で適当なビーム径に集光さ
れた赤外線１５をｐｂ合金ビン８の突出部に照射する。

この操作によってｐｂ合金ビン８の突出部は溶融し、表
面張力により球状化する。この場合、集光された赤外線
は高いエネルギ密度を有するので、照射時間は短かくて
もｐｂ合金ビン８の突出部の溶融は容易に生じ、基板７
に損傷を与えたり、熱影響によってｐｂ合金ビン８と基
板７との密着性が損なわれ、導電性隔壁として電池に用
いられた時に、電解液のリークが問題となる様なことは
ない。

この球状化という操作は次の様な効果をねらったもので
ある。第６図は球状化した後基板７の両面に■、○活物
質１’、５’を塗布し、バイポーラ電極としたものの断
面を示したものであるが１図面から明らかな如く矢印を
付した部分では球状部１６と基板７との間に鋭角的なす
き間が立体的に形成されるため、この部分でのアンカー
効果が期待され、活物質１’、５’の保持能力は球状部
１６を形成する前の基板面に対して垂直な突出部のまま
の状態と比べて大幅に向］二する。なおこの球状部１６
の直径は厳密には球とはならないが球とみなすとｐｂ合
金ビン８の直径と突出部の長さによって大略法るわけで
あるが、直径が２ｍＩＬ、突出長さが３５朋の場合には
約３１１１Ｉｉとなる。

以上本発明によるバイポーラ電極用導電性隔壁の製造方
法の詳細について説明したが、これまでの説明から明ら
かな様に従来のｐｂ金合金一枚板に代えて樹脂の基板７
にｐｂ合金ビン８を組合せた素材を用いることにより軽
量化を図り、さらにｐｂ合金ビン８を基板７に垂直に配
置したままでは集電性と活物質の保持能力が劣るため、
ｐｂ合金ピン８の一部についてはその突出部を平板状１
１にし、残りのｐｂ合金ビン８については同じく突出部
を球状化した点に本発明の特徴があるわけである。

なお上述した平板状部１１および球状部１６の形成は、
■極側の基板面上では必要不可欠であるが、○極側の基
板面上に於ては前述した如く○活物質５′とｐｂ金合金
の密着性の良さを考慮した場合、その一方あるいは両方
を省略できるケースもありうる。

第７図には本発明による導電性隔壁を用いて製作したバ
イポーラ電極１７の一例を示した。

次に本発明による導電性隔壁を有するバイポーラ電極１
７を使用して組立てた電池と冒頭に述べたｐｂ金合金一
枚板を導電性隔壁として有するバイポーラ電極を使用し
た電池、およびバイポーラ電極を使用していない現行の
自動車用電池とを用いて電池性能の比較試験を行なった
。

比較試験に供した電池はいずれも１２Ｖタイプ１３− で５時間率容量が４３Ａｈのものであり、試験は−１５
℃で３００Ａ放電した時の５砂目電圧。

および持続時間の評価と、定電圧型の充放電寿命試験に
よる寿命性能の評価を行なった。なお寿命試験のパター
ンは、（２００Ａ放電×１秒×３回−２５Ａ制限１５Ｖ
定電圧充電１１分−１０Ａ定電流放電１６５分−・休止
２４分）をリサイクルとする充放電サイクルに一１５℃
２４時間と４５℃２４時間の温度サイクルを重ねたもの
である。この様な寿命試験を行ない劣化の進行度合と寿
命が尽きたあとの極板の状況を調査した。

上記電池に使った本発明の導電性隔壁は次の様な要領で
製作した。すなわちビン付基板９は前述した如（射出成
形で製作した。基板７は厚さが２朋でその材質はポリプ
ロピレンである。

合金ピン８の材質はｐｂ−０，’０７Ｃａ−Ｑ、５Ｓｎ
合金であり、その直径は２龍、突出部の長さは■極側が
ａｓ＋＋ｍ、θ極側は２０順である。なおｐｂ合金ピン
は射出成形時には寸法精度を考慮１２へ１４− ２０龍のものを用いて突出部の長さの大きなものを作り
、射出成形終了後に切断して上記の突出部長さとした。

さらにＰｂ合金ピン８の間隔は１０ｍｍ（第２図（ｂｌ
に於ては１ｌ＝ｌ）＝ｌＱ龍）である。

平板状部１１の形成は前述した如く約４００℃に加熱し
た直径９朋のセラミックロッドから成る加熱体ｌＯを当
接する方法をとった。形成された平板状部１１の厚さは
０．２　ｒｕｎでその平均的な直径は■極側で約８ｍｍ
、ｅ極側では６４朋である。球状部１６の形成も前述し
た通り赤外線照射による方法で行なった。マスク１２は
セラミック製のものを用い、■極側には直径が約３１＋
＋Ｊ、■極側には約２．５ｍ１１Ｌノ球状部１６を形成
した。

以上の様にして製作した導電性隔壁に射出成形により第
７図に示す如く樹脂枠１８を形成した後、所定の量の■
、○活物質１１．ｓｌ゛を充填しバイポーラ電極１７と
した。

次にＰｂ合金の一枚板の導電性隔壁を有するバイポーラ
電極を使用した電池であるが、この電池に於ては導電性
隔壁の材質はｐｂ−０，０７Ｃａ−０，５Ｓ　ｎ合金で
あり、その厚さは０８′ｍ１１Ｌである。

本発明による導電性隔壁を用いたバイポーラ電極回様、
隔壁の外周部は射出成形により樹脂枠を形成し、この樹
脂枠を熱溶着することにより極板をスクッキングした。

第１表および第８図に評価結果を示す。

第　　　　１　　　　表 第１表は一１５℃、３００Ａ放電性能を示すもので、こ
れから明らかなように、放電時の５秒目電圧は本発明に
よる導電性隔壁を使用した電池では、Ｐｂ合金１枚板の
それを使用したものに比べ予想通り若干劣ったが、現行
電池よりはずっと高いレベルにあり問題はない。また持
続時間は現行電池をかなり上まわったが、これはバイポ
ーラ電極１７の活物質層の厚さが小さいため利用率が向
上したことによるものである。

第８図は寿命性能を示すもので１図面から明らかなよう
に、当初の目的通り本発明による導電性隔壁を有するバ
イポーラ電極１７を使用した電池は、Ｐｂ合金一枚板の
それを有するものにより４００サイクル程寿命が長（な
った。また寿命試験終了後に電池を解体し活物質の脱落
状況を調べたが、ここでも本発明による導電性隔壁を使
用した電池は最も脱落量が少なかった。

以上のように本発明による導電性隔壁を有するバイポー
ラ電極を使用した電池は放電特性。

寿命性能等にすぐれた性能を有している等工業的価値極
めて大なるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は現行の自動車用鉛電池の群構成、セ１７− ル間接続の状況を、バイポーラ電極を使用した電池のそ
れと比較した図で、（ａ）は現行電池、（ｂｌはバイポ
ーラ電極を使用した電池を示す。第２図は本発明１こよ
る導電性隔壁の素材となるピン付基板を示すもので、（
ａ）は要部側面図、（ｂ）は要部正面図、第３図は本発
明による導電性隔壁を製作する過程に於けるＰｂ合金ピ
ンの突出部を溶融させ平板状部を形成する時の手法を示
した図、第４図は平板状部が形成された基板の表面を示
した図、第５図は平板状部を形成した後にＰｂ合金ピン
の突出部を溶融させて球状部を形成する手法を示した図
、第６図は球状部による活物質保持の状況を示した図、
第７図は本発明による導電性隔壁を用いて製作したバイ
ポーラ電極の構造を示した図、第８図は本発明による導
電性隔壁を有するバイポーラ電極を使用した電池と、現
行電池およびＰｂ合金の一枚板の導電性隔壁をバイポー
ラ電極として使った電池との性能を評価した結果を示す
特性曲線図である。 ７は基板、８はＰｂ合金ピン。 １８− ９はピン付基板、１１は平板状部。 １６は球状部 特許出願人 　１９− 第１図 （ＯＬ） づ （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　基本的にポリプロピレン等の樹脂より成る基板と
   所定の間隔をもって該基板を貫通する様に配置された例
   えばｐｂ−Ｃａ系合金から成るｐｂ合金ビンによって構
   成され、該基板面上に於て該ｐｂ合金ピンの先端ｆζ球
   状部および平板部を有することを特徴とした鉛蓄電池の
   バイポーラ電極用導電性隔壁。 ２　陽極に供される側の基板面上ではｐｂ合金ピンの約
   半数がその先端に球状部を有し、残りの半数が平板状部
   を有する特許請求の範囲第１項記載の鉛蓄電池のバイポ
   ーラ電極用導電性隔壁。 λ　陰極に供される側の基板面上では、前記球状部、平
   板状部を形成せず−ｐｂ合金ビンの突出部のみを有する
   特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鉛蓄電池のバイ
   ポーラ電極用導電性隔壁。 ζ　陰極に供される側の基板面上では、該ｐｂ合金ビン
   の一部の先端に球状部、平板状部のいづれか一方を有し
   、残りのｐｂ合金ピンについては突出部を残したままの
   状態にした特許請求の範囲第１項又は第２項記載の鉛蓄
   電池のバイポーラ電極用導電性隔壁。 ＆　ポリプロピレン等の樹脂より成る琶仮に。 所定の間隔で持って該瓦板にｐｂ合金ピンを貫通配置せ
   しめてピン付基板を製作する二［−程から成ることを特
   徴とする鉛ｇｉｌｔｌ′ＩＩ！のバイポーラ電極用導電
   性隔壁の製造方法。 ６　ポリプロピレン等の樹脂より成る瓦板に。 所定の間隔で持って該基板にｐｂ合金ビンを貫通配置せ
   しめてピン付基板を製作する工程。 前記ピン付基板のｐｂ合金ピンの一部の突出部を平板状
   化する工程。 前記ピン付基板のｐｂ合金ピンのうち、突出部が平板状
   化されなかったものの突出部を　２− 球状化する工程、から成ることを特徴とする鉛蓄電池の
   バイポーラ電極用導電性隔壁の製造方法。 ７、ホリブロビレン等の樹脂より成る基板に。 所定の間隔で持って該基板にｐｂ合金ビンを貫通配置せ
   しめてピン付基板を製作する工秒と、前記ピン付基板の
   ｐｂ合金ビンの一部の突出部を平板状化する工程かある
   いは前記ピン付基板のｐｂ合金ピンの一部の突出部を球
   状化する工程とから成ることを特徴とする鉛蓄電池のバ
   イポーラ電極用導電性隔壁の製造方法。