(57)【要約】【課題】正極のエキスパンド格子体が腐食により上下に延びて、格子体の上枠骨部が負極板に接触することにより極板間短絡が生じるのを防ぐ。【解決手段】エキスパンド格子体２に活物質３を充填して構成した正極板１と負極板とを備えた鉛蓄電池において、正極板１の一部に、極板の高さ方向に一定の寸法Ｗを有し、極板の幅方向の全長に亘って伸びる活物質未充填部１００を設ける。格子体２が腐食により上下に延びようとしたときに、活物質未充填部１００を収縮させて格子体の伸びを吸収し、格子体の上枠骨部２０２が上方に跳ね上がって負極板の耳部に接触するのを防ぐ。【選択図】    図１
2010003497.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキスパンド格子体に活物質を充填して構成した正極板及び負極板を備えた鉛蓄電池であって、
少なくとも前記正極板には、極板の高さ方向に一定の寸法を有し、極板の幅方向の全長に亘って伸びる活物質未充填部が設けられていることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記活物質未充填部は、極板の下端から上方に距離を隔てた位置に設けられている請求項１に記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記活物質未充填部は、極板の下端に設けられている請求項１に記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用の電池として好適な鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用の鉛蓄電池においては、生産性が高く、耐食性に優れていることから、エキスパンド格子体に活物質を充填して構成した極板が用いられている。エキスパンド格子体は、圧延された鉛板にエキスパンド加工を施すことにより形成されるもので、エキスパンド加工により形成された内骨部と、内骨部の上端及び下端にエキスパンド加工されることなく残された上枠骨部及び下枠骨部とを有し、上枠骨部に極板耳部が形成されている。エキスパンド格子体は、幅方向の左右両端に上下の枠骨部の間を連結する枠骨部を有していないため、電池の使用に伴って格子体で腐食が生じると、格子体が膨張して主として上下方向に変形し、両端が枠骨部により拘束されていない格子体の上枠骨部の両端が上方に跳ね上がった形状を呈するように変形する。格子体の腐食は特に電池が高温で使用された場合に、正極板で顕著に生じる。格子体の腐食が進行し、その上枠骨部の両端の跳ね上がりが大きくなると、該上枠骨部の跳ね上がった部分が異極の耳部またはストラップに接触して極板間短絡が起こり、電池の寿命が尽きることになる。
【０００３】
鉛蓄電池の寿命を延ばすため、特許文献１に示されているように、圧延された鉛板にエキスパンド加工を施して格子体を形成する際に、内骨部の上枠骨部と接する部分に凸状部を設けて、この凸状部により上枠骨部の両端の跳ね上がりを抑制することが提案されている。
【特許文献１】特開平１１−３３９８１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示されたように、エキスパンド格子体の内骨部の上部に凸状部を設ける場合には、エキスパンド加工を行うに先立って鉛板にスリットを形成する際に用いる金型の構造が複雑になるため、金型の製作費が高くなる上に、金型の保守が面倒になり、電池の製造コストが高くなるのを避けられない。また特許文献１に示されたものでは、金型の保守が十分に行われないと凸状部の形成にバラツキが生じるため、格子体の上枠骨部の跳ね上がりを十分に抑制できないおそれがある。
【０００５】
本発明の目的は、内骨部の上部に凸状部を有しない通常のエキスパンド格子体を用いて、格子体の上下方向の伸びを抑制することができる鉛蓄電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、エキスパンド格子体に活物質を充填して構成した正極板及び負極板を備えた鉛蓄電池を対象とする。本発明に関わる鉛蓄電池では、少なくとも正極板に、極板の高さ方向に一定の寸法を有し、極板の幅方向の全長に亘って伸びる活物質未充填部（活物質が充填されていない部分）が設けられている。
【０００７】
上記活物質未充填部は、極板の下端から上方に距離を隔てた位置（例えば極板の上下方向の中央部）に設けられていてもよく、極板の下端に設けられていてもよい。
【０００８】
正極板を構成するエキスパンド格子体の全体に活物質が充填されていた従来の鉛蓄電池では、電池の使用中に格子体が腐食して伸びようしたときに、その伸びを吸収する部分が存在しないため、格子体の上枠骨部のストラップにより押さえつけられていない両端部が上方に変位し、該上枠骨部の両端が跳ね上がった形状に変形するのを避けられなかった。
【０００９】
これに対し、本発明に係わる鉛蓄電池においては、正極板の格子体が腐食により上下方向に伸びようとしたときに、活物質により拘束されていない活物質未充填部の内骨部が上下方向に収縮して格子体の伸びを吸収するため、格子体の伸びを抑制することができる。従って、格子体の上枠骨部の跳ね上がりを抑制して早期に極板間短絡が生じるのを防ぐことができ、電池の寿命を延ばすことができる。
【００１０】
極板の腐食は主として正極板で生じるため、正極板に活物質未充填部を設けることは必須であるが、負極板には活物質未充填領域を設けることは特に必要ではない。しかしながら本発明においては、負極板にも活物質未充填部を設けることを妨げない。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、少なくとも正極板に、極板の高さ方向に一定の寸法を有し、極板の幅方向の全長に亘って伸びる活物質未充填部を設けて、格子体が腐食により上下方向に伸びようとしたときに、活物質未充填部で格子体の内骨部を上下方向に収縮させて格子体の伸びを吸収するようにしたため、格子体の腐食に伴って生じる格子体の伸びを抑制することができる。従って、格子体の上枠骨部の跳ね上がりを抑制して早期に極板間短絡が生じるのを防ぐことができ、電池の寿命を延ばすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明に係わる鉛蓄電池の一実施形態において用いる正極板１を示したもので、図示の正極板１は、エキスパンド格子体２に正極活物質３を充填した構造を有する。エキスパンド格子体２は、帯状の鉛板の長手方向に沿って伸びる一定幅の領域に多数のスリットを形成した後、該鉛板を幅方向に引き延ばす加工（エキスパンド加工）を行うことにより、各スリットの両側の部分を広げて多数の内骨部２０１を形成するとともに、内骨部２０１が形成された部分の上端及び下端にそれぞれエキスパンド加工されることなく残された上枠骨部２０２及び下枠骨部２０３を形成したもので、上枠骨部２０２には極板耳部２０４が形成されている。
【００１３】
本実施形態においては、正極板１の下端から上方に距離を隔てた位置（図示の例では極板の高さ方向のほぼ中央部）に、極板の高さ方向に一定の幅寸法Ｗを有し、極板の幅方向（横方向）のほぼ全長に亘って伸びる帯状の活物質未充填部（活物質が充填されない部分）１００が設けられ、活物質未充填部では、内骨部２０１が露呈されている。
【００１４】
図５は本実施形態で用いる負極板４を示したもので、負極板４は、内骨部（図示せず。）と上枠骨部５０２と下枠骨部５０３とを有して上枠骨部５０２に耳部５０４が形成されたエキスパンド格子体５に負極活物質６を充填した構造を有する。本実施形態では、負極板４に活物質未充填部が設けられておらず、格子体５の内骨部が形成された部分の全体に負極活物質６が充填されている。
【００１５】
正極板１及び負極板４は複数枚ずつ設けられ、正極板１と負極板４とが相互間にセパレータを介在させた状態で交互に積層されて極板群が構成される。この極板群は、複数の正極板１の耳部２０４同士及び複数の負極板４の耳部５０４同士がそれぞれ正極ストラップ及び負極ストラップにより接続された後、図示しない電槽に設けられたセル室内に電解液と共に収容されてセルを構成する。電槽には複数のセル室が設けられていて、各セル室毎にセルが構成され、隣り合うセル室内に構成されたセル同士がセル間接続部を通して接続されて鉛蓄電池が構成される。
【００１６】
鉛蓄電池が高温下で使用されると、特に正極板の格子体が腐食して格子体が変形し、上下方向に伸びようとする。図６に示したように、格子体２の内骨部全体に活物質３が充填された正極板１′を用いた場合には、格子体２の伸びを吸収する部分がないため、電池を使用中に格子体が腐食して膨らむと、図７に示したように、両端が枠骨部により拘束されていない格子体の上枠骨部２０２の両端が上方に変位し、上枠骨部２０２の両端が跳ね上がった形状を呈するように変形する。この変形が進むと、やがて上枠骨部２０２の跳ね上がった部分が負極板の耳部５０４やストラップ５０５に接触し、極板間短絡が生じて電池の寿命が尽きる。
【００１７】
これに対し、本実施形態のように、極板の高さ方向に一定の幅寸法Ｗを有し、極板の幅方向の全長に亘って伸びる活物質未充填部１００を正極板１に設けておくと、正極板１の格子体２が腐食により膨らんで上下方向に伸びようとしたときに、図２に示したように、活物質３により拘束されていない活物質未充填部１００の内骨部２０１が上下方向に収縮してその幅寸法がＷ′（＜Ｗ）に縮小することにより格子体２の伸びを吸収するため、格子体の伸びを抑制することができる。従って、格子体２の上枠骨部２０２の跳ね上がりを抑制して早期に極板間短絡が生じて寿命が尽きるのを防ぐことができ、電池の寿命を延ばすことができる。
【００１８】
上記の実施形態では、活物質未充填部１００を極板の下端から上方に距離を隔てた位置（図示の例では極板の上下方向のほぼ中央部）に設けているが、活物質未充填部１００を設ける位置は上記の実施形態に限定されるものではなく、例えば図３に示したように、正極板の下端に活物質未充填部１００を設けるようにしても良い。
【００１９】
図３に示したように活物質未充填部１００を正極板１の下端に設けた場合にも、正極板の格子体２が腐食により上下方向に伸びようとしたときに、図４に示したように、活物質３により拘束されていない活物質未充填部１００の内骨部２０１を上下方向に収縮させてその幅寸法をＷ′（＜Ｗ）に縮小させることにより格子体２の伸びを吸収することができるため、格子体の伸びを抑制することができる。
以下本発明の実施例を比較例と共に説明する。
【実施例１】
【００２０】
カルシウムを0.07質量％〜0.10質量％、スズを1.4質量％〜1.8質量％含む厚さ1.0mmの鉛の圧延シートをエキスパンド加工してエキスパンド格子体の帯状連続体を形成し、図１に示したように、この格子体の上下方向の中央部（上枠骨部２０２と下枠骨部２０３との間の中央部）に、極板の耳部を除く部分の高さ寸法Ｈの5％の幅寸法Ｗを有する活物質未充填部１００を残した状態で格子体に活物質を充填した後、熟成及び乾燥を行って正極板１を作製した。この正極板と、袋状セパレータに挿入した負極板とを組み合わせて５５Ｄ２３形の自動車用鉛蓄電池を製作した。
【実施例２】
【００２１】
実施例１で用いたものと同じエキスパンド格子体を用い、図３に示すように、この格子体の下端に、極板の耳部を除く部分の高さ寸法Ｈの5％の幅寸法Ｗを有する活物質未充填部１００を残した状態で格子体に活物質を充填し、熟成及び乾燥を行って正極板１を作製した。この正極板と、袋状セパレータに挿入した負極板とを組み合わせて５５Ｄ２３形の自動車用鉛蓄電池を製作した。
【比較例】
【００２２】
実施例１で用いたものと同じエキスパンド格子体を用い、図６に示すように格子体の全体に活物質を充填した後、熟成及び乾燥を行って正極板１′を作製した。この正極板と、袋状セパレータに挿入した負極板とを組み合わせて５５Ｄ２３形の自動車用鉛蓄電池を製作した。
【００２３】
上記のようにして作製した実施例１、実施例２及び比較例の鉛蓄電池について、５時間率容量試験、低温効率放電特性試験及びサイクル寿命試験を行った結果を下記の表１に示す。
【表１】
2010003497.tif 000003
【００２４】
表１に示した５時間率容量試験では、比較例について測定された５時間率容量を１００として、実施例１及び実施例２について得られた５時間率容量を、比較例の５時間率容量に対する割合として示している。この結果から、本発明の実施例１及び実施例２の鉛蓄電池では、比較例の鉛蓄電池に比べて、５時間率容量が若干低下することが分かった。
【００２５】
また表１においては、低温効率放電特性試験についても、比較例について測定された結果を１００とし、実施例１及び実施例２について得られた結果を比較例について得られた結果に対する割合として示している。低温効率放電特性試験の結果から、本発明の実施例１の鉛蓄電池では、比較例の鉛蓄電池に比べて低温効率放電特性が若干低下するが、実施例２の鉛蓄電池では比較例の鉛蓄電池と同等の低温効率放電特性が得られることが明らかになった。
【００２６】
サイクル寿命試験では、25Aで4分放電を行わせた後14.5Vで10分充電する過程を１サイクルとして、480サイクル毎に356Aで放電し、そのときの30秒目の電圧が7.2Vを下回った時点を寿命とした。表１においては、比較例の電池が寿命に達したときのサイクル数（寿命サイクル数）を１００とし、実施例１及び実施例２の電池の寿命サイクル数を、比較例の電池の寿命サイクル数に対する割合として示している。表１に示された寿命試験の結果から、本発明の実施例１及び実施例２の鉛蓄電池では、比較例の鉛蓄電池に比べて寿命サイクル数が大幅に向上していることが明らかになった。
【００２７】
また寿命に至ったそれぞれの電池の解体調査を行った結果、比較例の電池では、正極板の格子体の上枠骨部が上方に跳ね上がった（反り返った）状態に大きく変形して負極板の耳部またはストラップに接触しており、これが寿命が尽きたことの原因であることが明らかであったが、本発明の実施例１及び実施例２の電池では、図２及び図４に示すように活物質未充填領域が上下に圧縮された形で極板の上下方向の伸びを吸収しており、正極板の格子体の上枠骨部が負極板の耳部またはストラップに接触している例は皆無であった。実施例１及び実施例２の電池が寿命に至った理由は正極活物質の軟化であった。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
以上のように、本発明によれば、正極板のエキスパンド格子体が腐食により上下方向に伸びて、その上部が隣接する負極板の耳部に接触して極板間短絡が生じるのを防ぐことができるため、鉛蓄電池の寿命を大幅に伸して、資源の節約に貢献することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態で用いる正極板の正面図である。
【図２】図１の正極板の格子体が腐食して上下に延びようとしたときに活物質未充填部が収縮して格子体の伸びを抑えた状態を示した正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態で用いる正極板の正面図である。
【図４】図３の正極板の格子体が腐食して上下に延びようとしたときに活物質未充填部が収縮して格子体の伸びを抑えた状態を示した正面図である。
【図５】本発明の実施形態で用いる負極板の正面図である。
【図６】従来の鉛蓄電池で用いられていた正極板の正面図である。
【図７】従来の鉛蓄電池において、正極格子体の上部が腐食により跳ね上がって極板間短絡を起こした状態を概略的に示した正面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  正極板
１００  活物質未充填部
２  エキスパンド格子体
２０１  内骨部
２０２  上枠骨部
２０３  下枠骨部
２０４  耳部
３  活物質
４  負極板
５  エキスパンド格子体
５０２  上枠骨部
５０３  下枠骨部
５０４  耳部
６  活物質
【図１】
2010003497.tif 000004
【図２】
2010003497.tif 000005
【図３】
2010003497.tif 000006
【図４】
2010003497.tif 000007
【図５】
2010003497.tif 000008
【図６】
2010003497.tif 000009
【図７】
2010003497.tif 000010