(57)【要約】【課題】  正極板に当接するセパレータの損傷を低減し、過充電及び耐振動性を備えた鉛蓄電池を提供する。【解決手段】  正極板とポリオレフィン製の袋状セパレータに収容された負極板を備えた鉛蓄電池である。前記袋状セパレータは、正極板と対向する面に、その頂部が正極板と当接する凸状リブを有している。前記凸状リブの配置位置に対応する内面には凹部を有する。前記凹部の深さを、前記袋状セパレータのベース厚みの０．３５〜０．５５とする。好ましくは、前記凹部の開口幅は、前記袋状セパレータのベース厚みの１．６〜２．４とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板とポリオレフィン製の袋状セパレータに収容された負極板を備えた鉛蓄電池であって、前記袋状セパレータは、正極板と対向する面に、その頂部が正極板と当接する凸状リブを有し、前記凸状リブの配置位置に対応する内面に凹部を有し、前記凹部の深さは、前記袋状セパレータのベース厚みの０．３５〜０．５５であることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記凹部の開口幅は、前記袋状セパレータのベース厚みの１．６〜２．４であることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、負極板をポリオレフィン製の袋状セパレータに収容した鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、安価で信頼性が高く、自動車、産業用バックアップ電源として広範囲に用いられている。特に、自動車用鉛蓄電池は、エンジン始動用モータ及び電装品への電力供給電源として必須の部品である。
【０００３】
現在、鉛蓄電池は、搭載される自動車のエンジンルームの高温化、電力供給をする電装品の増加など過酷な環境下での長寿命化、放電特性の向上が求められている。放電特性を向上させるために、セパレータの厚みを薄くする、あるいはセパレータに設けた凸状リブ高さを低くするなどの手段を採用して電気抵抗を下げるのが有効である。凸状リブは、過酸化物である正極活物質とセパレータとが接触する面積を小さくし、セパレータの酸化劣化を抑制する機能がある。しかし、自動車走行時の振動により凸状リブが摩耗し、短絡が生じやすくなる問題があった。これらの改善技術として、セパレータの改良が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−２３１９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の袋状セパレータは、正極板に当接する複数の凸状リブを、正極板の側部に当接する部分では、その配置間隔を他の部分より狭くしているものの、極板中央部に当接する凸状リブの配置間隔は従来のままであるため、この部分にかえって振動がかかり損傷の心配がある。
【０００６】
本発明の目的は、正極板に当接するセパレータの損傷を低減し、過充電及び耐振動性を備えた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】
【０００７】
上記課題を解決するために、第１の発明は、正極板とポリオレフィン製の袋状セパレータに収容された負極板を備えた鉛蓄電池であって、前記袋状セパレータは、正極板と対向する面に、その頂部が正極板と当接する凸状リブを有し、前記凸状リブの配置位置に対応する内面に凹部を有する。前記凹部の深さは、前記袋状セパレータのベース厚みの０．３５〜０．５５であることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、前記凹部の開口幅は、前記袋状セパレータのベース厚みの１．６〜２．４であることを特徴とする。
【０００９】
凸状リブの配置位置に対応する内面に凹部を有する袋状セパレータとすることで、正極板に当接する凸状リブの頂部にかかる振動による圧力を、前記凹部の形状が変形することで吸収することができる。その結果、凸状リブの摩耗が減り短絡が抑制される。この凸状リブと凹部は袋状セパレータ全体に配置されるため、セパレータの局部的な損傷を抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、セパレータの損傷による短絡を抑制し、過充電及び耐振動性を備えた鉛蓄電池を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明における袋状セパレータを構成するシート体の要部断面拡大図である。
【図２】袋状セパレータとする前の長尺のシート体に凸状と凹部を付与するための押出し成形のダイスである。
【図３】袋状セパレータとする前の長尺のシート体の要部を示す図である。
【図４】エキスパンド格子体を示す図である。
【図５】負極板を袋状セパレータに挿入する図である。
【図６】従来の鉛蓄電池において、袋状セパレータの凸状リブと正極板、袋状セパレータと負極板との当接状態を示す図である。
【図７】本発明の鉛蓄電池において、袋状セパレータの凸状リブと正極板、袋状セパレータと負極板との当接状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（袋状セパレータのための長尺シート体の作製）
シリカ粉末とポリエチレンの粉末を混合し、可塑剤としてのオイルと浸透剤を加え混練する。この混練物を押出し成形し、シート状に成形する。押出し成形のダイスから押出しするときに、図３に示すように、シート体１に凸状リブ２が一体成形される（シート体は長尺なので、図３には一部分のみを図示した）。前記シート体を溶剤に浸漬してシート体からオイルを抽出し、多孔質化した後乾燥してロール状に巻き取る。
【００１３】
シート体を構成する樹脂材料は、ポリエチレンのほかポリプロピレンなどのポリオレフィンである。
（極板の作製）
まず、所定合金組成になるように鉛中に所定量のＣａ、Ｓｎを溶解する。前記鉛合金を金型で鋳造することでスラブを作製する。前記スラブを連続的に圧延加工して、圧延鉛合金シートを作製する。
【００１４】
次に、圧延鉛合金シートの幅方向中央部を除く左右両領域に圧延シート長手方向のスリットを千鳥状に順次入れ、圧延シートの幅方向に展開加工（エキスパンド加工）して網目状の格子を形成する。これを所定寸法に裁断すると共に、圧延鉛合金シートの幅方向中央部の非展開部を打ち抜き、図４に示す集電部としての耳部１１を有したエキスパンド格子体１０を得る。
【００１５】
次に、酸化鉛を主成分とする鉛粉に水と希硫酸を加えて混練して、正極用ペースト状活物質を作製する。このペースト状活物質をエキスパンド格子体１０の網目状部に充填し、熟成、乾燥を経て、正極板８を作製する。
【００１６】
負極板については、酸化鉛を主成分とする鉛粉に、添加剤（リグニン、硫酸バリウム、炭素材料）を加えて混合し、続いて水と希硫酸を加えて混練して、負極用ペースト状活物質を作製する。このペースト状活物質をエキスパンド格子体１０の網目状部に充填し、熟成、乾燥を経て、負極板７を作製する。
（袋状セパレータの作製）
前記シート体１を所定の寸法に切断し、二つ折りにする。続いて、両側縁を熱溶着、又はメカニカルシールで接合し、図５に示す袋状セパレータ４を作製する。
（電池の作製）
前記袋状セパレータ４に、負極板７を図５のように挿入する。この負極板入り袋状セパレータを正極板と交互に組み合わせて、正極板４枚／負極板５枚構成の極板群を作製する。続いて、正極板、負極板それぞれの耳部をキャストオンストラップ（ＣＯＳ）方式で溶接し、この極板群をポリエチレン製の電槽に収め、蓋を電槽にかぶせて熱溶着する。
【００１７】
前記蓋の液口から希硫酸を所定量注液し、４０℃の水槽内に静置し、直流電流を通電して電槽化成する。電槽化成後に電解液比重を１．２８０（２０℃換算）に調整し、ＪＩＳＤ５３０１規定のＢ１９形電池を作製する。
【実施例】
【００１８】
本発明を実施例及び比較例により、好ましい実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００１９】
＜実施例＞
前記シート体１の製造工程において、ダイスは、図２（ａ）に示す２種類の部材で構成される。第１ダイス部材５は、前記シート体１に凸状リブ２を形成するための凹部５ａを底面に複数条有している。第２ダイス部材６は、前記シート体１に凹部３を形成するための凸部６ａを上面に複数条有している。凹部５aと凸部６aは対向する位置関係に配置されている。
【００２０】
前記凹部５ａと凸部６ａの中心線が重なるように、第１ダイス部材５と第２ダイス部材６を配置する。続いて図示しない昇降機構で第１ダイス部材５を下降させ、図２（ｂ）のようにシート体１のベース厚みｔと同じクリアランスに保持させる。この状態で、シート体１を押出し成形する。
【００２１】
図１は、上記ダイスを用いて押出し成形したシート体の断面拡大図である。シート体１の上面に凸状リブ２が形成され、その直下の反対面に凹部３が形成される。ここで、シート体１の厚みｔを０．２ｍｍとし、表１に示す各部位のサイズのシート体を作製した。ここで、Ａは凸状リブ２の高さ、Ｂは凸状リブ２の底辺幅、Ｃは凸状リブ２の上辺幅、Ｄは凹部３の深さ、Ｅは凹部３の開口幅、Ｆは凹部３の底面幅を示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
このとき、シート体１の厚みｔと凹部３の深さＤの比率Ｋを、Ｄ／ｔとすると、実施例１では比率Ｋ＝０．５５となる。
さらに、シート状セパレータ１の厚みｔと凹部３の開口幅Ｅの比率Ｗを、Ｅ／ｔとすると、実施例１では比率Ｗ＝２．０となる。
【００２４】
上記シート体から袋状セパレータを作製し、上記製造の工程により電池Ｎｏ.１を作製した。
【００２５】
前記第２ダイス部材６の凸部６ａの高さ寸法を変えることで、上記凹部３の深さＤの異なるシート体を作製できる。ここで、ｔ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆは実施例１と同じとして、前記比率Ｋを表２のように変えたシート体からなる袋状セパレータを用いた電池Ｎｏ.２〜７を作製した。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
なお、比率Ｋ＝０．６を超えるとＤが深くなりすぎるため、袋状セパレータへの加工時に亀裂が生じてしまうため好ましくない。
【００２８】
同様に前記第２ダイス部材６の凸部６ａの幅寸法を変えることで、上記凹部３の開口幅Ｅの異なるシート状セパレータを作製できる。ここで、ｔ、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄは実施例１と同じとして、比率Ｗを表３のように変えたシート体からなる袋状セパレータを用いた電池Ｎｏ.８〜１２を作製した。
【００２９】
【表３】
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【００３０】
なお、シート体は押出し成形されるため、凹部３は抜きテーパ形状が好ましい。Ｅの変化に合わせてＦも適当に設定したが、比率Ｗが１．６より小さいと凹部３の形状が鋭角になりすぎ、シート体がダイスから離型しがたくなった。また、比率Ｗが２．６を超えると、凸状リブ２の頂部からの押圧力が大きくなったとき、凸状リブの形状が維持できず好ましくない。
【００３１】
＜比較例＞
凹部３を設けない表４のシート体からなる袋状セパレータを用いた電池Ｎｏ.１３を作製した。
【００３２】
【表４】
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【００３３】
（評価）
各電池を雰囲気温度８０℃の高温槽に置き、ＪＩＳ５３０１規定の振動試験方法で振幅２．５ｍｍ、加速度２９．４ｍ／ｓ２の上下振動を与え、充電電圧１４．８Ｖで定電圧充電して電流を計測する。
【００３４】
通常、定電圧制御された電池は、通電時間中、電流は比較的安定した値で推移する。しかし、上記振動と過充電により袋状セパレータが損傷すると、正極板と負極板が短絡し電流値が上昇する。今回用いた電源の制限電流が２５Ａであったため、この電流値に至る時間を寿命時間とした。
【００３５】
前記比率Ｋの値を変えた各電池の寿命時間を表５に示す。
【００３６】
【表５】
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【００３７】
上記結果から、比率Ｋ＝０．３５〜０．５５の範囲でＮｏ．１３を超える寿命時間となった。試験後に各電池を解体したところ、Ｎｏ.１３では、正極板に凸状リブの頂部が凸状リブの頂部が当接するセパレータの凸状リブ周辺と、図５の袋状セパレータの底辺部分で損傷が見られた。これは、図７に示すように、凸状リブ２と正極板８とは接触面積が少ないため、矢印で示す振動による応力により、凸状リブが磨耗、損傷しやすいためである。
【００３８】
対して、凹部３を設けたＮｏ.１〜７では、凸状リブ周辺の損傷はＮｏ.１３ほど見られなかったため、袋状セパレータの底辺部分の損傷で寿命に至ったといえる。これは、図７に示すように、振動による応力により凸状リブに加わる圧力を、凹部３が変形して吸収し、さらに周辺部に応力を矢印のように逃がすためである。Ｎｏ.２がＮｏ.１３より短寿命となったのは、セパレータのベース厚みに占める凹部の体積が大きいため、セパレータ全体の強度が低下したためと考えられる。また、Ｎｏ.２がＮｏ.１３より短寿命となったのは、上記凹部の占める体積が小さく、振動吸収効果が十分でないと考えられる。
【００３９】
比率Ｋ＝０．５５で、比率Ｗの値を変えた電池の寿命時間を表６に示す。
【００４０】
【表６】
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【００４１】
上記結果から、比率Ｗ＝１．６〜２．４の範囲でＮｏ．１３を超える寿命時間となった。Ｎｏ.１２がＮｏ.１３より短寿命となったのは、セパレータのベース厚みに占める凹部の体積が大きいため、セパレータ全体の強度が低下したためと考えられる。
【００４２】
以上のように本発明では、負極板を収容した袋状セパレータの外側に、その頂部が正極板に当接する凸状リブを配置し、凸状リブの配置位置に対応する内面に凹部を設けることで、対振動寿命を改善することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１…シート体、２…凸状リブ、３…凹部、４…袋状セパレータ、５…第１ダイス部材、６…第２ダイス部材、７…負極板、８…正極板、１０…エキスパンド格子体、１１…耳部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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