(57)【要約】【課題】軽量化された格子を採用しつつ、エンジン始動性能をはじめとした総合特性が高い鉛蓄電池を提供する。【解決手段】少なくとも上枠骨と網目状の中骨とで構成された鉛合金からなる格子の中骨に、鉛を主体とした活物質を充填してなる正極および負極を有する鉛蓄電池であって、正極の中骨の断面積が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2であり、正極および負極の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体の単位面積当たりの重量が９〜１３ｇ／ｍ2であることを特徴とする。【選択図】図１
2011233389.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも上枠骨と網目状の中骨とで構成された鉛合金からなる格子の中骨に、鉛を主体とした活物質を充填してなる正極および負極を有する鉛蓄電池であって、
前記正極における前記中骨の断面積が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2であり、
前記正極および前記負極の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体の単位面積当たりの重量が９〜１３ｇ／ｍ2であることを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記格子が、鉛合金シートに切り目を加えつつ幅方向に展開するエキスパンド格子であることを特徴とする、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】
本発明は鉛蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は自動車のセルスタータに用いられるが、近年の環境配慮型の自動車の普及に伴って、これらの自動車に搭載される鉛蓄電池についても、燃費向上のため軽量化が要求されるようになっている。
【０００３】
鉛蓄電池は、鉛合金からなる格子に鉛を主体とした活物質を充填してなる正極および負極を、セパレータを介して交互に組み合わせて極板群を形成し、複数のセル室を有する電槽にこの極板群を挿入し、隣り合うセル室の極板群を直列に接続して電槽の上部を蓋で封口した後、電解液を注入することで構成されている。この格子は形状を保持するための上枠骨および／あるいは下枠骨と、活物質を効率的に充填しつつ活物質と電気的に接続させるための中骨とで構成される。鉛合金シートに切り目を加えつつ幅方向に引っ張って展開するエキスパンド格子の場合、中骨は菱形の網目状に形成される。
【０００４】
この格子を軽量化することは、活物質の軽量化による電池容量の減少とは無縁なため、鉛蓄電池全体の軽量化の施策として優れていると考えられる。ところが無作為に格子を軽量化すると、充放電サイクルの繰返しにより格子が伸びて対向する極板に到達して内部短絡を起こし、寿命特性が低下する。そこで鉛蓄電池の寿命特性を低下させずに軽量化を達成するため、例えば特許文献１のように、格子の中央部の中骨の断面積を０．７２ｍｍ2程度に抑えることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１３２８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら特許文献１の構成を採った場合、寿命特性の低下は抑制できるものの、低温下では高率放電特性が低下し、エンジン始動性能が顕著に低下した。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであって、軽量化された格子を採用しつつ、エンジン始動性能をはじめとした総合特性が高い鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、少なくとも上枠骨と網目状の中骨とで構成された鉛合金からなる格子の中骨に、鉛を主体とした活物質を充填してなる正極および負極を有する鉛蓄電池であって、正極の中骨の断面積が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2であり、正極および負極の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体の単位面積当たりの重量が９〜１３ｇ／ｍ2であることを特徴とする。
【０００９】
また請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、格子が、鉛合金シートに切り目を加えつつ幅方向に展開するエキスパンド格子であることを特徴とする。
【００１０】
エンジン始動性能に代表される高率放電特性は、主に電気抵抗に支配されることが知られていた。今回、軽量化された格子を用いつつ低温下においても十分なエンジン始動性能を確保するために、発明者は電極反応全体のバランスに着目し、正極および負極の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体の適正化による反応抵抗の低減に着手した。
【００１１】
紙状体はセルロースなどのパルプ繊維を主体としており、鉛を主体としたペースト状の活物質を格子に充填してなる極板（正極および負極）を複数枚重ねて熟成乾燥させる際に、未乾燥状態の極板どうしが付着することを防止するために用いられている。この紙状体は正極および負極の表面に貼り合わされているため、活物質と電解液との接触を部分的に妨げ、僅かながら反応抵抗となる。
【００１２】
発明者が鋭意検討した結果、低温下では電解液（硫酸）の粘性が高まるため、格子の中骨の断面積に反比例する電気抵抗に加えて、紙状体（極板の表面を覆うパルプ繊維の存在状態）に依存する反応抵抗も影響することがわかった。すなわち紙状体が厚すぎてパルプ繊維の存在数が増すことも、紙状体が薄すぎてパルプ繊維の粗密にムラがあることも、エンジン始動性能（高率放電特性）の低下を招くことがわかった。
【００１３】
本発明は上述した種々の知見を活用し、寿命特性を勘案しつつ十分に軽量化された格子（中骨の断面積が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2）を正極に用いた場合、紙状体の単位面積当たりの重量（以下、坪量と称する）を９〜１３ｇ／ｍ2とすることで、十分なエンジン始動性能を有する鉛蓄電池を提供するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように本発明によれば、格子が伸びて内部短絡を起こし寿命特性が低下する不具合を回避しつつ、十分なエンジン始動性能を有する鉛蓄電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】（ａ）本発明の鉛蓄電池に用いる極板の格子の一例を示す概略図、（ｂ）同部分断面図
【図２】本発明の鉛蓄電池に用いる極板の一例を示す概略図
【図３】本発明の鉛蓄電池に用いる極板の製造工程の一例を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明を実施するための形態について、図と実施例とを用いて説明する。
【００１７】
図１は本発明の鉛蓄電池に用いる極板の格子の一例を示しており、（ａ）は概略図、（ｂ）は部分断面図である。格子１は、形状を保持するための上枠骨１ａおよび下枠骨１ｂと、活物質を効率的に充填しつつ活物質と電気的に接続させるための中骨１ｃとで構成される。なお上枠骨１ａは、複数の極板を集合溶接する際に用いられる耳部１ｄと連なっている。なお格子１の形状を強固に保持するためには上枠骨１ａと下枠骨１ｂの双方があることが好ましいが、上枠骨１ａだけであっても本発明の構成となり得る。
【００１８】
図２は本発明の鉛蓄電池に用いる極板の一例を示す概略図である。極板２は、格子１の中骨１ｃに鉛を主体とした活物質３を充填し、かつ紙状体４を表面に貼り合わせて構成される。なお活物質３は通常、添加剤を加えた上に希硫酸や水で混練した活物質ペーストの状態で中骨１ｃに充填されるため、複数枚重ねて熟成乾燥させる際に、未乾燥状態の極板２どうしが付着する虞がある。そのため紙状体４を極板２の表面に貼り合わせて、極板２どうしの付着を防止している。
【００１９】
本発明は、正極に用いる格子１の中骨１ｃの断面積（図１（ｂ）における領域Ａ）が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2であり、正極および負極の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体４の単位面積当たりの重量が９〜１３ｇ／ｍ2であることを特徴とする。
【００２０】
紙状体４はセルロースなどのパルプ繊維を主体としており、鉛を主体としたペースト状の活物質３を格子１に充填して所定寸法に切断してなる極板２を複数枚重ねて熟成乾燥させる際に、未乾燥状態の極板２どうしが付着することを防止するために用いられている。極板２の表面に貼り合わされた紙状体４は活物質３と電解液との接触を部分的に妨げ、僅かながら反応抵抗となる。
【００２１】
発明者が鋭意検討した結果、低温下では電解液（硫酸）の粘性が高まるため、格子１の中骨１ｃの断面積に反比例する電気抵抗に加えて、紙状体４（極板の表面を覆うパルプ繊維の存在状態）に依存する反応抵抗も影響することがわかった。すなわち紙状体４が厚すぎてパルプ繊維の存在数が増すことも、紙状体４が薄すぎてパルプ繊維の粗密にムラがある（極板２の表面の所定箇所のみがパルプ繊維に覆われるために電極反応が不均一化する）ことも、エンジン始動性能（高率放電特性）の低下を招くことがわかった。
【００２２】
本発明はこれらの知見を活用したものであって、寿命特性を勘案しつつ十分に軽量化された格子１（中骨１ｃの断面積が０．５８５〜０．８２５ｍｍ2）を少なくとも正極に用いた鉛蓄電池において、紙状体４の坪量を９〜１３ｇ／ｍ2とすることで、十分なエンジン始動性能を実現するものである。
【００２３】
続いて、本発明の鉛蓄電池に用いる極板の製造工程に基づいて、本発明の概要をさらに説明する。
【００２４】
図２は本発明の鉛蓄電池に用いる極板の一例を示す概略図であり、エキスパンド工法で格子１を製造する場合を示している。格子１の前駆体である鉛シート５は、エキスパンド加工機７を経ることによって格子１の連続体となる。なおエキスパンド加工機７は、鉛シート５に対して流れ方向と平行になるように切り目を刻む機能と、切り目を刻んだ後の鉛シート５を幅方向に展開し格子１の連続体とする機能とを有する。
【００２５】
一方で活物質３の主体である鉛と種々の添加物を水および硫酸で混練し、活物質ペースト６を作製する。そしてホッパー８から格子１の連続体（主に中骨１ｃの連続体）に活物質ペースト６を供給して充填するのだが、この際に格子１（主に中骨１ｃ）を挟むように紙状体４を連続供給することで、極板２の連続体を作製する。そしてこの極板２の連続体を所定寸法に切断することで、極板２を作製する。
【００２６】
さらに、表面に紙状体４を貼り合わせた極板２を複数枚重ねて乾燥する。そして乾燥後の正極と負極とを、セパレータを介して対峙するように組み合わせて極板群を作製し、この極板群を電槽の各セル室に収納し、電解液を加えて化成することで、正極の活物質３は二酸化鉛、負極の活物質３は海綿状鉛へとそれぞれ変化し、本発明の鉛蓄電池が構成される。
【００２７】
ここで格子１（鉛シート５）の材料には、鉛−錫や鉛−カルシウムなどの鉛合金を用いることができる。また寿命特性の改善などを目的に、この格子１（鉛シート５）に鉛−錫−アンチモン合金などの箔を貼り付けることもできる。そして格子１の中骨１ｃの断面積については、極板２の断面を顕微鏡で観察して実寸から求める方法のほかに、エキスパンド工法からなる格子１の場合には鉛シート５の厚み（ｔ）と切り目の幅（Ｗ）との積（ｔＷ）として求めることもできる。なおエンジン始動性能は正極に支配されるため、公知の負極を適宜用いることができる代わりに、正極は格子１の中骨１ｃの断面積を０．５８５〜０．８２５ｍｍ2とする必要がある。
【００２８】
さらに紙状体４の坪量は、極板２に貼り合わせる前に予め測定または指定するほかに、極板２の表面に付着したパルプ繊維を回収し測定した重量（Ｐ）を極板２の面積（Ｄ）で除す（Ｐ／Ｄ）ことで、分解後の鉛蓄電池から求めることもできる。
【００２９】
次に実施例を示し、図３の製造工程に従って作製された本発明の鉛蓄電池の効果を説明する。
【実施例】
【００３０】
鉛シート５の厚みと切り目の幅とを変更することで、中骨１ｃの断面積が異なる種々の格子１をエキスパンド工法で作製し、これらに活物質３を充填してから所定寸法に切断し、複数枚重ねて乾燥することで、活物質３の充填量を揃えた種々の正極（縦１１３．９ｍｍ、横１３７．５ｍｍ）を作製した。一方で中骨１ｃの断面積が０．４９ｍｍ2である格子１に活物質３と添加物である硫酸バリウムおよびリグニン化合物とを充填して乾燥することで、負極（縦１１５．０ｍｍ、横１３７．５ｍｍ）を作製した。これらの正極および負極の両面には、種々の坪量を有する紙状体４を貼り付けた。そしてこの正極と負極とをセパレータ（材質：ポリエチレン）を介して組み合わせた極板群を電槽の各セル室に収納し、電槽の開口部に蓋を接着してから電解液（硫酸）を注入し、２７Ａ×７時間の条件で化成することで、１２Ｖ５５Ａｈの自動車用鉛蓄電池を作製した。
【００３１】
これらの鉛蓄電池について、エンジン始動性能の尺度となる高率放電特性（ＪＩＳ−Ｄ５３０１に準拠、−１５℃下で０．２Ｃ放電における５秒目の電圧）と、寿命特性（ＪＩＳ−Ｄ５３０１の７５℃雰囲気下の軽負荷寿命試験に準拠、クランキング電流（５８２Ａ）放電にて５秒目電圧が７．２Ｖを下回るか充放電中に極端な温度上昇があるかまでの充放電回数）を評価した。併せて、条件ごとに１００個ずつ作製した極板群を電槽の各セル室に収納する際に極板が破損したものを不良としてその個数をカウントした。以上の結果をまとめたものを、（表１）に示す。
【００３２】
【表１】
2011233389.tif 000003
【００３３】
中骨１ｃの断面積が本発明の好適範囲を下回った場合（比較例３）、十分な寿命特性を得ることができなかった。一方で中骨１ｃの断面積が本発明の好適範囲を上回った場合（比較例１）、格子１に比例して大きくなる極板２の厚みの和が過剰となって、電槽の各セル室に極板群をスムーズに収納できなくなった。そしてこの不具合を回避するには、格子１（中骨１ｃ）に充填する活物質３を減量する必要が生じるため、電池の理論容量を小さくせざるを得なくなる。したがって中骨１ｃの断面積は、０．５８５〜０．８２５ｍｍ2とする必要がある。
【００３４】
但し中骨１ｃの断面積が本発明の好適範囲であっても、紙状体４の坪量が本発明の好適範囲を下回った場合（比較例４）も上回った場合（比較例２）も、ともに十分な高率放電特性を得ることができなかった。比較例２の場合、紙状体４のパルプ繊維が過剰に極板２の表面に存在することで反応抵抗が過剰になったと考えられる。また比較例４の場合、紙状体４のパルプ繊維が均一に拡散できずに分布に粗密ムラが生じ、極板２の表面の所定箇所だけがパルプ繊維に覆われるために電極反応が不均一化し、却って高率放電特性が低下したと考えられる。
【００３５】
以上の結果から、十分なエンジン始動性能と寿命特性とを有し、かつ理論容量の大きい鉛蓄電池を安定して製造供給するためには、格子１の中骨１ｃの断面積を０．５８５〜０．８２５ｍｍ2とし、かつ極板２の少なくとも一方の表面に貼り合わされた紙状体４の単位面積当たりの重量を９〜１３ｇ／ｍ2とする必要がある。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、エンジン始動性能と寿命特性とに優れた高容量の鉛蓄電池を安定に供給できるので、産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【００３７】
１    格子
１ａ  上枠骨
１ｂ  下枠骨
１ｃ  中骨
２    極板
３    活物質
４    紙状体
５    鉛シート
６    活物質ペースト
７    エキスパンド加工機
８    ホッパー
【図１】
2011233389.tif 000004
【図２】
2011233389.tif 000005
【図３】
2011233389.tif 000006