(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極活物質が充填された格子部と、前記格子部と連続した集電を担う格子耳部から構成される格子体を備えた制御弁式鉛蓄電池用正極板において、
前記格子耳部の厚みｔが３ｍｍ以上で、前記格子耳部の幅ｗ［ｍｍ］と厚みｔ［ｍｍ］の比；ｗ／ｔが２．７５以上、３．５０以下、且つ、
前記格子部に充填された正極活物質の理論容量Ｃ［Ａｈ］と前記格子耳部の断面積Ｓ［ｍｍ２］との比；Ｃ／Ｓが、２．７５［Ａｈ／ｍｍ２］以上、３．５０［Ａｈ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする制御弁式鉛蓄電池用正極板。
【請求項２】
請求項１記載の正極板を用いたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池の長寿命化に関し、具体的には鉛蓄電池の短寿命化の原因となる正極の格子体腐食による正極板の格子耳部の損壊が抑制できる格子耳部の形状に関する。
【背景技術】
【０００２】
据置用や電力貯蔵用などの長寿命が求められる鉛蓄電池は、主に正極格子の腐食による変形、導電性低下で寿命となることが知られている（例えば、特許文献１、２参照）。
その際、格子耳部には応力が集中して、格子耳部が破損する場合や、破損しかかった格子耳部に電流が集中して、格子耳部の溶断を引き起こす場合があるため、格子耳部には一定の強度、すなわち断面積が確保されている。
【０００３】
特に、格子体の腐食が主な寿命制限因子の場合、格子部の厚みを厚くすることでも寿命延伸を図ることもできるが、通常は、格子部を厚くするとともに格子耳部も同様に厚くして、その断面積を確保している。しかしながら、格子部や格子耳部の厚みが厚くなると、鋳造巣が形成されやすくなり、特に格子耳部の鋳造巣から腐食が進行して破断に至った場合、短寿命になってしまう問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６０−３００５７号公報
【特許文献２】特開２００４−２５３３２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような状況に鑑み、本発明は鉛蓄電池の長寿命化を図るべく、鉛蓄電池の短寿命化の原因となる正極の格子体腐食による正極板の耳部の損壊が抑制できる形状の正極板の格子耳部を提供すると共に、この格子耳部を備える正極板、及び、この正極板を備える制御弁式鉛蓄電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の発明は、正極活物質が充填された格子部と、その格子部と連続する集電を担う格子耳部から構成される格子体を備えた制御弁式鉛蓄電池用正極板において、前記格子耳部の厚みｔが３ｍｍ以上で、前記格子耳部の幅ｗ［ｍｍ］と厚みｔ［ｍｍ］の比；ｗ／ｔが２．７５以上、３．５０以下、且つ、前記格子体に充填された正極活物質の理論容量Ｃ［Ａｈ］と前記格子耳部の断面積Ｓ［ｍｍ２］との比；Ｃ／Ｓが、２．７５［Ａｈ／ｍｍ２］以上、３．５０［Ａｈ／ｍｍ２］以下であることを特徴とする。
【０００７】
本発明の第２の発明は、第１の発明における正極板を用いたことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池（以下、ＶＲＬＡ電池とも称す。）である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、正極板の格子耳部を格子腐食に強い形状とした制御弁式鉛蓄電池の正極板を提供することによって、鉛蓄電池の長寿命化に大きく寄与し、工業上顕著な効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】制御弁式鉛蓄電池（ＶＲＬＡ電池）の正極板を構成する格子体の模式図である。
【図２】格子耳部の代表的な形状を示す図である。
【図３】本発明で規定した格子耳部の幅ｗを説明する図である。
【図４】格子耳部の幅−厚み関係における鋳造巣発生枚数のマッピング図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に、ＶＲＬＡ電池に使用される正極板を構成する格子体の模式図を示す。１は格子体、２は格子部、３は格子耳部である。
【００１１】
また、格子体１の上端片側に、活物質からの集電をするための格子耳部３が設けられている。
この格子体１の格子耳部３によって形成される格子耳部の代表的な形状を図２に示す。図２において、ｔは格子耳部１２の厚みを表しているが、通常格子耳部１２は、その断面が両凸形状のように作製されるために、一義的に格子耳部の幅を決定できない。
そこで、本発明では、図３に示すように、体積を変化させないで格子耳部１２の断面形状を長方形とした場合の格子耳部の幅を、格子耳部の幅ｗとし、格子耳部の幅ｗと厚みｔを乗じたもの（ｗ×ｔ：ｗｔ）を、その断面積Ｓとして用いている。
【００１２】
このような正極の格子体腐食について鋭意研究を重ねた結果、格子耳部の形状と格子部に充填する正極活物質量、即ち理論容量で表す値との関係を見出し、本発明に至ったものである。
具体的には、格子耳部の形状のうち、その幅ｗ［ｍｍ］と厚みｔ［ｍｍ］、及び格子耳部の断面積Ｓ［ｍｍ２］が、格子部に充填される正極活物質の理論容量Ｃ［Ａｈ］との関係において、格子腐食に大きく係わることを見出したもので、特に格子耳部の幅ｗと厚みｔの比；ｗ／ｔと、格子部に充填される正極活物質の理論容量Ｃと格子耳部の断面積Ｓとの比；Ｃ／Ｓ［Ａｈ／ｍｍ２］との関係が腐食に対して大きな影響を与えていることを見出した。
【００１３】
ところで、格子耳部の幅ｗと厚みｔの比；ｗ／ｔは耳部の扁平率を意味している。
一般に、鋳造において、内部に生じる欠陥である鋳造巣は、鋳型に流した溶湯（本願では鉛）が凝固する際の体積変化（収縮）によって形成されることが知られていて、例えば鋳型の形状が円形に近いほど鋳造物は外周部と内部の温度差が大きくなりやすいことから、このような鋳型を用いれば、外周部が冷えて固まる際には内部まで冷えておらず、内部が冷えて固まる際には外周部の鉛は既に凝固して収縮した状態になっているので、内部の鉛を凝固させるだけの体積を確保することができなくなって、その部分が鋳造巣となる。
【００１４】
そこで、本発明では耳部形状における鋳造巣の発生し難さ、あるいは発生し易さの尺度として、耳部幅と厚みの比；ｗ／ｔ（耳部の扁平率）の範囲を規定した。
その範囲の下限は２．７５で、耳部の厚みが３．０［ｍｍ］以上の場合に、２．７５以上、望ましくは２．７５以上、３．５０以下である。ｗ／ｔが小さいほど正方形に近い断面となり、それが大きいほど扁平な断面となって、極板が当接する面方向の曲げ強度が低下する。特に、正極板では、格子体の腐食が進行すると、極板は縦方向に伸びる傾向があるため、格子耳部やストラップに応力がかかりやすくなることを考慮しつつ物理的強度も考慮して、ｗ／ｔの上限値に対応させてｔの下限値を３ｍｍとしたうえで、経験的に３．５０とした。
なお、格子耳部の厚みが３［ｍｍ］未満の場合には、鋳造巣ができにくいので、ｗ／ｔの値が規定した範囲を逸脱していても、格子耳部に形成される鋳造巣を原因とする格子耳部の損壊は防止できるが、格子耳部の物理的強度を考慮して上記範囲を満足させるようにすることが望ましい。
【００１５】
一方、理論容量と耳部の断面積の比；Ｃ／Ｓが意味するところは、理論容量分の正極活物質量と鋳造巣ができにくい格子耳部の形状を関係付けるものである。
即ち、鋳造巣の発生を防ぐためには、鋳造時における格子耳部の内部の温度勾配を少なくする必要があり、そのための鋳造に係る理論容量と格子耳部の形状、特にその断面積を考慮して、そのＣ／Ｓ［Ａｈ／ｍｍ２］の範囲を、２．７５以上、５．００以下とした。
格子耳部の物理的強度を考慮して、その上限を５．００［Ａｈ／ｍｍ２］とし、鋳造巣が形成されず、物理的強度も確保できることを考慮してその下限を２．７５［Ａｈ／ｍｍ２］とした。
【００１６】
さらに、鋳造巣が生じない格子耳部を形成するには、先に規定した格子耳部の幅と厚みの比；ｗ／ｔ、及び格子部に充填される正極活物質の理論容量と格子耳部の断面積の比；Ｃ／Ｓの両者の範囲を満足することが重要である。
即ち、格子耳部の幅と厚みの比；ｗ／ｔ（耳部の扁平率）の範囲が、２．７５以上、３．５０以下で、且つ理論容量と格子耳部の断面積との比；Ｃ／Ｓ［Ａｈ／ｍｍ２］の範囲が、２．７５以上、５．００以下である。
【実施例】
【００１７】
以下、実施例を用いて本発明を詳細する。
【００１８】
格子耳部３の各寸法が異なる、図１のような正極活物質の充填面の厚みが６ｍｍの格子体１をそれぞれ作製した。その耳部寸法を表１に示す。
これらの正極活物質の充填面のデザインは、同一で理論容量２４２ＡｈのＰｂＯ２が充填できるものである。
【００１９】
表１に示す寸法の格子体をそれぞれ１００枚ずつ、その耳部断面を観察し、耳部断面に鋳造巣が発生している枚数を評価した。その結果を表１に併せて示す。
【００２０】
【表１】
0005787086.tif 000002
【００２１】
さらに、この表１の結果を「耳部幅−耳部厚」関係の散布図に、マッピングした結果を図４に示す。
表１および図４の結果から、ｗ／ｔが２．７５未満では、実施例の範囲内（２．５〜３．５）のＣ／Ｓにおいて、鋳造巣が発生しているが、Ｃ／Ｓの値が大きくなるにつれ、鋳造巣の発生は減少している。一方、Ｃ／Ｓが２．７５未満では、実施例の範囲内（２．５〜３．５）のｗ／ｔにおいて、格子耳部に鋳造巣の発生が見られたが、ｗ／ｔの増加と共に発生頻度は減少している。
【００２２】
従って、格子耳部の幅ｗ［ｍｍ］と、その厚みｔ［ｍｍ］は、その比；ｗ／ｔが２．７５以上で、且つ格子部に充填された正極活物質の理論容量Ｃ［Ａｈ］と格子耳部の断面積Ｓ［ｍｍ２］の比；Ｃ／Ｓが２．７５［Ａｈ／ｍｍ２］以上であれば、鋳造巣が発生しない格子体が得られていることがわかる。
【符号の説明】
【００２３】
１    格子体
２    格子部
３    格子耳部
１２    格子耳部
ｗ    格子耳部の幅
ｔ    格子耳部の厚み
Ｃ    格子部に充填される正極活物資の理論容量
Ｓ    格子耳部の断面積
【図１】
0005787086.tif 000003
【図２】
0005787086.tif 000004
【図３】
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【図４】
0005787086.tif 000006