(57)【要約】【課題】電池用のエキスパンド格子体において、枠骨の存在しない格子体側部の強度低下を抑制することによって、ストランドの変形や活物質の脱落を抑制するとともに、特に正極の格子体において発生する格子体の伸びを抑え、これらに起因する電池の寿命低下を抑制できる信頼性にすぐれた電池用格子体とこれを用いた電池を提供する。【解決手段】導電体シートにスリットを千鳥状に形成し、前記スリットを展開してなるエキスパンド網目を備えた電池用エキスパンド格子体であって、前記エキスパンド格子体は第１のエキスパンド網目と第２のエキスパンド網目を備え、前記第１のエキスパンド網目と前記第２のエキスパンド網目間に前記スリット形成方向に連続する第１の非スリット部を設けたことを特徴とする電池用エキスパンド格子体。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電体シートにスリットを千鳥状に形成し、前記スリットを展開してなるエキスパンド網目を備えた電池用エキスパンド格子体であって、前記エキスパンド格子体は第１のエキスパンド網目と第２のエキスパンド網目を備え、前記第１のエキスパンド網目と前記第２のエキスパンド網目間に前記スリット形成方向に連続する第１の非スリット部を設けたことを特徴とする電池用エキスパンド格子体。
【請求項２】
前記第１のエキスパンド網目の前記第１の非スリット部と対向する一端に第２の非スリット部を備え、この第２の非スリット部に一体に集電耳を備えるとともに、前記第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）を前記第２の非スリット部の幅寸法（Ｎｂ）以下とした電池用エキスパンド格子体。
【請求項３】
前記導電体シート材としてＰｂ合金を用いたことを特徴とする鉛蓄電池に用いる請求項１もしくは２に記載の電池用エキスパンド格子体。
【請求項４】
前記Ｐｂ合金は０．０４〜０．１０質量％のＣａを含み、０．１０〜２．０質量％のＳｎを含み、残部ＰｂからなるＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金であることを特徴とする鉛蓄電池に用いる請求項３に記載の電池用エキスパンド格子体。
【請求項５】
請求項１もしくは請求項２の電池用エキスパンド格子体を用いた電池。
【請求項６】
請求項３もしくは請求項４の電池用エキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電池の格子体として用いるエキスパンド格子体の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池の活物質から電流を外部に導出する格子体として様々なものが用いられている。例えば鉛蓄電池では溶融鉛合金を鋳型に流し込み、冷却凝固させた鋳造格子体や鉛合金シートに開口処理を施したものを用いる。
【０００３】
リチウム２次電池等の鉛蓄電池以外の電池系においてはＣｕ、Ａｌ合金等の導電体シート上に活物質層を形成し、切断して単一極板とする事が行われている。このように導電体シートにはなんらの開口処理を施すことなく、そのまま活物質層を形成することもあるが、設計上、導電体シートに開口処理を施し、この開口処理部に活物質層を形成することも行われている。
【０００４】
導電体シートに開口処理を行う手法としては開口形状に応じた抜型でパンチング加工を行ったり、導電体シートにスリットを千鳥状に形成し、このスリット部を展開してエキスパンド網目を形成する手法が採用されている。パンチング加工による開口処理は比較的簡便な製造設備で行うことができるが、開口処理を行った際のパンチング屑が発生する。このパンチング屑は再生使用できるものの、材料ロスや再生費用が生じ、電池の製造コストを増加させる一因となっている。
【０００５】
一方、エキスパンド網目はパンチング加工に比較して複雑な製造設備が必要であるが、開口部を形成するにあたっての材料ロスは生じない。したがって、材料ロスを収集して再利用するための再生費用も抑制できるため、これらに起因する製造コストの増加を抑えることができる。
【０００６】
このように生産性に優れたエキスパンド加工ではあるが、別の課題も抱えている。エキスパンド格子体６は一般的に図１に示した構造を有している。エキスパンド網目１の上部と下部にはそれぞれ無地部２が形成され、少なくとも一方の無地部２ａに集電耳部３が形成されている。その構造上、エキスパンド網目１の側部４は連続生産されるエキスパンド網目１を切断加工した時の切断面となる。そしてエキスパンド網目１に電池の活物質（図示せず）が充填される。この切断面には無地部２ａ，２ｂのような枠が存在せず、ストランド５が露出した状態となるため、この側部４の強度は無地部２ａ，２ｂを形成した部分に比較して著しく低下する。
【０００７】
一方、電池は常に小形軽量化、高出力化が要請されており、これらを目的として、格子体厚みをより薄くすることが行われている。これにより、格子体の機械的強度は低下する。このような格子体の機械的強度の低下は極板の機械的強度の低下につながる。その結果、極板の集積工程や電池組立工程で、格子体６の側部に対応するストランド５が変形したり、このストランド５の周囲の活物質（図示せず）が格子体６から脱落することがあった。この変形したストランド５や格子体６から脱落した活物質は正極と負極の短絡を引き起こすことがあり、電池の寿命が急激に低下するという課題があった。
【０００８】
このようなエキスパンド格子体を用いた極板の強度低下と活物質の脱落を抑制するために、特許文献１にはエキスパンド格子体に活物質を充填した後、極板表面に保護シートを貼りつけ、極板切断面に保護シートを構成する繊維を圧着し、切断面（極板側部に相当）を保護することが記載されている。この方法を用いた場合、活物質中の水分が保護シートに浸透して、極板表面に密着しているが、極板を乾燥すると保護シートが極板表面から剥離してしまい、保護シートの保護機能が損なわれるという問題がある。
【０００９】
また、エキスパンド格子体は側部に枠骨を有しないため、格子体を正極に用いた場合は腐食によって、エキスパンド展開方向に沿って伸びる傾向がある。前述のような軽量化されたエキスパンド格子体は強度が低下しているため、伸び量が増加する傾向にある。腐食初期に格子体は下方向（図１におけるエキスパンド展開方向）に伸びる。腐食が進行して電槽底部に無地部２ａが接触すると下方向への伸びが制限されるため、格子体は上方向へと伸びる。無地部２ａの集電耳部３の付け根近傍は集電耳部３がストラップ（図示せず）によって固定されているために、伸びの進行は制限される。ところが、無地部２ａの集電耳３の付け根近傍以外は上方向に伸び、図１の点線で示したような形状に格子体６が変形する。
【００１０】
この変形によって、格子体６が負極ストラップ（図示せず）や負極板（図示せず）等の負極部材と接触して短絡し、短寿命になるという課題があった。
【００１１】
【特許文献１】
特開昭６０−４１７５７号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したような電池用のエキスパンド格子体において、枠骨の存在しない格子体側部の強度低下を抑制することによって、ストランドの変形や活物質の脱落を抑制するとともに、特に正極の格子体において発生する格子体の伸びを抑え、これらに起因する電池の寿命低下を抑制できる信頼性にすぐれた電池用格子体とこれを用いた電池を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、導電体シートにスリットを千鳥状に形成し、前記スリットを展開してなるエキスパンド網目を備えた電池用エキスパンド格子体であって、このエキスパンド格子体は第１のエキスパンド網目と第２のエキスパンド網目を備え、前記第１のエキスパンド網目と前記第２のエキスパンド網目間に前記スリット形成方向に連続する第１の非スリット部を設けたことを特徴とする電池用エキスパンド格子体を示すものである。
【００１４】
次に本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の電池用エキスパンド格子体において、第１のエキスパンド網目の前記第１の非スリット部と対向する一端に第２の非スリット部を備え、この第２の非スリット部に一体に集電耳を備えるとともに、前記第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）を前記第２の非スリット部の幅寸法（Ｎｂ）以下とした電池用エキスパンド格子体を示すものである。
【００１５】
また、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１もしくは２の電池用エキスパンド格子体において、前記導電体シート材としてＰｂ合金を用いたことを特徴とする鉛蓄電池に用いる電池用エキスパンド格子体を示すものである。
【００１６】
次に、本発明の請求項４に係る発明は請求項３の電池用エキスパンド格子体において、前記Ｐｂ合金は０．０４〜０．１０質量％のＣａを含み、０．１０〜２．０質量％のＳｎを含み、残部ＰｂからなるＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金であることを特徴とするものである。
【００１７】
そして、本発明の請求項５に係る発明は、請求項１もしくは請求項２の電池用エキスパンド格子体を用いた電池を示すものである。
【００１８】
さらに、本発明の請求項６に係る発明は、請求項３もしくは請求項４の電池用エキスパンド格子体を用いた鉛蓄電池を示すものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による電池用格子体を図面を用いて説明する。
【００２０】
図２は本発明による電池用の格子体１１を示す図である。
【００２１】
本発明による電池用の格子体１１は第１のエキスパンド網目１２と第２のエキスパンド網目１３を備えている。これらのエキスパンド網目は常法にしたがい、導電体シートに千鳥状のスリット（図示せず）を形成し、スリット部を図２の矢印Ｂで示した展開方向へ展開することによって形成することができる。
【００２２】
本発明の電池用の格子体１１には第１のエキスパンド網目１２と第２のエキスパンド網目１３間にスリット形成方向（図２中矢印Ａ方向）に連続する第１の非スリット部１４を設ける。このような構成にすることにより枠骨の存在しない格子体側部１５のストランド１６を保護して極板強度を高めることができる。結果として、ストランド１６の変形とこれによるエキスパンド網目に充填された活物質の脱落と、これらの起因する正極−負極間の短絡を抑制し、長寿命の電池を得ることができる。
【００２３】
また、第２のエキスパンド網目１３が腐食することによって、図２において矢印Ｃで示す上方向に伸びようとしても第１の非スリット部１４によって伸びを抑制することができる。
【００２４】
第１の非スリット部１４の幅寸法（Ｎａ）を広くすることにより、格子体強度を向上することができるが、反面、活物質の格子体への充填性や格子体重量増加から第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）は第１のエキスパンド網目１２の第１の非スリット部１４と対向する一端に第２の非スリット部１７の幅寸法（Ｎｂ）以下とすることが好ましい。また、格子体の伸びによる応力は下方に位置するエキスパンド網目量の差により、第２の非スリット部１７の方が第１の非スリット部１４よりも大である。したがって、この応力の大小に応じ、第１の非スリット部１４の幅寸法（Ｎａ）を第２の非スリット部１７の幅寸法（Ｎｂ）以下、すなわち、Ｎａ≦Ｎｂとすることが好ましい。なお、第２の非スリット部１７には集電耳部１８が一体に形成することができる。
【００２５】
さらに本発明においては図３に示すように第２のエキスパンド網目２１を第３の非スリット部２２で分割し、新たに第３のエキスパンド網目部２３を形成することも可能である。特に縦長形状の極板を製造する場合には上下方向の伸びを抑制できるので有効である。さらに極板の縦横比に応じて非スリット部をエキスパンド網目を横断するように追加していくことができる。この場合、エキスパンド網目に挟まれた非スリット部１４，２２の幅寸法（Ｎａ，Ｎｃ）は上方向に行くに従い順次大きくしていく、すなわち、Ｎｃ≦Ｎａとすることが好ましい。
【００２６】
上記の本発明の格子体に活物質を充填し、電池とすることによって、本発明の電池を得ることができる。この場合には従来発生していたストランド５の変形とこれによる活物質の脱落に起因する電池の短寿命を抑制する効果を得ることができる。この効果は本発明の電池格子体を正極、負極どちらに適用しても得ることができる。
【００２７】
一方、本発明が解決しようとする課題である正極における格子体腐食は鉛蓄電池においてより顕著に発生する課題であるので、本効果を得るためには格子体をＰｂ合金で構成し、鉛蓄電池の正極に適用すればよい。
【００２８】
この場合のＰｂ合金は０．０４〜０．１０質量％のＣａを含み、０．１０〜２．０質量％のＳｎを含み、残部ＰｂからなるＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金がエキスパンド加工に適した強度（５９Ｎ／ｍｍ2以下）と伸びを有していること、また、比較的良好な耐食性能を有しているので適切である。
【００２９】
なお、上記したような本発明による電池用格子体は従来から知られているレシプロ方式およびロータリーエキスパンド方式によって製造することができる。例えばレシプロ方式では図４に示したように、導電体シート３１に第２のエキスパンド網目３２を形成し、ローラー等で網目表面のウェーブを矯正した後、第１の非スリット部３３を確保するよう、再度エキスパンド加工を行って第１のエキスパンド網目３４を形成する。このようにレシプロ方式によっても作成可能ではあるが、２段階で加工を行うため、設備および生産コストの面で不利である。また、第１の非スリット部３３はエキスパンド加工時に塑性変形を受けざるを得ない。特に第１の非スリット部３３と第２のエキスパンド展開部３２が第１の非スリット部３３で折れ曲がった状態となり、別途矯正が必要となる。
【００３０】
一方、特開平３−２０４１２６号公報に記載されたような、いわゆるロータリエキスパンド工法は本発明の電池用エキスパンド格子体を作成するのに極めて適した方法である。このロータリーエキスパンド工法では図５に示したように、凸状加工刃４１を形成した円盤状カッタ４２の複数をこの円盤状カッタ４２の厚み以上に相当する間隔を設けて積層して構成したカッターロール４３の一対を凸状加工刃４１同士が対向するよう、一方のカッターロール４３の円盤状カッタ４２が他方のカッターロール４３の円盤状カッタ４２間に嵌めあった配置とする。
【００３１】
このカッターロール４３の対に導電体シート４４を送りこみ、凸状加工刃４１で導電体シート４４をせん断して図６に示したようにスリット５１を形成するとともに、スリット間に形成される線条部４５を導電体シート４４面から上下方向に円弧状に塑性変形により突出させる。そしてこのスリット５１間の無地部５２を交互に切断して図７に示したような千鳥状スリット５３を形成する。
【００３２】
本発明においてはカッターロール４３の第１の非スリット部１４に対応する位置に円盤状カッタ４２を配置しないことによって、図６および図７に示したように第１の非スリット部１４を形成することができる。その後、図７に示した導電体シート４４を幅方向に展開することによって、図２に示した本発明の電池用格子体１１を得ることができる。
【００３３】
上記したロータリーエキスパンド法によれば、製造設備はほぼ従来のままで、円盤状カッタの配置変更で本発明の電池用格子体１１を得ることができ、前記したレシプロ方式に比較して、極めて簡便に本発明の電池用格子体を構成できる。
【００３４】
また、ロータリーエキスパンド法によれば第１の非スリット部は塑性変形等の加工を受けないので、レシプロ方式で発生したような第１のエキスパンド網目１２と第２のエキスパンド網目１３が第１の非スリット部を境にして折れ曲がるといった現象は発生しないので、後工程での矯正を必要とせず、極めて好都合である。
【００３５】
【実施例】
＜実施例１＞
前記したロータリーエキスパンド法により、導電体シートとして圧延鉛シートを用いて図１に示した従来の鉛蓄電池用のエキスパンド格子体（格子体Ｆ）と図２に示した本発明による鉛蓄電池用のエキスパンド格子体（格子体Ａ〜Ｅ）を作成した。なお、この圧延鉛シートは組成がＰｂ−０．０６質量％Ｃａ−０．２５％質量Ｓｎで厚み０．７ｍｍものを使用した。これらエキスパンド格子体の網目の高さ寸法を２２．４ｍｍとし、本発明例のエキスパンド格子体においては集電耳が形成された第２の非スリット部の幅寸法（Ｎｂ）を３．０ｍｍとし、従来例のエキスパンド格子体においても無地部２ａの幅寸法（Ｎｅ）を３．０ｍｍとした。また、本発明によるエキスパンド格子体に設けた第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）を圧延鉛シートの厚みと同等である０．７ｍｍから順次増加させて、それぞれ１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍ、２．３ｍｍのものを作成した。なお、これらのエキスパンド格子体から定法により幅１３０ｍｍ、高さ１２０ｍｍの鉛蓄電池用負極板を作製した。
【００３６】
これら従来例および本発明例の負極板を各１００００枚作成し、ポリエチレンを主体とした袋状のセパレータに負極板を収納した。この収納工程において発生する極板側部の変形（以下、袋詰め不良という）の発生率を調査した。この結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
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【００３８】
表１に示した結果から、本発明例では従来例のものと比較して袋詰め不良率が顕著に低減出来ることがわかる。また、第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）は１．０ｍｍ以上に確保すれば、本実施例では不良率を０とすることができた。
【００３９】
＜実施例２＞
前記したロータリーエキスパンド法により、導電体シートとして圧延鉛シートを用いて図１に示した従来の鉛蓄電池用のエキスパンド格子体（格子体Ｇ）と図２および図３に示した本発明による鉛蓄電池用のエキスパンド格子体（それぞれ格子体Ｈ、格子体Ｊ）を作成した。なお、なお圧延鉛シートは組成がＰｂ−０．０６質量％Ｃａ−１．４％質量Ｓｎで厚み０．９ｍｍものを使用した。
【００４０】
これらエキスパンド格子体の単位網目の高さ寸法を１１．２ｍｍとし、図２および図３に示した本発明例のエキスパンド格子体Ｈ，Ｊにおいては集電耳が形成された第２の非スリット部の幅寸法（Ｎｂ）を３．０ｍｍとした。また、従来例のエキスパンド格子体Ｇにおいては無地部２ａの幅寸法（Ｎｅ）を３．０ｍｍとした。さらに、本発明によるエキスパンド格子体Ｈに設けた第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）を１．０ｍｍ、本発明によるエキスパンド格子体Ｊに設けた第１の非スリット部の幅寸法（Ｎａ）と第３の非スリット部の幅寸法（Ｎｃ）を１．０ｍｍとした。
【００４１】
これら従来例による格子体Ｇ、本発明例による格子体Ｈ，Ｊを用いて正極板を作成した。この正極板７枚と定法による負極板８枚を組合わせて８０Ｄ２６形の自動車用鉛蓄電池を作製した。
【００４２】
これらの鉛蓄電池について寿命試験を行った。寿命試験としてはＪＩＳ−Ｄ５３０１で規定されている軽負荷試験を７５℃気相雰囲気で行った。その結果を表２に示す。
【００４３】
【表２】
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【００４４】
表２に示した結果から本発明例の格子体Ｈ，Ｊを用いた電池Ｈおよび電池Ｊは従来例の格子体Ｇを用いた電池Ｇに比べて寿命サイクルが向上していることがわかる。これらの寿命試験終了後の電池について分解し、正極格子体の状態について観察を行った。その結果、従来例による電池Ｇでは格子腐食、活物質の膨張により極板が伸び活物質と格子の剥離が進行していた。一方、本発明例の電池Ｈ，Ｊでは正極板の伸びが抑制されていた。
【００４５】
【発明の効果】
以上、説明してきたように、本発明によれば電池用のエキスパンド格子体において、枠骨の存在しない格子体側部の強度低下を抑制することによって、ストランドの変形や活物質の脱落を抑制することができる。また、特に正極の格子体において発生する格子体の伸びを抑え、これらに起因する電池の寿命低下を抑制して、長寿命の電池を提供できることから、工業上、極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のエキスパンド格子体を示す図
【図２】本発明によるエキスパンド格子体を示す図
【図３】本発明による他のエキスパンド格子体を示す図
【図４】本発明のエキスパンド格子体の製造過程の概略を示す図
【図５】ロータリエキスパンド工法によるエキスパンド格子体の製造過程の概略を示す図
【図６】導電体シートにスリット形成する途中状態を示す図
【図７】導電体シートにスリット形成した状態を示す図
【符号の説明】
１    エキスパンド網目
２ａ，２ｂ    無地部
３    集電耳部
４    側部
５    ストランド
６    格子体
１１    格子体
１２  第１のエキスパンド網目
１３  第２のエキスパンド網目
１４  第１の非スリット部
１５  格子体側部
１６  ストランド
１７  第２の非スリット部
１８  集電耳部
２１  第２のエキスパンド網目
２２  第３の非スリット部
２３  第３のエキスパンド網目部
３１  導電体シート
３２  第２のエキスパンド網目
３３  第１の非スリット部
３４  第１のエキスパンド網目
４１  凸状加工刃
４２  円盤状カッタ
４３  カッターロール
４４  導電体シート
４５    線条部
５１    スリット
５２    無地部
５３    千鳥状スリット
【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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