(57)【要約】【課題】長期間にわたって使用しても電槽破壊等を発生することなく、高い信頼性を確保する。【解決手段】骨部１は、集電体の内側に配置されている。集電体は、鉛−カルシウム（０．０５％）−スズ（１．０％）−アルミニウム（０．０２％）合金を用い、ブックモールド鋳造法によって製造されている。本シール鉛蓄電池を長期にわたって使用した際に生じる集電体の伸びが吸収され、また、７０％の容量が保たれていることが確認された。すなわち、従来技術の集電体を使用したシール鉛蓄電池に比べて、寿命が２０％改善された。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板を、骨部と桟部とによって交互に組み合わせた集電体の全面に電極活物質が塗布されて極板が形成された鉛蓄電池であって、
前記骨部を前記集電体の内側に配置したことを特徴とする鉛蓄電池。
【請求項２】
前記骨部は、前記集電体の内側に方形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項３】
前記骨部は、前記集電体の内側に放射状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の鉛蓄電池。
【請求項４】
前記骨部は、少なくとも縦方向か横方向のいずれか一方の一部に、曲線状に形成された伸び吸収部を有することを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池。
【請求項５】
前記骨部は、前記集電体の内側に分割して形成され、それぞれの位置をずらして配置されていることを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池。
【請求項６】
前記集電体は、カルシウム（０．０４〜０．１重量％）とスズ（０．１〜２．５重量％）と、アルミニウムもしくは銀（０．００５〜０．０５重量％）とを含有する鉛合金を主成分とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の鉛蓄電池。
【請求項７】
前記集電体を電槽内に収納した状態において、前記正極板の側部および底部と前記電槽の内壁との離隔距離が前記正極板の幅、高さ寸法の５％以下であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して組み立てた極板群が硫酸と共に電槽に収納された鉛蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シール鉛蓄電池は、複数枚の正極板と負極板とをセパレータを介して組み立てた極板群が硫酸と共に電槽に収納されることで構成される。正・負極板は、障子の桟部のような格子状の開口部を有する集電体に、電池反応に関わる活物質が塗り込まれて形成されている。集電体の役割は、反応に関与する活物質の保持と充放電に伴う電流の通路の確保とにある。
【０００３】
図７（ａ）は、従来技術による鉛蓄電池の集電体の構造例を示す平面図であり、同図（ｂ）は、その断面図である。図７（ａ）において、集電体全体の補強を兼ねて、骨部１が集電体の外周部を構成し、その内部に縦方向に延びる縦桟部２、横方向に延びる横桟部３とが配置されている。骨部１と縦桟部２、横桟部３との太さは、図７（ｂ）に示すように、前者の方が大きくなっている。電極は、この様な集電体に活物質を塗布することで構成されている。
【０００４】
一方、正極においては、通常、予備電源として使用されると、常時、充電反応下に置かれるため、集電体は、電気化学的な酸化を受ける。このため、集電体表面が酸化し、長期間使用した場合には、活物質の保持が困難になり、電池としての機能が不可能となる。このため、集電体に使用される合金の検討が行われ、シール鉛蓄電池では、集電体に、鉛とカルシウムとスズの鉛合金が使用されている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
ＧＳ  Ｎｅｗｓ  ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｒｅｐｏｒｔ，１９９８年６月第５７巻第１号、ｐ．１６
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来技術による鉛蓄電池では、カルシウムとスズを含有する鉛合金を用いて鋳造法で集電体を作製しているため、合金内に「粒」が形成され、各「粒」間には界面が形成される。集電体は、電池の使用中、充電状態にあるので、酸化を受けるが、この酸化によって上記「粒」の界面で酸化（腐食）が進行しやすい。このため、粒界に酸化による生成物である硫酸鉛が生成し、集電体合金全体に伸びが生じ、活物質の保持が困難になり、放電時間の短縮や最悪、放電不可能という事態に陥る。集電体の外周部方向への伸びは、１０％にも達することがあり、このため、極板群を収容する電槽が伸びた正極板によって圧迫されて破損し、電解液が漏れたり、さらに、漏れた電解液による周囲の腐食・火災等の２次災害の恐れがあった。
【０００７】
この発明は上述した事情に鑑みてなされたもので、長期間にわたって使用しても電槽破壊等を発生することなく、高い信頼性を確保することができる鉛蓄電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、請求項１記載の発明では、正極板と負極板を、骨部と桟部とによって交互に組み合わせた集電体の全面に電極活物質が塗布されて極板が形成された鉛蓄電池であって、前記骨部を前記集電体の内側に配置したことを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２記載の発明では、請求項１記載の鉛蓄電池において、前記骨部は、前記集電体の内側に方形状に形成されていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３記載の発明では、請求項１記載の鉛蓄電池において、前記骨部は、前記集電体の内側に放射状に形成されていることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４記載の発明では、請求項２記載の鉛蓄電池において、前記骨部は、少なくとも縦方向か横方向のいずれか一方の一部に、曲線状に形成された伸び吸収部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５記載の発明では、請求項２記載の鉛蓄電池において、前記骨部は、前記集電体の内側に分割して形成され、それぞれの位置をずらして配置されていることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６記載の発明では、請求項１ないし５のいずれかに記載の鉛蓄電池において、前記集電体は、カルシウム（０．０４〜０．１重量％）とスズ（０．１〜２．５重量％）と、アルミニウムもしくは銀（０．００５〜０．０５重量％）とを含有する鉛合金を主成分とすることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項７記載の発明では、請求項１ないし５のいずれかに記載の鉛蓄電池において、前記集電体を電槽内に収納した状態において、前記正極板の側部および底部と前記電槽の内壁との離隔距離が前記正極板の幅、高さ寸法の５％以下であることを特徴とする。
【００１５】
この発明では、骨部と桟部とによって正極板と負極板を交互に組み合わせ、全面に電極活物質が塗布されて極板が形成された集電体の前記骨部を前記集電体の内側に配置する。したがって、使用した際に生じる集電体の伸びが吸収され、長期間にわたって使用しても電槽破壊等を発生することなく、高い信頼性を確保することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
【００１７】
Ａ．第１実施形態
図１（ａ）は、本発明の第１実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図であり、同図（ｂ）は、その断面図である。図１において、図７に示される従来の集電体構造を基本として、縦桟部２、横桟部３より断面積が大きい骨部１の位置を集電体の最外部から内側の位置に移動させた構造を有する。
【００１８】
次に、図１（ａ），（ｂ）に示す構造の集電体によって極板作製と電池の組み立てを行なった場合の電池特性に対する効果について説明する。具体的には、鉛−カルシウム（０．０５％）−スズ（１．０％）−アルミニウム（０．０２％）合金を用い、ブックモールド鋳造法によって集電体を製造した。作製した集電体は、タブ４を含まない有効部の寸法が１３×１０ｃｍ（高さ×幅）で、厚みは骨部１で４ｍｍである。鋳造法による場合、鋳造体の全体寸法や集電体の骨のサイズは、鋳型全体の彫り込みで決定されるので、鋳型の調整で本第１実施形態による構造を有する集電体の製造が容易に行なえた。また、比較用として、同様の方法で、図７（ａ），（ｂ）に示す従来技術による集電体も作製した。
【００１９】
このような集電体に活物質を塗布して正極板を作製し、正極板４枚／負極板５枚からなるシール鉛蓄電池を組み立てた。組み立てたシール鉛蓄電池は、定格電圧２Ｖ、１０時間率定格容量は３０Ａｈである。これらのシール鉛蓄電池について、高温下で連続充電を行ない、容量変化や試験終了後の極板の伸び状況の確認を行った。
【００２０】
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【００２１】
この結果、図６に示すように、従来技術による集電体を使用したシール鉛蓄電池では、６０℃環境下で約１０ヶ月放置した後の容量が初期の７０％以下まで低下したのに対し、本第１実施形態によるシール鉛蓄電池では、１２ヶ月後にも７０％の容量が保たれていることが確認された。すなわち、本第１実施形態では、従来技術の集電体を使用したシール鉛蓄電池に比べて、寿命が２０％改善されていることが分かる。また、上記期間終了後のシール鉛蓄電池を解体し、正極板の寸法変化を測定した結果、以下のように本第１実施形態によるシール鉛蓄電池における伸びが抑制されていた。
【００２２】
従来品：９％（６０℃、１０ヶ月後）
第１実施形態：５％（６０℃、１２ヶ月後）
【００２３】
上述したように、本第１実施形態によれば、長期にわたってシール鉛蓄電池を使用した際に生じる集電体の伸びの吸収が図られ、電槽破壊やこれによる電解液の漏れといった二次的な問題の発生も抑えることができる。この結果、電池寿命が延伸されると共に、正極板の伸び量も抑制され、電槽内壁との離隔距離としては５％程度で十分であることが分かる。すなわち、同一サイズの集電体を使用した場合、電槽の小型化が可能ということになり、電池のコンパクト化を図ることができる。
【００２４】
Ｂ．第２実施形態
次に、図２は、本発明の第２実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図である。図において、集電体内における骨部１は、タブ４の部分から周辺部に向かって延びた、いわゆるラジアル構造を有する。従来技術による集電体は、骨部１の集電体上部と左端に位置する部分が最も外側に有り、その他の部分は、集電体の末端まで延びていた。これに対して、本第２実施形態では、集電体の内側の部分に全ての骨部１が配置されるようになっている。
【００２５】
Ｃ．第３実施形態
次に、図３（ａ）は、本発明の第３実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図であり、同図（ｂ）は、その断面図である。本第３実施形態では、図示するように、前述した第１実施形態による集電体の構造において、骨部１の途中に伸び吸収部４１を設けている。既に説明したように、シール鉛蓄電池の正極板は、使用中に酸化を受け、集電体の骨部１や縦桟部２、横桟部３に伸びが生じる。本第３実施形態では、集電体の骨部１が、この酸化による伸びに大きなウェイトを占めている点に着目し、集電体の強度や導電性等に影響を及ぼさない条件で、骨部１を集電体の周辺部から内側に移動させている。
【００２６】
本第３実施形態では、骨部１の伸びを吸収するための伸び吸収部４１を設けることで、伸び対策の効果をより確実なものとしている。なお、本第３実施形態では、集電体の全体寸法に変化をもたらすことがないので、活物質を塗布して極板を作製した際の塗布量にほとんど変化は無い。この結果、シール鉛蓄電池を構成した際の電気量への影響は無い。むしろ、集電体の伸びが抑制された分だけ、電槽と極板側部との離隔距離を小さくすることが可能となる。ゆえに、同一サイズの電槽に収納できる極板の大きさを大きくすることもできる。すなわち、同一の外形寸法のシール鉛蓄電池において、電池容量が向上するという効果もある。
【００２７】
次に、図３（ａ）、（ｂ）に示す構造の集電体によって極板作製と電池の組み立てを行なった場合の電池特性に対する効果について説明する。合金には、第１実施形態と同様に、鉛−カルシウム（０．０５％）−スズ（１．０％）−アルミニウム（０．０２％）合金を用い、ブックモールド鋳造法によって集電体を製造した。作製した集電体は、タブ４を含まない有効部の寸法が１３×１０ｃｍ（高さ×幅）で、厚みは骨部１で４ｍｍである。これらは、鋳型の溝加工部の形状を変えただけなので、骨部１の一部に吸収部４１が設けられる点を除き、ほとんど第１実施形態と同一の集電体になる。
【００２８】
このような集電体に活物質を塗布して正極板を作製し、正極板４枚／負極板５枚からなるシール鉛蓄電池を組み立てた。組み立てたシール鉛蓄電池は、定格電圧２Ｖ、１０時間率定格容量は３０Ａｈである。吸収部４１が設けられているものの、集電体全体サイズと活物質塗布面積とには違いが無いので、作製したシール鉛蓄電池の容量も替わらない。このシール鉛蓄電池について、高温下で連続充電を行ない、容量変化や試験終了後の極板の伸び状況の確認を行った。
【００２９】
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【００３０】
この結果、図６に示すように、本第３実施形態によるシール鉛蓄電池では、１４ヶ月後にも７０％の容量が保たれた。すなわち、吸収部４１の配置によって伸びの抑制効果が向上していることが分かる。従来技術による集電体を使用したシール鉛蓄電池に比べると、寿命が４０％改善されていることになる。なお、１４ヶ月試験した後のシール鉛蓄電池を解体し、正極板の寸法変化を測定した結果、本第３実施形態によるシール鉛蓄電池における伸びが抑制されていた。
【００３１】
従来品：９％（６０℃、１０ヶ月後）
第３実施形態：４％（６０℃、１４ヶ月後）
【００３２】
上述したように、本第３実施形態によれば、第１実施形態と同様に、長期にわたってシール鉛蓄電池を使用した際に生じる集電体の伸びの吸収が図られ、電槽破壊やこれによる電解液の漏れといった二次的な問題の発生も抑えることができるという利点が得られる。この結果、電池寿命の延伸と正極板の伸び抑制が可能となり、より大きな効果を得ることができる。すなわち、本第３実施形態においては、シール鉛蓄電池のコンパクト化に対して一層の効果を得ることができる。ゆえに、同一サイズの極板を使用しても電池全体の寸法を小さくすることができ、単位体積あたりのエネルギー（放電電気量）密度の高い電池の実現することができる。
【００３３】
Ｄ．第３実施形態の変形例
なお、上述した第３実施形態による集電体における伸び吸収部４１に関しては、図３（ａ）、（ｂ）に示したような連続した骨部１の途中に曲線状の吸収部４１を設ける方法以外でも対応することができる。この例を図４、図５に示した。これらの図においては、骨部１を連続した一体型で作製するのではなく、骨部１を分割し、敢えて位置をずらして配置し、食い違い部４２を形成している。鉛合金に生じる応力は、物体の断面積に応じた値になるので、断面積が大きい骨部１では、縦桟部２、横桟部３に比べて応力が大きくなる。そこで、図４、図５に示すの集電体では、縦方向か横方向のいずれかに食い違い部４２を設けている。該食い違い部４２によって、骨部１に生じた大きな応力を途中で分断し、集電体全体に生じる伸びの力の低減化を図っている。
【００３４】
したがって、第３実施形態の変形例によれば、長期にわたってシール鉛蓄電池を使用した際に生じる集電体の伸びの吸収が図られ、電槽破壊やこれによる電解液の漏れといった二次的な問題の発生も抑えることができる。また、同一サイズの極板を使用しても電池全体の寸法を小さくすることができ、単位体積あたりのエネルギー（放電電気量）密度の高い電池の実現することができる。
【００３５】
以上の述べたように、本発明は、シール鉛蓄電池のこれまでの問題であった正極板の伸び抑制と電池サイズの小型に寄与するものであり、各種用途用の小型シール鉛蓄電池や産業用大型シール鉛蓄電池に適用可能であり、産業上、極めて大きな効果を有している。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、骨部と桟部とによって正極板と負極板を交互に組み合わせ、全面に電極活物質が塗布されて極板が形成された集電体の前記骨部を前記集電体の内側に配置するようにしたので、使用した際に生じる集電体の伸びが吸収され、長期間にわたって使用しても電槽破壊等を発生することなく、高い信頼性を確保することができるという利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図および断面図である。
【図２】本発明の第２実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図である。
【図３】本発明の第３実施形態によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図および断面図である。
【図４】本発明の変形例によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図である。
【図５】本発明の変形例によるシール鉛蓄電池の集電体の構成を示す平面図である。
【図６】従来技術による集電体と本発明による集電体を適用したシール鉛蓄電池の容量推移の比較例を示す概念図である。
【図７】従来技術によるシール鉛蓄電池の集電体の構造例を示す平面図および断面図である。
【符号の説明】
１  骨部
２  縦桟部（桟部）
３  横桟部（桟部）
４  タブ
４１  伸び吸収部
４２  食い違い部
【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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