(57)【要約】      （修正有）【課題】正極板が腐食によって高さ方向に伸びた場合に、ストラップとセル間接続部で固定されている極板耳部が上方向に伸びられず、厚み方向に湾曲しても従来のようにその部分に強い応力がかかり折損するといったことがなく、寿命性能の安定した鉛蓄電池を提供する。【解決手段】極板群５５の端極板と相対する電槽内壁面あるいはセル隔壁面に複数本のリブ１０ｂを設けた鉛蓄電池において、前記リブ１０ｂの内、極板耳部１に位置するリブ１０ｂの高さを、極板高さの８５％以下、５０％以上にする。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
極板群の端極板と相対する電槽内壁面あるいはセル隔壁面に複数本のリブを設けると共に、正極板耳部の長さが極板高さの１５％以下である鉛蓄電池において、
前記リブの内、極板耳部に位置するリブの高さを、極板高さの８５％以下、５０％以上にしたことを特徴とする鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉛蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、鉛蓄電池は自動車用や産業用をはじめとしてあらゆる分野で用いられており、エネルギー密度の向上、コストダウン、メンテナンスフリー化、長寿命化、品質の安定化等が強く求められている。
【０００３】
鉛蓄電池は、正極板、負極板、セパレータおよび電解液から構成されている。正極板は格子に活物質の二酸化鉛（ＰｂＯ２）が保持された構造で、負極板は格子に活物質の鉛（Ｐｂ）が保持された構造である。正・負極の格子は、鋳造あるいは圧延シートの打ち抜きもしくはエキスパンド加工により形成されるが、その材質には純鉛あるいは鉛合金が用いられている。微視的観点からこれらの物質をとらえた場合、金属粒界あるいは樹枝状組織を有していることは良く知られている。
【０００４】
周知のように、鉛蓄電池の劣化の主要因は正極格子の腐食である。正極格子は、開回路の状態でも電位の高いＰｂＯ２と常時接しているため、常に腐食される環境にある。また、充電時には充電過電圧が加わって電位が高くなり、腐食がさらに加速される。格子は、集電機能の他に活物質を保持する機能を持っているが、腐食が進めば、これらの機能が低下して蓄電池の容量を低下させることになる。
【０００５】
腐食生成物は、元の物質より容積が大きい。また、該腐食は、上述した格子の金属組織、すなわち、金属粒界あるいは樹枝状組織に沿っておこり、腐食生成物が元の物質より大きいために粒界あるいは樹枝状組織が押し広げられる形になる。すなわち、正極格子が伸びることになる。
【０００６】
図１はエキスパンド加工により形成された自動車用鉛蓄電池の正極格子が腐食により伸びた状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）要部側面図で、１は極板耳部、２は上額縁、３は下額縁、４は格子桟をそれぞれ示す。
【０００７】
図１（ａ）および（ｂ）に示すように、格子桟４が腐食を受け、体積が膨張し、格子を上下に広げることになる。その場合、下額縁３は電槽底面で押さえられているので伸びないが、上額縁２の両端は押さえるものがないので上方向に伸びている。しかし、耳部に位置する額縁はストラップおよびセル間接続部で固定されているので伸びられず、耳部が図１（ｂ）に示すように厚み方向に湾曲することになる。
【０００８】
図２（ａ）は６セル、１２Ｖの自動車用鉛蓄電池の中間セルの要部断面図を示すもので、１は極板耳部、５は正極板、６はストラップ、７はセル間接続部、８は電槽、９は蓋、１０ａはリブ、１１はセル隔壁部、１２はセパレータ、１３は負極板、１４は鞍をそれぞれ示す。
【０００９】
図２（ｂ）は、図２におけるＡ−Ａ断面図を示すもので、１２はセパレータ、１３は負極板をそれぞれ示す。他の構成部材は図２（ａ）と同じ番号を付記する。
【００１０】
図２（ａ）および（ｂ）に示すように、正極板５は腐食により両端が上方向に伸びているが、極板耳部１の部分はストラップ６およびセル間接続部７により押さえられているので上方向には伸びられない。そのため図１（ｂ）に示すように極板耳部１が厚み方向に湾曲することになるが、極板耳部の長さは、極板高さに比べて小さいので、前記湾曲に対して余裕がなく、しかも、図２（ｂ）に示すようにリブ１０ａでエレメントが押圧されているので極板耳部に応力が集中し、最終的には極板耳部が切断し、蓄電池が短寿命になる問題を抱えている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、正極板が腐食によって高さ方向に伸びた場合に、ストラップとセル間接続部で固定されている極板耳部が上方向に伸びられず、厚み方向に湾曲しても従来のようにその部分に強い応力がかかり折損するといったことがなく、寿命性能の安定した鉛蓄電池を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するための手段として、請求項１によれば、極板群の端極板と相対する電槽内壁面あるいはセル隔壁面に複数本のリブを設けると共に、正極板耳部の長さが極板高さの１５％以下である鉛蓄電池において、前記リブの内、極板耳部に位置するリブの高さを、極板高さの８５％以下、５０％以上にしたことを特徴とするものである。
【００１３】
正極板の腐食が進行しても極板耳部はストラップおよびセル間接続部により押さえられているので上方向には伸びられず、厚み方向に湾曲することになるが、極板耳部の長さは通常、極板高さに比べて小さいので湾曲に対する余裕がなく、しかもリブが極板群の両端極板面を押さえているために、極板耳部がゆるやかに湾曲する裕度がほとんどない。そのため極板耳部に応力が集中し最終的には切断することになる。
【００１４】
そこで、極板群の両端極板面を押さえるリブの内、極板耳部に位置するリブの高さを低くすることにより、リブによる押圧が極板耳部にかからないようにすれば、極板耳部が伸びて湾曲しようとする際にそれを受け入れる余裕が生じるため、切断の時期が遅くなるか回避され、蓄電池の寿命が改善される。
【００１５】
その場合、リブ高さを８５％より高くすると、リブの極板耳部に対する押圧力が依然強く、耳部の湾曲を受け入れる余裕が少なく、本発明の効果が不十分である。一方、極板高さの５０％より低くすると、リブのない部分では極板群に対する押圧力が低くなり過ぎて、リブ本来のエレメントを押圧する機能が大幅に低下し、活物質が脱落し易くなって、別の面で寿命性能に悪影響を及ぼすことになる。したがって、極板耳部に位置するリブの高さは、極板高さの８５％以下、５０％以上が好ましい。
【００１６】
尚、本発明において、リブの高さとは電槽底面からリブ上端（実質的に極板面を押圧し得る上端）までの距離を意味し、極板高さとは電槽底面から正極板の上額縁までの距離を意味する。また、極板耳部の長さは、正極板上額縁からストラップ下面までの距離をいう。
【００１７】
【実施例】
本発明を実施例に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図３（ａ）は、本発明の実施例を示す要部断面図で、１０ｂは本発明の高さを低くしたリブを示す。他の構成部材は図２（ａ）と同じ番号を付記する。
図３（ｂ）は図３（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図を示す。構成部材は図２（ｂ）と同じ番号を付記する。
図３（ａ）および（ｂ）に示すように、極板耳部に位置するリブ１０ｂは他のリブより短くしてあるので、腐食により格子が伸びて極板耳部が湾曲した際、従来であれば、リブで極板群を押圧しているので、ある程度以上は湾曲できず、極板耳部に集中的に応力がかかり、最終的には、切断していたが、本発明のようにリブが短く、極板耳部に対する押圧力が低いと、さらに湾曲する余裕ができ、極板耳部の切断の時期が遅くなるか回避され、長寿命の蓄電池が得られる。
【００１９】
次に、本発明の効果を具体的に示すために、ＪＩＳ  Ｄ５３０１に規定されている自動車用鉛蓄電池５５Ｄ２３タイプについて、正・負極格子にＰｂ−０．０８質量％Ｃａ−１．２質量％Ｓｎ合金からなるエキスパンド格子を用い、通常のペーストを充填し、熟成・乾燥した極板をセパレータを介して積層してエレメントを形成した。これに用いた正極板の高さは、電槽底面から極板上額縁まで１２０ｍｍで、この寸法に対して、電槽内壁面およびセル隔壁面に設けたリブの内、正・負極板耳部に位置するリブの長さを９８％から６０％まで変えた電槽を準備し、上記エレメントを各電槽に挿入した後、所定の電解液を注入して電槽内で所定の条件で化成を行った。
【００２０】
また、これに用いた正極板の極板耳部の長さは、９ｍｍで極板高さに対する比率が７．５％であった。
【００２１】
比較として、極板高さが実施例とおなじ１２０ｍｍで、極板耳部の長さが左記極板高さに対して２０％、すなわち２４ｍｍの正・負極板を用いて、全てのリブ長さが極板高さに対して９８％の従来の電槽に挿入した蓄電池も作製した。
【００２２】
上記蓄電池をＪＩＳ  Ｄ  ５３０１に基づく軽負荷寿命試験を行った。試験条件を以下に示す。
放電：２５Ａで４分間
充電：１４．８Ｖ（制限充電電流：２５Ａ）で１０分間
試験温度：４０〜４５℃
寿命判定は、上記規格の基準にしたがって行った。
【００２３】
蓄電池内容および試験結果を表１に示す。サイクル寿命は、従来品を１００とした時の比率（％）で表した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１に示すように、従来のリブ高さと極板高さがほとんど同じであるＮｏ．１に対して、リブの高さを低くした本発明品は、極板耳部の湾曲に対しての余裕が発生し、切断に至るまでの時間が長くなった分だけ長寿命になった。しかし、リブ高さが極板高さの５０％の場合は、６０％とほぼ同じサイクル数であった。これは、５０および６０％のいずれも耳部の湾曲に対しての余裕が大きくなり、耳部の切断は発生せず、正極格子全体の腐食により寿命になったためである。しかし、リブ高さが４０％になると、リブの本来の機能である極板群を押圧する機能が低下し、それによる寿命低下の要因が顕著になり、従来品よりも約２４％、短寿命になった。したがって、極板耳部に位置するリブの高さは極板高さに対して８５％以下、５０％以上が好ましいことが明らかになった。
【００２６】
また、極板耳部の長さを２４ｍｍにしたＮｏ．７の蓄電池は、リブ高さを従来通りにしても、リブ高さを６０％にしたＮｏ．４の蓄電池とほぼ同等の寿命性能を示した。これは、寿命の原因が極板耳部の折損でなく、正極格子の腐食であったためである。このように極板耳部が長いと、極板耳部の湾曲に対する余裕があり、折損することなく、本来の劣化要因である格子腐食によって寿命になった。しかし、耳部は鉛蓄電池の放電反応に寄与しない部分であり、この部分を長くすることは蓄電池の容積効率を低下させることであり、近年、エネルギー効率の向上要求が強い中で、適切な鉛蓄電池とはいえない。
【００２７】
また、極板高さに対するリブの高さ、８５％以上、５０％以下についても、極板高さが高くなると、特に、リブ高さを低くした際にリブで圧迫されない部分の絶対値が大きくなり、押圧力の低下に起因する寿命性能への影響がより大きくなる傾向にあり、本願発明者は、他の試験で、上記リブ高さ、８５％以上、５０％以下の関係は、高さ３００ｍｍ以下の正極板に適用できることを確認した。特に、高さ２００ｍｍ以下の極板に適用した場合、効果がより顕著であることがわかった。
【００２８】
尚、極板耳部に位置するリブの太さや本数は、極板の大きさや極板耳の大きさを勘案し、適宜選択しうる設計事項である。
【００２９】
【発明の効果】
以上、説明したように、正極板が腐食により伸びた場合に、極板耳部は、ストラップおよびセル間接続部により固定されているので伸びることができず、極板耳部が厚み方向に湾曲することになるが、極板高さに対して極板耳部の長さが、一般的に小さいため、湾曲に対する余裕が少なく、しかも、リブが極板群を押圧しているために極板耳部に応力が集中し、最終的に切断することがあった。これに対して、極板群の端極板と相対する電槽内壁面あるいはセル隔壁面に設けた複数のリブの内、極板耳部に位置するリブの高さを低くし、極板耳部に加わる押圧力を低減することによって極板耳部の湾曲に対する余裕が発生して、極板耳部の切断時期が遅くなるか回避され、長寿命の蓄電池が得られ、その工業的効果が大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】腐食により伸びた正極エキスパンド格子の状態を示す（ａ）平面図、（ｂ）要部側面図。
【図２】（ａ）は電槽内での腐食による正極板の伸び状態を示す要部断面図。（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ断面図。
【図３】（ａ）は、本発明の実施例を示す要部断面図。（ｂ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図。
【符号の説明】
１  極板耳部
５  正極板
５５  極板群（エレメント）
６  ストラップ
７  セル間接続部
１０ａ  従来のリブ
１０ｂ  本発明のリブ
１１  セル隔壁部
１２  セパレータ
１３  負極板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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