(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
桝目構造を持つ蓄電池用格子体に活物質を充填して巻回した電極体を備えた円筒形密閉鉛蓄電池において、前記蓄電池用格子体は、各桝目における縦桟の長さａと横桟の長さｂの比ａ／ｂが１より大きいことを特徴とする円筒形密閉鉛蓄電池
【請求項２】
巻回始部側における縦桟の長さａと横桟の長さｂとの比ａ／ｂが、巻回終部側における縦桟の長さａ’と横桟の長さｂ’との比ａ’／ｂ’よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の円筒形密閉鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒形密閉鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、円筒形の密閉蓄電池に用いられるため、鋳造加工または圧延と打抜き加工により製作される格子体は、図４に示すように枠骨１と、直交配列された縦桟２と横桟３、および集電のため枠骨に配設された格子耳とで構成され、これにペースト状の活物質を充填して極板とされてきた。
【０００３】
しかしながら、一般には、縦桟の長さ（隣合う横桟間の距離）ａと横桟の長さ（隣合う縦桟間の距離）ｂとの比ａ／ｂを１以下としたもの、すなわち、格子体の上部枠骨１ａに沿った方向に長い桝目形状を成す格子体が使用されており、しかも、極板の巻始部から巻終部までの全長にわたって寸法ａ、ｂに変化なく、同じ形状の桝目が連なったものが使用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述の上部枠骨に沿った方向に長い桝目形状を持つ格子体を用いた場合、格子体にペースト状活物質を充填した正極板と負極板とをセパレータを介して巻回し、電極体を形成する際に、巻回時の格子体の変形により活物質の剥離あるいは脱落が発生する。そして、極板の活物質層に亀裂が入ることにより電気的接続が十分保たれない部分が生じることから、蓄電池としての容量密度や高率放電特性などの電池特性の低下を招くだけでなく、蓄電池の使用中に機械的振動等を受けて活物質が極板から脱離した場合には、容量低下を引き起こすことになり、充放電サイクル特性が低下する。
さらに、脱落した活物質が極板とセパレータの間に噛み込んで、セパレータを突き破るようなこともあり、最悪の場合には、内部短絡の発生から発熱・発火につながることもあり得る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の円筒形密閉鉛蓄電池では、正極板または負極板の少なくともいずれか一方の格子体において、図１に示す実施例に見られるように、格子体の桝目における縦桟の長さが横桟の長さより大きく、縦長な形状を有することを特徴としている。
【０００６】
なお、ここで、縦桟、横桟の長さとは、それぞれの隣接する横桟同士、縦桟同士の桟中心相互間の距離として定義されるものとする。
【０００７】
巻始部では、巻回半径が短いため、巻回時に活物質の剥離や脱落を起こしやすくなる傾向にあるが、このように縦桟間の間隔を狭くすることにより、この間に充填された活物質が縦桟により両側から挟持されるため、活物質の剥離や脱落の発生を確実に防止することができる。
【０００８】
さらに、本発明の前記格子体桝目形状においては、縦桟と横桟の長さの比を巻始部側で大きく、巻終部側で小さくすることすることを特徴とする。この実施例を図２に示す。図２において巻始部は左側に、巻終部は右側に位置するよう示しているが、縦桟の長さを巻始部でも巻終部でも同じとした場合、横桟の長さを巻始部側で短く、巻終部側で長く設定することになる。
【０００９】
この第二の特徴を持たせることにより、前掲の実施例の場合と同様、巻始部における活物質の剥離や脱落を確実に防止することができるとともに、曲げ半径が大きい巻終部側では、格子体重量を相対的に軽減できることになる。巻終部側では、極板中を流れる電流密度を考慮して、縦桟の配列間隔および縦桟の幅あるいは太さを適正寸法に設定すればよく、このことにより、蓄電池の重量当たりの容量密度（Ａｈ／ｋｇ）、エネルギー密度（Ｗｈ／ｋｇ）を向上させることが可能となる。
【００１０】
さらに、図３は、本発明の特徴を活かした実施例に当たるが、巻終部側で縦桟の長さを長くしながら、横桟の長さとの比を、巻始部側での比よりも小さくしたものであり、電池性能に余り寄与しない横桟の重量を減らして、充填できる活物質の重量を増やし、蓄電池としての容量密度、単位重量当たりのエネルギー密度を更に向上させようとしたものである。
格子体を構成する縦桟および横桟の相互隣接距離や断面積は、蓄電池のエネルギー密度や高率放電特性を始めとする種々の電池特性、ならびに強度や耐震性等の信頼性にも大きな影響を及ぼす因子である。上述したように、縦桟の隣接距離を相対的に短く設定した本発明の格子体を、円筒形密閉蓄電池の正極板または負極板の少なくともいずれか一方に用いて構成することによって、電池性能と信頼性の向上を実現させることが可能である。
また、極板からの活物質脱落を防止することは、先にも記したように内部短絡の発生を防止した安全性の高い蓄電池を提供するだけでなく、容量密度、サイクル寿命等の性能バラツキを無い信頼性の高い蓄電池を提供し、かつ製造工程での歩留り向上、コスト低減にも寄与するものである。
【００１１】
巻始部側における縦桟と横桟の長さの比は、基本的には巻回時の活物質脱落や寸法精度の維持等の作業性への配慮から決まるものであり、通常２．０〜５．０の範囲に設定され、好ましくは２．５〜３．０の範囲に設定される。他方、巻終部側では、極板の巻回軸方向への変形を抑制でき、適正な電流密度が確保できる範囲内であれば、縦桟の配置密度を低くしても良く、そのことによって格子体全体の重量を減らし、電池の容量密度向上に繋がることにもなる。そのような観点から、巻終部側における縦桟と横桟の長さの比は、通常１．０〜２．０の範囲に設定され、好ましくは１．２〜１．５の範囲に設定される。
【００１２】
以上に述べたように、縦桟と横桟の長さの比は、巻始部では２．５〜３．０、巻終部では１．２〜１．５の範囲とすることが好ましく、さらに、この巻始部と巻終部の間にあっては、縦桟と横桟の長さの比をいくつかの段階に分けて漸次変化させることが望ましい。
縦桟と横桟の長さの比を１．０より大きくするということは、格子体中に占める縦桟の重量比率を増やすことになる。巻回された渦巻電極体の場合、極板の膨張・収縮に伴う電極体の変形は、極板の厚さ方向ならびに円周方向で小さく、巻回軸方向で比較的大きい。縦桟の配列密度が大きく、縦桟の占める重量比率が大きいと、この巻回軸方向の変形を抑制する方向に作用する。したがって、本願発明における縦桟と横桟の長さの比を１．０より大きくした格子体の場合、渦巻電極体の巻回軸方向への変形を抑え、活物質の脱落や短絡の発生を防止し、さらに電池の長寿命化に寄与することになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、いくつかの実施例をもとに本発明の実施の形態とその効果を説明する。
【００１４】
（実施例）
本発明の実施形態として、図１および図２に示す桝目形状を有する格子体を正極板ならびに負極板に用いて作製した公称容量５Ａｈの円筒形密閉鉛蓄電池を取り上げた。
【００１５】
実施例１の格子体（図１に示す実施形態に対応）として、厚さ０．６ｍｍ、幅８０ｍｍ×長さ５００ｍｍの圧延鉛合金シートに、巻始部から巻終部まで縦桟の長さ１０ｍｍ一定で、横桟の長さをそれぞれ３ｍｍ、５ｍｍ、８ｍｍとして打抜いた３種類の格子体を作製し、正極板および負極板に使用した。
【００１６】
正極板は、酸化度７０％（金属鉛３０％、一酸化鉛７０％）の鉛粉と希硫酸とを混練して得た活物質ペーストを、前記格子体の両面に塗布、充填することにより作製した。また、負極板は、酸化度７０％（金属鉛３０％、一酸化鉛７０％）の鉛粉に若干の炭素粉末とリグニンとを添加し、希硫酸を加えて混練して得た活物質ペーストを、前記格子体の両面に塗布、充填することにより作製した。正極板、負極板のそれぞれの理論容量を１２Ａｈ、１６Ａｈとして活物質充填量を設定していたが、実際には格子開口部分の容積に差異があり、また、充填した活物質が極板のハンドリング時や巻回時に脱落したこともあり、極板により活物質充填量に多少の増減が生じた。
【００１７】
次に、これらの正極板と負極板を、ガラスマットセパレータを介して巻回して渦巻状電極体を構成した。そして、この電極体の格子耳部をストラップで接続した後、樹脂製の円筒形容器に入れて封口し、さらに注液口から電解液（所定比重の希硫酸水溶液）を減圧注入して、円筒形密閉鉛蓄電池を得た。なお、この電池に０．２５ＣＡ定電流×４０時間の条件で電槽化成を施した後、下記の容量確認試験と充放電サイクル試験に供した。
【００１８】
実施例２の格子体（図２に示す実施形態に対応）としては、厚さ０．６ｍｍ、幅８０ｍｍ×長さ５００ｍｍの圧延鉛合金シートに、巻始部からの距離が０〜１５０ｍｍの間は縦桟の長さ１０ｍｍで、横桟の長さを３ｍｍとし、巻始部からの距離が１５０〜３００ｍｍの間は横桟の長さを５ｍｍ、巻始部からの距離が３００〜５００ｍｍ（巻終部）の間は横桟の長さを８ｍｍと変化させて打抜き、正極板および負極板に使用した。試験電池の作製方法は、前記実施例１の試験電池の場合と同じである。
【００１９】
一方、比較例として、厚さ０．６ｍｍ、幅８０ｍｍ×長さ５００ｍｍの圧延鉛合金シートに、巻始部から巻終部まで、縦桟の長さ５ｍｍ、横桟の長さ７ｍｍで打抜いたものを使用した。試験電池の作製方法は、前記実施例１の試験電池の場合と同じである。
【００２０】
これらの円筒形鉛蓄電池に対して、０．２ＣＡの放電電流での容量確認試験を実施した。このときの初期容量確認試験の結果を表１に示す。なお、表中の容量密度は、試験電池の初期容量を電極体重量で除した値であり、ここでの電極体重量としては、正極、負極、セパレータの重量およびこれらに含まれる電解液の重量の合計重量を用いた。
【００２１】
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【００２２】
実施例１の３種類の試験電池の中で、縦桟と横桟の長さの比が小さくなるに伴い、試験電池の初期容量および容量密度が大きくなっており、これは、実際に充填できた活物質量に依存したものと思われる。これに対して、比較例の試験電池では、実施例１の試験電池に比べ、初期容量、容量密度とも少し低い方に位置している。これは、製造工程において活物質が脱落等により損なわれたためと思われる。
【００２３】
続いて、これらの円筒形鉛蓄電池を用いて充放電サイクル試験を実施した。充放電条件は、1ＣＡ定電流＋２．４５Ｖ定電圧充電（総充電時間１．５時間）と１ＣＡ放電（終止電圧１．７Ｖ）との繰り返しとした。充放電サイクル経過に伴う容量維持特性を図５に示すとともに、その結果を表２にまとめる。
【００２４】
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【００２５】
本発明の実施例１および２の試験電池は、いずれも充放電の繰返しによる容量低下が少なく、高い容量維持率を示している。これは、実施例の格子体においては縦桟の配列密度が高く、充放電の繰返しに伴う極板の変形が抑制されたことに起因しているものと思われる。比較例の試験電池では、電池製作時に極板の活物質層に亀裂が生じ、電気的接続の十分に保たれていない部分が存在し、そのような活物質が充放電の繰返しに伴う極板の変形により徐々に脱落していったことが容量維持率の低下を助長したものと思われる。単に容量維持率の点からすれば、実施例における縦桟と横桟の長さの比の大きいものの方が良いが、初期容量や容量密度にも重点を置くと、縦桟と横桟の長さの比を巻始部と巻終部で変化させたもの（実施例２）が最も優れていると言える。
【００２６】
なお、上記実施例は、正極板と負極板の両方に、縦桟の長さの方が長い格子体を用いたが、性能向上の理由からして、当然ながら、正極板または負極板のいずれかに一方に前記の格子体を用いても同様の効果が得られる。
【００２７】
また、上記実施例では円筒形鉛蓄電池における適用例を示したが、縦桟と横桟とが直交配列された桝目構造を持つ格子体を用いる他の蓄電池においても、同じく、本発明は同様の効果を発揮し得るものである。
【００２８】
【発明の効果】
以上に示したごとく、格子体の各桝目における縦桟の長さａと横桟の長さｂの比ａ／ｂが１より大きいことを特徴とする格子体を、円筒形密閉鉛蓄電池の正極板または負極板の少なくともいずれか一方に用いることにより、活物質の剥離、脱落を防止し、容量密度、サイクル特性に優れた円筒形密閉鉛蓄電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本願発明に関わる格子体形状図（縦桟長さａと横桟長さｂとの比ａ／ｂが１より大きい桝目形状が巻始部から巻終部まで連なる実施例）
【図２】本願発明に関わる格子体形状図（巻終部側における縦桟長さａ’と横桟長さｂ’との比ａ’／ｂ’を、巻始部側におけるａ／ｂよりも小さく設定したした実施例）
【図３】本願発明に関わる格子体形状図（巻終部側で縦桟長さａ’を大きく設定し、かつ縦桟間の距離ｂとの比ａ／ｂを巻始部よりも小さく設定した実施例）
【図４】従来の格子体形状図
【符号の説明】
１    枠  骨、
１ａ  上部横骨、
１ｂ  下部横骨、
２    縦桟、
３    横桟、
４    格子耳、
５    活物質
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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