(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛または鉛合金を主成分とし、枠格子で囲まれた空間内を、多数の中格子を交差させて格子状に形成すると共に、下部に位置する枠格子の下方に突出する足部を備えてなる鉛蓄電池用負極格子基板において、足部の幅を正極板の足部の幅より大きくし、かつ、足部の上部に位置する格子の升目内に少なくとも1本の補強格子を追加する、または足部の上部に位置する升目を構成する中格子の少なくとも1本をより太くする、または足部の上部に位置する升目の下部を構成する枠格子をより太くする、のうち少なくとも1つの構成を備えたことを特徴とする鉛蓄電池用負極格子基板。
【請求項２】
請求項１に記載の負極格子基板を備えた制御弁式鉛蓄電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛蓄電池用の負極格子基板とこれを使用した制御弁式蓄電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池は、ニッケル−カドミウム電池とならんで長い歴史をもち、その安価さもさることながら安定した性能からくる高い信頼性ゆえに現在でも蓄電池の主流を占めており、自動車、電池車や産業用の各種電源、コンピュータ等の非常用電源として広く用いられている。特に最近は、メンテナンスの容易さ、排ガスが非常に少ないなどの利点から、電池内の負極容量を大きくして密閉性を高めた制御弁式鉛蓄電池の使用が増加している。
【０００３】
これらの鉛蓄電池では、まず鉛合金などの格子基板に正、負極用の活物質を充填し、熟成、乾燥工程をへて正、負電極板としたのち、希硫酸の入った化成槽中で通電して化成処理済の正極板、負極板として完成させる。通常はその複数枚をセパレータを介して交互に組み合わせた極板群として蓄電池槽に入れて上蓋を取り付け、使用直前に注液口から希硫酸電解液を加えて製品蓄電池としている。上記した化成方法（即用化成）では、化成槽のサイズなどから槽内位置による条件の差、あるいは希硫酸の繰り返し使用による希硫酸比重の不安定性などにより、電極板の性能ばらつきが大きくなる問題があった。そこで最近では未化成のまま組み立てた極板群を電槽に挿入し、上蓋を取り付けたのちに注液口より所定量の希硫酸電解液を注入し、必要量の通電をおこなう化成方法（電槽化成）が広く用いられている。
【０００４】
しかし、この電槽化成には下記のような問題がある。１つは、極板加工の際の活物質のクラックの発生である。即ち格子基板へ活物質を充填する充填工程での極板には、充填のための搬送用に捨て耳部分が設けられており化成前に捨て耳部分を切り落とす必要がある。
一回の鋳造により複数枚の基板がその足部等で互いに連結して得られる一面で複数枚の極板を扱う多面取りでは、更に所定の蓄電池サイズに切断する必要がある。その切断応力による格子変形により密着性の良くない活物質のクラック発生や格子からの脱落が起き易い。特に負極板は厚さが比較的薄いためその傾向が大きく、その後の工程において活物質の損傷が拡大しやすい。
【０００５】
２つ目は、この極板を用いた蓄電池での内部短絡の発生である。正極板には、通常は基板上部の片側に接続用耳部があり、蓄電池として使用中の格子の伸び吸収スペースを確保するためこれとは反対側の下部に底部支持用の足部があるが、これは負極板も同様である。これら正・負極板をセパレータを介して積層した極板群を適度な圧迫状態で電槽に挿入するときは最後まで極板群を押し込むが、所定の群圧より若干緩い場合、挿入の末期において極板群の自重により落下して電槽底部と衝突する。特に産業用据置型の大型制御弁式鉛蓄電池では極板群の重量が大きいためこの傾向が顕著となる。したがって、この衝撃が集中する各極板の足部近傍の格子が変形し、さらに活物質のクラック発生や格子からの脱落などの損傷が拡大する。また、折れ曲がった負極格子がセパレータを突き破って正極格子と接触することもある。この状態で電槽化成をおこなうと、化成中に内部短絡が発生し化成が上がらず、また、内部短絡が軽微なものでは製品化後に早期に寿命が低下するなどの問題を起こすので好ましくない。
【０００６】
この対策として、複数対の格子基板の外枠部分の耳側の角部内側に、斜め方向に補強梁を設けることが開示されている。（特許文献１）
【０００７】
また、活物質の保持機能のため、格子の上部部、下部部の中格子間にさらに細格子を追加することが開示されている。（特許文献２）
【特許文献１】特開平2-192659号公報
【特許文献２】特開平6-236760号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記特許文献１に記載の格子基板は、極板切断時の耳部の屈曲を防止するための支持梁を備えることを特徴とするものであり、本願の課題を解決するものではない。また、上記特許文献２に記載の格子基板は、その目的が集電効率、ストラップ溶接性の改善であり、放射状に設置された縦格子間の目が下部（および上部の１部）で広がりすぎるため活物質の保持を補うもので足部の補強効果はあるが、やはり本願の課題を解決するものではない。
【０００９】
そこで、本発明では、負極充填板の足部上部における活物質の割れや脱落を防止するとともに、この負極による極板群の足部における内部短絡を防止した制御弁式鉛蓄電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、鉛または鉛合金を主成分とし、枠格子で囲まれた空間内を、多数の中格子を交差させて格子状に形成すると共に、下部に位置する枠格子の下方に突出する足部を備えてなる鉛蓄電池用負極格子基板において、足部の幅を正極板の足部の幅より大きくし、かつ以下の１）から３）、すなわち、
１）足部の上部に位置する格子の升目内に少なくとも1本の補強格子を追加する。
２）足部の上部に位置する升目を構成する中格子の少なくとも1本を太くする。
３）足部の上部に位置する升目の下部を構成する枠格子を太くする。
の構成の少なくとも1つを備えたことを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の目的は負極板の足部の補強による短絡防止にあるが、上記特許文献１のごとく補強格子の追加だけでは短絡防止に対する改善効果は不十分である。また補強格子の数を増やすのみでは、格子の鋳造性が損なわれる、活物質の充填空間が減少するなどの問題がある。
【００１２】
そこで、活物質充填空間の確保と格子の鋳造性を両立できる足部の幅の増加と中格子の補強を組み合わせた相乗効果を狙ったものである。これにより、極板群の挿入時に、厚みの小さい負極板の足部が電槽底部と衝突してもその変形が起きず、もって内部短絡を防止できるものである。
【００１３】
なお、負極板の足部の幅は大きすぎると、重量は増加するが効果は変わらないので、正極板の足部の幅の２倍以内が好適である。
【００１４】
また、上記した３項目の補強策において、補強する格子は縦格子でも横格子でも斜め格子でも良い。追加する格子は元の活物質充填空間の５割程度は残存させる本数以下に限定し、また太くする断面寸法は中格子と同等、もしくは２倍程度までが好適である。
【００１５】
なお、追加もしくは太くする補強部位の範囲は足部上部の１段以上の升目とその左右の１本以上の格子を含んでいればよい。
【００１６】
さらに、本発明の方法として、正極板の足部は耳部と反対側下部に１個とするが負極板の足部は左右２箇所に配置する、あるいはこれら正、負極板の足部が互いに対向しない位置に相互にずらして設けるなどの構成でも実施は可能である。
【００１７】
また、本発明による極板群を電槽内に挿入した場合の群圧は従来よりも高くして良いが、過度に高くすると端板のめくれによる不良が発生したり、セパレータの過度の圧縮により内部短絡が発生したりするので４０〜８０ｋＰａの範囲が好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、格子設計を大幅に変えることなく、また重量増加を極力押さえながら負極板の損傷を防止できるため、この負極板をセパレータの貫通や極板群からの活物質の脱落による短絡防止を図ることが可能となり、初期不良率を低下した制御弁式鉛蓄電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態として、まず表１に示す構成の負極基板を各２０枚ずつ準備し、これに通常の工程にて、所定量の水および希硫酸を練合してなる活物質ペーストを充填し、熟成、乾燥をへて実施例１〜３、比較例１〜２、従来例１の負極充填板を作製した。
【００２０】
実施形態１の負極基板は、図１に示す如く、縦長の直方形の枠格子１１で囲まれた空間内を縦横の多数の中格子１２を直行させて格子状に形成した鉛又は鉛にカルシウムや錫を添加した鉛合金からなる負極格子基板１で、上部に位置する枠格子１１の一側端部には上方に突出した耳部１３が形成され、下部に位置する枠格子１１には下方に突出形成した足部１４を、同様に形成された正極格子基板の足部より幅を大きく形成し、更に、その幅広に形成された足部１４の直上に形成された升目１５内に補強格子１６を形成したものである。なお、足部１４は耳部１４とは反対側に形成されている。
【００２１】
実施形態２の負極基板は、図２に示す如く、升目内に補強格子を形成することに代え、幅広に形成された足部１４の直上に位置する1本の縦の中格子１２の一升目の部分のみ太くして補強格子１６とした以外は、実施例１と同様に形成したもの、実施形態３の負極基板は、図３に示す如く、幅広に形成された足部１４の直上に位置する縦の中格子１２を太くすることに代え、幅広に形成された足部１４が形成される下部の枠格子１１を、その幅広に形成された足部１４の直上に位置する一升目の部分のみを太くして補強格子１６とした以外は実施例２と同様に形成したものである。
【００２２】
比較例１の負極基板は、図４に示す如く、足部１４の幅を正極基板の足部の幅と同じにした以外は、実施例１と同様に形成したもの、比較例２の負極基板は、図５に示す如く、足部１４の幅を正極基板のそれよりは大きくしたが、補強格子を形成せずに実施例１と同様に形成したもの、従来例１の負極基板は、図６に示す如く、足部１４の幅は正極基板のそれと同じにし、補強格子も形成しないものである。なお、図はいずれもその一部を省略して示した。
【００２３】
これら各負極格子基板は、鉛合金の鋳造によって得られるが、その周囲には搬送の捨て耳部分等が一体に鋳造され、この状態で活物質が充填され、その後、これら充填板を所定の寸法に切断して極板に加工形成される。
【００２４】
【表１】
0005184145.tif 000002
【００２５】
ついで、これらの加工した極板を用い、図７に示される如く、負極基板の耳部１３が正極基板の耳部２３とは反対側に位置する様に、更には、正極基板が有する1個の足部２４と負極基板が有する1個の足部１４を、正負反対側に位置する様にし、それぞれの負極板２６枚と、正極板２５枚をリテーナマットを介して交互に積層して、正極２５枚、負極２６枚構成の極板群を組み立て、これを電槽に４０ｋＰａの群圧で挿入した。さらに蓋を取り付け、常法により所定量の希硫酸電解液を注入し、電槽化成をおこなって、２Ｖ−１０００Ａｈの制御弁式鉛蓄電池を各負極板を使用して２０個作製した。使用した負極板により、実施形態１〜３、比較例１〜２、従来例１の電池をそれぞれ順にＡ〜Ｆとした。
【００２６】
なお、負極基板の足部は１個のみならず、２個以上形成しても良い。この場合、全ての足部の幅を正極足部の幅より大きくする必要はなく、少なくともその１つを大きくし、その大きくした足部の直上の升目内に補強格子を形成すれば良い。
【００２７】
これらＡ〜Ｆの電池の各１０個につき化成後、補液及び補充電を行い、１０時間率で容量確認し、再度放電量の１２０％まで充電してから２４時間経過後に開放電圧を測定した。その結果、電池Ａ〜Ｃは全数が２．１６Ｖ、電池Ｄでは９個が２．１６Ｖ、１個が２．１１Ｖとなった。また、電池Ｅでは８個が２．１６Ｖ、２個が２．１２Ｖとなり、電池Ｆでは７個が２．１６Ｖ、２個が２．１１Ｖ、１個が２．１２Ｖであった。
【００２８】
次に、上記各電池の開放電圧の低下量の差を比較して内部短絡発生電池を選別するため、上記Ａ〜Ｆの電池各１０個を２５℃雰囲気で２週間放置した後、再び開放電圧を測定した。その結果、電池Ａ、Ｂはいずれも２．１５Ｖであった。電池Ｃでは９個が２．１５Ｖ、１個が２．１４Ｖとなり、電池Ｄでは９個が２．１５Ｖ、１個が２．１０Ｖであった。また、電池Ｅは８個が２．１５Ｖ、２個はそれぞれ２．１０Ｖ、２．１１Ｖとなり、電池Ｆでは７個が２．１５Ｖ、２個は２．１０Ｖ、１個は２．１１Ｖとなった。そこで電池Ｅと電池Ｆのうち初期からの開放電圧の低下が０．０３Ｖ以上と大きい電池を解体調査したところ、いずれも極板群の下部で脱落した活物質による内部短絡が認められた。一方、電池Ａ〜Ｃの解体調査では、極板の化成上がりは良好で、内部短絡もなかった。結果を短絡個数として表１に示した。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明を用いることで、負極の足部での内部短絡の防止が可能となり、信頼性の高い制御弁式鉛蓄電池を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施形態１の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図２】実施形態２の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図３】実施形態３の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図４】比較例１の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図５】比較例２の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図６】従来例１の負極格子基板を一部省略して示した図である。
【図７】負極格子基板と正極格子基板を積層した状態を説明する一部省略図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    負極格子基板
１１  枠格子    
１２  中格子
１３  耳部
１４  足部
１６  補強格子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0005184145.tif 000006
【図５】
0005184145.tif 000007
【図６】
0005184145.tif 000008
【図７】
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