(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性シートを網状に展開した、ロータリー方式による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、前記導電体シートに互いに平行な複数条の断続したスリットを千鳥状に形成し、平行に隣接するスリットで形成された線条部を前記導電体シート面に対して上下方向に突出させ、前記導電体シートを幅方向に展開した網目部と前記網目部の前記導電体シート幅方向に対応する両端部に連接された親骨部とからなり、前記網目部は、捩れを生じる中骨と中骨同士が交わる結節部とからなり、集電耳部を形成した一方の親骨部から集電耳部を形成しない他方の親骨部に向かうに従い、前記中骨と前記結節部との接合部における前記中骨の断面積を小さくする第１の領域と、前記第１の領域に連続して前記中骨の断面積を一定とする第２の領域と、前記第２の領域に連続し、前記集電耳部を形成しない他方の親骨部にかけて前記断面積を大きくする第３の領域を有し、前記集電耳部を形成した側の親骨部に接続する接続中骨部の前記断面積が全ての前記中骨の断面積の最大値であって、この最大値をαとし、前記中骨の断面積の最小値をβとしたときの、比（α／β）が１．１よりも大きく、かつ２．１３よりも小さいことを特徴とする電池用エキスパンド格子体。
【請求項２】
前記導電体シートは鉛合金からなることを特徴とする請求項１に記載の電池用エキスパンド格子体。
【請求項３】
請求項２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、エキスパンド加工による網目部で構成される電池の格子体およびそれを用いた鉛蓄電池に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電池極板に用いる集電体として導電体シートにスリットを形成し、エキスパンド加工したものが用いられている。またこのエキスパンド加工方法は例えば特開昭５６−１５９０６５号公報に記載されているように導電体シートである鉛合金シートの一端から順次山形のプレス刃で、格子骨部を切り出すとともに、この格子骨部をプレス刃先端で順次展開していくいわゆるレシプロ方式のエキスパンド加工が知られている。
【０００３】
このようなレシプロ方式のエキスパンド格子体において特開昭５６−１５９０６５号公報にも記載されている通り骨部の断面積を集電用の耳部を形成した上部親骨から下部親骨に向かって順次小さくしていくことが行われている。また、特に特開昭５４−１５７２３６号公報に記載されているように集電部側の親骨に接続した中骨の太さを他の部分の中骨より太くし、寿命および集電特性を高めることも知られていた。
【０００４】
上記したようなレシプロ方式によるエキスパンド加工に加えてロータリー方式によるエキスパンド加工が電池用集電体の製造に用いられている。ロータリー方式のエキスパンド加工では凸状刃をその円周上に形成した円盤状カッターを所定の間隔を設けて積層したカッターロールを対にかみ合わせ、このカッターロール対を互いに反対方向に回転させつつ導電体シートを送り込んで加工する方法である。この方法では凸状刃の先端形状に応じて中骨が導電体シート上下方向に交互に円弧状に突出する。その後、導電体シートの幅方向の両端部を互いに引張ることにより円弧状に突出させた中骨を展開して網目部とする。
【０００５】
このようなロータリー方式によるエキスパンド加工では中骨は、一旦、導電体シートの上下方向に展開された後、この展開方向とは異なるシート幅方向に展開することが必要である。
【０００６】
このようなロータリー方式によるエキスパンド格子体の網目を構成する中骨の断面積を集電用の耳部を連設した親骨に近接するに従い大きくすると、耳部を連設した親骨と網目部を挟んで反対側の親骨に近接する中骨が切断してしまうという問題があった。また、ロータリー方式によるエキスパンド加工では前記したように中骨は異なる２方向に展開される結果、中骨には捩れが生じるので中骨、特に親骨に近接する中骨が切断しやすいという問題があった。そしてこのような捩れは電池の寿命を低下するという課題があり、これを改善する方法が要求されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は前記したようなロータリー方式によるエキスパンド加工において従来発生していた中骨の切断を抑制し、電池の集電体に適したエキスパンド格子体とそれを用いることにより長寿命の鉛蓄電池を提供するものである。
【０００８】
これらの課題を解決するために本発明の請求項１記載に係る発明は、導電性シートを網状に展開した、ロータリー方式による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、前記導電体シートに互いに平行な複数条の断続したスリットを千鳥状に形成し、平衡に隣接するスリットで形成された線条部を前記導電体シート面に対して上下方向に突出させ、前記導電体シートを幅方向に展開した網目部と前記網目部の前記導電体シート幅方向に対応する両端部に連接された親骨部とからなり、前記網目部は、捩れを生じる中骨と中骨同士が交わる結節部とからなり、集電耳部を形成した一方の親骨部から集電耳部を形成しない他方の親骨部に向かうに従い、前記中骨と前記結節部との接合部における前記中骨の断面積を小さく第１の領域と、前記第１の領域に連続して前記中骨の断面積を一定とする第２の領域と、前記第２の領域に連続し、前記集電耳部を形成しない他方の親骨部にかけて前記断面積を大きくする第３の領域を有し、前記集電耳部を形成した側の親骨部に接続する接続中骨部の前記断面積が全ての前記中骨の断面積の最大値であって、この最大値をαとし、前記中骨の断面積の最小値をβとしたときの、比（α／β）が１．１よりも大きく、かつ２．１３よりも小さいことを特徴とする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。
【００１０】
さらに本発明の請求項２記載に係る発明は、請求項１に記載の電池用エキスパンド格子体において導電体は鉛合金で構成することを示すものである。
【００１１】
そして、本発明の請求項３記載に係る発明は、請求項２に記載の構成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。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態による電池用エキスパンド格子体を説明する。
【００１３】
図１に示したように凸状刃１をその円周上に平坦部２を介して配列した円盤状カッター３の複数を間隔をあけて積層したカッターロール４の一対を凸状刃１同士が対応するようにかみ合わせる。従って、円盤状カッター３の間隔はかみ合う円盤状カッター３の厚みに若干のクリアランスを加えた値に設定する。
【００１４】
このカッターロール４の対を互いに反対方向に回転させ、このカッターロール４の対に格子体材料で構成された長尺状の導電体シート５を送り込む。図２（ａ）はこのカッターロール４の対を通過した時点での導電体シート５を示す図である。対向する凸状刃１同士でせん断され、断続したスリット６の複数条が導電体シート５上に形成される。ここで平行に隣接するスリット６、６の間隔は円盤状カッター３の厚みに対応する。この平行に隣接するスリット６、６間に形成される線条部は凸状刃１の先端によって図２（ｂ）に示したように線条部７が塑性変形を受けて導電体シート５が表裏（上下）両方向に前記導電体シート５の幅方向に交互に弧状に展開する。次に図２（ｃ）に示したように同一線上に隣接するスリット６、６の間の断続部８を交互に切断することによって、スリット６、６を千鳥状とすることができる。
【００１５】
次に図３に示したように導電体シート５の側部９を幅方向（図３中のＡ方向）に展開伸長して網目部１０を形成する。そして導電体シート５の両方の側部９のスリットを形成しない部分である非スリット部１１と網目部１０とを所定寸法に切断加工して図４に示したようなエキスパンド格子体１２を得る。なお、非スリット部１１から切断加工により親骨部１３と親骨部１３に連設された集電耳部１４を形成する。
【００１６】
本発明では中骨１５の断面積を、集電耳部１４を形成した一方の親骨部１３から集電耳部１４を形成しない他方の親骨部１３に向かって、小さくする第１の領域と、この第１の領域に連続して中骨１５の断面積を一定とする第２の領域と、第２の領域から集電耳部１４を形成しない他方の親骨部１３にかけて中骨１５断面積を大とする第３の領域を設ける。エキスパンド格子体１２の網目部１０を構成する中骨１５の断面積は、円盤状カッター３の厚みを変える、すなわち線条部７の幅を変えることにより設定することができる。
【００１７】
またこの中骨１５の断面積は、親骨部１３に直接接続された接続中骨１６の断面積を最大値αとして、最も断面積を最小とした中間部１０ａでの中間中骨１７の断面積をβとした時に、これらの比率（α／β）を１．１＜（α／β）＜２．１３の関係を満たすように設定する。このような比率とすることにより、網目部１０の展開寸法のばらつきを低減するとともに、親骨部１３とこれに接続する接続中骨１６および接続中骨１６に隣接する中骨１５の切断を抑制することができる。
【００１８】
導電体シート５として鉛合金シート、特に圧延された鉛合金シートを用いれば、鉛蓄電池用格子体に適したエキスパンド格子体を得ることができる。鉛蓄電池に適用する導電体シート５としてはカルシウムを０．０３〜１．０ｗｔ％、Ｓｎを０．２〜２．０ｗｔ％含むＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が加工性、強度および耐食性の点ですぐれている。また、特に鉛蓄電池として耐過放電特性や深放電が入る充放電時の寿命特性を改善する目的でこれらＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金シートのエキスパンド加工がされる表面にＰｂ−Ｓｎ合金、もしくはＰｂ−Ｓｂ合金、さらにはＰｂ−Ｓｂ−Ｓｎ合金層を形成したものを用いることもできる。
【００１９】
このように導電体シート５としてＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金の圧延体を用いて得た本発明によるエキスパンド格子体１２に鉛蓄電池用活物質ペーストを充填した後、熟成乾燥して得た極板を用いることにより、本発明による鉛蓄電池を得ることができる。
【００２０】
【実施例】
次に、本発明例と比較例について説明する。
【００２１】
Ｐｂ−０．０６ｗｔ％Ｃａ−１．３ｗｔ％Ｓｎ合金で厚み１０ｍｍの鋳造スラブを作製した後、このスラブを冷間圧延して厚み０．９ｍｍのシートを作製した。このシートを用い、前記した発明の実施の形態に従い、エキスパンド格子体を作製した。なお、本実施例におけるエキスパンド格子体１２は２９本の中骨１５で構成され、それぞれの中骨１５の番号を集電耳部１４に連なる親骨部１３に接続する中骨１５をＮｏ１とし、以降、結節部１８を挟むごとにＮｏ２、Ｎｏ３、…、Ｎｏ２９とした。そしてＮｏ２９の中骨１５が親骨部１３に接続されている。
【００２２】
本発明例によるエキスパンド格子体は表１の本発明例１〜４に示したような中骨の断面積を有している。なお、断面積は中骨１５の結節部１８との接合部における断面積を示している。
【００２３】
また、同様に表１に示したような中骨の断面積を有する比較例１および比較例２によるエキスパンド格子体を作製した。これら本発明例および比較例のエキスパンド格子体の中骨の断面積は円盤状カッター３の厚みを変化させることにより設定した。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
これら表１に示した本発明例および比較例によるエキスパンド格子体を作製した後、中骨１５の切断の有無と設定通りの網目展開寸法（図４における寸法Ｌ）が得られるかどうかを確認した。網目を展開することにより、網目展開寸法Ｌが１００ｍｍとなるまで展開を行う。この展開終了後、網目を１０分間放置し、放置後の網目展開寸法Ｌを測定した。展開後の網目に収縮がなければ網目展開寸法Ｌ＝１００ｍｍとなる。これら網目展開寸法Ｌの測定をするとともに、前記した中骨の切断確率を計測した。これらの結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】
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【００２７】
表２に示したように、本発明例によるエキスパンド格子体では中骨の切断はいずれも見られなかった。一方、比較例１および比較例２のエキスパンド格子体は表２に示したように比較例１では確率１０．５、比較例２では確率１３．５で中骨の切断が認められた。切断した中骨のＮｏは１、２、２８もしくは２９であり、親骨部１３に近接した部分でのみ切断が発生していた。また比較例１と比較例２において示したようにただ単に中骨の断面積を増加させるだけでは中骨切断は避けられず、本発明例のように集電耳部１４を形成した親骨部１３から中間部１０ａの中骨１５（本発明例においてはＮｏ１４、１５）に向かって中骨１５の断面積が小さくなるようなる第１の領域に設定した後、この第１の領域に連続して中骨の断面積を一定とした第２の領域と、第２の領域から、集電耳部１４を形成しない側の親骨部１３に向かって中骨１５の断面積が大きくなる第３の領域を設けることが、中骨切断を抑制する上で必須である。
【００２８】
さらに、本発明では、中骨断面積の最大値αと最小値βとの比率（α／β）を１．１〜２．１３の間に設定する。なお、中骨断面積は、集電耳部１４を形成した側の親骨部１３に接続する接続中骨部において最大値αとする。この比率が２．１３を越えて大きくなると展開後、網目は収縮し、格子寸法のばらつきを発生させてしまう。比率（α／β）を１．１〜２．１３と設定すれば、エキスパンド展開寸法Ｌを一定とすることができるので、安定した極板寸法を得ることができる。
【００２９】
次に本発明例と比較例によるエキスパンド格子体に鉛蓄電池用活物質ペーストを所定量充填した後、熟成乾燥して鉛蓄電池用正極板を得た。鉛蓄電池用活物質ペーストとしてはボールミル式による鉛粉を水と希硫酸とで混練したものを充填した後、熟成乾燥を行い、それぞれ本発明例と比較例による鉛蓄電池用正極板を得た。
【００３０】
これらの正極板５枚と袋状の微孔性ポリエチレンセパレータに収納された常法による負極板５枚とを組み合わせて極板群を構成し、それぞれ本発明例および比較例による５５Ｄ２３形の自動車用鉛蓄電池（以下、本発明例による電池Ａおよび比較例による電池Ｂ）を作製した。
【００３１】
これらの電池についてＪＩＳ規格（Ｄ５３０１）で規定する軽負荷寿命試験を７５℃気相雰囲気中で行った。その結果、比較例による電池Ｂについては２６００サイクルで寿命となったが、本発明例による電池Ａについては４２８０サイクルで寿命となり、本発明例の電池Ａは比較例の電池Ｂに比較して長寿命であった。特に比較例の電池Ｂについて２４００サイクル時点までは４８０サイクル毎に行う評価放電時の３０秒目電圧値が本発明例の電池Ａとほぼ同等の値を示していたが、２８８０サイクル目での評価放電時は放電３０秒目電圧が急減に低下していた。この２８８０サイクル目で寿命試験を終了した比較例の電池Ｂを分解調査したところ、正極のエキスパンド格子の上下の親骨部に近接する中骨が他の中骨に比較して腐食による細り、切断が著しく進行していた。一方、本発明例による電池Ａを４３２０サイクルで寿命試験を終了して、分解調査したところ、正極エキスパンド格子の腐食は進行していたが、比較例の電池に見られたような親骨部に近接する中骨の集中的な腐食は見られなかった。
【００３２】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば電池の集電体として用いるロータリー方式によるエキスパンド格子体において従来発生していた中骨の切断を抑制できるとともに、このエキスパンド格子体を特に正極に用いることにより、長寿命の鉛蓄電池を得ることができるので、本発明は工業上、きわめて有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ロータリーエキスパンド工程を示す図
【図２】ロータリーエキスパンド工程の途中段階における導電体シートを示す図
【図３】ロータリーエキスパンドされた導電体シートを示す斜視図
【図４】エキスパンド格子体を示す平面図
【符号の説明】
１  凸状刃
２  平坦部
３  円盤状カッター
４  カッターロール
５  導電体シート
６  スリット
７  線条部
８  断続部
９  側部
１０  網目部
１０ａ  中間部
１１  非スリット部
１２  エキスパンド格子体
１３  親骨部
１４  集電耳部
１５  中骨
１６  接続中骨
１７  中間中骨
１８  結節部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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