JP2004146262A - 蓄電池 - Google Patents

Abstract

【課題】金属基体シート表面の少なくとも一方に合金層を形成し、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成した集電体を使用した蓄電池において、前記集電体の耳部を束ねてストラップを形成する際に、溶接不良が発生せず、信頼性の高いストラップが得られる蓄電池を提供することにある。
【解決手段】金属基体シートの融点をＸ（℃）、該シート表面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有することを特徴とするものである。
【選択図】　　　なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
金属基体シートを加工した集電体を備えた蓄電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高率放電性能の優れた蓄電池を得るためには、正・負極板の表面積を大きくする必要がある。一定容積内でそれを実現するためには、薄い極板を枚数多く挿入することである。このような１ｍｍ前後の薄い極板用の集電体の多くは圧延した薄い金属基体シートを打ち抜き加工あるいはエキスパンド加工して製造されている。
【０００３】
鉛蓄電池では前記金属基体からなる集電体には、純鉛がその優れた耐食特性から用いられることがある。しかし、この耐食性は、絶えず充電状態で使用するトリクル用途には有効に作用するが、充・放電を繰り返すサイクル用途では、深い放電を行った後に、活物質と集電体との間に不導体層が形成され早期に容量が低下することがある。それに対して、近年では、純鉛の特性を維持しながらも、上記、サイクル寿命特性を改善するために、純鉛シート表面の少なくとも一方に、鉛合金層を形成したシートが用いられるようになってきた。シートの表面に該合金が存在することによって前記不導体層の生成が抑制され、優れたサイクル寿命特性が得られることが分かってきた。
【０００４】
前記集電体は、正極活物質あるいは負極活物質が充填された後、セパレータを介して積層あるいは巻回される。このようにして形成された極板群（エレメントという）は、極板上部に形成された耳部を互に電気的に接続するために束ねられて溶接によりストラップが形成される。
【０００５】
鉛蓄電池では、ストラップ形成用金属としては溶融時に極板耳部との馴染をよくする点からＰｂ−Ｓｎ合金が有効で、１〜５質量％を含むＰｂ−Ｓｎ合金が一般的に使用されている。
【０００６】
溶接によりストラップを形成する方法としては、鉛蓄電池においては、量産性が優れている点からキャスト・オン・ストラップ法（ＣＯＳ法という）が適用される場合が多い。
【０００７】
ＣＯＳ法は、ストラップ形状を有する鋳型にストラップを形成する溶融状態の鉛合金を満たし、その中に、正・負極耳それぞれを束ねた耳部群を有するエレメントを倒立して浸漬し、溶融・固化してストラップを形成する方式である。
【０００８】
１ｍｍ前後の薄い極板耳部をＣＯＳ方式でストラップを形成する場合に温度条件が適切でないと極板耳部が溶断したり、極板耳部とストラップとが十分に溶接されなかったりして、ストラップ形成時の不良率が高くなる問題を抱えていた。
【０００９】
【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、薄い金属基体シートの少なくとも一方の表面に合金層を形成し、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成した集電体の耳部を束ねて溶接によりストラップを形成する際に、溶接不良が発生せず、信頼性の高いストラップ形成が可能な蓄電池を提供することにある。
【００１０】
【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、金属基体シートの少なくとも一方の表面に合金層を形成し、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成した集電体であって、正・負極板のうち少なくともどちらか一方が前記集電体からなる蓄電池において、
前記金属基体シートの融点をＸ（℃）、シート表面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、
Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有することを特徴とするものである。
【００１１】
本願の発明者は、合金組成によって、その合金の融点が変わることに着目し、金属基体シートを打ち抜き加工あるいはエキスパンド加工により形成した集電体の耳部を束ねてストラップを形成する際に、集電体の主要構成要素である金属基体シートの融点と該金属基体シート表面に形成した合金層の融点とストラップ形成用合金の融点との関係を調べ、安定した溶接を行うためには、金属基体シートの融点をＸ（℃）、前記シート表面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、
Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有する各部材を使用すればよいことを見出した。
【００１２】
すなわち、上記関係を維持することによって、集電体耳部の主要構成部材である金属基体シートが最も融点が高いので、耳部の過溶融による溶断が発生し難くなる。一方、該金属基体シート表面に形成した合金層の融点を、ストラップ形成合金の融点と同じかそれより低いものを使用することによって、該合金層が優先的に溶融し、ストラップ形成合金と集電体耳部の金属との馴染が良くなり、滑らかに溶接されるので信頼性の高いストラップが得られる。
【００１３】
鉛蓄電池においては、集電体には純鉛シートが用いられることが多く、該シート表面に形成する合金層は、Ｐｂ−Ｓｎ合金あるいはＰｂ−Ｃａ−Ｓｎ合金が好ましいことを本願の発明者は見出した。
【００１４】
鉛蓄電池の集電体に使用される材質としては、充電時の水素ガス、酸素ガスの発生を抑制する水素ガスおよび酸素ガスの過電圧が高いことと、電解液の希硫酸に溶解しない特性を有していることが必要である。しかも、本願の目的である溶接によるストラップ形成の信頼性を高めるために、純鉛より融点が低く、また、純鉛のみの集電体において生じる、サイクル用途での短寿命を改善する効果を有している必要がある。
【００１５】
上記に対して、Ｐｂ−Ｓｎ合金およびＰｂ−Ｓｎ−Ｃａ合金が適していることが試験の結果から明らかになった。
【００１６】
なお、純鉛とは、ＪＩＳ　Ｈ２１０５で規定される鉛地金で鉛の含有量が９９．９９質量％以上、他の含有金属が規定値以下のものをいう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、金属基体シート表面の少なくとも一方に合金層を形成し、該シートを打ち抜き加工あるいはエキスパンド加工により形成した集電体の耳部を束ねて溶接によりストラップを形成する際に、前記金属基体シートの融点をＸ（℃）、該シート表面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、
Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有する部材を用いることにあり、以下、実施例により具体的に説明する。
【００１８】
【実施例】
厚さ１０ｍｍの純鉛（９９．９９質量％以上）板に、厚さ０．４ｍｍのＰｂ−３質量％Ｓｎ合金を重ね合わせ、圧延加工により厚さ０．６ｍｍの一体化したシートを製作し、打ち抜き加工によって、５ｍｍ×７ｍｍの升目を持つ集電体とした。
【００１９】
上記集電体に通常用いられるペーストを塗布して正極板を製作した。
【００２０】
負極板には、純鉛（９９．９９質量％以上）シートを打ち抜き加工により得た集電体にペーストを塗布したものを用いた。
【００２１】
極板厚みは正・負極板共に０．９ｍｍとした。
【００２２】
これらの極板をガラスセパレータを介して巻回し、公称電圧２Ｖ、定格容量１０Ａｈ（０．２Ｃ）の円筒型鉛蓄電池を製作した。
【００２３】
なお、セパレータは平均直径１μｍのガラス繊維を主体とし、シリカ２０質量％を混抄した、多孔度９１容積％の通常使用されているもので、２０ｋＰａの荷重下で厚さ０．８ｍｍのものを用いた。
【００２４】
ストラップ形成用合金にはＰｂ−０．５質量％Ｓｎ合金を用いた。
【００２５】
以上の構成の円筒型鉛蓄電池をＡと称する。
【００２６】
Ａの場合、純鉛の融点（３２７℃）＞ストラップ形成合金Ｐｂ−０．５質量％Ｓｎの融点＞シート表面に形成した鉛合金層、Ｐｂ−３質量％Ｓｎの融点の関係にあり、本発明のＸ＞Ｚ＞Ｙの関係が適用されている。
【００２７】
Ａと同じ内容の蓄電池を作製し、ストラップ形成用合金のみＰｂ−３質量％Ｓｎ合金を用いたものをＢとした。この場合、純鉛の融点（３２７℃）＞ストラップ形成合金Ｐｂ−３質量％Ｓｎの融点＝シート表面に形成した鉛合金層、Ｐｂ−３質量％Ｓｎの融点の関係にあり、本発明のＸ＞Ｚ＝Ｙの関係が適用されている。
【００２８】
次に比較品として、１０ｍｍの純鉛（９９．９９質量％以上）板に、厚さ０．４ｍｍのＰｂ−０．５質量％Ｓｎ合金を重ね合わせ、圧延加工により厚さ０．６ｍｍの一体化したシートを製作し、打ち抜き加工により、５ｍｍ×７ｍｍの升目を持つ集電体とした。
【００２９】
上記集電体に通常用いられるペーストを塗布して正極板を製作した。
【００３０】
負極板およびセパレータはＡの蓄電池と同じものを用い、ＡおよびＢと同じ公称電圧および定格容量を有する円筒型鉛蓄電池を製作した。
【００３１】
ストラップ形成用合金にはＰｂ−１質量％Ｓｎ合金を用いた。
【００３２】
以上の構成の円筒型鉛蓄電池をＣと称する。
【００３３】
Ｃにおいては、純鉛の融点（３２７℃）＞シート表面に形成された鉛合金層、Ｐｂ−０．５質量％Ｓｎの融点＞ストラップ形成合金Ｐｂ−１質量％Ｓｎの融点の関係にあり、Ｘ＞Ｙ＞Ｚの関係にあり、本発明のＸ＞Ｚ≧Ｙの関係から逸脱している。
【００３４】
これら蓄電池Ａ、ＢおよびＣをＣＯＳ法によりストラップを形成し、不良率の比較を行った。その結果を表１に示す。
【００３５】
【表１】

【００３６】
表１に示すように、本発明品の蓄電池ＡおよびＢのストラップ形成時の不良率が０．０５％と０．０９％であったのに対して、比較品Ｃは０．８％と不良率が大幅に高くなった。これは、Ｃにおいては、シート表面に形成された合金層の方が融点が高く、極板耳部群を鋳型に浸漬した際に、シート表面に形成された合金層の部分が優先的に溶融しないためにストラップ形成合金と極板耳部とが滑らかに溶接されず、不良率が高くなったといえる。
【００３７】
上記の結果から、本発明のＸ＞Ｚ≧Ｙの関係を有する部材を用いることによって信頼性の高いストラップが得られることが明らかになった。
【００３８】
なお、実施例では、正極集電体に本発明の要件を適用した例について
説明したが、負極集電体についても本発明の要件を適用することによって同様の効果が得られることはいうまでもない。
【００３９】
また、実施例では、円筒型鉛蓄電池について述べたが、本願の発明者は、正・負極板をセパレータを介して積層した角型鉛蓄電池でも同様の効果の得られることを確認している。
【００４０】
実施例では、金属基体シートに純鉛を用いた鉛蓄電池について説明したが、集電体を束ねてストラップを形成する蓄電池であって、薄い金属基体シートの少なくとも一方の表面に合金層を形成し、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成した集電体を使用した蓄電池において、使用する各金属あるいは合金の融点が、Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係が成り立てば、ストラップ形成において同様の効果が得られる。
【００４１】
【発明の効果】
金属基体シート表面の少なくとも一方の表面に合金層を形成したシートであって、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成された集電体の耳部群を束ねて、ＣＯＳ法等の溶接によりストラップを形成する際に、耳部が薄い場合に溶接不良が発生し易かったのに対して、極板耳部の主要構成部材である金属基体シートの融点をＸ（℃）、シート面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、
Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有する金属部材を使用することによって、ＣＯＳ法等の溶接によるストラップ形成の信頼度が増し、その工業的効果が極めて大である。

Claims (1)

1. 金属基体シートの少なくとも一方の表面に合金層を形成し、該シートを打ち抜きあるいはエキスパンド加工により形成した集電体であって、正・負極板のうち少なくともどちらか一方が前記集電体からなる蓄電池において、
   前記金属基体シートの融点をＸ（℃）、シート表面に形成された合金層の融点をＹ（℃）、ストラップ形成合金の融点をＺ（℃）とした時に、
   Ｘ＞Ｚ≧Ｙの関係を有することを特徴とする蓄電池。