JP2004342477A

JP2004342477A - 電池

Info

Publication number: JP2004342477A
Application number: JP2003138270A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Tanaka; 田中　　裕幸
Original assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Current assignee: Japan Storage Battery Co Ltd
Priority date: 2003-05-16
Filing date: 2003-05-16
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-05-16
Also published as: JP4923377B2

Abstract

【課題】格子体の桟１ｂの断面積の変化の比を９０％以上１１０％以下の範囲内とすることにより、展開時に桟切れや亀裂の生じ難い格子体を極板に用いた電池を提供する。
【解決手段】鉛シート１をスリット１ａによって段ごとに千鳥状に切り離して桟１ｂを形成したものを段の間が広がる方向に展開することにより各桟１ｂを網状に繋げた格子体を極板に用いた電池において、この格子体における各段の桟１ｂの断面積が１段以上ごとに変化すると共に、各段の桟１ｂの断面積とこれに隣接する段の桟１ｂの断面積との比が９０％以上１１０％以下の範囲内となる構成とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、桟が網状に繋がった格子体を極板に用いた電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池の極板に用いる格子体は、エキスパンド（展開）によって作製される場合がある。このエキスパンドによって格子体を製造する方法の一つであるロータリー方式は、図４に示すように、鉛シート１を長手方向に搬送しながら、まず上下の円板カッタロール２の間を通すことにより、この鉛シート１にスリット１ａを千鳥状に多数形成し、次にこの鉛シート１を幅方向に引き広げて展開することにより、多数の桟１ｂを網状に繋げた格子体を作製するものである。
【０００３】
上記各スリット１ａは、上下の円板カッタロール２の各円板カッタにより、鉛シート１を幅方向の各段ごとに千鳥状に切り離したものであり、この幅方向に隣接するスリット１ａ間がそれぞれ桟１ｂとなる。また、鉛シート１の搬送方向に間欠的に連続するスリット１ａと、これに幅方向に隣接するスリット１ａとの間で形成される複数の桟１ｂが同一段上のものとなる。なお、図４に示す例では、鉛シート１の幅方向の中央部には桟１ｂを形成しないようにして、その両側にそれぞれ多数段にわたって桟１ｂを形成している。
【０００４】
上記鉛シート１は、チェーン展開装置３，３によって展開される。チェーン展開装置３，３は、鉛シート１の幅方向の両側に、搬送方向の下流側ほど間隔が開いた八の字形状に配置され、搬送されて来る鉛シート１の両端部を順次係止することにより、この鉛シート１を幅方向、即ち段の間が広がる方向に引き広げるものである。従って、鉛シート１は、各スリット１ａの間が幅方向に広がることにより、各段の桟１ｂがジグザグ状に折れ曲がり、全体として網状に繋がることになる。
【０００５】
このようにして展開された鉛シート１は、搬送方向に沿って所定間隔ごとに切断されると共に、幅方向にも２分割されて、この分割された中央部分に集電用の耳を形成することにより格子体となる。そして、各格子体の網状の桟１ｂの間に活物質を充填することにより正負極の極板となり、これらの極板を電槽に収納して電解液を注入することにより鉛蓄電池となる。
【０００６】
ここで、上記鉛蓄電池の極板では、充填した活物質のみが充放電に関与するので、桟１ｂの断面積は、できるだけ小さい方が、この極板に占める格子体の容積（重量）を少なくすることができ、電池の容量（重量）密度を高めることができる。しかしながら、鉛蓄電池の極板は、格子体の桟１ｂを通して集電を行うにもかかわらず、この桟１ｂは、充放電に伴って電解液による腐食が進行するために、断面積が小さすぎると、この腐食によりさらに断面積が縮小して電気抵抗が増大したり桟切れを生じるおそれがある。そして、このように桟１ｂが桟切れを起こしたり電池抵抗が増大すると、その桟１ｂよりも集電を行う耳から遠い位置に充填された活物質の集電を阻害することになり、充放電に関与する活物質が減少することになって、電池容量が低下し電池寿命が短縮されることになる。
【０００７】
そこで、鉛シート１の幅方向の両端側の段に形成された桟１ｂほど断面積が小さくなるようにして、集電を大きく阻害することなく、電池の容量密度を高めることができるようにした発明が従来からなされている（例えば、特許文献１参照。）。この発明では、鉛シート１の幅方向の中央部の段の桟１ｂは、断面積が大きいので、電池の容量密度を高めることにはならないが、幅方向の両端部の段の桟１ｂの断面積を小さくすることにより、電池の容量密度を高めることができるようになる。しかも、格子体の集電用の耳に近いために、桟切れ等により集電が大きく阻害される可能性のある中央部の段の桟１ｂは、断面積が大きいので腐食の影響を受け難くなるが、幅方向の両端部の段の桟１ｂは、腐食により桟切れ等を起こしたとしても、耳から遠いために、その桟１ｂよりもさらに遠い位置に充填された活物質の量が少なくなるので、集電を阻害されるようなことがほとんどない。
【０００８】
また、、鉛シート１の幅方向の両端側の段に形成された桟１ｂほど断面積が大きくなるようにした発明も従来からなされている（例えば、特許文献２参照。）。この発明は、鉛シート１の展開時の引っ張り応力等により、幅方向の両端側の段に形成された桟１ｂほど桟切れが生じ易くなるため、この両端側の段の桟１ｂの断面積を大きくして機械強度を高めるようにしたものである。
【０００９】
【特許文献１】
特開昭５８−２０９０６６号公報（請求項２）
【特許文献２】
特開２００２−１１７８６１号公報（請求項２）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように、格子体の桟１ｂの断面積を段に応じて変化させる場合、従来は、桟１ｂの断面積が等しい段をできるだけ多くして段階的に大まかに変化させていたために、隣接する段間でこの断面積が急激に変化する部分が生じていた。このように桟１ｂの断面積が等しい段を多くするのは、例えば上記ロータリー方式の場合には、同じ厚さの円板カッタを多数用いることにより部品の共通化を図ることができるようになり、厚さの異なる円板カッタを多数種類用意する必要がなくなるからである。しかしながら、このように段間で桟１ｂの断面積が急激に変化すると、鉛シート１の展開時に、断面積が急激に変化した段の桟１ｂに引っ張り応力が集中し、桟切れや亀裂を生じ易くなるという問題が発生する。特に、１箇所の段間でのみ、又は、少数箇所の段間でのみ桟の断面積が１割を超えて大きく変化していた場合に、このような段の桟１ｂに桟切れや亀裂が生じ易くなることが多い。
【００１１】
本発明は、かかる事情に対処するためになされたものであり、格子体の桟の断面積の変化の比を９０％以上１１０％以下の範囲内とすることにより、展開時に桟切れや亀裂の生じ難い格子体を極板に用いた電池を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、金属シートを段ごとに千鳥状に切り離して桟を形成したものを段の間が広がる方向に展開することにより各桟を網状に繋げた格子体を極板に用いた電池において、この格子体における各段の桟の断面積が、０．３０ｍｍ^２以上１．６０ｍｍ^２以下の範囲内で、１段以上ごとに変化すると共に、各段の桟の断面積とこれに隣接する段の桟の断面積との比が９０％以上１１０％以下の範囲内となることを特徴とする。
【００１３】
請求項１の発明によれば、格子体の各桟の断面積が最小でも０．３０ｍｍ^２以上、最大でも１．６０ｍｍ^２以下の範囲内で、極端に小さくなったり大きくなったりするようなことがないと共に、格子体の段間での桟の断面積の変化がいずれも１割以内となるので、展開時に特定の段の桟に応力が特に集中するようなことがなくなり、桟切れや亀裂の発生を防止することができるようになる。桟の断面積が０．３０ｍｍ^２未満になると、桟が細くなりすぎて、他の段の桟の断面積の大きさにかかわりなく展開時に桟切れが頻発するようになる。また、桟の断面積が１．６０ｍｍ^２を超えると、桟１ｂとして太すぎるために、電池の容量密度が低下しすぎる。桟の断面積が１段ごとに変化する場合には、全ての隣接する段の桟の断面積が相違することになり、これら全ての桟の断面積の比が１００±１０％の範囲内となる。また、桟の断面積が２段以上ごとに変化する場合には、桟の断面積が等しく比が１００％となる段が２段以上連続し、かつ、この桟の断面積が変化する段でも、これら隣接する段の桟の断面積の比が１００±１０％の範囲内となる。この桟の断面積の比は、一部の段では１段ごとに変化し、他の段では２段以上ごとに変化してもよい。また、この桟の断面積は、通常は段の並び方向に沿って徐々に小さくなるか大きくなる単調な変化であるが、例えば徐々に小さくなっていた断面積が端部でのみ再び大きくなるように変化してもよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は本発明の一実施形態を示すものであって、ロータリー方式によって製造された展開後の鉛シートの部分平面図である。なお、図４に示した従来例と同様の機能を有する構成部材には同じ番号を付記する。
【００１６】
本実施形態は、従来例と同様に、ロータリー方式によって作製された格子体を極板に用いた鉛蓄電池について説明する。従って、この鉛蓄電池の極板の格子体は、図４に示したように、鉛シート１を長手方向に搬送しながら、まず上下の円板カッタロール２の間を通すことにより、この鉛シート１にスリット１ａを千鳥状に多数形成し、次にこの鉛シート１を幅方向に引き広げて展開することにより、多数の桟１ｂを網状に繋げて作製される。
【００１７】
上記格子体は、図１に示すように、各段の桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉ（ｉは１〜１２の段数）が段に応じて変化するように作製されている。そして、本実施形態では、シート厚が均一な鉛シート１を用いるので、各段の桟１ｂの断面積は、これらの桟幅Ｗ_ｉと鉛シート１のシート厚との積となり、この各段の桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉの変化に比例して断面積も変化することになる。ただし、これら各段の桟１ｂの断面積は、最小でも０．３０ｍｍ^２以上、最大でも１．６０ｍｍ^２以下の範囲内となるように制限している。桟１ｂの断面積が０．３０ｍｍ^２未満になると、この桟１ｂが細くなりすぎるために、他の段の桟１ｂの断面積の大きさにかかわりなく、展開時の応力により桟切れが頻発するようになるからである。また、桟１ｂの断面積が１．６０ｍｍ^２を超えると、たとえ一部の段の桟１ｂだけであっても、桟１ｂとして太すぎるために、他の段の桟１ｂを多少細くしたとしても、電池の容量密度が低下しすぎるからである。しかも、このような太い桟１ｂは、他の段の桟１ｂの断面積の大きさに影響されて桟切れが生じ易くなったり亀裂が発生するようなこともなくなる。
【００１８】
ここで、格子体の段とは、一般的には、展開前の桟１ｂが展開方向とはほぼ直交する方向にほぼ１列に並んだその並びをいい、鉛シート１には、このような桟１ｂの段が展開方向、即ち幅方向に多数段にわたって形成される。また、極板に用いられる格子体は、上方の上額部と下方の下額部との間に、上方から下方に掛けて多数段の桟１ｂを網状に繋げてたものであり、上額部からさらに上方に向けて集電用の耳を突設している。そして、本実施形態の鉛シート１は、中央部に集電用の耳を形成して格子体を切り出すので、この中央部が各格子体の上額部となり両端部が下額部となって、この上額部となる中央部から両端側に掛けて、桟１ｂが多数段にわたって対称的に形成されることになる。
【００１９】
上記各段の桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉは、中央部の桟幅Ｗ_１から両端部の桟幅Ｗ_１１に掛けてほぼ２段ごとに細くなるように形成され、これによって特許文献１の発明と同様に極板の容量密度を高めるようにしている。ただし、下額部に繋がる最も両端側の段の桟１ｂの桟幅Ｗ_１２は、展開時の引っ張り応力が最初に大きく加わるために、その内側の桟幅Ｗ_１１よりも少し太くなるように形成して、この下額部での桟切れの発生を防止している。このように各段の桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉを変化させるには、図４に示した円板カッタロール２の各円板カッタの厚さを変化させればよい。
【００２０】
また、上記各段の桟１ｂの断面積は、隣接する段の桟１ｂの断面積との比が９０％以上１１０％以下の範囲内となっている。即ち、各段の桟１ｂの断面積は、その桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉに比例するので、全ての隣接する段での桟幅Ｗ_ｉの比、即ちＷ_ｊ／Ｗ_ｊ＋１（ｊ＝１〜１１）とＷ_ｋ／Ｗ_ｋ−１（ｋ＝２〜１２）が共に０．９以上１．１以下の範囲内となる。本実施形態の場合、上額から下額にかけて桟１ｂの桟幅Ｗ_ｉが細くなるのは、２段目から３段目、４段目から５段目、６段目から７段目及び８段目から９段目であり、太くなるのは１１段目から１２段目なので、Ｗ_２／Ｗ_３とＷ_４／Ｗ_５とＷ_６／Ｗ_７とＷ_８／Ｗ_９とＷ_１１／Ｗ_１２及びこれらの逆数が全て０．９以上１．１以下の範囲内となり、他の全ての段間ではほぼ１．０となる。
【００２１】
上記構成によれば、格子体の段間での桟１ｂの断面積の変化がいずれも１割以内となるので、この断面積が特定の段間で急激に変化するようなことがなくなり、展開方向（幅方向）の各段で徐々に大きくなったり小さくなる。従って、展開時に特定の段の桟１ｂに応力が特に集中するようなことがなくなるので、このような桟１ｂに桟切れが発生したり亀裂が生じるのを防止することができるようになり、格子体の作製時の製造不良を減少させると共に、この格子体を極板に用いた鉛蓄電池の寿命性能を向上させることができるようになる。
【００２２】
なお、上記実施形態では、シート厚が均一な鉛シート１を用いたので、桟１ｂの桟幅を変えることにより断面積を変化させていたが、シート厚が異なる鉛シート１を用いた場合には、桟１ｂの桟幅を変えることなく断面積を変化させることができるようになる。例えば幅方向の中央部で最も厚く、両端側ほど薄くなるようにすると共に、両端部の端だけ再び少し厚くなるような鉛シート１を用いれば、桟１ｂの桟幅を均一にしても、この桟１ｂの断面積に上記実施形態のような段に応じた変化を付けることができる。もっとも、この鉛シート１のシート厚を変えると共に、桟１ｂの桟幅も変えることにより、この桟１ｂの断面積を変化させるようにしてもよい。鉛シート１のシート厚が幅方向にのみ変化する場合には、各桟１ｂの断面積はこの桟１ｂの長さ方向のどの部分でもほぼ一定となるが、このシート厚が長手方向（搬送方向）でも変化する場合には、各桟１ｂの断面積が一定しない。また、各桟１ｂを切り離すためのスリット１ａが完全に長手方向に沿わずに僅かに傾斜していて、桟幅がこの桟１ｂの長さ方向で異なるようになっている場合にも、各桟１ｂの断面積が一定しない。ただし、このような桟１ｂの断面積の変化は僅かであるため、これらの断面積の平均値をその桟１ｂの断面積とする。
【００２３】
また、上記実施形態では、各段の桟１ｂの断面積をほぼ２段ごとに変化させていたが、この断面積の変化が１割を超えない範囲内であれば、もっと多数の段ごとに変化させることができ、逆に１段ごとに変化させることもできる。鉛シート１のシート厚が段ごとではなく徐々に連続的に変わる場合には、桟１ｂの桟幅が均一であれば、断面積は１段ごとに変化することになる。ただし、桟１ｂの桟幅を変えて断面積を変化させる場合には、この断面積を２段ごとに変化させることにより、上下の円板カッタロール２で同じ厚さの円板カッタを１組ずつ用いることができるが（実際には中央部で対称となるため両側にも同じ厚さの円板カッタが用いられる）、１段ごとに変化させると、上下の円板カッタロール２でも、少しずつ厚さの異なる円板カッタを用いる必要が生じ、使用する円板カッタの種類が増加する。
【００２４】
また、上記実施形態では、ロータリー方式で作製した格子体について説明したが、鉛シート１を段ごとに千鳥状に切り離して桟１ｂを形成し、この鉛シート１を段の間が広がる方向に展開することにより各桟１ｂが網状に繋がった格子体を作製するものであれば、作製方式は限定されない。
【００２５】
また、上記実施形態では、鉛シート１で作製した格子体を極板に用いる鉛蓄電池について説明したが、桟が網状に繋がった格子体を極板に用いる電池であれば、他の種類の電池にも同様に実施可能であり、鉛シート１以外の金属シートを用いて格子体を作製することもできる。
【００２６】
【実施例】
従来例と実施例の格子体について、図２及び図３に基づき、桟１ｂの断面積の比を比較する。この従来例と実施例の格子体では、桟１ｂが２１段にわたって形成され、上記実施形態と同様に、上額に最も近い桟１ｂの断面積を最大として、下額に近付くほど１段以上ごとに断面積が小さくなり、最も下額に近い桟１ｂの断面積のみ少し大きくした格子体について示す。
【００２７】
図２及び図３では、上記従来例と実施例の格子体の各段の桟１ｂの断面積の変化を、「最大の断面積に対する比」（細い破線で示す）、即ち上額に最も近い桟１ｂの断面積を１００％としたときの各段の桟１ｂの断面積の比（％）と、「隣接する段の断面積の比」（太い実線で示す）、即ち上額側に隣接する段の桟１ｂの断面積を１００％としたときの各段の桟１ｂの断面積の比（％）とを示している。
【００２８】
従来例の格子体の各桟１ｂの最大の断面積に対する比は、図２の細い破線で示すように、上額側から各桟１ｂの断面積を３段ごとに３段階にわたって、それぞれ１０％を超えて小さくすると共に、下額に最も近い桟１ｂの断面積を１０％を超えて大きくしている。また、１０段目〜２０段目の多数段にわたって、各桟１ｂの断面積を等しくして最小の大きさとしている。従って、各桟１ｂの「隣接する段の断面積の比」は、図２の太い実線で示すように、断面積が変化する段の全てで９０％よりも低くなり、最も変化の大きい１０段目の桟１ｂでは８５％近くまで低下する。また、下額に最も近い２１段目の桟１ｂも、１１７％程度まで大きく変化する。
【００２９】
これに対して、実施例の格子体の各桟１ｂの「最大の断面積に対する比」は、図３の細い破線で示すように、上額側から各桟１ｂの断面積をまず２段ごとに４段階にわたって５％前後ずつ小さくし、次に４段ごとに２段階にわたって５％前後ずつ小さくすると共に、下額に最も近い桟１ｂの断面積を４％程度大きくしている。また、桟１ｂの断面積が最も小さい１７段目〜２０段目も４段だけとなる。従って、各桟１ｂの「隣接する段の断面積の比」は、図３の太い実線で示すように、断面積が変化する段のほとんどで９５％を僅かに下回る程度であり、最も変化の大きい１３段目の桟１ｂでも９３％程度までしか低下しない。また、下額に最も近い２１段目の桟１ｂも、１０６％程度までしか変化しない。
【００３０】
この結果、従来例の格子体では、各段の桟１ｂの断面積とこれに隣接する段の桟１ｂの断面積との比が、この断面積が変化する全ての段で、９０％以上１１０％以下の範囲（図２のドットハッチングで示す領域）を超えることとなり、このために展開時にこれらの桟１ｂで桟切れや亀裂が生じ易くなっていた。しかしながら、実施例の格子体では、各段の桟１ｂの断面積とこれに隣接する段の桟１ｂの断面積との比が、いずれの段でも、９０％以上１１０％以下の範囲（図３のドットハッチングで示す領域）内となり、これによって展開時にこれらの桟１ｂで桟切れや亀裂が生じ難くなった。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の電池によれば、極板に用いる格子体の段間での桟の断面積の変化が１割以内となるので、この格子体の製造時の展開工程で特定の段の桟に応力が特に集中するようなことがなくなり、桟切れや亀裂の発生を防止して、製造不良による歩留りの低下や電池の寿命性能の低下をなくすことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すものであって、ロータリー方式によって製造された展開後の鉛シートの部分平面図である。
【図２】従来例を示すものであって、格子体の各段の桟の断面積の変化を示すグラフである。
【図３】実施例を示すものであって、格子体の各段の桟の断面積の変化を示すグラフである。
【図４】ロータリー方式による格子体の製造方法を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１鉛シート
１ｂ桟
Ｗ_１〜Ｗ_１２桟幅

Claims

金属シートを段ごとに千鳥状に切り離して桟を形成したものを段の間が広がる方向に展開することにより各桟を網状に繋げた格子体を極板に用いた電池において、
この格子体における各段の桟の断面積が、０．３０ｍｍ^２以上１．６０ｍｍ^２以下の範囲内で、１段以上ごとに変化すると共に、各段の桟の断面積とこれに隣接する段の桟の断面積との比が９０％以上１１０％以下の範囲内となることを特徴とする電池。