JP4729851B2

JP4729851B2 - 鉛蓄電池

Info

Publication number: JP4729851B2
Application number: JP2004015186A
Authority: JP
Inventors: 敏箕浦; 健司玉井
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 2004-01-23
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2011-07-20
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: JP2005209494A

Description

本発明は、それぞれ複数の耳部が突設された正極板と負極板がセパレータを介して捲回された捲回型の極板群を備え、極性毎の前記複数の耳部の先端が対応する極性の正極ストラップ、負極ストラップで連結されている鉛蓄電池に関するものである。

従来の円筒形の鉛蓄電池は、図５及び図６に示すように、帯状の正極板１と負極板２を帯状のセパレータ３を介して捲回した捲回型の極板群４を備えている。

正極板１と負極板２には、それぞれ捲回方向に対して直角方向に複数の耳部１ａ，２ａが突出され、これら耳部１ａ，２ａは捲回型の極板群４の端面で極性別にそれぞれ直線状に配列されている。

また、耳部１ａ，２ａは、その根元から先端に亘り、その部分の極板の曲率に応じて捲回中心側が凹になるように湾曲した曲面に形成されている。

このような極板群４には、正極板１の各耳部１ａと負極板２の各耳部２ａの先端が対応する極性の正極ストラップ５、負極ストラップ６（図７参照）で連結されている（例えば、特許文献１参照。）。

これら正極ストラップ５と負極ストラップ６とは、図７に示すように、ＣＯＳ（Cast on Strap ）方式により、金型７の型溝８，９内に正負の耳部１ａ，２ａの先端を差し込み、且つ各型溝８，９内に溶融した鉛合金を鋳込んで、各耳部１ａ，２ａの先端を極性毎にそれぞれ連結することにより形成されている。

上記の如き正極板１と負極板２は長尺帯状であるが、図８では長手方向を圧縮して模式的に示している。これら正極板１と負極板２は、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の正極格子状集電体１０と負極格子状集電体１１にそれぞれ常法により活物質を保持させたものである。格子状集電体１０，１１には、長手方向の横骨１２と幅方向の縦骨１３によって格子目１４が形成されている。捲回されたとき極板群４の内周側に位置する格子目１４の横長さＬ１は該格子目１４の縦長さＬ２より大きく（Ｌ１＞Ｌ２）、かつ、該格子目１４の横長さＬ１は捲回されたとき極板群４の内周側に位置する耳部１b，２bの幅Ｗ１より大きく（Ｌ１＞Ｗ１）なっている。また、長手方向の横骨１２と幅方向の縦骨１３の幅は同一になっており、更に、格子状集電体１０，１１の捲回されたとき外周側と内周側になる４箇所の角部１５は直角に形成されている。
特開２００２−１５７９９１号公報

しかしながら、従来の帯状の格子状集電体１０，１１を有する正極板１と負極板２を帯状のセパレータ３を介して捲回した捲回型の極板群４では、極板群４の曲率の大きい内周側に位置する格子目１４の横長さＬ１が縦長さＬ２より大きく（Ｌ1＞Ｌ2）、かつ、該格子目１４の横長さＬ１が極板群４の内周側に位置する耳部１b，２bの幅Ｗ１より大きく（Ｌ１＞Ｗ１）なっているため、格子目１４から活物質が剥離・脱落し易く、活物質からの集電を阻害し、しかも、耳部１b，２bの方向に集電するための縦骨１３の本数が制限されて集電効果が損なわれるという問題点があった。

また、従来の帯状の格子状集電体１０，１１では、長手方向の横骨１２と幅方向の縦骨１３の幅が同一になっているため、該格子状集電体１０，１１の長手方向の引張強度が不足しがちで、極板群４の捲回時において格子状集電体１０，１１にひずみ変形を生じ、格子目１４から活物質の剥離・脱落、惹いては、格子状集電体１０，１１の４箇所の角部１５が直角に形成されていることと相まって、極板１，２間に微小短絡を発生する惧れがあった。

本発明の目的は、捲回された極板群の内周側で格子状集電体から活物質の剥離・脱落が発生しにくく、集電効果に優れた構造の鉛蓄電池を得ることにある。

本発明の他の目的は、極板群の捲回時における格子状集電体のひずみ変形を少なくして、格子状集電体からの活物質の剥離・脱落や内部短絡を誘発しにくい鉛蓄電池を得ることにある。

本発明は、それぞれ複数の耳部が突設された正極板と負極板がセパレータを介して捲回された捲回型の極板群を備え、極性毎の前記複数の耳部の先端が対応する極性の正極ストラップ、負極ストラップで連結されている鉛蓄電池を対象とする。

本発明に係る鉛蓄電池では、前記正極板と前記負極板は、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質が保持されたものであり、少なくとも一方の極板の前記格子状集電体は長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されたものであり、前記極板群の内周側に位置する前記格子目の横長さが縦長さ以下となっている。

本発明においてはまた、複数の耳部が捲回の外周側ほど広い間隔で突設されていて、複数の耳部の幅が捲回の外周側のものほど大きく形成され、捲回型の極板群の内周側に位置する格子目の横長さが、内周側に位置する耳部の幅以下となっている。

また本発明においては、前記格子状集電体の前記横骨の幅が前記縦骨の幅より大きくなっていることが好ましい。

また、捲回型の前記格子状集電体の少なくとも内周側の角部が鈍角又は曲線状に形成されていることが好ましい。

本発明の鉛蓄電池では、正極板と負極板は、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質が保持されたものであり、少なくとも一方の極板の格子状集電体は長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されたものであり、極板群の内周側に位置する格子目の横長さが縦長さ以下となっているので、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔が狭まり、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。

特に本発明においては、極板群の内周側に位置する格子目の横長さが内周側に位置する耳部の幅以下となっているので、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔を狭くして、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。

また、格子状集電体の横骨の幅が縦骨の幅より大きくなっていると、格子状集電体の長手方向の引張強度を確保でき、極板群の捲回時において格子状集電体のひずみ変形を抑制し、格子目から活物質が剥離・脱落しにくくなり、このため活物質からの集電を阻害しないようにすることができる。

また、格子状集電体の少なくとも内周側の角部が鈍角又は曲線状に形成されていると、極板群の捲回時において格子状集電体にひずみ変形が発生しても、格子状集電体の角部がセパレータに食い込みにくくなり、このため極板間の微小短絡の発生を防止することができる。

さらに、耳部の幅が捲回の外周側のものほど大きく形成されていると、単位長当たりの電気抵抗が内周側と外周側とで比較的均一となり、このため捲回の外周側ほど広い間隔で形成された耳部から極板全体に流れる電流が内外周で不均一になるのを防止することができる。

本発明を実施するための最良の形態では、それぞれ複数の耳部が突設された正極板と負極板がセパレータを介して捲回された捲回型の極板群を備え、極性毎の複数の耳部の先端が対応する極性の正極ストラップ、負極ストラップで連結されている鉛蓄電池において、正極板と負極板は長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質が保持されたものであり、少なくとも一方の極板の格子状集電体は長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されたものであり、極板群の内周側に位置する格子目の横長さが縦長さ以下となっており、且つ捲回型の極板群の内周側に位置する格子目の横長さが、内周側に位置する前記耳部の幅以下となっており、且つ格子状集電体の横骨の幅が縦骨の幅より大きくなっており、且つ捲回型の格子状集電体の少なくとも内周側の角部が鈍角又は曲線状に形成されており、且つ複数の耳部が捲回の外周側ほど広い間隔で突設され、複数の耳部の幅が捲回の外周側のものほど大きく形成されている。

このような鉛蓄電池では、正極板と前記負極板は、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質が保持されたものであり、少なくとも一方の極板の格子状集電体は長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されたものであり、極板群の内周側に位置する格子目の横長さが縦長さ以下となっているので、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔が狭まり、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。

また、極板群の内周側に位置する格子目の横長さが内周側に位置する耳部の幅以下となっているので、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔が狭まり、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。

また、格子状集電体の横骨の幅が縦骨の幅より大きくなっているので、格子状集電体の長手方向の引張強度を確保でき、極板群の捲回時において格子状集電体のひずみ変形を抑制し、格子目から活物質が剥離・脱落しにくくなり、このため活物質からの集電を阻害しないようにすることができる。

また、格子状集電体の少なくとも内周側の角部が鈍角又は曲線状に形成されているので、極板群の捲回時において格子状集電体にひずみ変形が発生しても、格子状集電体の角部がセパレータに食い込みにくくなり、このため極板間の微小短絡の発生を防止することができる。

さらに、耳部の幅が捲回の外周側のものほど大きく形成されているので、単位長当たりの電気抵抗が内周側と外周側とで比較的均一となり、このため捲回の外周側ほど広い間隔で形成された耳部から極板全体に流れる電流が内外周で不均一になるのを防止することができる。

図１〜図４は本発明に係る円筒形の鉛蓄電池の一実施例を示すものであって、図１は本例の円筒形の鉛蓄電池の極板群を示す斜視図、図２は本例の極板群の端面に突出する複数の耳部の状態を示す平面図、図３は本例の極板群の端面に突出する複数の耳部の先端にＣＯＳ方式でストラップを形成する状態を示す断面図、図４は本例の極板群に用いる極板の模式展開図である。なお、図５〜図８に示した従来例と対応する部分には、同一符号を付けて示している。

この円筒形の鉛蓄電池は、図１及び図２に示すように、帯状の正極板１と負極板２を帯状のセパレータ３を介して捲回した捲回型の極板群４を備えている。

正極板１と負極板２には、複数の耳部１ａ，２ａがそれぞれ捲回方向に対して直角方向に突出し、捲回された極板群４の端面で正極、負極別にそれぞれ直線状に配列するように設けられている。

また、各耳部１ａ，２ａの根元は、各極板１，２の曲率に対応していて、捲回中心側が凹になるように湾曲した曲面に形成されている。また、各耳部１ａ，２ａの先端は、湾曲した曲面の曲率より小さい曲面か、若しくは湾曲していない平面に形成されている。更に、各耳部１ａ，２ａの根元の幅は、先端の幅より大きく形成されている。

このように形成された極板群４には、正極板１の各耳部１ａと負極板２の各耳部２ａの各先端に、極性に応じて正極ストラップ５、負極ストラップ（図示せず）が設けられている。

図３に示すように、正極ストラップ５、負極ストラップ６は、ＣＯＳ（Cast on Strap ）方式により、金型７の型溝８，９内に正負の各耳部１ａ、２ａの先端を差し込み、且つ各型溝８，９内に溶融した鉛合金を鋳込んで、各耳部１ａ，２ａの先端を極性毎にそれぞれ連結することにより形成されている。

上記正極板１と負極板２は長尺の帯状であるが、図４では長手方向を圧縮して模式的に示している。これら正極板１と負極板２は、図４に示すように、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の正極格子状集電体１０と負極格子状集電体１１にそれぞれ常法により活物質を保持させたものである。これら格子状集電体１０，１１には、長手方向の横骨１２と幅方向の縦骨１３によって格子目１４が形成されている。捲回されたとき極板群４の内周側に位置する格子目１４の横長さＬ１は縦長さＬ２以下（Ｌ１≦Ｌ２）で、且つ、該格子目１４の横長さＬ１は極板群４の内周側に位置する耳部１a，２aの幅Ｗ１以下（Ｌ１≦Ｗ１）になっている。また、長手方向の横骨１２の幅は、幅方向の縦骨１３の幅より大きくなっている。更に、格子状集電体１０，１１の捲回されたとき外周側と内周側の４箇所に存在する角部１５は、鈍角又は曲線状に形成されている。

各耳部１ａ，２ａは、正極板１や負極板２の長手方向に対して直角方向に複数突設され照いる。正極板１や負極板２が捲回されたときに、形成された極板群４の端面で各耳部１ａ，２ａが極性毎にそれぞれ直線状に配列するように、各耳部１ａ，２ａの間隔Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４は、外周側ほど広くなるように（Ｄ１＜Ｄ２＜Ｄ３＜Ｄ４）としている。

また、これらの耳部１ａ，２ａの先端の幅Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５は、捲回状態で外周側ほど広くなるように（Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５）としている。

本実施例と従来例の極板群をそれぞれ１００個作製し、捲回状態の極板群の内周側で格子状集電体からの活物質の剥離・脱落の状況を確認したところ、活物質の剥離・脱落が従来例の極板群で２７個（不良率２７％）、本実施例の極板群で０個（不良率０％）であった。

上記実施例では、正極板１や負極板２の捲回の１周回毎に耳部１ａ，２ａを突出させる場合について記したが、複数の周回毎に耳部１ａ，２ａを突出させることもできる。

また、上記実施例では、極板群４の一方の端面から正極板１と負極板２の耳部１ａ，２ａを突出させる場合について記したが、正極板１と負極板２の耳部１ａ，２ａを極性毎にそれぞれ一方の端面と他方の端面から突出させることもできる。

また、上記実施例では、円筒形の鉛蓄電池に用いる円筒形の極板群４について記したが、捲回型の極板群４を用いた鉛蓄電池であれば、長円筒形、楕円形等の形状でも実施可能である。

即ち、複数の耳部がそれぞれ突設された正極板、負極板をセパレータを介して捲回した捲回型の極板群を備え、極性毎に各耳部の先端にそれぞれ正極ストラップ、負極ストラップを設けた鉛蓄電池であって、正極板、負極板は長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質を保持させたものであり、少なくとも一方の極板は格子状集電体の長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されており、捲回状態で極板群の内周側に位置する格子目の横長さを縦長さ以下とすれば、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔が狭まり、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。また、捲回状態で極板群の内周側に位置する格子目の横長さを内周側に位置する耳部の幅以下とすれば、極板群の曲率の大きい内周側で縦骨間隔が狭まり、耳部方向に集電するための縦骨の本数を増やすことができ、このため格子目から活物質が剥離・脱落しにくく、しかも集電効果を損なわないようにすることができる。また、格子状集電体の横骨の幅を縦骨の幅より大きくすれば、格子状集電体の長手方向の引張強度を確保でき、極板群の捲回時において格子状集電体のひずみ変形を抑制し、格子目から活物質が剥離・脱落しにくくなり、このため活物質からの集電を阻害しないようにすることができ、また、捲回状態の格子状集電体の少なくとも内周側の角部を鈍角又は曲線状に形成すれば、極板群の捲回時において格子状集電体にひずみ変形が発生しても、格子状集電体の角部がセパレータに食い込みにくくなり、このため極板間の微小短絡の発生を防止することができ、更に、捲回状態において複数の耳部を外周側ほど広い間隔で突設し、複数の耳部の幅を外周側のものほど大きく形成すれば、単位長当たりの電気抵抗が内周側と外周側とで比較的均一となり、このため外周側ほど広い間隔で形成された耳部から極板全体に流れる電流が内外周で不均一になるのを防止することができる。

なお、耳部の先端の曲率を耳部の根元の曲率より小さくすれば、耳部の先端のストラップ形成時に、金型に鋳込む溶融した鉛合金が複数の耳部の先端間に入り易く、しかも、各耳部の両面に入る速度差が小さくなって、耳部の先端回りの鉛合金の溶接条件を改善でき、このため耳部先端とストラップとの間の溶接不良を低減することができる。また、耳部の根元の曲率をその部分の各極板の曲率とすれば、耳部の根元の曲率を極板群の捲回と同時に容易に規定することができる。また、耳部の先端が湾曲していないようにすれば、耳部の先端のストラップ形成時に、金型に鋳込む溶融した鉛合金が各耳部の先端間に最も入り易く、しかも、各耳部の両面に入る速度が等しくなって、耳部の先端回りの鉛合金の溶接条件を均一にでき、このため耳部先端とストラップとの間の溶接不良を低減することができる。更に、耳部の根元の幅を耳部の先端の幅より大きくすれば、耳部の先端の曲率を耳部の根元の曲率より小さくしたときに、耳部の根元に発生する捻れとストレスを耳部の幅広の根元で吸収して、耳部の姿勢を揃えることができ、このため耳部先端とストラップとの間の溶接不良を低減することができる。

本発明に係る円筒形の鉛蓄電池の一実施例の極板群を示す斜視図である。本例の極板群の端面に突出する複数の耳部の状態を示す平面図である。本例の極板群の端面に突出する複数の耳部の先端にＣＯＳ方式でストラップを形成する状態を示す断面図である。本例の極板群に用いる極板の模式展開図である。従来例の円筒形の鉛蓄電池の極板群を示す斜視図である。従来例の極板群の端面に突出する複数の耳部の状態を示す平面図である。従来例の極板群の端面に突出する複数の耳部の先端にＣＯＳ方式でストラップを形成する状態を示す断面図である。従来例の極板群に用いる極板の模式展開図である。

１正極板
１ａ正極板の耳部
２負極板
２ａ負極板の耳部
３セパレータ
４極板群
５正極ストラップ
６負極ストラップ
７金型
８，９型溝
１０正極格子状集電体
１１負極格子状集電体
１２横骨
１３縦骨
１４格子目
１５角部

Claims

それぞれ複数の耳部が突設された正極板と負極板がセパレータを介して捲回された捲回型の極板群を備え、極性毎の前記複数の耳部の先端が対応する極性の正極ストラップ、負極ストラップで連結されている鉛蓄電池であって、
前記正極板と前記負極板は、長尺帯状の鉛又は鉛合金製の格子状集電体に活物質が保持されたものであり、少なくとも一方の極板の前記格子状集電体は長手方向の横骨と幅方向の縦骨によって格子目が形成されたものであり、前記極板群の内周側に位置する前記格子目の横長さが縦長さ以下となっており、
前記複数の耳部が捲回の外周側ほど広い間隔で突設されていて、前記複数の耳部の幅が捲回の外周側のものほど大きく形成され、
前記捲回型の極板群の内周側に位置する前記格子目の横長さが、内周側に位置する前記耳部の幅以下となっていることを特徴とする鉛蓄電池。
前記格子状集電体の前記横骨の幅が前記縦骨の幅より大きくなっていることを特徴とする請求項１に記載の鉛蓄電池。
捲回型の前記格子状集電体の少なくとも内周側の角部が鈍角又は曲線状に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の鉛蓄電池。