JPH0367303B2 - - Google Patents
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- JPH0367303B2 JPH0367303B2 JP58138187A JP13818783A JPH0367303B2 JP H0367303 B2 JPH0367303 B2 JP H0367303B2 JP 58138187 A JP58138187 A JP 58138187A JP 13818783 A JP13818783 A JP 13818783A JP H0367303 B2 JPH0367303 B2 JP H0367303B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/64—Carriers or collectors
- H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
Description
本発明は、鉛または鉛合金製の材料から作られ
る鉛蓄電池の格子体、とくにエキスパント加工に
より形成されるエキスパンド格子体に関するもの
である。 従来、鉛蓄電池の格子体は、鉛蓄電池の軽量化
に対して使用する鉛量を減少することで対応して
きた。しかし、単に、鉛量を減少させただけで
は、集電効率の低下により、とくに高率放電時の
初期電圧特性において問題があつた。性能の維
持、向上をはかり且つ軽量化を達成するために
は、格子体の形状を十分に検討し、電気抵抗の増
加を押えながら鉛量を減少させることが必要とな
つている。 軽量化の要求に対し、製造面においては、より
格子愛の薄形化が可能で、生産性も高いエキスパ
ンド法が実施されているが、エキスパンド法、鋳
造法にいづれにせよ、単に薄形化、軽量化をする
と、格子体各部の断面積が減少し、そのため電気
抵抗が増大し、電池性能の劣化、とくに高率放電
時の電圧が低下するという欠点があつた。 そのため、従来から集電耳部に近い部分の重量
を増し、遠い部分の重量を減少させることによつ
て集電効率を改良する提案もなされているが、格
子体重量を一定にし、電気抵抗を最小にし、高率
放電時の初期電圧を上昇させる検討は系統的にな
されておらず、したがつて格子体の電気抵抗を減
少させることが不十分であり、電池性能の向上を
はかり且つ電池の軽量化を達成することを困難に
していた。 本発明の目的は、上記の問題を解決するため、
格子体の重量を変えずに、格子体の電気抵抗を減
少させ、とくに高率放電時の初期電圧を上昇させ
た鉛蓄電池のエキスパンド格子体を提供すること
である。 この目的を達成するため、本発明は、第１図に
示すエキスパンド格子体の全幅Ｗと高さＴの比率
Ｗ／Ｔ＝ＲをＸ軸とし、格子体の幅方向の端から
集電耳部a′中央までの長さのうち短いほうの長さ
Ｋと上記全幅Ｗの比率Ｋ／Ｗ×100＝ＬをＹ軸と
し、格子体全重量に対する上部親骨ａの重量の百
分率ＧをＺ軸としたときに、第５図に示すＡ点
（0.5、０、27）、Ｂ点（0.5、０、19）、Ｃ点（2.0、
０、51）、Ｄ点（2.0、０、59）、Ｅ点（0.5、50、
15）、Ｆ点（0.5、50、７）、Ｈ点（2.0、50、44）、
Ｉ点（2.0、50、52）を頂点とする六面体で囲ま
れた範囲内のＲ、Ｌ、Ｇ値を有するエキスパンド
格子体を用いることにある。 本発明によつて鉛蓄電池の格子体の電気抵抗を
減少することができる基本原理を図面を用いなが
ら詳細に説明する。 鉛蓄電池の高率放電における電圧特性は電池の
内部抵抗にほぼ依存しており、とくに放電初期の
５秒目程度までなら、内部抵抗と電池電圧は直線
関係になる。また検討の結果、極板内での電流分
布は放電５秒目程度であればほぼ全面にわたつて
均一であることを見出した。したがつて後述する
基本原理にのつとつて格子体の電気抵抗あるいは
電流を流したときの格子体の損失（ワツト）を数
学的な解析により求めることが出来る。数学的解
析により求めた格子体の損失は電池の内部抵抗と
ほぼ直線関係にあるため、該格子体の損失を格子
体の種々の形状について求めれば、該損失を低下
させ得る格子体形状が決まり、該格子体を用いた
電池においては放電電圧を向上することが出来
る。 第２図に基本原理の模式的説明図を示した。 ここで０〜４は格子体の中の任意の部分におけ
る格子骨の交点（以下「格子点」と呼ぶ）であ
る。点０と点１〜４の間の抵抗をそれぞれr1〜r4
とし、各格子点０〜４の電位をそれぞれv0〜v4と
し、相手板から流入または流出する電流をi0とす
れば、格子点０ではキルヒホツフの法則により、 (v1-v0)／r1＋(v2-v0)／r2＋(v3-v0)／r3＋(v4-v0)／r4
＋i0＝０ の式が成立する。この電流i0は、各格子点での和
が端子間電流I0となることに注意すれば、ここで
抵抗r1〜r4は格子骨の長さと断面積及び材質で決
まる比抵抗から求めることが出来る。また、電流
i0は１枚の極板に流れる電流I0と格子点の総数ｎ
から i0＝I0／ｎ となり求めることが出来る。従つて、上記キルヒ
ホツプの式ではv0〜v4が未和数となる。各格子点
に対してｎ個のキルヒホツフの式が成立するの
で、ｎ元の連立方程式を解けば、各格子点の電位
v0〜Vnが求められる。 次に格子の電気的な損失を考える。損失Ｐは電
圧ｖ、抵抗ｒとによつて一般に Ｐ＝v2／ｒ で求めることができる。つまり、格子点０と１の
間の損失P1は P1＝（v1−v0）2／r1 となる。格子体の全損失PTは、各格子点間の損
失の総和であり、計算が可能である。 以上が格子体の損失を数学的に求める基本原理
であるが、種々の格子体形状や重量配分について
該損失を求めた結果、格子体集電耳部の位置や格
子体の高さと全幅の比率及び格子体全重量と上部
親骨の重量の比率において該損失が最小になる部
分のあることを見い出した。このことについて以
下実施例に従い説明する。 第３図の種々のエキスパンド格子体について上
記方法で求めた全損失PTと、その格子体につい
て常法に従つて12V電池を組立て−15℃において
150A放電した際の５秒目電圧V5の関係を示し
た。 第３図からわかるように格子体の全損失PTと
５秒目電圧V5との間には直線関係があり、格子
体の全損失を低下させることによつて高率放電時
の電池電圧を向上させることが出来る。この結果
は、上記方法の妥当性を証明するとともに、この
全損失PTを比較することにより内部抵抗が小さ
く、高率放電時の電池電圧V5の高い格子体を見
い出すことができることを示している。 第４図は、格子体の全重量を一定にした場合の
集電耳部を有する上部親骨の全格子体重量に対す
る重量比Ｇと上記方法によつて得られた格子体の
全損失PTの関係を示したものである。ここで格
子体の全幅に対する格子体の幅方向の端から集電
耳部の中央までの長さのうち短いほうの長さの比
率Ｌが５％、格子体の全幅と高さとの比率Ｒが
0.9である。第４図からわかるように重量比Ｇが
31％において格子体の全損失PTが最小となるが、
27〜35％の範囲にあれば最適といえる。集電耳部
を備えた上部親骨は、なるべく重量を増して電気
抵抗を減少させた方がよいが、重量は増加しすぎ
ると、格子網目部の骨の断面積が減少しすぎて電
気抵抗が増加し、全体として格子体の全損失が増
大する結果となる。これと同様に、比率Ｌ、比率
Ｒの異なる場合にも重量比Ｇの最適範囲が決定で
きる。 第５図は格子体の全損失PTが最小となる範囲
をＲ、Ｌ、Ｇについて示したものである。ここで
Ａ点はＲ＝0.5、Ｌ＝０、Ｇ＝27、Ｂ点はＲ＝
0.5、Ｌ＝０、Ｇ＝19、Ｃ点はＲ＝2.0、Ｌ＝０、
Ｇ＝51、Ｄ点はＲ＝2.0、Ｌ＝０、Ｇ＝59、Ｅ点
はＲ＝0.5、Ｌ＝50、Ｇ＝15、Ｆ点はＲ＝0.5、Ｌ
＝50、Ｇ＝７、Ｈ点はＲ＝2.0、Ｌ＝50、Ｇ＝44、
Ｉ点はＲ＝2.0、Ｌ＝50、Ｇ＝52である。この８
点を頂点とする六面体で囲まれた部分が格子体の
損失が最小になる。 次に、実際に種々の12V電池を作製した。陽極
エキスパンド格子体の面積126cm2、重量34ｇ一定
である。陰極エキスパンド格子体は陽極のそれと
同一形状で、23ｇのものである。これら格子体に
常法に従つて活物質を塗布し、化成した後、陽極
板４枚と陰極板５枚をセパレータを介して交互に
積層し、単セルを作製した。この単セルを６セル
直列に接続し、12V電池とした。硫酸電解液の比
重は1.280（20℃）である。 これら電池の−15℃、150A放電時の５秒目電
圧を第１表に示した。 本発明に係る電池は、５秒目電圧が高くなつて
いる。
る鉛蓄電池の格子体、とくにエキスパント加工に
より形成されるエキスパンド格子体に関するもの
である。 従来、鉛蓄電池の格子体は、鉛蓄電池の軽量化
に対して使用する鉛量を減少することで対応して
きた。しかし、単に、鉛量を減少させただけで
は、集電効率の低下により、とくに高率放電時の
初期電圧特性において問題があつた。性能の維
持、向上をはかり且つ軽量化を達成するために
は、格子体の形状を十分に検討し、電気抵抗の増
加を押えながら鉛量を減少させることが必要とな
つている。 軽量化の要求に対し、製造面においては、より
格子愛の薄形化が可能で、生産性も高いエキスパ
ンド法が実施されているが、エキスパンド法、鋳
造法にいづれにせよ、単に薄形化、軽量化をする
と、格子体各部の断面積が減少し、そのため電気
抵抗が増大し、電池性能の劣化、とくに高率放電
時の電圧が低下するという欠点があつた。 そのため、従来から集電耳部に近い部分の重量
を増し、遠い部分の重量を減少させることによつ
て集電効率を改良する提案もなされているが、格
子体重量を一定にし、電気抵抗を最小にし、高率
放電時の初期電圧を上昇させる検討は系統的にな
されておらず、したがつて格子体の電気抵抗を減
少させることが不十分であり、電池性能の向上を
はかり且つ電池の軽量化を達成することを困難に
していた。 本発明の目的は、上記の問題を解決するため、
格子体の重量を変えずに、格子体の電気抵抗を減
少させ、とくに高率放電時の初期電圧を上昇させ
た鉛蓄電池のエキスパンド格子体を提供すること
である。 この目的を達成するため、本発明は、第１図に
示すエキスパンド格子体の全幅Ｗと高さＴの比率
Ｗ／Ｔ＝ＲをＸ軸とし、格子体の幅方向の端から
集電耳部a′中央までの長さのうち短いほうの長さ
Ｋと上記全幅Ｗの比率Ｋ／Ｗ×100＝ＬをＹ軸と
し、格子体全重量に対する上部親骨ａの重量の百
分率ＧをＺ軸としたときに、第５図に示すＡ点
（0.5、０、27）、Ｂ点（0.5、０、19）、Ｃ点（2.0、
０、51）、Ｄ点（2.0、０、59）、Ｅ点（0.5、50、
15）、Ｆ点（0.5、50、７）、Ｈ点（2.0、50、44）、
Ｉ点（2.0、50、52）を頂点とする六面体で囲ま
れた範囲内のＲ、Ｌ、Ｇ値を有するエキスパンド
格子体を用いることにある。 本発明によつて鉛蓄電池の格子体の電気抵抗を
減少することができる基本原理を図面を用いなが
ら詳細に説明する。 鉛蓄電池の高率放電における電圧特性は電池の
内部抵抗にほぼ依存しており、とくに放電初期の
５秒目程度までなら、内部抵抗と電池電圧は直線
関係になる。また検討の結果、極板内での電流分
布は放電５秒目程度であればほぼ全面にわたつて
均一であることを見出した。したがつて後述する
基本原理にのつとつて格子体の電気抵抗あるいは
電流を流したときの格子体の損失（ワツト）を数
学的な解析により求めることが出来る。数学的解
析により求めた格子体の損失は電池の内部抵抗と
ほぼ直線関係にあるため、該格子体の損失を格子
体の種々の形状について求めれば、該損失を低下
させ得る格子体形状が決まり、該格子体を用いた
電池においては放電電圧を向上することが出来
る。 第２図に基本原理の模式的説明図を示した。 ここで０〜４は格子体の中の任意の部分におけ
る格子骨の交点（以下「格子点」と呼ぶ）であ
る。点０と点１〜４の間の抵抗をそれぞれr1〜r4
とし、各格子点０〜４の電位をそれぞれv0〜v4と
し、相手板から流入または流出する電流をi0とす
れば、格子点０ではキルヒホツフの法則により、 (v1-v0)／r1＋(v2-v0)／r2＋(v3-v0)／r3＋(v4-v0)／r4
＋i0＝０ の式が成立する。この電流i0は、各格子点での和
が端子間電流I0となることに注意すれば、ここで
抵抗r1〜r4は格子骨の長さと断面積及び材質で決
まる比抵抗から求めることが出来る。また、電流
i0は１枚の極板に流れる電流I0と格子点の総数ｎ
から i0＝I0／ｎ となり求めることが出来る。従つて、上記キルヒ
ホツプの式ではv0〜v4が未和数となる。各格子点
に対してｎ個のキルヒホツフの式が成立するの
で、ｎ元の連立方程式を解けば、各格子点の電位
v0〜Vnが求められる。 次に格子の電気的な損失を考える。損失Ｐは電
圧ｖ、抵抗ｒとによつて一般に Ｐ＝v2／ｒ で求めることができる。つまり、格子点０と１の
間の損失P1は P1＝（v1−v0）2／r1 となる。格子体の全損失PTは、各格子点間の損
失の総和であり、計算が可能である。 以上が格子体の損失を数学的に求める基本原理
であるが、種々の格子体形状や重量配分について
該損失を求めた結果、格子体集電耳部の位置や格
子体の高さと全幅の比率及び格子体全重量と上部
親骨の重量の比率において該損失が最小になる部
分のあることを見い出した。このことについて以
下実施例に従い説明する。 第３図の種々のエキスパンド格子体について上
記方法で求めた全損失PTと、その格子体につい
て常法に従つて12V電池を組立て−15℃において
150A放電した際の５秒目電圧V5の関係を示し
た。 第３図からわかるように格子体の全損失PTと
５秒目電圧V5との間には直線関係があり、格子
体の全損失を低下させることによつて高率放電時
の電池電圧を向上させることが出来る。この結果
は、上記方法の妥当性を証明するとともに、この
全損失PTを比較することにより内部抵抗が小さ
く、高率放電時の電池電圧V5の高い格子体を見
い出すことができることを示している。 第４図は、格子体の全重量を一定にした場合の
集電耳部を有する上部親骨の全格子体重量に対す
る重量比Ｇと上記方法によつて得られた格子体の
全損失PTの関係を示したものである。ここで格
子体の全幅に対する格子体の幅方向の端から集電
耳部の中央までの長さのうち短いほうの長さの比
率Ｌが５％、格子体の全幅と高さとの比率Ｒが
0.9である。第４図からわかるように重量比Ｇが
31％において格子体の全損失PTが最小となるが、
27〜35％の範囲にあれば最適といえる。集電耳部
を備えた上部親骨は、なるべく重量を増して電気
抵抗を減少させた方がよいが、重量は増加しすぎ
ると、格子網目部の骨の断面積が減少しすぎて電
気抵抗が増加し、全体として格子体の全損失が増
大する結果となる。これと同様に、比率Ｌ、比率
Ｒの異なる場合にも重量比Ｇの最適範囲が決定で
きる。 第５図は格子体の全損失PTが最小となる範囲
をＲ、Ｌ、Ｇについて示したものである。ここで
Ａ点はＲ＝0.5、Ｌ＝０、Ｇ＝27、Ｂ点はＲ＝
0.5、Ｌ＝０、Ｇ＝19、Ｃ点はＲ＝2.0、Ｌ＝０、
Ｇ＝51、Ｄ点はＲ＝2.0、Ｌ＝０、Ｇ＝59、Ｅ点
はＲ＝0.5、Ｌ＝50、Ｇ＝15、Ｆ点はＲ＝0.5、Ｌ
＝50、Ｇ＝７、Ｈ点はＲ＝2.0、Ｌ＝50、Ｇ＝44、
Ｉ点はＲ＝2.0、Ｌ＝50、Ｇ＝52である。この８
点を頂点とする六面体で囲まれた部分が格子体の
損失が最小になる。 次に、実際に種々の12V電池を作製した。陽極
エキスパンド格子体の面積126cm2、重量34ｇ一定
である。陰極エキスパンド格子体は陽極のそれと
同一形状で、23ｇのものである。これら格子体に
常法に従つて活物質を塗布し、化成した後、陽極
板４枚と陰極板５枚をセパレータを介して交互に
積層し、単セルを作製した。この単セルを６セル
直列に接続し、12V電池とした。硫酸電解液の比
重は1.280（20℃）である。 これら電池の−15℃、150A放電時の５秒目電
圧を第１表に示した。 本発明に係る電池は、５秒目電圧が高くなつて
いる。
【表】
本発明は以上のように、格子体自体の重量を増
加することなく、また活物質の保持などに影響を
与えることなく、格子体の全損失を最小とするこ
とが可能であり、その結果電池の内部抵抗を減少
させ、高率放電時の初期電圧を向上させることが
できる等工業的価値甚だ大なるものである。
加することなく、また活物質の保持などに影響を
与えることなく、格子体の全損失を最小とするこ
とが可能であり、その結果電池の内部抵抗を減少
させ、高率放電時の初期電圧を向上させることが
できる等工業的価値甚だ大なるものである。
第１図はエキスパンド格子体の平面図、第２図
は格子体の損失を求める基本原理の模式的説明
図、第３図は、格子体の全損失PTと−15℃、
150A放電時の５秒目電圧V5との関係図、第４図
は格子体の全重量を一定にし、集電耳部を備える
上部親骨の重量比率Ｇ（％）、と格子体の全損失
PTの関係曲線図、第５図は、格子体の全幅に対
する格子体の幅方向の端から集電耳部の中央まで
の長さのうち短いほうの長さの比率Ｌ（％）と、
格子体の全幅Ｗと高さＴの比率Ｒ（Ｗ／Ｔ）と、
格子体の全損失PTが最小となる上部親骨の全格
子重量に対する重量比率（％）との関係図であ
る。 ａ：上部親骨、a′：集電耳部、Ｗ：全幅、Ｔ：
高さ、Ｋ：格子体の幅方向の端から集電耳部の中
央までの長さのうち短いほうの長さ。
は格子体の損失を求める基本原理の模式的説明
図、第３図は、格子体の全損失PTと−15℃、
150A放電時の５秒目電圧V5との関係図、第４図
は格子体の全重量を一定にし、集電耳部を備える
上部親骨の重量比率Ｇ（％）、と格子体の全損失
PTの関係曲線図、第５図は、格子体の全幅に対
する格子体の幅方向の端から集電耳部の中央まで
の長さのうち短いほうの長さの比率Ｌ（％）と、
格子体の全幅Ｗと高さＴの比率Ｒ（Ｗ／Ｔ）と、
格子体の全損失PTが最小となる上部親骨の全格
子重量に対する重量比率（％）との関係図であ
る。 ａ：上部親骨、a′：集電耳部、Ｗ：全幅、Ｔ：
高さ、Ｋ：格子体の幅方向の端から集電耳部の中
央までの長さのうち短いほうの長さ。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 上部親骨ａを有する鉛蓄電池用エキスパンド
格子体であつて、 格子体は、鉛または鉛合金製シート材からな
り、集電耳部a′が上方に突出形成された上部親骨
ａを有し、 格子体の全幅をＷ、高さをＴ、幅方向の端から
集電耳部a′中央迄の長さのうち短いほうの長さを
Ｋとして、比率Ｗ／ＴをＲ、比率Ｋ／Ｗの百分率
をＬ、格子体の全重量に対する上部親骨ａの重量
の百分率をＧとして、ＲをＸ軸、ＬをＹ軸、Ｇを
Ｚ軸としたとき、 前記Ｒ、Ｌ、Ｇは、Ａ点（0.5、０、27）、Ｂ点
（0.5、０、19）、Ｃ点（2.0、０、51）、Ｄ点（2.0、
０、59）、Ｅ点（0.5、50、15）、Ｆ点（0.5、50、
７）、Ｈ点（2.0、50、44）、Ｉ点（2.0、50、52）
を頂点とする六面体で囲まれた範囲内の値である 鉛蓄電池用エキスパンド格子体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138187A JPS6030058A (ja) | 1983-07-28 | 1983-07-28 | 鉛蓄電池用エキスパンド格子体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58138187A JPS6030058A (ja) | 1983-07-28 | 1983-07-28 | 鉛蓄電池用エキスパンド格子体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6030058A JPS6030058A (ja) | 1985-02-15 |
| JPH0367303B2 true JPH0367303B2 (ja) | 1991-10-22 |
Family
ID=15216096
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58138187A Granted JPS6030058A (ja) | 1983-07-28 | 1983-07-28 | 鉛蓄電池用エキスパンド格子体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6030058A (ja) |
-
1983
- 1983-07-28 JP JP58138187A patent/JPS6030058A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6030058A (ja) | 1985-02-15 |
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