JP5504669B2 - 鉛蓄電池用集電体の製造法 - Google Patents

Description

本発明は鉛蓄電池に係り、特に、集電耳部が一体に設けられた集電体に活物質を保持してなる極板を使用した鉛蓄電池及び鉛蓄電池用極板、ならびに、鉛蓄電池用集電体の製造法に関するものである。

鉛蓄電池は、次のように構成されている。すなわち、集電耳部が一体に設けられた集電体に活物質を保持してなる正極板と負極板を用意する。この正極板と負極板の間にセパレータを配置して極板群とする。そして、極板群を電槽に収容し電解液を注入して所要の鉛蓄電池とする。

上記極板群は、積層形と捲回形の２種類がある。積層形極板群は、それぞれ少なくとも１枚の正極板と負極板を微孔性セパレータで隔絶して、交互に１枚ずつ積層して構成したものである。同極性極板を複数枚用いて極板群を構成する場合は、同極性極板同士を接続するストラップが集電耳部に溶接される。
捲回形極板群は、１枚の長尺の正極板と１枚の長尺の負極板を微孔性セパレータで隔絶して、捲回して構成したものである。集電耳部が、長尺の正負極板それぞれの複数箇所に一体に設けられている場合は、同極性の集電耳部にストラップが溶接される。

ところで、鉛蓄電池は、使用に伴って、正極集電体が酸化腐食され、正極板が高さ方向に伸びるという現象が発生する。極板群は電槽内で高さ方向両端を規制されているので、相対的に強度が小さい集電耳部に前記伸びによる応力が集中し、応力腐食により腐食が促進されやすい。また、自動車等の移動体に搭載される鉛蓄電池は、使用中の振動により集電耳部には絶えず応力がかかっている。

このようなことから、集電耳部が折損する不都合が発生することが心配される。前記懸念を解消するために、次のような技術が提案されている。
特許文献１には、正極板がその高さ方向に伸びるときの応力で変形し当該応力を吸収する箇所を集電体の下縁に設けることが開示されている。また、特許文献２には、正極板がその高さ方向に伸びたときに、極板伸びに追従して伸びる薄肉部を電槽に設けることが開示されている。さらに、特許文献３には、負極集電耳部の表面全面を被覆絶縁部材で被覆することにより、振動による折損を抑え、折損した場合にも短絡を防止することが開示されている。

特開２００３−２９７４１４号公報 特開平１１−３２９３７３号公報 特開２００８−１７１７０１号公報

しかしながら、上記特許文献に開示された技術は、いずれも、極板の伸びを吸収するための、或いは短絡を防止するための構成が複雑である。
本発明が解決しようとする課題は、鉛蓄電池における極板の集電耳部の折損懸念を簡単な手段で解消することである。そのような鉛蓄電池用集電体の製造法を提供する。

上記課題を解決するために、本発明に係る鉛蓄電池用集電体の製造法は、鉛シートをエキスパンド加工又は打抜き加工することにより、網目形状ないしは格子形状の集電体及びこれと一体の集電耳部を有する集電体を製造する方法において、表面に集電体高さ方向に長い突条型を設けた裁断台の当該突条型の上に集電耳部形成部分を載置して、裁断によって集電耳部の形成を行なうとともに、裁断台上の突条型により対応する集電耳部の当該箇所を一方面から他方面へ膨出させる。この方法によれば、裁断のときの押圧力により、裁断台上の突条型が集電耳部に容易に転写される。集電耳部の表面に、一方面の窪みに対応して他方面に膨出した極板高さ方向に長い突条が形成されるわけである。

本発明に係る鉛蓄電池は、集電耳部が極板高さ方向と交差する方向に変形されようとする力に対して補強されており、鉛蓄電池使用中における極板の伸びや振動による集電耳部の折損事故の懸念を小さくできるという効果を得ることができる。

本発明に係る実施例の鉛蓄電池用極板に使用する集電体の平面図である。 図１のＡ−Ａ’線に沿う断面図である。 本発明に係る他の実施例の鉛蓄電池用極板の平面図である。 本発明に係る実施例において集電耳部に突条を形成する様子を示す断面図である。

以下、図面を参照して、本発明が適用可能な鉛蓄電池の実施の形態について説明する。
本実施形態の鉛蓄電池では、集電耳部が一体に設けられた集電体に活物質を保持してなる極板を用いて、鉛蓄電池を構成している。その集電体として、図１は、鉛シートをエキスパンド加工して得られた集電体の例である。集電体１と一体に設けられた集電耳部２は、その表面に、極板高さ方向に長い突条３を有している。図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ’に沿う断面図であり、突条３が、集電耳部２表面の一方面の窪みに対応して他方面に膨出している様子を示している。

エキスパンド加工による集電体は、鉛合金スラブを冷間圧延した長尺の鉛シートを準備し、これを移送しながら千鳥状に順次スリットを入れ、スリット長さ方向と交差する方向に鉛シートを網目状に拡張することにより製造する。エキスパンド加工後の工程で、裁断により集電耳部を一体に有する個々の集電体とする（尚、この段階では、個々の集電体は、活物質を連続的に保持させる製造工程に供する都合上、完全には分離されず未だ繋がった状態にある）。
突条３は、集電耳部２を裁断により形成する際に設けることができる。図４に示すように、集電体（極板）高さ方向に長い突条型５を表面に設けた裁断台４を準備し、当該突条型５の上に集電耳部形成部分を載置する。そして、裁断によって集電耳部２の形成を行なう。裁断時の押圧力により、裁断台上の突条型５が対応する集電耳部の当該箇所を一方面から他方面に膨出させ、突条型５が集電耳部２に容易に転写される。これによって、集電耳部２の表面に、一方面の窪みに対応して他方面に膨出した極板高さ方向に長い突条３が形成されることになる。

図１のＡ−Ａ’に沿う断面図として図２（ｂ）に示すように、突条３は、極板高さ方向と交差する方向の集電耳部２の断面形状が、「く」の字形状を有しているものとしてもよい。一方面のＶ字溝の窪みに対応して他方面に極板高さ方向に長い突条３が形成された形状である。

上記は、集電耳部が一体に設けられた集電体を極板に用いる場合に、エキスパンド加工による集電体の例について説明した。集電耳部が一体に設けられた集電体は、鉛シートの打抜き加工による集電体のほか、鉛溶湯の鋳造による集電体であってもよい。

上記の各種集電体に活物質を保持した極板を用いて極板群を構成し、鉛蓄電池を組立てるが、積層形極板群の場合、その最小単位は正負極板各１枚の構成である。正極板と負極板を微孔性セパレータで隔絶して極板群とし、これを常法に従って電槽に収容し電解液を注入して所要の鉛蓄電池とする。
正負極板の一方又は両方に複数枚の極板を使用して極板群を構成する場合、正極板と負極板を微孔性セパレータで隔絶しながら交互に１枚ずつ積層して極板群とする。そして、同極性極板同士を接続するストラップが集電耳部に溶接される。ストラップの溶接は、例えば、キャストオンストラップ法やバーナ溶接法が用いられる。キャストオンストラップ法とは、ストラップ金型に鉛溶湯を入れ、鉛溶湯が凝固する前に、集電耳部を下に向けた極板群の集電耳部先端を鉛溶湯に浸漬し、ストラップの鋳造と集電耳部との溶接を同時に行なう溶接方法である。バーナ溶接法とは、集電耳部に挿通した櫛歯状ストラップ金型に鉛部品を置き、火炎で集電耳部とともに溶融してストラップの形成と集電耳部との溶接を行なう溶接方法である。
このようにして構成した極板群を、常法に従って電槽に収容し電解液を注入して所要の鉛蓄電池とする。

正極板は電池使用中に伸びやすいので、上記積層形極板群を構成する正負極板のうち、少なくとも正極板は、集電耳部２に突条３を設けた集電体１を用いる。また、冷間圧延した鉛シートをエキスパンド加工して形成した集電体を極板に使用する場合には、集電耳部にストラップを溶接するときに集電耳部が熱せられる。このとき、冷間圧延により微細化していた鉛の結晶が再結晶により大きくなり、集電耳部の曲げ強度が低下する。集電耳部２に設けた突条は、前記強度低下を補うのに極めて有効である。このことは、以下に述べる冷間圧延した鉛シートを打ち抜き加工して形成した集電体を極板に使用する場合にも、同様に有効である。

図３は、冷間圧延した鉛シートを打ち抜き加工して得た集電体を使用した鉛蓄電池用極板の実施の形態を示している。集電体１の上縁には所定の間隔で複数箇所に集電耳部２が一体に形成されている。そして、集電耳部２の表面に、一方面の窪みに対応して他方面に膨出した極板高さ方向に長い突条３を有している。この極板は、１枚の正極板と１枚の負極板を微孔性セパレータで隔絶して捲回し、捲回形極板群として構成される。複数箇所に形成した集電耳部２は、捲回したときに、正負極板それぞれ異なる位置で半径方向に並ぶように間隔を調整して位置している。この集電耳部にストラップが溶接される。

以下、鉛蓄電池の具体的な実施例を、エキスパンド加工による集電体に活物質を保持した極板を使用した鉛蓄電池を例として、本発明を更に具体的に説明する。なお、比較のために作製した従来例の鉛蓄電池についても併記する。
（実施例）
厚さが０．９ｍｍの冷間圧延鉛シートをエキスパンド加工し集電耳部を一体に形成した集電体を用意した。集電耳部には、長さ１０ｍｍの突条を形成した。この突条は、幅１０ｍｍの集電耳部の表面に一方面の窪み（幅１．５ｍｍ，深さ１ｍｍ）に対応して他方面に膨出した極板高さ方向に長い突条である。この集電体を正極板用として使用し、集電耳部にストラップを溶接した。
（従来例）
上記実施例において、集電耳部に突条を形成しない集電体を正極板用として使用した。

上記実施例と従来例において、正極板の集電耳部の曲げ強度（極板高さ方向と交差する方向の集電耳部曲げ強度）を、初期とストラップ溶接後に測定した結果を表１に比較して示す。
曲げ強度の測定方法は、次のとおりである。まず、集電耳部から１０mm幅のままで長さ１７mmの試験片を切り出す。この試験片の下部５mmをチャックで挟んで固定し、チャックから突出している試験片を押し倒すようにその中央部分を押圧し、試験片が変形するときの押圧力を測定した。測定試験機は、ＴＯＹＯ ＢＡＬＤＷＩＮ社製（型番ＲＴＭ−ＲＴ）である。

表１から、本発明に係る実施例においては、集電耳部が、ストラップの溶接前後に亘って高い曲げ強度を保持していることを理解できる。

１ 集電体
２ 集電耳部
３ 突条
４ 裁断台
５ 突条型

Claims (1)

1. 鉛シートをエキスパンド加工又は打抜き加工して、網目形状ないしは格子形状の集電体及びこれと一体の集電耳部を有する鉛蓄電池用集電体を製造する方法において、
   表面に集電体高さ方向に長い突条型を設けた裁断台の当該突条型の上に集電耳部形成部分を載置して、裁断によって集電耳部の形成を行なうとともに、裁断台上の突条型により対応する集電耳部の当該箇所を一方面から他方面へ膨出させることを特徴とする鉛蓄電池用集電体の製造法。

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