【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は鉛−カルシウム系合金シートをエキス
パンド加工して格子を得る鉛蓄電池用エキスパン
ド格子の製造方法に関するもので、寿命性能を改
良し安定化することを目的としている。
電池の自己放電を小さくし、使用中の電解液の
減少を少くした鉛(Pb)−カルシウム(Ca)系合
金は最近格子などの電導体に使用する例が多くな
つてきた。このPb−Ca系合金は格子の鋳造作業
性が劣るため、直接法による鋳造シート、鋳造に
よるスラブやビレツトを押出しや圧延などの塑性
加工により得たシートなどをエキスパンド加工す
るものが開発されている。
エキスパンド加工で格子を製造するときの要点
は、格子桟の交点近傍に亀裂や破損の無い、構造
的に完全なものを得ることにあり、このためには
シートの伸びの大きなものを用いる必要がある。
これを第1図で説明すると、シート1に長さの
スリツト2を入れたaの状態のものをエキスパン
ド加工によつてbの状態の対角線とnの菱形
にするとき、スリツト間のシート材料は√1+2
倍に伸びねばならない。実際のエキスパンド加工
においては、ねじれその他の現象から、√1+2
倍よりは若干小さくしてもよいが、伸びが重要な
ことは変らない。伸びの小さな材料を無理にエキ
スパンド加工すると、スリツト間の点Pすなわち
格子桟3の交点Pの近傍で亀裂を生じ、破裂する
こともある。
他方、エキスパンド格子の欠点は、これを正極
板に用いたときにエキスパンド方向への伸びが大
きく、短絡や活物質の軟化、脱落の早期発生が頻
発することにある。その原因は格子表面および内
部に形成される、鉛より分子容の大きな腐食生成
物による体積膨張である。腐食層は一酸化鉛、二
酸化鉛および硫酸鉛などからなつているが、分子
容は鉛に比してそれぞれ1.3,1.4および2.6倍であ
る。これらの腐食生成物が表面に形成するにつれ
て格子の桟には引張応力が加わり、クリープ現象
によつて桟は徐々に伸ばされる。
腐食生成物が格子の内部に形成される場合は、
すなわち桟に微小な亀裂があつて亀裂にそつて腐
食が進行したり、また合金結晶の粒界腐食が甚し
い場合には格子桟の伸びは極めて大きくなる。こ
のときには腐食生成物はくさびのような作用をも
たらし、腐食の内部への進行を促進して格子を早
期に崩壊させる。こゝで述べた格子の伸びはその
クリープ抵抗が大きければ軽減することができる
が桟の微小な亀裂や粒界の腐食に対しては無力で
ある。
エキスパンド格子に用いる鉛合金シートとして
は、鋳造したスラブを常温で塑性加工するもの
や、鋳造で直接に薄いシートとする、いわゆる
DMシートが提案されている。前者は常温で放置
した時の引張強度は安定しているものの伸びが少
なく、エキスパンド加工で桟の交点に微小な亀裂
を生じ易く、後者は結晶粒界の腐食が甚だしくて
いずれも格子の伸びが大きくしかも桟の交点の付
近での腐食が大きいという欠点を有していた。
本発明はこのような欠点を解消し、エキスパン
ド方向への伸びが小さくしかも桟交点での腐食が
少ないエキスパンド極板をそなえた電池を得るこ
とを目的としている。
本発明の要旨は、鉛−カルシウム系合金の鋳造
物を100℃以上の高温度の状態で圧延または押出
しなどの塑性加工を施して厚いシートとし、つぎ
にこれを50℃以下の低温度の状態で圧延加工した
シートを常法に従つてエキスパンド加工により格
子とすることにある。本発明の工程フロー図を第
3図に示す。
つぎに本発明を実施例によつて説明する。
Pb−0.07%Ca−0.5%Sn合金のビレツトを鋳造
によつて製造し、これを常温、100〜150℃および
200〜250℃で押出比約80%で押出加工して厚さ3
mmのシートとした。つぎにこれを常温および100
〜150℃で圧延し、厚さ1.2mmのシートを得た。こ
のシートをエキスパンド加工し第1図のnを0.65
とした格子を正極板に用いて容量35アンペア・ア
ワー(Ah)の自動車用電池を試作し、JIS充放電
サイクル(∞)寿命試験を行なつた。1.2mm厚シ
ートの機械的性質を第1表に、電池の寿命試験結
果を第2表に示す。なお放電容量は1∞目を100
とする比率で表した。
The present invention relates to a method for manufacturing an expanded lattice for a lead-acid battery, in which the lattice is obtained by expanding a lead-calcium alloy sheet, and its purpose is to improve and stabilize the life performance. Lead (Pb)-calcium (Ca) alloys, which reduce self-discharge in batteries and reduce loss of electrolyte during use, have recently been increasingly used in electrical conductors such as grids. Since this Pb-Ca alloy has poor lattice casting workability, products have been developed that allow expansion processing of sheets cast by the direct method, and sheets obtained by plastic processing such as extrusion or rolling from cast slabs or billets. . The key point when manufacturing a grid using expanded processing is to obtain a structurally complete product with no cracks or damage near the intersections of the grid bars, and for this purpose it is necessary to use sheets with large elongation. be.
To explain this with reference to Figure 1, when a sheet 1 with a length 2 slit 2 is expanded into a diamond shape with a diagonal line of b and a diamond shape of n, the sheet material between the slits is √1+ 2
It has to be doubled. In actual expanding processing, due to twisting and other phenomena, √1+ 2
It may be slightly smaller than double, but elongation is still important. If a material with small elongation is forcibly expanded, cracks may occur near the points P between the slits, that is, the intersections P of the lattice bars 3, and the material may burst. On the other hand, the disadvantage of the expanded lattice is that when it is used as a positive electrode plate, it stretches to a large extent in the expanding direction, which frequently causes short circuits, softening of the active material, and early dropout. The cause is volumetric expansion due to corrosion products, which are formed on the surface and inside the lattice and have a larger molecular volume than lead. The corrosion layer consists of lead monoxide, lead dioxide, and lead sulfate, whose molecular volumes are 1.3, 1.4, and 2.6 times that of lead, respectively. As these corrosion products form on the surface, tensile stress is applied to the bars of the grid and the bars are gradually stretched due to creep phenomena. If corrosion products form inside the grate,
That is, if there is a minute crack in the crosspiece and corrosion progresses along the crack, or if the intergranular corrosion of the alloy crystal is severe, the elongation of the lattice crosspiece becomes extremely large. At this time, the corrosion products act like a wedge, promoting the progress of corrosion inward and causing the lattice to collapse at an early stage. The elongation of the lattice mentioned above can be reduced if its creep resistance is large, but it is powerless against minute cracks in the crosspieces and corrosion at grain boundaries. Lead alloy sheets used for expanded grids include those that are made by plastically working a cast slab at room temperature, and those that are made into thin sheets directly by casting.
A DM sheet is proposed. The former has stable tensile strength when left at room temperature, but has little elongation, and micro-cracks are likely to occur at the intersections of the crosspieces during expansion processing, while the latter suffers from severe corrosion at grain boundaries, causing lattice elongation in both cases. It has the disadvantage that it is large and suffers from severe corrosion near the intersection of the crosspieces. It is an object of the present invention to eliminate such drawbacks and to obtain a battery equipped with an expanded electrode plate that is less elongated in the expanding direction and less corroded at crosspiece intersections. The gist of the present invention is to form a thick sheet by subjecting a cast lead-calcium alloy to plastic working such as rolling or extrusion at a high temperature of 100°C or higher, and then to form a thick sheet at a low temperature of 50°C or lower. The purpose of this method is to form a lattice by expanding the rolled sheet according to a conventional method. A process flow diagram of the present invention is shown in FIG. Next, the present invention will be explained with reference to examples. A billet of Pb-0.07%Ca-0.5%Sn alloy was produced by casting, and it was heated at room temperature, 100-150℃ and
Extruded at 200-250℃ with an extrusion ratio of about 80% to a thickness of 3
mm sheet. Next, store this at room temperature and 100%
Rolling was performed at ~150°C to obtain a sheet with a thickness of 1.2 mm. This sheet is expanded and n in Figure 1 is 0.65.
A prototype automobile battery with a capacity of 35 ampere hours (Ah) was fabricated using the grid as the positive electrode plate, and a JIS charge/discharge cycle (∞) life test was conducted. Table 1 shows the mechanical properties of the 1.2 mm thick sheet, and Table 2 shows the battery life test results. In addition, the discharge capacity is 100 at the 1∞th
It is expressed as a ratio.
【表】【table】
【表】
第1表から鋳造ビレツトを常温で押出したのち
圧延したシートAおよびBは伸びが小さいこと、
高温で押出したのち高温で圧延したDおよびFは
引張強度が小さいこと、しかし100℃以上の高温
で押出したのち常温で圧延したCおよびEは引張
強度も伸びも比較的大きいことが判る。また第2
表からシートCおよびEを用いた電池だけが、充
放電100∞目に充分な容量を保つており、正極格
子の伸びが小さく良好な状態を示していた。シー
トAおよびCを用いた100∞後の正極格子の腐食
状態を第2図に示す。これは桟の交点の断面を示
す顕微鏡写真である。第2図aのシートAのもの
は粒界にそつて甚だしい腐食が見られるが、第2
図bのシートCでは腐食は表面から均一に進行し
ている。
すでに詳述したように、エキスパンド格子を用
いる鉛合金シートは伸びの大きなことが望まれ、
上記の実施例ではn=0.65であるから計算上20%
以上の伸びが必要である。高温で塑性加工したシ
ートは伸びが大きく、この点で好適である。さら
に正極格子として用いたときには腐食生成物によ
る伸びが小さくなければならない。高温で塑性加
工したシートを常温で圧延すると引張強さもある
水準にまで高まり、電池性能としてみたとき優れ
たものが得られる。
以上のように、高温で塑性加工した厚いシート
を常温で圧延すると、引張強度および伸びがとも
に良好なエキスパンド加工に適したシートが得ら
れる。これを用いた正極板は格子桟交点の腐食が
小さくエキスパンド方向の伸びも小さくて寿命性
能が大幅に改善されるので、本発明の工業的価値
は大きい。[Table] From Table 1, sheets A and B, which were rolled after extruding a cast billet at room temperature, have a small elongation.
It can be seen that D and F, which were extruded at high temperature and then rolled at high temperature, have low tensile strength, but C and E, which were extruded at high temperature of 100°C or higher and then rolled at room temperature, have relatively high tensile strength and elongation. Also the second
From the table, only the batteries using sheets C and E maintained sufficient capacity at the 100∞th charge/discharge, and the elongation of the positive electrode lattice was small, indicating a good condition. FIG. 2 shows the corrosion state of the positive electrode grid after 100∞ using sheets A and C. This is a micrograph showing a cross section at the intersection of the crosspieces. Sheet A in Figure 2a shows severe corrosion along the grain boundaries;
In sheet C in Figure b, corrosion progresses uniformly from the surface. As already detailed, lead alloy sheets using expanded lattices are desired to have high elongation.
In the above example, n = 0.65, so calculated 20%
More growth is required. Sheets that have been plastically worked at high temperatures have a large elongation and are suitable in this respect. Furthermore, when used as a positive electrode grid, elongation due to corrosion products must be small. When a sheet that has been plastically processed at high temperatures is rolled at room temperature, its tensile strength increases to a certain level, resulting in superior battery performance. As described above, when a thick sheet that has been plastically worked at a high temperature is rolled at room temperature, a sheet that is suitable for expanding processing and has both good tensile strength and elongation can be obtained. The positive electrode plate using this material has less corrosion at the intersection points of the grid bars and less elongation in the expanding direction, and has a significantly improved life performance, so the present invention has great industrial value.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]
第1図はエキスパンド格子の製造工程の一つで
あるエキスパンド工程を示す説明図。第2図は
JISサイクル寿命試験100∞後の正極格子の桟交点
部分の腐食状態を示す顕微鏡写真である。第3図
は本発明製法の工程フロー図である。
1……シート、2……スリツト、3……格子
桟、P……格子桟の交点。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing an expanding process, which is one of the manufacturing processes of an expanded lattice. Figure 2 is
This is a microscopic photograph showing the corrosion state of the intersection points of the positive electrode grid after a JIS cycle life test of 100∞. FIG. 3 is a process flow diagram of the manufacturing method of the present invention. 1... sheet, 2... slit, 3... lattice crosspiece, P... intersection of lattice crosspiece.