JPH10199563A - 鉛蓄電池用電極 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】極板格子の重量増加の問題や活物質量の減少に
よる電気容量低下の問題解決を図りつつ、格子腐食に基
づく短絡等の発生を抑えて鉛蓄電池の耐久性を向上させ
る。 【解決手段】網目状の格子骨部よりなる極板格子１と、
格子骨部間の空間及び格子骨部の端面１ａに保持された
活物質２とからなる鉛蓄電池用電極において、極板格子
１は上部から下部に向かう程厚みが厚くされていること
を特徴とする。腐食が進行し易い極板格子１の下部が厚
肉化されているため、極板格子１の下部において腐食さ
れずに残存する格子部分が多くなる。このため、極板格
子１全体としての腐食による伸びが肉厚化しない場合と
比較して抑制され、腐食による極板格子１の体積膨張を
起因とする短絡の発生を効果的に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鉛蓄電池用電極に関
し、より詳しくは極板格子の形状改良等により耐久性の
向上等を図った鉛蓄電池用電極に関する。

【０００２】

【従来の技術】鉛蓄電池は、液口栓及び複数のセルをも
つ電槽と、各セル内に注入された電解液（希硫酸）と、
各セルにそれぞれ装入され、正極板、負極板及びセパレ
ータを必要枚数組み合わせた極板群とから構成されてい
る。正極板又は負極板は、鉛合金からなる極板格子に活
物質（正極はＰｂＯ₂ 、負極はＰｂ）を充填してなり、
両極板の間にガラスマット等からなるセパレータを挟ん
で極板群が構成されている。

【０００３】この鉛蓄電池では、正極活物質（Ｐｂ
Ｏ₂ ）も負極活物質（Ｐｂ）も放電によって硫酸鉛（Ｐ
ｂＳＯ₄ ）となり、充電によってほとんど元の状態に戻
るため、多数回の充放電を繰り返すことができる。この
ような鉛蓄電池は、一般に以下のようにして製造され
る。まず、純鉛、カルシウム及びアンチモン等よりなる
鉛合金から極板格子を鋳造する。あるいは、鉛合金基板
をエキスパンド方式により加工して極板格子を製造す
る。一方、純鉛から製造したＰｂＯを主成分とする鉛粉
と硫酸とを混合してペーストを準備する。そして、上記
極板格子間の空間に上記ペーストを充填するとともに、
極板格子の両端面部分に上記ペーストを塗布した後、室
温若しくは４０〜５０℃の雰囲気中に２日程度放置する
ことにより熟成し、所定形状に切断する。これにより、
ＰｂＯを活物質とする未化成の正・負極板を得る。この
ようにして得られた未化成の正・負極板及びセパレータ
を必要枚数組み合わせるとともに、各極板の耳部を鉛合
金よりなるストラップに溶接して極板群を製造する。複
数製造した極板群を電槽の各セル内にそれぞれ装入する
とともに、隣り合う極板群のストラップ同士を溶接した
後、各セル内に電解液を注入し、蓋及び液口栓を熱溶着
することにより、鉛蓄電池を組み立てる。こうして得ら
れた未化成の鉛蓄電池は、通電することにより化成処理
されて初期充電状態となり、充電済みの鉛蓄電池とされ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ここで、鉛蓄電池が劣
化する原因の一つとして、電極を構成する極板格子にお
ける腐食を挙げることができる。特に正極の極板格子で
腐食が起こると、ＰｂがＰｂＯやＰｂＳＯ₄ に変化する
ことにより、極板格子の体積が膨張する。この体積膨張
により、正極の極板格子が上下方向に伸びて正負極板を
隔壁するセパレータの上端から上方に突出すると、正極
の極板格子と負極の極板格子の耳部や負極ストラップと
が接触して、短絡が発生するおそれがある。このような
短絡が発生すると、鉛蓄電池の放電電圧が徐々に低下
し、寿命となる。したがって、鉛蓄電池の耐久性を向上
させるには、格子腐食の問題を解決する必要がある。

【０００５】そこで、耐食性向上に寄与しうるように極
板格子の合金組成を改善したり、あるいは極板格子を肉
厚化したりする手段が考えられる。しかし、合金組成の
改善による耐食性向上については、その効果が十分では
ない。一方、極板格子を肉厚化する場合、厚肉化した分
だけ腐食されずに残存する格子部分が多くなるため、極
板格子全体としての腐食による伸びは肉厚化しない場合
と比較して抑制される。しかし、極板格子を肉厚化すれ
ば、格子重量が増大するという問題がある。また、鉛蓄
電池内のスペースは限られているため、極板格子を肉厚
化した分、極板格子の端面部分に塗布される活物質量が
少なくなり、電気容量が低下するという問題もある。

【０００６】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、極板格子の重量増加の問題や、活物質量の減少に
よる電気容量低下の問題解決を図りつつ、格子腐食に基
づく短絡等の発生を抑えて鉛蓄電池の耐久性向上に寄与
しうる鉛蓄電池用電極を提供することを解決すべき技術
課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
格子腐食により寿命となった鉛蓄電池について、本発明
者が極板格子を詳細に観察した結果、残存している極板
格子の断面積は下部よりも上部の方が大きく、格子腐食
は下部にて進行し易いことが判明した。これは、電解液
の温度及び硫酸濃度は下部の方が上部よりも高い傾向に
あるため、この影響を受けて極板格子の下部で腐食が進
行し易くなるものと考えられる。

【０００８】本発明は上記知見に基づき完成されたもの
で、本発明の鉛蓄電池用電極は、網目状の格子骨部より
なる極板格子と、該格子骨部間の空間及び該格子骨部の
端面に保持された活物質とからなる鉛蓄電池用電極にお
いて、上記極板格子は上部から下部に向かう程厚みが厚
くされていることを特徴とする。ここに、上記極板格子
の上部及び下部とは、極板格子をセルに組み込んで鉛蓄
電池を構成した場合、電解液の液面側が極板格子の上部
であり、電解液の最深部側が極板格子の下部であること
を意味する。

【０００９】本発明の鉛蓄電池用電極は、好適な態様に
おいて、前記極板格子を構成する格子骨部の端面に保持
された活物質は下部から上部に向かう程厚みが厚くさ
れ、極板格子と活物質とを合わせた厚みが上部から下部
にわたって実質的に一定とされる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明する。本発明の鉛蓄電池用電極は、網目状の格子
骨部よりなる極板格子と、該格子骨部間の空間及び該格
子骨部の端面に保持された活物質とから構成されてい
る。上記極板格子の材質及び網目形状は特に限定されな
い。材質としては、一般に用いられる鉛又は鉛合金とす
ることができる。ただし、極板格子の耐食性を向上させ
る観点より、なるべく耐食性の良好な鉛合金を用いるこ
とが好ましい。また、軽量化を図るべく、合成樹脂板と
鉛又は鉛合金薄板とを層状一体化したものを用いること
もできる。

【００１１】本発明の鉛蓄電池における特徴的な構成
は、上記極板格子の厚みが上部から下部に向かう程厚く
されていることにある。極板格子の厚みが上部から下部
に向かう程厚くされる態様としては、上部から下部に向
かって連続的に厚みが変化するような態様であっても、
あるいは上部から下部に向かって段階的に厚みが変化す
るような態様であってもよい。なお、電位分布をより均
一にする観点からは、段階的に厚みを変化させるより
も、連続的に厚みを変化させる方が好ましい。また、連
続的に厚みを変化させる場合は、極板格子の上端部から
下端部までの全体にわたって厚みを変化させてもよい
し、あるいは極板格子の上端部付近及び／又は下端部付
近の部分は一定の厚みとし、残りの部分の厚みを連続的
に変化させてもよい。

【００１２】また、極板格子の厚みを上部から下部に向
かうほど厚くする程度としては、極板格子の上下方向の
中央部を従来の極板格子の厚みと同等の厚みとし、この
中央部に対して、極板格子の上部の厚みを１０〜２０％
薄くし、かつ、極板格子の下部の厚みを１０〜２０％厚
くすることが好ましい。極板格子の下部の厚みを厚くす
る程度が小さ過ぎると、厚みを厚くすることによる効果
が不十分となる。一方、極板格子の下部の厚みを厚くし
過ぎると、鉛蓄電池のセル内でのスペース上の問題や塗
布しうる活物質量の低下の問題が発生する。また、極板
格子の上部の厚みを従来の極板格子の厚みよりも薄くす
るのは、薄くした分だけ極板格子を構成する格子骨部の
端面に多くの活物質を保持することができ、電気容量増
大の点で有利となるからである。ただし、薄くし過ぎる
と極板格子として必要な強度を確保できなくなる。な
お、極板格子の上部の厚みを従来の極板格子の厚みと同
等の厚みとし、この上部に対して所定の割合で下部の厚
みを厚くしてもよい。

【００１３】このような構成の極板格子は、従来と同
様、鋳造又はエキスパンド加工により製造することがで
きる。上記活物質は、極板格子を構成する格子骨部間の
空間及び該格子骨部の端面に保持される。ここで、格子
骨部の端面に保持される活物質の厚みとしては、格子極
板の上部から下部にわたって実質的に一定の厚みとする
こともできる。しかし、活物質の厚みを上部から下部に
わたって一定とすると、極板格子の厚みが厚くされた下
部においては、セル内でのスペース上の制約を受けるこ
ととの関係上、極板格子の厚みを十分に厚くすることが
できなくなり、また後述するように不働態化やサルフェ
ーションの問題が発生し易くなる。そこで、格子骨部の
端面に保持される活物質の厚みは、下部から上部に向か
う程厚くして、極板格子と活物質とを合わせた厚みを上
部から下部にわたって実質的に一定とすることが好まし
い。なお、この場合、格子骨部間の空間に保持される活
物質の厚みは、極板格子とこの極板格子の端面に保持さ
れた活物質とを合わせた厚みと実質的に同じとすること
ができる。

【００１４】上記極板格子及び格子骨部の端面に保持さ
れる活物質の厚みの具体的な寸法としては、例えば極板
格子の上端部から下端部までの全体にわたって厚みを連
続的に変化させる場合、極板格子の上下方向の中央部の
厚みを１．３〜１．５ｍｍとし、極板格子の上端部の厚
みを１．０〜１．４ｍｍとし、極板格子の下端部の厚み
を１．４〜１．８ｍｍとすることが好ましく、また極板
格子と格子骨部の端面に保持された活物質とを合わせた
厚みを上部から下部にわたって実質的に一定とし、か
つ、１．５〜２．０ｍｍとすることが好ましい。

【００１５】上記活物質の種類や充填方法は特に限定さ
れず、従来と同様とすることができる。例えば、純鉛か
ら製造したＰｂＯを主成分とする鉛粉と硫酸とを混練し
てペーストを作成し、このペーストを極板格子の格子骨
部間の空間及び格子骨部の端面に塗布し、乾燥後、室温
若しくは４０〜５０℃の雰囲気中に２日程度放置して熟
成することにより、活物質を極板格子に充填、保持させ
ることができる。そして、所定形状に切断して、ＰｂＯ
を活物質とする未化成の正・負極板を得ることができ
る。

【００１６】このようにして得られた未化成の正・負極
板は、常法に従って、合成樹脂製の隔離板やガラスマッ
ト等のセパレータを挟みながら複数組み合せてストラッ
プに溶接し、極板群とすることができる。そして、複数
の極板群を電槽の各セル内にそれぞれ装入するととも
に、隣り合う極板群のストラップ同士を溶接した後、各
セル内に電解液を注入し、蓋及び液口栓を熱溶着するこ
とにより、鉛蓄電池を組み立てることができる。

【００１７】こうして得られた未化成の鉛蓄電池は、通
電することにより化成処理されて初期充電状態となり、
充電済みの鉛蓄電池とすることができる。本発明の鉛蓄
電池用電極では、腐食が進行し易い極板格子の下部が厚
肉化されているため、ある程度格子腐食が進行した後で
あっても、極板格子の下部において腐食されずに残存す
る格子部分が多くなる。残存する格子部分が多くなれ
ば、その分格子極板の伸びを抑制する力が大きく働くこ
とになるから、極板格子全体としての腐食による伸びが
肉厚化しない場合と比較して抑制される。したがって、
腐食による極板格子の体積膨張を起因とする短絡の発生
を効果的に抑えることができる。

【００１８】一方、本発明の鉛蓄電池用電極では、極板
格子を一様に厚肉化するのではなく、極板格子の上部か
ら下部に向かって厚みが厚くなるようにしている。この
ため、上部から下部にわたって一様に厚肉化する場合と
比較して、極板格子の重量増加を抑えることができる。
また、厚肉化されていない極板格子の上部においては、
極板格子部分に活物質を十分に塗布することができるの
で、上部から下部にわたって一様に厚肉化する場合と比
較して、極板格子の端面部分に塗布される活物質量、ひ
いては電気容量の低下を抑えることができる。

【００１９】また、本発明の鉛蓄電池用電極では、極板
格子の上端に一体的に形成される耳部から遠くなり格子
抵抗が高くなる格子の下部に向かって厚みを厚くしてい
るので、厚みを厚くしている分だけ耳部から遠くなるこ
とによる格子抵抗の増加を抑えることができる。このた
め、極板格子の厚みが上部から下部にわたって均一なも
のと比較して、極板格子の面内抵抗分布を均一にするこ
とができ、活物質の反応効率の向上、ひいては容量及び
効率放電時の出力の向上に有利となる。

【００２０】さらに、格子下部における抵抗が低下して
活物質の反応効率が向上することから、後述する不働態
化やサルフェーションを抑えるのにも有利となる。そし
て、極板格子を構成する格子骨部の端面に保持された活
物質の厚みを下部から上部に向かう程厚くし、極板格子
と活物質とを合わせた厚みを上部から下部にわたって実
質的に一定とした場合は、さらに以下に示す作用効果を
奏する。

【００２１】すなわち、正極においては、放電時に極板
格子の下部程、格子と活物質との界面に不働態膜が生成
し易いが、その原因は未反応の余剰な活物質といわれて
いる。この点、極板格子の下部程活物質の厚みが薄くさ
れていれば、不働態化の原因とされる未反応の余剰な活
物質も少なくなる。このため、不働態化による出力及び
容量の低下を抑えることができる。

【００２２】また、負極においては、放電時に極板格子
の下部程、サルフェーションが生じ易いが、その原因の
一つとしても未反応の余剰な活物質といわれている。な
お、サルフェーションとは、ＰｂＯ₂ がＰｂＳＯ₄ に変
化して電池反応を起こさなくなる現象をいう。この点、
極板格子の下部程活物質の厚みが薄くされていれば、サ
ルフェーションの原因とされる未反応の余剰な活物質も
少なくなる。このため、サルフェーションによる出力及
び容量の低下を抑えることができる。

【００２３】さらに、極板格子と活物質とを合わせた厚
みが上部から下部にわたって実質的に一定とされていれ
ば、セル内における極板群のスペースを確保する上でも
有利となる。

【００２４】

【実施例】以下、本発明の鉛蓄電池用電極の実施例につ
いて具体的に説明する。純鉛、スズ及びカルシウムより
なる鉛合金（１．０％Ｓｎ−０．０８％Ｃａ−Ｐｂ）の
溶湯より、格子骨部よりなる極板格子１を鋳造した。こ
の極板格子１の上下方向の中央部は従来の極板格子の厚
みと同等の厚み１．４ｍｍを有し、極板格子１の上端部
の厚みは１．２５ｍｍ、極板格子１の下端部の厚みは
１．５５ｍｍである。なお、極板格子１の上端部及び下
端部の厚みは、従来の極板格子の厚み、すなわち極板格
子１の中央部の厚みに対して１０％変化させたものであ
る。

【００２５】そして、鉛粉や酸化鉛粉を希硫酸で練って
作ったペーストを上記極板格子１の格子骨部間の空間に
充填するとともに、格子骨部の両端面に塗布し、乾燥
後、室温若しくは４０〜５０℃の雰囲気中に２日放置し
て熟成することにより、極板格子１に活物質２を充填、
保持させた。そして、所定形状に切断して、ＰｂＯを活
物質とする未化成の正・負極板を得た。なお、極板格子
１と極板格子１の格子骨部の端面１ａに保持された活物
質２とを合わせた厚みは、極板格子１の上端部かた下端
部にわたって実質的に一定であり、その厚さは１．７ｍ
ｍである。また、極板格子１の格子骨部間の空間に保持
される活物質の厚みは、極板格子１とこの極板格子１格
子骨部の端面１ａに保持された活物質２とを合わせた厚
みと実質的に同じである。

【００２６】このようにして得られた未化成の正・負極
板を、常法に従って、合成樹脂製の隔離板やガラスマッ
ト等のセパレータを挟みながら複数組み合せてストラッ
プに溶接し、極板群とした。そして、各極板格子１の上
部が上方となるように、複数の極板群を電槽の各セル内
にそれぞれ装入するとともに、隣り合う極板群のストラ
ップ同士を溶接した後、各セル内に電解液としての希硫
酸を注入し、蓋及び液口栓を熱溶着することにより、鉛
蓄電池を組み立てた。なお、セル数は６個であり、電解
液量は１セル当たり０．５５リットルである。

【００２７】こうして得られた未化成の鉛蓄電池は、室
温で１Ａの電流を２００時間通電することにより化成処
理し、初期充電状態とされた鉛蓄電池を製造した。な
お、この鉛蓄電池はバッテリ型式９５Ｄ３１のものであ
る。 （評価）上記実施例で得られた鉛蓄電池について、８５
℃のＪＩＳ軽負荷寿命試験により耐久性を調べた。な
お、ＪＩＳ軽負荷寿命試験とは、ＪＩＳ Ｄ５３０１に
定めた充放電のサイクル試験である。

【００２８】その結果、従来の鉛蓄電池と比べて、寿命
が約２０％向上した。なお、寿命の判定は放電電圧が
７．２Ｖより下がったことにより行った。 （極板格子の厚みを上部から下部に向かうほど厚くする
程度と寿命との関係）上記実施例において、極板格子１
の上端部及び下端部の厚みを従来の極板格子の厚み、す
なわち極板格子１の中央部の厚みに対して２０％変化さ
せた場合、５％変化させた場合、及び２５％変化させた
場合について、上記と同様に耐久性を調べた。また比較
のため、極板格子１の厚みが上端部から下端部にわたっ
て均一である従来品についても、上記と同様に耐久性を
調べた。これらの結果を上記実施例の結果とともに図３
に示す。

【００２９】なお、図３において、Ａは上記実施例１の
１０％変化させたもの、Ｂは２０％変化させたもの、Ｃ
は５％変化させたもの、Ｄは２５％変化させたもの、及
びＥは従来品の結果を示す。図３から明らかなように、
極板格子１の上端部及び下端部の厚みを従来の極板格子
の厚みに対して２０％変化させたＡの場合、従来品Ｅよ
りも寿命が約４０％も向上した。

【００３０】一方、極板格子１の上端部及び下端部の厚
みを従来の極板格子の厚みに対して５％しか変化させな
かったＣの場合、及び２５％も変化させたＤの場合は、
従来品Ｅとほぼ同様の寿命であった。Ｃの場合は、極板
格子１の下部の厚みを厚くする程度が小さ過ぎたため、
厚みを厚くすることによる効果が十分に発揮されなかっ
たためと考えられる。また、Ｄの場合は、極板格子１の
上部の厚みを薄くし過ぎたことから、活物質からの集電
効率が低下したため、早期に電圧が低下したものと考え
られる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の鉛蓄電池
用電極は、極板格子を上部から下部に向かって厚肉化す
ることにより、極板格子の重量増加や活物質量の低下を
抑えつつ、極板格子の腐食に基づく短絡の発生を効果的
に抑えて、鉛蓄電池の寿命向上に貢献することができ
る。

【００３２】また、極板格子を構成する格子骨部の端面
に保持される活物質の厚みを下部から上部に向かう程厚
くし、極板格子と活物質とを合わせた厚みを上部から下
部にわたって実質的に一定とした場合は、さらに不働態
化やサルフェーションによる出力及び容量の低下を抑え
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例の鉛蓄電池用電極の平面図である。

【図２】本実施例の鉛蓄電池用電極の断面図であり、図
１のＡ−Ａ線矢視断面図である。

【図３】極板格子の厚みを上部から下部に向かうほど厚
くする程度と寿命との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１は極板格子、２は活物質である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 網目状の格子骨部よりなる極板格子と、
   該格子骨部間の空間及び該格子骨部の端面に保持された
   活物質とからなる鉛蓄電池用電極において、 上記極板格子は上部から下部に向かう程厚みが厚くされ
   ていることを特徴とする鉛蓄電池用電極。
2. 【請求項２】 前記極板格子を構成する格子骨部の端面
   に保持された活物質は下部から上部に向かう程厚みが厚
   くされ、極板格子と活物質とを合わせた厚みが上部から
   下部にわたって実質的に一定とされていることを特徴と
   する請求項１記載の鉛蓄電池用電極。