JPS60220559A - 鉛蓄電池用電極基体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 発明の背景 本発明は鉛蓄電池に使用するチタン線補強鉛組成物およ
び電極構造体に関する。

鉛蓄電池は正極および負極に、活物質を支持して電流を
収集する構造体を有する。この構造体は典型的には平坦
なグリッドであるが、チューブ、バスケット、平板また
は他の多様な形状とすることができる。この構造体が機
能を行なうには、グリッドが導電性であシ、かつ十分な
機械的強度を有して高密度の活物質を支持し、この活物
質との電気的接触が良好でおり、しかも蓄電池の環境に
おいて適当な耐食性を有する必要がある。

最新の商用鉛蓄電池におけるグリッドは、純粋な鉛より
強い鉛合金であって、鉛および二酸化鉛が曲型的である
活物質を支持できる合金である。

他の材料も勿論考慮されてきたが、従来公知のグリ、ド
構造体は欠点を有する。

すべての公知の鉛合金は、純粋な鉛に比べて耐食性が極
めて劣る。それ故、正極の電極グリッド構造体は時間が
経過すると腐食して活物質との接触が劣化し、蓄電池の
容量を低下させる。事実、多くの鉛蓄電池の寿命サイク
ルはこの腐食機構ｌ；よって制限される。他方、負極の
腐食は一般に問題がない。また、このような鉛合金はそ
の１つ以上の合金成分を組成中に２００　ｐｐｍ以下に
制御する必要がある。

１９６０年代の初期において、耐食性の良いチタンを正
極のグリ、ド材料として使用することについて研究が行
なわれた。たとえば、Ｃｏｔｔｏｎらの英国特許第８６
９，６１８号は、鉛工極用チタン構造体に貴金属を被覆
して、この上に二酸化鉛を塗布することを開示している
。興味のあることには、Ｃｏｔｔｏｎらは鉛がチタンと
活物質との間で使用する適当な物質でないことを特に教
示している。

チタンは、負極の環境において耐食性が極めて悪いが、
正極の環境では耐食性が優れていて実質的に腐食しない
で動作することができる。さらにチタンは鉛より遥かに
低密度であシ、電池に使用ずればその重量を減少させる
ことができる。しかしチタンへの興味は失なわれた。こ
れは二酸化鉛活物質とチタングリ、ドとの間では接触が
良好でないためである。高価な多面処理および貴金属７
ラツ７−被覆を行なっても、二酸化鉛はチタングリッド
に適切に接着することができない。

これよシ後、Ｈａｒｔｍａｎｎの米国特許第４，２８２
，９２２号は鉛被覆アルミナファイバを使用して鉛マト
リ、クス組成物を製造し、これを鉛蓄電池用の正極構造
体として使用することを開示している。

Ｈａｒｔｍａｎｎの開示によれば、純粋な鉛が耐食性に
優ルていることを利用してこれを使用する。このアルミ
ナファイバー純鉛組成物グリ、ドは見込みかあｐそうに
思われた。ファイバ補強は必要な強度を与え、純鉛グリ
ッドは初坦の試験では腐食がまったく少ないことを示し
た。しかし、耐食性をさらに十分に検討するための実験
を行なったところ、２つの主要な欠点が現われてこの糸
についての興味が失なわれた。この物質のコストは現在
高く、しかも近い将来において低下する見込みが少ない
。

しかしこの技術の主要な欠点は、商業的生産規模におい
て実施できる手段を有しないことである。

実験室において補強グリ、ドを製造するには、鋳型の各
グリ、ド部材凹部にファイバを入れて、ファイバの周シ
に鉛を注型する。このような組合わせの手作業は極めて
時間がかかシ、工業的生産で実施することはできない。

必要なことはアルミナファイバをプレフォームとし、注
型の数秒前にこれを鋳型に入れることでちる。セラミッ
クファイバを結合して、このようなプレフォームとする
技術はまだ存在しない。

発明の要約 本発明はグリッドがチタン線補強鉛構造体である鉛蓄電
池用の新規な電極構造体を提供する。電極グリッドは、
製造しようとする特定の鉛セルに適当であれば、どのよ
うな形状および寸法であってもよい。

本明細書で使用する「チタン」または「チタン線」とい
う語は、グレードおよび寸法がどのようであってもよく
、たとえば非合金チタンＥＲＴ　ｉ−ＩＷｅｌｄｌｎｇ
　Ｇｒａｄｅ　Ｔｉｔａｎｉｕｍ＋　ＡＳＴＭ　Ｇｒａ
ｄｅ　１　＋　２３．４および７のような純粋な非合金
チタン、またはチタン−アルミニウム二元合金、チタン
−すず二元合金、もしくはＴｉ　−５ＡＬ−２，５８ｎ
のようなチタン−アルミニウムーすず三元合金、および
他の適当な合金であってもよい。一般ニ、ノ々ナジウム
およびモリブデンとのチタン合金、または他の合金成分
とのチタン合金であって、鉛蓄電池の電気化学的効率に
好ましくない影響を与えるものは適当でない。

ここで使用する「鉛」という語は、一般には元素の鉛で
あるが、たとえば鉛９８，５％以上を含む鉛を適当に希
釈した合金も含む。特に合金元素を加えて強さの他に、
たとえば少量を加えて電気イヒ学的効率を改良した合金
も含む。特に比較的アンチモン含量の低い鉛−アンチモ
ンニ元合金は、この「鉛」という語に含まれると理解す
べきである。

低アンチモン鉛合金は「ポジティブフロー」毛細管作用
を有し、極めて低い充電率（トリクル充電）で連続的に
充電して蓄電池の容量を最大に保持し、かつ放電を頻繁
に浅く（シャロウ放電）行なうことができる。アンチモ
ンを含まないグリッドではトリクル充電−ンヤロウ放電
を定常的に実施すると、容量が著しく減少する。他方、
たとえば潜水艦のような密閉された環境において蓄電池
を使用するときは、アンチモン含量を１．２５％を超さ
ないように、充電時に有毒なアンチモン化水素ガスおよ
び過剰の水素を発生する間接の原因とならないようにす
ることが望ましい。

一般に、本発明のグリ、ドは、チタン含量を約５〜約３
０体積チとすることができ、約１０〜約２０体積係が好
ましい。そして、単一のチタン線補強とするか、または
２本以上のチタン線を固く巻いた束とすることができる
。チタン線を適当なグリッド鋳型の枠の各ブリッド部材
凹部に入れ、鋳型を閉じてから、鋳型のなかにチタン線
の周９に鉛を注型する。これを冷却して鋳型から取出し
、常法によって蓄電池セルを組立てる〇 本発明は低コストの溶接可能なチタン補強純鉛グリッド
を使用する利益を有する。このグリッドは純粋な鉛およ
びチタンの優れた耐食性と、高い機械的強さおよび良好
な導電度とを合せて有する。

点溶接したチタン線グレフォームは、製造の技術および
装置に大きな変化を加えずにこの技術を製造工場に導入
することができる。

チタン補強純鉛グリφドは断面が薄くて重量が軽いにも
拘らず、これよシ厚い合金グリッドと同様な寿命を有す
る。あるいはチタン補強純鉛グリッドは合金グリッドと
同様な断面で作ることができる、このときは寿命を２０
０または３００％に伸ばすことができる。またチタン補
強の周υに純鉛を注型することによって、１つ以上の合
金成分を２００　ｐｐｍ以下に制限する厳格に制御され
た鉛合金を必要としなくなる。

本発明の新規なグリッドは正極に使用することが好まし
いが、このグリッドは負極にも使用できることに留意す
べきである。前述のように、従来公知のチタングリッド
を負極に使用すると腐食する傾向があるが、本発明のチ
タン補強は、腐食性雰囲気に露出していないので、本発
明のグリ、ドを正極または負極のいずれに使用すること
も適当である。

好ましい実施態様 一連の正極グリッド支持体を本発明によって製造した。

次に記載する実施例においては、第１図に示す設計のグ
リッドを使用したが、これは例示にすぎない。前述のよ
うに、蓄電池グリッドは活物質を支持して、電気を導く
。蓄電池の使用目的に応じて、グリ、ドの縦横の寸法は
、小は約１０ｃＩｎ（数インチ）から大は約１〜２　ｍ
　（数フィート）とし、また厚みを約０．１　ｍ　（１
０００分の１インチの数倍）から約４　ｍｍ　（４分の
１インチ）以上とすることができる。グリッドの網状構
造は、第１図に示すように規則正しｂ格子構造とするか
、または直角をずらせた構造とすることができ、各部材
の数は幾つでもよい。またこのグリッドは対角線状の部
材または彎曲した部材を含んでもよい。

主要な蓄電池メーカーは現在数十の異なる設計のグリッ
ドを製造しているが、その多くは本発明のチタン−鉛組
成物を使用して製造できると考えられる。

実施例 第１図に示すグリッドは、かなシ単純な設計であって、
本明細書に記載したすべての試験に使用したものである
。このグリッド部側は、水平リブが枠を含んで３３本あ
シ、垂直リプが枠を含んで１０本であム長さはそれぞれ
１４１　ｒｍ（５，５６２インチ）および４１２ｍ（１
６，２４インチ）である。

すべてのグリッド部材は、第２図に略示するように断面
がダイヤモンド状である。水平および垂直の部材は面積
が、枠を除いて約４．５＋＋ｍ２（０，００７平方イン
チ）でお９、枠は約７．１−２（０，０１１平方インチ
）である。すべてのグリ、ド部材は中央で直角に交わ９
、約１２．７ｆｆｉ１１（０，５０インチ）および約１
５．２＋ｍ（０，６０インチ）離れている。グリッドの
厚みは約４．１ｍ（０，１６０インチ）である。

一連の新規なグリ、ド支持体は、次のようにして製造し
た。直径０．２５５ｍ＋（０，０１０インチ）のＥＲＴ
ｉ　−Ｉ　Ｇｒａｄｅのチタン線を切断して、４．６’
または８本の線を合わせて固く巻いた束とした。これら
の４本巻き、６本巻きまたは８本巻きの線を切断して、
第１図に示すグリッドの垂直または水平のグリッド部材
に適する長さとした。鋳型の各グリッド部材および枠の
凹部に、この多重巻き線の１つを手で入れ、鋳型を閉じ
、チタン線の周シに元素鉛を注型した。これを冷却した
後、鋳型から取出した。成形体の断面は第２図に示す。

さらに、各グリ、ド部材には８本巻きチタン線の１束お
よびグリ、ド枠には点溶接した８本巻きチタン線の１束
を使用して、別のグリッドを注型した。

直径０．７　ｒｔａ　（０，０３インチ）のチタン線を
単一の線として各グリッド部材および枠の凹部に手で入
れて、さらに一連のグリッドを製造した。

引張シ試験を、上記のようにして製造したテタｙｆ補強
鉛ロッドについて行なった。直径０．７　ｍ（０，０３
０インチ）の４本のチタン線が９．２８体体積分占める
ように補強した、直径５．００＋ｍの鉛ロッドを引張シ
試験し、最終引張り強さは０．７６ｔ／ｍｍ２（１０，
６７５，ｆ？ンド／平方インチ）であった。この強さは
純鉛の約５００チ増加しており、工業的な鉛蓄電池で使
用する典型的な鉛合金の約２００％増加している。約１
０体積チのチタンで補強したときのグリッドは明かに強
さを増加している。

現在大部分の鉛蓄電池は第１図に示す型のり゛リッドを
使用して製造されているが、チーーブ状電極、または平
板状電極たとえばゾランテ型電極のような他の型の電極
を使用することができる。チタン補強純鉛はこのような
他の形状のグリッドにも使用することができる。

以上、現在本発明の好ましい実施態様と考えられる格子
について説明したが、本発明の精神および範囲を逸脱す
ることなく、当業者が徂々な変化および変更を加え得る
ことは明白でちろう。従って特許請求の範囲は本発明の
真の精神および範囲に合理釣合まれるすべての変化およ
び変更を包含するように意図したものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は工業的蓄電池セルにおいて通常使用される型の
グリッドの側面図であシ、 第２図は本発明の１つの実施例である、４本巻きチタン
線補強を有するグリッドの１つの部材の断面図である。 １・・・鉛グリッド部材、２・・・チタン線。 特許出願人 ノーエヌビー　バッチリーズ インコーホレイティド 特許出願代理人 弁理士　青　木　朗 弁理士西舘和之 弁理士　寺　１）　豊 弁理士　山　口　昭　之 弁理士　西　山　雅　也 ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鉛蓄電池用電極支持構造体であって、鋳造鉛マトリ
   、クスにチタン線を埋設したチタン線補強鋳造鉛マトリ
   ックスからなる電極支持構造体。 ２、チータンが支持構造体の約５〜約３０体積チを占め
   る、特許請求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 ３、チタンが支持構造体の約１０〜約２０体積チを占め
   る、特許請求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 ４、チタンが実質的に純粋な非合金チタンである、特許
   請求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 ５、　チタン補強がチタン線を固く巻いた束である、特
   許請求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 ６、チタン補強が単一ストランドのチタン線である、特
   許請求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 ７、チタンがチタン−アルミニウムの二元合金である、
   特許請求の範囲第５項記載の電極支持構造体。 ８、チタンがチタン−すすの二元合金である、特許請求
   の範囲第５項記載の電極支持構造体。 ９、鉛が元素の鉛である、特許請求の範囲第１項記載の
   電極支持構造体。 １０、鉛が純度９８．５％以上の鉛である、特許請求の
   範囲第１項記載の電極支持構造体。 １１、鉛が約１．２５％未満のアンチモンを含む、特許
   請求の範囲第１０項記載の電極支持構造体。 １２、電極支持構造体が正極支持構造体である、特許請
   求の範囲第１項記載の電極支持構造体。 １３、支持構造体の約５〜約３０体積チを占めるチタン
   線を鋳造鉛マトリ、クスに埋設した鉛蓄電池正極支持構
   造体用のチタン線補強鋳造鉛組成物・１４、チタンが支
   持構造体の約１０〜約２０体積％を占める、特許請求の
   範囲第１３項記載の組成物Ｏ １５、チタンが実質的に純粋な非合金チタンである、特
   許請求の範囲第１３項記載の組成物。 １６．チタン補強がチタン線を固く巻いた束である、特
   許請求の範囲第４３１項記載の組成物。 １７、チタン補強が単一ストランドのチタン線である、
   特許請求の範囲第１３項記載の組成物。