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KR101839152B1 - 납 축전지 - Google Patents

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KR101839152B1
KR101839152B1 KR1020117004104A KR20117004104A KR101839152B1 KR 101839152 B1 KR101839152 B1 KR 101839152B1 KR 1020117004104 A KR1020117004104 A KR 1020117004104A KR 20117004104 A KR20117004104 A KR 20117004104A KR 101839152 B1 KR101839152 B1 KR 101839152B1
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KR
South Korea
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transverse
lattice
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longitudinal
plate
Prior art date
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KR1020117004104A
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KR20130093795A (ko
Inventor
요시까즈 히로세
신이찌 사노
가쯔라 미따니
히로유끼 와까따베
Original Assignee
신코베덴키 가부시키가이샤
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Publication date
Application filed by 신코베덴키 가부시키가이샤 filed Critical 신코베덴키 가부시키가이샤
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Abstract

사각형의 윤곽 형상을 갖는 틀부와, 틀부의 내측에 격자를 형성하는 횡격자골 및 종격자골을 구비한 격자판에 활물질을 충전함으로써 극판을 구성한 납 축전지로서, 횡격자골을, 틀부의 두께와 동등한 두께를 갖는 횡태골과, 횡태골보다도 폭 및 두께가 작은 횡세골에 의해 구성하고, 종격자골을, 틀부의 두께보다도 작은 두께를 갖고 두께 방향의 일단이 틀부의 두께 방향의 일단과 동일 평면 상에 배치된 종태골과, 종태골보다도 두께 및 폭이 작은 종세골에 의해 구성하여, 횡세골 및 종세골의 두께 방향의 일단측의 끝면을 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면보다도 두께 방향의 내측에 위치시키고, 횡세골 및 종세골의 두께 방향의 타단측의 끝면을 틀부의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 두께 방향의 내측에 위치시킨다.

Description

납 축전지{LEAD STORAGE BATTERY}
본 발명은, 납 축전지에 관한 것이다.
휴대 전화 등에 많이 사용되는 2차 전지로서, 리튬 이온 전지나, 니켈 수소 전지 등의 고성능의 전지의 개발이 진행되고 있다. 그러나, 리튬 이온 전지 및 니켈―수소 전지는, 가격의 면에서 불리하며, 특히 리튬 이온 전지는, 안전성의 면에서 충분한 배려가 필요하기 때문에, 정전 시에 대비하여 오피스 빌딩이나 병원 등에 설치하는 백업 전원에 이용하는 전지나, 순시 전압 저하 대책용의 산업용 전지, 혹은 자동차용 전지 등으로서는, 납 축전지가 많이 이용되고 있다. 또한 최근, 태양 전지를 이용한 발전 설비나 풍력 발전기를 이용한 발전 설비와 같이, 자연 에너지를 이용한 발전 설비가 활발하게 건설되도록 되어 있지만, 이와 같은 발전 설비에서는, 전력의 평준화를 도모하기 위해, 발전 설비에 2차 전지를 이용한 축전 설비를 부속시키는 것이 검토되고 있다. 이와 같은 축전 설비에서는, 다량의 전지를 필요로 하기 때문에, 전지로서는, 납 축전지를 이용하는 것이 유리하다.
일반적으로 납 축전지는, 정극판과 부극판을 세퍼레이터를 개재하여 적층함으로써 구성한 극판군을, 전해액과 함께 전조 내에 수용한 구조를 갖는다. 납 축전지의 극판으로서는, 클래드식, 페이스트식, 튜더식 등, 다양한 구조를 갖는 것이 알려져 있지만, 산업용이나 자동차용의 납 축전지에서는, 대전류 방전이 가능한 페이스트식의 극판이 많이 이용되고 있다. 또한 산업용이나 자동차용의 납 축전지로서는, 메인터넌스를 용이하게 하기 위해, 보수의 필요성을 없앤 밀폐형 납 축전지가 많이 이용되고 있다.
최근, 납 축전지의 장기 수명화를 도모하는 것의 필요성이 높아지고 있다. 특히, 자연 에너지를 이용한 발전 설비에 부대 설비로서 설치하는 축전 설비에서는, 납 축전지의 수명을, 풍력 발전기나 태양 전지 등의 발전 수단의 내구 연수와 동등한 기간(예를 들면 17년 이상)으로 하는 것이 요망되고 있다.
페이스트식의 정극판 및 부극판은, 집전체를 구성하는 정극용 격자판 및 부극용 격자판에 각각 페이스트 형상의 정극 활물질 및 부극 활물질을 충전하여 유지시킨 구조를 갖는다. 정극용 격자판 및 부극용 격자판으로서는, 주조에 의해 제조되는 것과, 납 또는 납합금의 판에 익스팬드 가공을 실시함으로써 제조되는 것이 이용되고 있지만, 전지의 장기 수명화를 도모하는 것을 중시하는 경우에는, 후기하는 바와 같이, 격자골의 단면적을 크게 할 필요가 있기 때문에, 정극용 격자판 및 부극용 격자판으로서, 주조에 의해 제조되는 것을 사용하는 것이 유리하다.
주조에 의해 제조되는 격자판은, 예를 들면 특허 문헌 1에 기재되어 있는 바와 같이, 거의 사각형(직사각형 또는 정사각형)의 윤곽 형상을 갖고, 횡방향으로 신장하고, 종방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 횡틀골과, 종방향으로 신장하고, 횡방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 종틀골을 갖는 틀부와, 이 틀부의 내측에 격자를 형성하는 복수의 횡격자골 및 복수의 종격자골과, 틀부의 한쪽의 횡틀골에 일체로 형성된 집전용 이부(耳部)에 의해 구성된다.
또한 본 명세서에서는, 격자판 및 극판의 각 부의 특정을 용이하게 하기 위해, 격자판의 집전용 이부가 설치된 부분을 격자판의 상부로 하고, 횡틀골이 신장하는 방향(종틀골의 길이 방향)을 격자판의 종방향으로 한다. 또한 횡틀골이 신장하는 방향을 격자판의 횡방향으로 하고, 격자판의 종방향 및 횡방향의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 격자판의 두께 방향으로 한다. 극판의 종방향, 횡방향 및 두께 방향은 각각, 격자판의 종방향, 횡방향 및 두께 방향을 따르는 방향으로 한다. 또한 각 틀골 및 각 격자골에 대해서는, 격자판의 두께 방향을 따르는 방향을 두께 방향으로 하고, 각각의 길이 방향과 두께 방향의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 폭 방향으로 한다. 또한, 격자판을 수평면 상으로 눕힌 자세로 하여 격자판에 활물질을 충전할 때에, 격자판의 상방을 향하게 할 수 있는 면 및 하방을 향하게 할 수 있는 면을 각각 격자판의 표면 및 이면으로 한다.
정극용 격자판 및 부극용 격자판에 활물질을 충전하여 정극판 및 부극판을 제조할 때에는, 격자판을 눕힌 상태로(그 두께 방향을 상하 방향을 향한 상태로) 페이스트 충전기 내로 공급되고, 상방으로부터 격자판의 표면에 페이스트 형상의 활물질을 공급하고, 공급한 활물질을 격자판의 표면(격자판의 상방을 향한 면)측으로부터 격자를 통하여 이면(격자판의 하방을 향한 면)측으로 유동시킴으로써, 격자 전체에 활물질을 충전한다. 격자 전체에 균일하게 활물질을 충전하기 위해서는, 격자판의 표면측으로부터 격자를 통하여 격자판의 이면측에 충분한 양의 활물질을 공급하고, 또한 격자판의 이면측에서의 활물질의 유동을 원활하게 행하게 하는 것이 필요하다.
납 축전지의 수명을 길게 하기 위해서는, 격자판(특히 정극용 격자판)의 횡격자골 및 종격자골의 전체를 활물질 속에 매설한 상태로 하는 것이 이상이다. 정극용 격자판의 격자골의 일부가 활물질로부터 노출된 상태에 있으면, 격자골의 활물질로부터 노출된 부분(격자골의 노출 부분이라고 함)이 전해액인 황산에 곧바로 접촉하기 때문에, 방전 시에 격자골의 노출 부분의 표면에서 방전 반응이 일어나, 격자골의 노출 부분의 표면에 부동태인 황산납(PbSO4)의 막이 생성된다. 특히 격자골이 칼슘을 포함하는 납합금에 의해 형성되어 있는 경우에는, 격자골의 표면이 활성을 가지므로, 격자골의 표면이 전해액에 직접 접촉되어 있으면, 격자골의 표면에서 방전 반응이 생겨 황산납의 막이 생성되기 쉽다.
격자골의 표면에 형성된 부동태막은, 도전성을 갖고 있지 않고, 충전하여도 원래로 되돌아가지 않는다. 정극용 격자판의 격자골의 일부가 활물질로부터 노출되어 있으면, 그 노출 부분으로부터 격자골과 활물질과의 사이의 계면에 전해액이 침입해 가므로, 격자골 표면에의 부동태막의 생성이 진전되어 가, 곧 그 격자골의 표면 전체에 부동태막이 생성된 상태가 된다. 격자골의 표면 전체에 부동태막이 생성된 상태가 되면, 그 격자골과 활물질과의 사이의 도통이 저해되기 때문에, 충전을 행할 수 없게 되어, 전지의 조기 용량 저하(PCL:Premature Capacity Loss)를 초래하여, 전지의 장기 수명화를 도모하고자 하는 요청에 대응할 수 없게 된다.
또한 납 축전지는, 사용에 수반하여 각 부의 열화가 진행되면 곧바로 수명에 이른다. 납 축전지가 수명에 이르는 주된 원인으로서, 충전 시에 정극판에서 일어나는 격자판의 부식(산화에 의한 PbO2의 생성)을 들 수 있다. 정극용 격자판에의 PbO2의 생성은, 격자판의 표면으로부터 그 내부로 서서히 진전되어 간다. PbO2는 도전성을 갖지만, 취약하기 때문에, 격자골의 부식이 진행되면, 격자골이 파단되거나, 격자골의 형태가 무너져서 활물질을 보유 지지하는 기능이 상실되거나 하는 식으로 되어, 곧바로 전지가 수명에 도달한다. 따라서, 납 축전지의 수명을 연장시키기 위해서는, 격자판의 부식이 그 전체에 미칠 때까지의 시간을 길게 하는 위해, 격자판의 틀부 및 격자골의 단면적을 충분히 크게 해 둘 필요가 있다.
상기의 점으로부터, 페이스트식의 극판을 이용한 납 축전지의 수명을 연장시키기 위해서는, 격자판(특히 정극의 격자판)의 격자골의 단면적을 충분히 크게 해 두는 것이 필요하며, 또한 격자골의 활물질로부터 노출되어 있는 부분을 극력 적게 하는 것이 필요하다.
그런데, 극판의 수명을 연장시키기 위해, 모든 격자골의 단면적을 크게 하면, 격자골 상호간의 간극이 좁아지므로, 소정의 전지 용량을 얻는데 필요한 양의 활물질을 격자판에 충전할 수 없게 된다. 또한 격자골의 단면적을 크게 하면, 격자의 간극이 작아져, 격자판에 활물질을 충전할 때에 활물질을 격자판의 표면측으로부터 이면측으로 원활하게 유동시키는 것이 어렵게 되므로, 활물질 충전 시에 격자판의 이면측에 활물질을 충분히 공급할 수 없게 되어, 격자판의 이면측에서 격자골의 노출 부분이 생기기 쉬워진다고 하는 문제가 생긴다.
특허 문헌 2에는, 격자골을 태골(太骨)과 세골(細骨)에 의해 구성하여, 태골의 부분에 기계적 강도를 갖게 하도록 한 격자판이 제안되어 있다. 이 격자판에서는, 격자골의 일부를 세골로 함으로써, 격자의 간극을 확대할 수 있기 때문에, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동을 용이하게 할 수 있다.
그러나 이 격자판에서는, 모든 태골의 두께와 세골의 두께를 틀부의 두께와 동등하게 설정하고 있었기 때문에, 격자판에 활물질을 충전할 때에, 태골 및 세골의 두께 방향의 끝면을 활물질로서 덮는 것이 어렵다고 하는 문제가 있었다. 페이스트 충전기에 의해 격자판에 활물질을 충전할 때에, 페이스트 충전기로부터 활물질이 직접 공급되는 격자판의 표면측에서는, 격자골을 완전하게 덮도록 활물질을 도착하는 것이 용이하다. 그러나, 격자판의 이면측에서는, 오로지 격자의 간극을 통과한 활물질의 유동에 의지하여 활물질을 충전하기 때문에, 격자골의 노출 부분을 덮는 것이 곤란하다.
납 축전지용의 극판을 제조할 때에는, 반송 벨트 상에 재치된 격자판에 상방으로부터 이송 롤러를 마찰 접촉시켜, 각 격자판을 반송 벨트와 이송 롤러와의 사이에 끼운 상태에서 페이스트 충전기로 공급되고, 페이스트 충전기에 의해 격자판에 활물질을 충전하는 활물질 충전 공정을 행한다. 활물질 충전 공정을 행한 후, 활물질이 충전된 격자판(극판)을, 상하로 서로 마주 대하는 가압 롤러와 이송 롤러와의 사이에 통하여, 격자판에 충전된 활물질을 극판의 두께 방향으로 압축하는 활물질 압축 공정을 행한다. 이 활물질 압축 공정에서도, 약간이긴 하지만 극판의 표면측 및 이면측에서 활물질의 유동을 발생시킬 수 있다. 따라서, 페이스트 충전기에 의해 격자판에 활물질을 충전한 단계에서, 극판의 이면측에 격자골의 노출 부분이 존재하고 있어도, 그 노출 부분의 면적이 충분히 좁으면, 활물질 압축 공정에서, 그 노출 부분을 활물질로 덮을 수 있다. 그러나, 극판의 이면측에 존재하는 격자골의 노출 부분의 면적이 넓은 경우에는, 활물질 압축 공정에서 생기는 활물질의 유동에 따라서는, 격자골의 노출 부분을 활물질로 완전하게 덮을 수 없는 경우가 있다.
특허 문헌 2에 기재된 격자판에서는, 격자판의 이면측에서 태골 및 세골의 쌍방의 두께 방향의 끝면이 틀부의 끝면과 동일 평면 상에 배치되어 있기 때문에, 활물질 충전 공정을 완료한 단계에서, 격자판의 이면측에서 태골 및 세골의 쌍방의 두께 방향의 끝면이 노출된 상태에 있고, 격자골의 노출 부분의 면적이 넓어지는 것을 피할 수 없다. 이와 같이, 활물질 충전 공정을 종료한 시점에서, 격자판의 이면측에서 격자골의 노출 부분이 넓은 면적을 갖고 있으면, 그 후에 행해지는 활물질 압축 공정에서, 격자골의 노출 부분을 완전하게 활물질로 덮는 것이 곤란하게 되고, 격자골의 노출 부분이 노출된 상태로 될 가능성이 높아진다. 정극판에 격자골의 노출 부분이 존재하면, 전술한 바와 같이, 격자골에 부동태막이 생성되고, 이 부동태막의 생성이 전지의 조기 용량 저하를 초래할 원인으로 된다.
따라서, 본 발명자는, 특허 문헌 3에 기재되어 있는 바와 같이, 격자골을 태골과 세골에 의해 구성하여, 격자판에 충전되는 활물질의 양이 적어지는 것을 방지함과 함께, 활물질을 충전할 때의 활물질의 유동을 용이하게 하여, 극판의 이면측에서 격자골의 끝면이 활물질로부터 노출된 상태로 되는 것을 억제하는 것을 가능하게 한 격자판을 제안하였다.
본 발명자가 앞서 제안한 격자판은, 하기와 같이 구성된다.
a. 종격자골 및 횡격자골 중 적어도 한쪽이 태골과 세골에 의해 구성되어, 각 태골에 인접하는 격자골이 세골로 되도록 태골과 세골이 배열된다.
b. 태골의 두께가 틀부의 두께보다도 작게 설정되어, 태골의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면이 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면보다도 두께 방향의 내측에 배치된다.
c. 세골의 폭 및 두께는 각각 태골의 폭 및 두께보다도 작게 설정되고, 각 세골은, 그 두께 방향의 일단측의 끝면을 태골의 두께 방향의 일단측의 끝면이 배치된 평면측으로 치우친 위치에 위치시킨 상태로 설치된다.
상기한 바와 같이, 종격자골 및 횡격자골 중 적어도 한쪽을 태골과 세골에 의해 구성하면, 세골의 부분의 부식이 진행되어 그 기계적 강도가 저하한 경우에서도, 보다 장기간의 부식에 견디는 태골의 부분에 기계적 강도를 갖게 하여 격자의 형상을 유지할 수 있으므로, 모든 격자골을 세골에 의해 구성한 경우보다도 더욱 장기간에 걸쳐서 격자의 활물질 보유 지지 기능을 유지할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이, 각 태골에 인접하는 격자골이 세골로 되도록 태골과 세골을 배열해 두면, 태골의 측방에 페이스트 형상 활물질을 유동시키기 위한 넓은 스페이스를 확보할 수 있으므로, 격자판의 표면측으로부터 활물질을 충전할 때에, 활물질을 격자판의 이면측으로 원활하게 유동시켜, 격자판의 이면측으로의 활물질의 충전을 양호하게 행하게 할 수 있다.
또한 상기한 바와 같이 구성하면, 격자판의 이면측에서, 세골 및 태골의 끝면이 틀부의 끝면보다도 내측에 배치되기 때문에, 격자판의 이면측에서 세골 및 태골의 끝면이 활물질로부터 노출된 상태로 되는 것을 억제할 수 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 제2001-332268호 공보 [특허 문헌 2] 일본 특허 공개 평4-171666호 공보 [특허 문헌 3] WO(국제 공개)2010/73588호 공보
본 발명자가 앞서 제안한 격자판을 이용하면, 장기간 부식에 견디는 태골의 부분에 기계적 강도를 갖게 하여, 격자의 형상을 장기간 유지할 수 있으므로, 전지의 수명을 연장시킬 수 있다. 또한 격자골에 노출 부분이 생기는 것을 억제할 수 있으므로, 격자골에 황산납의 부동태막이 생성되는 것을 억제하여, 전지의 수명을 연장시킬 수 있다.
그러나, 그 후의 검증에 의해, 본 발명자가 앞서 제안한 격자판을 이용한 경우에는, 일련의 격자판을 연속적으로 페이스트 충전기에 공급하여 극판을 양산할 때에, 격자판을 페이스트 충전기에 올바른 자세로 공급할 수 없게 되어, 라인이 정지하는 트러블을 무시할 수 없는 빈도로 발생하는 것이 명백하게 되었다.
사각 형상의 격자판을 이용하여 극판을 양산하는 라인에서, 격자판에 페이스트 형상의 활물질을 충전할 때에는, 일련의 격자판을, 각각의 횡방향(짧은 변 방향)을 반송 방향을 향해 눕힌 상태로 반송 벨트에 의해 페이스트 충전기를 향하여 반송하고, 격자판이 페이스트 충전기에 근접한 부분에서, 반송되어 오는 격자판에 상방으로부터 이송 롤러를 마찰 접촉시켜, 격자판을 이송 롤러와 반송 벨트와의 사이에 끼운 상태로 페이스트 충전기로 공급된다.
앞서 제안한 격자판에서는, 태골의 두께 방향의 양단이 틀부의 두께 방향의 양단보다도 내측에 배치되고, 또한 세골의 두께 방향의 양단도 틀부의 두께 방향의 양단보다 내측에 배치되어 있었기 때문에, 격자부 전체의 두께 방향의 양단이 틀부의 두께 방향의 양단보다도 내측으로 들어간 상태에 있다. 그 때문에, 격자판을 페이스트 충전기로 공급할 때에는, 반송 벨트 및 이송 롤러가 격자판의 틀부에만 마찰 접촉하게 된다. 반송 벨트 및 이송 롤러가 격자판의 틀부에만 접촉하면, 격자판과 이송 롤러와의 사이 및 격자판과 반송 벨트의 사이의 마찰 저항이 부족하므로, 격자판을 페이스트 충전기에 올바른 자세로 공급할 수 없는 경우가 있다. 격자판을 페이스트 충전기에 올바른 자세로 공급할 수 없으면, 격자판이 변형되거나, 격자판에의 활물질의 충전을 정상으로 행할 수 없게 된다. 페이스트 충전기에 올바른 자세로 공급되지 않았던 격자판에 활물질이 충전됨으로써 얻어진 극판은 불량품으로 되므로, 이 극판을 납 축전지의 조립 공정에 공급하는 것은 허용되지 않는다. 따라서, 격자판을 올바른 자세로 페이스트 충전기로 공급할 수 없는 사태가 생긴 경우에는, 일단 생산 라인을 멈춰 세워 그 격자판을 라인으로부터 제거할 필요가 있다.
상기한 바와 같이, 앞서 제안한 격자판을 이용한 경우에는, 라인을 정지시킬 필요가 있는 트러블을 무시할 수 없는 빈도로 발생하기 때문에, 제조 능률의 저하를 초래할 우려가 있었다. 납 축전지의 수율을 높여, 생산성을 향상시키고, 게다가 고품질의 극판을 얻기 위해서는, 페이스트 충전기에의 격자판의 공급을, 격자판의 자세를 올바른 상태로 보유 지지하여, 확실하게 행하게 하는 것이 중요하다.
본 발명의 목적은, 양산성이 우수하고, 게다가 긴 수명의 납 축전지를 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 정극용의 격자판에 정극 활물질을 충전하여 이루어지는 정극판과, 부극용의 격자판에 부극 활물질을 충전하여 이루어지는 부극판을 구비한 납 축전지에 관계되는 것이다. 본 발명에서는, 적어도 정극용의 격자판이 하기와 같이 구성된다.
(1. 1) 횡방향으로 신장하고 종방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 횡틀골과 종방향으로 신장하고 횡방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 종틀골을 갖고, 횡방향 및 종방향의 쌍방에 대하여 직각인 두께 방향으로 일정한 두께 치수를 갖는 틀부와, 횡틀골 및 종틀골과 각각 평행하게 신장하도록 설치되어 틀부의 내측에 격자를 형성하는 복수의 횡격자골 및 복수의 종격자골과, 틀부의 한쪽의 횡틀골에 일체로 형성된 집전용 이부를 구비하고 있다.
(1. 2) 종격자골 및 횡격자골은 각각, 복수의 종세골 및 횡세골과, 종세골 및 횡세골보다도 단면적이 큰 복수의 종태골 및 횡태골을 갖고, 각 종태골의 측방에 적어도 하나의 종세골이 배열되고, 각 횡태골의 측방에 복수의 횡세골이 배열되는 식으로, 종태골 및 종세골과 횡태골 및 횡세골이 배열된다.
(1. 3) 복수의 종태골은, 틀부의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면을 상기 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일 평면 상에 위치시키고, 또한 각각의 두께 방향의 타단측의 끝면을 상기 틀부의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 상기 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치된다.
(1. 4) 복수의 종세골은, 종태골의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 종태골의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치된다.
(1. 5) 복수의 횡태골은, 틀부의 두께와 동등한 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시킨 상태로 배치된다.
(1. 6) 각 횡태골은, 그 두께 방향 및 길이 방향의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 폭 방향으로 하였을 때에, 그 두께 방향의 타단측의 끝면의 폭 치수가, 그 두께 방향의 일단측의 끝면의 폭 치수보다도 작게 설정된다.
(1. 7) 복수의 횡세골은, 횡태골의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 횡태골의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치된다.
격자판을 상기한 바와 같이 구성하면, 횡태골의 두께 방향의 일단과, 종태골의 두께 방향의 일단을 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시킬 수 있으므로, 격자판을 이송 롤러에 의해 페이스트 충전기 내로 공급할 때에, 이송 롤러와 격자판과의 접촉 면적을 충분히 확보하여, 이송 롤러와 격자판과의 사이의 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 또한 상기한 바와 같이 구성하면, 횡태골의 두께 방향의 타단을 틀부의 두께 방향의 타단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시킬 수 있으므로, 격자판과 반송 벨트와의 접촉 면적을 크게 하여, 양자간의 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 따라서, 격자판을 반송 벨트와 이송 롤러와의 사이에 끼워서 페이스트 충전기에 공급할 때에, 격자판과 이송 롤러와의 사이 및 격자판과 반송 벨트와의 사이의 마찰 저항을 충분히 크게 하여, 격자판을, 그 횡방향을 반송 방향을 향한 정규의 자세를 유지한 상태에서, 페이스트 충전기 내로 확실하게 공급할 수 있어, 활물질의 충전 작업을 원활하게 행하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판에서는, 그 표면(활물질 충전 시에 상방을 향할 수 있는 면)측에서, 횡태골과 종태골과의 쌍방의 두께 방향의 끝면이 틀부의 두께 방향의 끝면과 동일 평면 상에 배치되어 있기 때문에, 틀골과 횡태골 및 종태골에 의해, 격자판의 표면에 개구한 다수의 직사각 형상의 구획 틀이 종횡으로 배열한 상태로 구성되고, 격자판의 표면은, 이들의 구획 틀에 의해 종횡으로 구획된 상태에 있다. 이와 같이 격자판의 표면이, 다수의 구획 틀에 의해 구획되어 있으면, 활물질의 충전 압력을 분산시키지 않고, 각 구획 틀 내의 제한된 영역을 통하여 격자판의 표면측으로부터 이면측으로 균일하게 또한 확실하게 전달할 수 있으므로, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동을 균일하게 또한 원활하게 행하게 하여, 격자판의 이면측으로의 활물질의 충전을 양호하게 행하게 할 수 있다.
격자판에 활물질을 충전한 후에는, 격자판을 가압 롤러와 송급 롤러와의 사이를 지나게 함으로써, 충전된 활물질을 단단하게 누르는 활물질 압축 공정을 행한다. 이 때 틀골과 횡태골 및 종태골에 의해 구성되는 구획 틀이, 가압 롤러로부터 격자판에 주어지는 가압력을 각 부에 균일하게 전달하는 작용을 하기 때문에, 활물질이 전체에 균일하게 충전되어 단단하게 눌려진 고품질의 극판을 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판에서는, 그 표면(활물질 충전 시에 페이스트 충전기로부터 활물질이 공급되는 면으로서, 상방을 향하는 면)측에서, 횡태골과 종태골과의 쌍방의 두께 방향의 끝면이 틀부의 두께 방향의 끝면과 동일 평면 상에 배치되어 있다. 그러나, 격자판의 표면측에서는, 활물질 충전 시에 횡태골 및 종태골을 덮도록, 틀부의 두께를 초과하여 활물질을 도착하는 것이 용이하기 때문에, 횡태골 및 종태골의 두께 방향의 끝면과, 틀부의 두께 방향의 끝면이 동일 평면 상에 배치되어 있어도, 횡태골 및 종태골을 노출시키지 않도록 활물질을 충전하는 것은 용이하다.
격자판의 이면측에서는, 횡태골의 두께 방향의 끝면만이, 틀부의 두께 방향의 끝면이 배치되어 있는 평면과 동일한 평면 상에 배치된다. 격자판의 이면측에서 노출되어 있는 골(骨)의 끝면을, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동만에 의해서 완전하게 덮는 것은 곤란하다. 그러나, 본 발명에서는, 격자판의 이면측에서의 각 횡태골의 두께 방향의 끝면의 폭 치수가, 격자판의 표면측에서의 각 횡태골의 두께 방향의 끝면의 폭 치수보다도 작게 설정되어 있기 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에 극판의 이면측에서 횡태골의 두께 방향의 끝면이 노출되었다고 하여도, 그 노출 부분의 면적은 충분히 좁게 할 수 있다. 그 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에, 극판의 이면측에서 횡태골의 끝면이 노출되었다고 하여도, 그 후에 행해지는 활물질 압축 공정에서 생기는 활물질의 유동에 의해, 횡태골의 노출 부분을 활물질에 의해 확실하게 덮을 수 있어, 격자판의 표리 양면에 격자골의 노출 부분을 갖지 않는 극판을 용이하게 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 격자판과 특허 문헌 3에 기재된 격자판을 종태골의 굵기(두께)를 동일하게 하여 대비한 경우, 특허 문헌 3에 기재된 격자판에서는, 격자판의 표면측에서, 종태골의 두께 방향의 끝면이 틀부의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치한 상태로 배치되어 있는 것에 대해, 본 발명에서는, 격자판의 표면측에서, 종태골의 두께 방향의 끝면이 틀부의 끝면과 동일 평면 상에 배치되어 있기 때문에, 본 발명의 격자판의 이면측에서는, 종태골의 두께 방향의 끝면이, 특허 문헌 3에 기재된 격자판보다도 한층 틀부의 두께 방향의 내측에 위치한 상태로 배치된다. 이에 의해, 격자판의 이면측에, 활물질의 유동 공간을 충분히 확보할 수 있어, 이것도 활물질의 충전성을 높이는 데에 도움이 된다.
본 발명의 바람직한 양태에서는, 복수의 종세골 및 횡세골의 각각이, 납 축전지의 주어진 수명 기간의 동안 부식에 견딜 수 있도록 설정된 단면적을 갖도록 구성된다.
상기한 바와 같이 종세골 및 횡세골의 단면적을 설정해 두면, 수명 기간의 동안 격자판의 형상을 확실하게 유지하여, 격자판에 집전 기능을 갖게 할 수 있으므로, 수명 기간의 동안 전지의 성능을 높은 상태로 보유 지지할 수 있다.
본 발명에 따르면, 격자판의 표면측에서는 횡태골의 두께 방향의 일단과, 종태골의 두께 방향의 일단을 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일한 평면 상에 배치하고, 격자판의 이면측에서는, 횡태골의 두께 방향의 타단을 틀부의 두께 방향의 타단측의 끝면과 동일 평면 상에 배치하였으므로, 격자판을 이송 롤러와 반송 벨트와의 사이에 끼워서 페이스트 충전기를 향하여 송급할 때에, 이송 롤러와 격자판과의 접촉 면적 및 반송 벨트와 격자판과의 접촉 면적을 충분히 확보하여, 이송 롤러와 격자판과의 사이의 마찰 저항 및 반송 벨트와 격자판과의 사이의 마찰 저항을 충분히 크게 할 수 있다. 그 때문에, 격자판을 올바른 자세를 유지한 상태에서 페이스트 충전기 내로 확실하게 공급할 수 있어, 활물질의 충전 작업을 올바르게, 또한 원활하게 행하게 할 수 있다. 따라서, 활물질의 충전이 불량한 극판이 제조되는 것을 방지하여 제품의 수율을 높게 할 수 있을 뿐만 아니라, 격자판에 활물질을 충전하는 공정에서 라인이 정지하는 것을 방지하여, 납 축전지의 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한 본 발명에서는, 횡태골과 종태골과의 쌍방의 두께 방향의 끝면을 틀부의 두께 방향의 끝면과 동일 평면 상에 배치하여, 틀골과 횡태골 및 종태골에 의해 격자판의 표면측에 종횡으로 배열되는 다수의 구획 틀이 구성되도록 하였으므로, 활물질의 충전 압력을 분산시키지 않고, 각 구획 틀 내를 통하여 격자판의 표면측으로부터 이면측으로 균일하고 또한 확실하게 전달할 수 있다. 따라서, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동을 균일하고 또한 원활하게 행하게 하여, 격자판의 이면측으로의 활물질의 충전을 양호하게 행하게 할 수 있다. 또한 격자판에 활물질을 충전한 후에 행해지는 활물질 압축 공정에서도, 틀골과 횡태골과 종태골에 의해 구성되는 구획 틀을 통하여, 가압 롤러로부터 격자판에 제공되는 가압력을 각 부에 균일하게 전달할 수 있으므로, 활물질이 전체에 균일하게 충전되어 단단하게 눌려진 고품질의 극판을 용이하게 얻을 수 있다.
본 발명에서는, 격자판의 표면측에서의 각 횡태골의 두께 방향의 끝면(두께 방향의 일단측의 끝면)의 폭 치수보다도, 격자판의 이면측에서의 각 횡태골의 두께 방향의 끝면(두께 방향의 타단측의 끝면)의 폭 치수가 작게 설정되어 있기 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에 극판의 이면측에 생기는 횡태골의 노출 부분의 면적을 좁게 할 수 있다. 그 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에 극판의 이면측에 횡태골의 노출 부분이 존재하고 있어도, 그 후에 행해지는 활물질 압축 공정에서 생기는 활물질의 유동에 의해, 극판의 이면측에 생긴 횡태골의 노출 부분을 활물질로 확실하게 덮을 수 있다. 따라서, 격자판의 표리 양면에 격자골의 노출 부분을 갖지 않는 극판을 용이하게 얻을 수 있어, 정극판에 격자골의 노출 부분을 갖지 않는 긴 수명의 납 축전지를 용이하게 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판의 구성예를 도시한 정면도.
도 2는 도 1의 격자판을 도 1의 Ⅱ-Ⅱ선을 따라서 단면으로 하여 도시한 확대 단면도.
도 3은 도 1의 격자판을 도 1의 Ⅲ-Ⅲ선을 따라서 단면으로 하여 도시한 확대 단면도.
도 4는 도 1의 격자판의 일부를 확대하여 도시한 정면도.
도 5는 도 1의 격자판을 주조할 때에 이용하는 금형의 구성의 일례를 도시한 단면도.
도 6은 본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판의 다른 예를 도시한 정면도.
도 7은 본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판의 또 다른 예를 도시한 정면도.
도 8은 격자판에 활물질을 충전할 때에 이용하는 장치의 구성을 도시한 사시도.
도 9는 납 축전지의 구성의 일례를 도시한 분해 사시도.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 상세하게 설명한다.
도 9는, 밀폐형 납 축전지의 구조의 일례를 도시하는 분해 사시도이다. 도 9에서 참조 부호 1 및 참조 부호 2는 각각 정극판 및 부극판, 참조 부호 3은 세퍼레이터이고, 정극판(1) 및 부극판(2)이 세퍼레이터(3)를 개재하여 교대로 적층됨으로써 극판군(4)이 구성된다.
도 9에서는, 구조를 알기 쉽게 하기 위해, 정극판(1, 1, …)과, 부극판(2, 2, …)과, 세퍼레이터(3, 3, …)를, 위치를 어긋나게 하여 나타내고 있지만, 실제로는, 정극판(1) 및 부극판(2)이 각각의 위치를 맞춰서 세퍼레이터(3)를 개재하여 교대로 적층된다.
참조 부호 5는 복수의 정극판(1, 1, …)에 설치된 이부끼리를 접속하는 정극 스트랩, 참조 부호 6은 복수의 부극판(2, 2, …)에 설치된 이부끼리를 접속하는 부극 스트랩이며, 정극 스트랩(5) 및 부극 스트랩(6)에는 각각 정극 기둥(5a) 및 부극 기둥(6a)이 설치되어 있다.
극판군(4)은, 전해액과 함께 전조(7)의 셀실(7a) 내에 수용된다. 전조(7)의 상단의 개구부는, 덮개(8)에 의해 덮여져, 덮개(8)에 주입된 정극 단자 부싱(9) 및 부극 단자 부싱(10)에 각각 형성된 구멍을 통하여 정극 기둥(5a) 및 부극 기둥(6a)이 외부로 도출된다. 덮개(8)에는, 전조 내의 압력이 규정값을 초과하였을 때에 열려 전조 내의 압력을 개방하는 배기 마개(11)가 부착되어 있다.
도 9에 도시한 축전지는 단전지이므로, 전조(7)에 하나의 셀실만이 설치되어 있다. 전지의 정격 전압이 2V를 초과하는 경우에는, 전조(7)에 복수의 셀실이 설치되어, 각 셀실 내에 극판군이 삽입되고, 인접하는 셀실 내에 삽입된 극판군의 소정의 극성의 스트랩의 사이가 셀실간의 격벽을 관통하여 설치된 셀간 접속부를 개재하여 서로 접속됨으로써, 복수의 셀실 내에 각각 구성된 전지가 직렬 또는 병렬로 접속되어, 소정의 정격 전압과 정격 용량을 갖는 납 축전지가 구성된다.
정극판(1) 및 부극판(2)은 각각 집전체를 구성하는 정극용 격자판 및 부극용 격자판에 페이스트 형상의 정극 활물질 및 부극 활물질을 충전하여 유지시킨 구조를 갖는다. 집전체를 구성하는 격자판으로서는, 주조에 의해 제조되는 것과, 납 또는 납합금의 판에 익스팬드 가공을 실시함으로써 제조되는 것이 이용되고 있지만, 본 발명에서는, 주조에 의해 제조되는 격자판을 이용한다.
본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판은, 주원료를 납으로 하고, 이것에 주석, 칼슘, 안티몬, 나트륨 등의 합금 소재를 첨가한 합금 재료에 의해 형성할 수 있다. 주원료에 첨가하는 합금 소재로서는, 특히 주석 및 칼슘의 양방을 이용하는 것이 바람직하다. 칼슘을 첨가하면, 자기 방전의 비율을 감소시킬 수 있다. 주원료(납)에 칼슘을 첨가하면, 골의 부식이 일어나기 쉽다고 하는 문제가 생기지만, 골의 부식은, 주석의 첨가에 의해 억제할 수 있다.
격자판은, 틀부와, 틀부의 내측에 설치되는 격자와, 틀부에 설치되는 집전용 이부에 의해 구성된다. 틀부는, 종방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 횡틀골과, 횡방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 종틀골에 의해 구성되고, 한쪽의 횡틀골에 집전용 이부가 설치된다. 틀부의 내측에 설치되는 격자는, 횡틀골과 평행하게 신장하는 횡격자골과, 종틀골과 평행하게 신장하는 종격자골에 의해 구성된다.
도 1은, 본 실시 형태에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판(20)의 일례를 도시한 것이다. 도시한 격자판(20)은, 직사각형의 윤곽 형상을 갖는 틀부(21)와, 틀부(21)의 내측에 형성된 격자(22)를 구비하고 있다. 도 1은, 격자판(20)의 두께 방향의 일단측의 주면의 형상을 도시하고 있지만, 도 1에서는, 주면의 형상의 세부의 도시가 생략되어 있다. 후기하는 바와 같이, 각 골이 육각형의 단면 형상을 갖고 있기 때문에, 실제로는, 도 4의 확대도에 도시되어 있는 바와 같이, 각 골의 능선이 격자판의 주면에 나타난다. 이하, 격자판의 각 부에 대해서 상세하게 설명한다.
[틀부]
틀부(21)는, 격자판의 외형 형상을 획정하는 것이다. 틀부(21)의 형상은, 사용되는 납 축전지의 전조(외장 케이스)의 내부 형상에 적합시킨 형상으로 된다. 본 실시 형태에서는, 입방체 또는 직방체 형상의 전조를 이용하기 때문에, 틀부(21)의 윤곽 형상을 정사각형 또는 직사각형으로 한다.
도시한 틀부(21)는, 횡방향으로 신장하고, 종방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 횡틀골(21a, 21a)과, 종방향으로 신장하고, 횡방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 종틀골(21b, 21b)을 갖는다. 틀부(21)의 한쪽의 횡틀골(21a)에는, 도시하지 않은 스트랩을 접속하기 위한 집전용 이부(25)가 일체로 형성되어 있다.
틀부(21)의 다른 쪽의 횡틀골(21a)에는, 집전용 이부(25)와 반대측으로 돌출된 보유 지지용 이부(26)와, 보유 지지용 이부(26)로부터 횡방향으로 떨어진 개소로부터 보유 지지용 이부와 동일 방향으로 돌출된 족부(27)가 틀부와 일체로 형성되어 있다. 집전용 이부(25)와 격자판 보유 지지용 이부(26)는 대칭으로 설치되어 있고, 극판을 제조하는 공정에서, 일련의 격자판(20)을, 각각의 판면(주면)을 수평 방향을 향해 현수한 상태로 배열하여 반송할 때에, 각 격자판을 반송구에 유지하기 위해 이용된다. 극판의 제조 공정에서는, 집전용 이부(25) 및 격자판 보유 지지용 이부(26)가 반송구에 걸리는 것에 의해, 격자판이 현수한 상태로 보유 지지된다. 보유 지지용 이부(26)는, 격자판으로의 활물질의 충전이 완료된 후에 족부(27)와 동일 형상의 족부를 구성하도록 컷트된다. 족부(27) 및 보유 지지용 이부(26)를 컷트함으로써 형성된 족부는, 극판군이 전조의 셀실 내에 삽입되었을 때에 틀부(21)의 하단과 셀실의 저면과의 사이에 간극을 형성하기 위해 이용된다. 족부(27)를 생략하는 경우도 있지만, 그 경우에는, 격자판으로의 활물질의 충전이 완료된 후에 보유 지지용 이부(26) 전체를 컷트한다.
집전용 이부(25)는, 극판군의 동일 극성의 극판끼리를 접속하는 스트랩을 접속하기 위해 이용된다. 집전용 이부(25)는, 전조 및 그 덮개의 형상과 극판의 형상에 맞춰서, 적절한 형상 및 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 이부(25)의 개수는 1개인 것이 바람직하고, 그 두께는 틀골의 두께와 동등한 정도인 것이 바람직하다. 제조를 용이하게 하기 위해, 이부는 틀부 및 격자부와 동일한 재료에 의해 형성하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에서는, 격자판(20)의 집전용 이부(25)가 설치된 부분을 격자판의 상부로 하고, 종틀골(21b)이 신장하는 방향(종틀골의 길이 방향)을 격자판(20)의 종방향으로 한다. 또한 횡틀골(21a)이 신장하는 방향을 격자판의 횡방향으로 하고, 격자판(20)의 종방향 및 횡방향의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 격자판의 두께 방향으로 한다. 극판의 종방향, 횡방향 및 두께 방향은 각각, 격자판(20)의 종방향, 횡방향 및 두께 방향을 따르는 방향으로 한다. 또한 종틀골, 횡틀골, 종격자골 및 횡격자골에 대해서는, 격자판의 두께 방향을 따르는 방향을 두께 방향으로 하고, 각각의 길이 방향과 두께 방향과의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 폭 방향으로 한다. 또한, 격자판을 수평면 상에 눕힌 자세로 하여 격자판에 활물질을 충전할 때에, 격자판의 상방을 향할 수 있는 면 및 하방을 향할 수 있는 면을 각각 격자판의 표면 및 이면으로 한다.
횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 단면 형상은, 활물질과의 접촉 면적이 크고, 또한 활물질의 충전이 용이한 형상으로 하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 횡단면의 윤곽이, 틀부의 두께 방향으로 가늘고 길게 신장된 육각형을 나타내고 있다. 본 실시 형태에서는, 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 각각의 횡단면의 윤곽을 이루는 육각형의 6변 중 서로 마주 대하는 2변이 틀부(21)의 두께 방향에 대향하고, 이들 2변의 대향 방향에 대하여 직각인 방향으로 서로 마주 대하는 2개의 정점이, 틀부의 두께 방향에 대하여 직각을 이루도록 설정된 기준 평면 O1-O1 상에 위치하도록, 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 횡단면의 윤곽을 이루는 육각형의 방향이 정해져 있다.
도시한 예에서는, 횡틀골(21a)(도 2) 및 종틀골(21b)(도 3)의 횡단면의 윤곽 형상을, 틀부(21)의 두께 방향으로 가늘고 길게 신장된 육각형으로 하기 때문에, 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 각각의 폭 치수 A가 두께 치수 B보다도 작게 설정되어 있다. 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 각각의 두께 방향의 양단에는, 평탄한 끝면(21a1, 21a2 및 21b1, 21b2)이 형성되어 있다. 본 실시 형태에서는, 횡틀골(21a) 및 종틀골(21b)의 각각의 끝면(21a1, 21a2 및 21b1, 21b2)의 폭 치수 C가 모두 동등하게 설정되어 있다.
[격자]
격자(22)는, 복수개의 횡격자골(23, 23, …)과, 복수개의 종격자골(24, 24, …)로 이루어져 있다. 횡격자골 및 종격자골의 재질은, 앞서 설명한 횡틀골 및 종틀골과 동일한 것이어도, 다른 것이어도 되지만, 횡틀골, 종틀골, 횡격자골 및 종격자골을, 일괄적으로 일체 성형하는 것을 용이하게 하기 위해, 횡격자골 및 종격자골을 구성하는 재료는, 횡틀골 및 종틀골을 구성하는 재료와 동일한 것인 것이 바람직하다.
복수개의 횡격자골(23, 23, …)은, 횡틀골(21a)과 평행하게 설치되어, 종틀골(21b)의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 나란히 배치되어 있다. 복수개의 종격자골(24, 24, …)은, 종틀골(21b)과 평행하게 신장하도록 설치되어, 횡틀골(21a)의 길이 방향으로 일정한 간격을 두고 나란히 배치되고, 횡격자골(23, 23, …)과 종격자골(24, 24, …)이 직각으로 교차함으로써, 격자(22)가 구성되어 있다. 도시한 예에서는, 횡격자골(23, 23, …)이 26개 설치되고, 종격자골(24, 24, …)이 9개 설치되어 있다.
횡격자골(23)은, 납 축전지의 수명 기간의 동안 부식에 견딜 수 있는 단면적을 갖는 복수의 세골(23a)과, 세골(23a)보다도 단면적이 큰 복수의 태골(23b)로 이루어져 있고, 각 태골(23b)에 인접하는 골이 세골(23a)로 되도록, 태골(23b)과 세골(23a)이 배열되어 있다. 도시한 예에서는, 세골(23a)이 21개 설치되고, 태골(23b)이 5개 설치되어 있다.
마찬가지로, 종격자골(24)은, 납 축전지의 수명 기간의 동안 부식에 견딜 수 있는 단면적을 갖는 복수의 세골(24a)과, 세골(24a)보다도 단면적이 큰 복수의 태골(24b)로 이루어져 있고, 각 태골(24b)에 인접하는 골이 세골(24a)로 되도록 태골(24b)과 세골(24a)이 배열되어 있다. 도시한 예에서는, 세골(24a)이 5개 설치되고, 태골(24b)이 4개 설치되어 있다.
본 명세서에서는, 횡격자골(23)을 구성하는 세골(23a) 및 태골(23b)과, 종격자골(24)을 구성하는 세골(24a) 및 태골(24b)을 구별하기 위해, 횡격자골(23)을 구성하는 세골(23a) 및 태골(23b)을 각각 횡세골 및 횡태골이라고 부르고, 종격자골(24)을 구성하는 세골(24a) 및 태골(24b)을 각각 종세골 및 종태골이라고 부른다.
본 실시 형태에서는, 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 격자(22)를 구성하는 횡세골(23a) 및 횡태골(23b)이 격자판의 두께 방향으로 신장된 세로로 긴 육각형의 단면 형상을 갖도록 형성되어 있다. 틀골부와 마찬가지로, 횡세골(23a) 및 횡태골(23b)의 각각의 횡단면의 윤곽을 이루는 육각형의 6변 중 서로 마주 대하는 2변이 틀부(21)의 두께 방향에 대향하고, 그 2변의 대향 방향에 대하여 직각인 방향으로 서로 마주 대하는 2개의 정점이, 틀부의 두께 방향에 대하여 직각을 이루도록 설정된 기준 평면 O1-O1 상에 위치하도록, 횡세골(23a) 및 횡태골(23b)의 각각의 단면 형상이 정해져 있다. 기준 평면 O1-O1은, 격자판을 주조하는 금형의 분할면을 따르는 평면이다.
도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 횡태골(23b)은, 틀부(21)의 두께 B와 동일한 두께 D(=B)를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1) 및 타단측의 끝면(23b2)을 각각 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1) 및 타단측의 끝면(21a2)과 동일한 평면 상에 위치시킨 상태로 설치되어 있다. 횡태골(23b)의 끝면의 윤곽 형상을 두께 방향으로 신장된 육각형으로 하기 위해, 횡태골(23b)의 폭 E가 그 두께 D보다도 작게 설정되어 있다. 본 발명에서는, 각 횡태골(21b)의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)의 폭 치수 G가, 그 두께 방향의 일단측의 끝면의 폭 치수 F보다도 작게 설정된다. 본 실시 형태에서는, 활물질의 충전이 완료된 단계에서 횡태골의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)이 활물질로 덮여지는 일 없이 노출되어 있었던 경우에서도, 그 후에 행해지는 활물질 압축 행정에서 생기는 활물질의 유동에 의해, 그 끝면(23b2)을 활물질로 완전하게 덮을 수 있도록, 각 횡태골(21b)의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)의 폭 치수 G가 충분히 작게 설정되어 있다.
횡세골(23a)은, 횡태골(23b)의 두께 D(=B)보다도 작은 두께 H와, 횡태골(23b)의 폭 E보다도 작은 폭 I를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1) 및 타단측의 끝면(23a2)을 각각 횡틀골(21a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1) 및 타단측의 끝면(21a2)보다도, 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로(틀부(21)의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로) 배치되어 있다. 횡세골(23a)의 단면의 윤곽 형상을 틀부의 두께 방향으로 신장된 육각형으로 하기 위해, 횡세골(23a)의 폭 I가 그 두께 H보다도 작게 설정되어 있다. 횡세골(23a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1) 및 타단측의 끝면(23a2)의 폭 치수는 적절하게 설정할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 횡세골(23a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1) 및 타단측의 끝면(23a2)이 동등한 폭 치수 J를 갖고 있다.
도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 종격자골(24)을 구성하는 복수의 종태골(24b)은, 틀부(21)의 두께 B보다도 작은 두께 K(<B)를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면(24b1)을 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시키고, 각각의 두께 방향의 타단측의 끝면(24b2)을 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치되어 있다. 종태골(24b)의 단면의 윤곽을 틀부의 두께 방향으로 길게 신장된 육각형으로 하기 위해, 종태골(24b)의 폭 L은, 두께 K보다도 작게 설정되어 있다. 종태골(24b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(24b1) 및 타단측의 끝면(24b2)의 폭 치수는 적절하게 설정할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 이들의 끝면이 동등한 폭 치수 M을 갖고 있다.
종격자골을 구성하는 종세골(24a)은, 종태골(24b)의 두께 K(<B)보다도 작은 두께 N과, 종태골(24b)의 폭 L보다도 작은 폭 P를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면(24a1) 및 타단측의 끝면(24a2)을 각각 종틀골(21b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21b1) 및 타단측의 끝면(21b2)보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치되어 있다. 종세골(24a)의 단면의 윤곽 형상을 틀부의 두께 방향으로 신장된 육각형으로 하기 위해, 종세골(24a)의 폭 P가 그 두께 N보다도 작게 설정되어 있다. 종세골(24a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(24a1) 및 타단측의 끝면(24a2)의 폭 치수는 적절하게 설정할 수 있지만, 본 실시 형태에서는, 종세골(24a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(24a1) 및 타단측의 끝면(24a2)이 동등한 폭 치수 Q를 갖고 있다. 본 실시 형태에서는 또한, 종세골(24a)의 두께 N이 횡세골의 두께 H와 동등하게 설정되고, 종세골(24a)의 폭 P가 횡세골(23a)의 폭 I와 동등하게 설정되어 있다. 또한 종세골(24a)의 두께 방향의 일단측 및 타단측의 끝면의 폭 Q가, 횡세골(23a)의 두께 방향의 일단측 및 타단측의 끝면의 폭 J와 동등하게 설정되어 있다.
본 발명에서는, 각 태골에 인접하는 골이 세골로 되도록 태골과 세골을 배열하지만, 횡격자골 및 종격자골을 구성하는 세골의 굵기(폭 및 두께)는 반드시 1종류일 필요는 없고, 폭 및 두께가 다른 복수 종류의 세골을 설치할 수 있다. 또한 틀골과 태골과의 사이 및 태골과 태골과의 사이에 배치하는 세골은, 1개이거나 복수개이어도 된다.
[세골의 굵기와 태골의 굵기와의 관계]
횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 굵기(단면적)는, 동일하여도 되고, 달라도 된다. 격자판의 주조성을 고려하여, 횡태골의 굵기와 종태골의 굵기를 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 횡태골의 굵기를 종태골의 굵기보다도 굵게 해 두면, 격자판을 주조하는 주형의 횡격자골을 주조하는 캐비티를 연직 방향을 향한 상태에서, 중력 주조 방식에 의해 격자판을 주조할 때에, 단면적이 큰 횡태골(23b)을 주조하는 캐비티(연직 방향으로 신장하는 캐비티) 내를 통하여, 대량의 용융납을 원활하게 흘릴 수 있으므로, 종격자골을 주조하는 캐비티 내에의 용탕의 흐름을 원활하게 하여, 주조를 용이하게 할 수 있다.
또한 횡태골(23b)의 굵기와 횡세골(23a)의 굵기와의 관계 및 종태골(24b)의 굵기와 종세골(24a)의 굵기와의 관계는, 활물질의 충전의 용이함, 극판의 수명 등을 고려하여 적절하게 설정한다.
[격자골의 배열]
본 실시 형태에서는, 도 1에 도시되어 있는 바와 같이, 횡틀골(21a)의 길이 방향으로 종태골(24b)과 종세골(24a)이 교대로 배열되는 식으로, 종격자골(24)을 구성하는 종세골(24a) 및 종태골(24b)이 설치되어 있다.
격자(22)는, 집전용 이부(25)로부터 멀어짐에 따라서 전기 저항이 커지고, 이부(25)로부터 멀어짐에 따라서 격자골에서 생기는 전압 강하가 커져 간다. 그 때문에, 집전용 이부(25)로부터 먼 개소에서 격자골과 활물질과의 사이에 흐르는 전류가 제한되고, 이부(25)로부터 떨어진 개소에서 활물질의 충방전 반응이 활발하게 행해지기 어려워진다. 이와 같은 상태가 생기는 것을 방지하기 위해, 집전용 이부(25)가 설치된 한쪽의 횡틀골(21a)에 인접하는 영역에서 일정한 면적당 설치되어 있는 횡세골의 수의 횡태골의 수에 대한 비율보다도, 집전용 이부(25)로부터 떨어진 다른 쪽의 횡틀골측의 영역에서 일정한 면적당 설치되어 있는 횡세골의 수의 횡태골의 수에 대한 비율의 쪽이 작아지도록 격자골을 배치하는 것이 바람직하다.
그 때문에, 본 실시 형태에서는, 이부(25)가 설치된 한쪽의 횡틀골(21a)측 및 이부로부터 떨어진 위치에 있는 다른 쪽의 횡틀골(21a)측에 각각 횡세골의 개수의 횡태골의 개수에 대한 비율을 제1 비율로 한 제1 영역(A1) 및 횡세골의 개수의 횡태골의 개수에 대한 비율을 제1 비율보다도 적은 제2 비율로 한 제2 영역(A2)이 설정된다.
제1 영역(A1) 및 제2 영역(A2)에서의 횡세골의 개수의 횡태골의 개수에 대한 비율은, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 본 실시 형태에서는, 제1 영역(A1)에서, 1개의 횡태골의 옆에 4개의 횡세골이 배열되고, 제2 영역(A2)에서는, 1개의 횡태골의 옆에 3개의 횡세골이 배열되는 식으로, 횡태골의 개수와 횡세골의 개수와의 비율이 설정되어 있다. 즉 제2 영역(A2)에서의 횡태골(23b) 상호간의 간격이, 제1 영역(A1)에서의 횡태골(23b) 상호간의 간격보다도 좁아져 있다. 이와 같은 비율로 횡태골과 횡세골을 설치하면, 이부로부터 멀어짐에 따라서 격자의 전기 저항(전압 강하)이 커지는 것을 억제하면서, 페이스트 형상 활물질의 충전을 용이하게 행하게 할 수 있다.
[격자판의 틀부의 치수]
틀부(21)의 두께는 이하의 점을 고려하여 실험적으로 결정한다. 틀부(21)의 두께가 지나치게 얇으면, 틀부의 두께 미만으로 설정되는 종태골의 두께가 지나치게 얇아져, 격자골의 부식이 한계에 도달할 때까지의 기간이 짧아지고, 극판의 수명이 짧아지는 경향이 있다. 또한 틀부(21)의 두께가 지나치게 얇아지면, 횡세골 및 종세골의 두께가 지나치게 얇아지기 때문에, 활물질의 보유 지지 능력이 저하할 우려가 있다. 틀부(21)의 두께를 5㎜ 이상으로 하여, 격자골을 구성하는 횡태골(23b)의 두께를 틀부(21)의 두께와 동등하게 하고, 횡세골(23a)의 두께와 종태골(24b) 및 종세골(24a)의 두께를 5㎜ 미만의 범위에서 적당한 값으로 설정할 수 있도록 해 두면, 극판의 수명을 길게 하고자 하는 요구와, 활물질의 보유 지지 능력을 저하시키지 않고 활물질의 충전의 용이성을 높이고자 하는 요구의 쌍방에 응할 수 있다.
틀부(21)는, 현상의 산업용 납 축전지에서 이용되고 있는 격자판의 틀부와 동일한 정도의 크기의 직사각형, 예를 들면, 긴 변의 치수가 370∼390㎜, 짧은 변의 치수가 130∼150㎜의 직사각형의 형태로 형성하는 것이 바람직하다.
격자판의 틀부의 치수를 상기의 값으로 설정하면, 비교적 대형의 극판을 제작할 수 있어, 이 극판을 다수 이용함으로써, 방전 용량이 큰 전지를 제작할 수 있다. 또한 상기의 격자판의 치수는, 산업용의 납 축전지에서 이용되고 있는 격자판의 치수와 동일한 정도이므로, 종래의 산업용 납 축전지의 전조나 덮개 등을 변경하지 않고 그대로 이용하여 방전 용량이 크고, 수명이 긴 납 축전지를 얻을 수 있다.
[횡태골 및 종태골의 치수]
본 발명에서는, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 부분에, 전지의 수명 기간에 걸쳐서 격자의 형상을 소정의 형상으로 유지하는 기능을 갖게 한다. 따라서 본 발명의 격자판을 제작할 때에, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 개수는, 원하는 수명 기간의 동안 격자의 형상을 보유 지지하기 위해 필요한 개수로 설정된다. 격자판(20)에 충전할 수 있는 활물질량을 감소시키는 일이 없도록 하기 위해, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 개수는 지나치게 많지 않도록 설정한다. 마찬가지로, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 단면적은, 격자판에 충전할 수 있는 활물질량을 감소시키는 일이 없고, 또한 원하는 수명 기간에 걸쳐서 격자체의 형태를 보유 지지하기 위해 필요 최소한의 굵기로(지나치게 굵지 않도록) 설정한다. 횡태골 및 종태골의 개수 및 단면적은, 실험적으로 결정한다.
[횡세골 및 종세골의 치수]
한편 횡세골(23a) 및 종세골(24a)은, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 힘을 빌려 자기의 형상을 보유 지지하는 것을 전제로 하여, 원하는 수명 기간의 동안 소정의 형상을 보유 지지하고, 활물질을 보유 지지하는 기능을 유지하는 데에 적합한 크기의 단면적(횡태골 및 종태골의 단면적보다는 작은 단면적)을 갖도록 형성한다. 또한 횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 폭은, 횡태골(23b)과 횡세골(23a)과의 사이 및 종태골(24b)과 종세골(24a)과의 사이에 페이스트 형상 활물질의 유동을 용이하게 하기 위한 스페이스를 확보할 수 있는 크기로 설정된다.
횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 폭이 지나치게 넓으면, 격자의 눈금이 좁아지기 때문에, 활물질을 충전할 때에 그 유동을 용이하게 하여 활물질의 충전을 용이하게 하고, 격자체의 일부가 활물질로 덮여지지 않는 상태가 생기는 것을 방지하고자 하는, 본 발명의 효과를 얻을 수 없게 될뿐만 아니라, 격자판에 충전할 수 있는 활물질량이 감소하게 된다. 또한 횡세골 및 종세골의 단면적이 지나치게 작으면, 횡세골 및 종세골의 부식이 조기에 심부에 도달하여 그 기계적 강도가 저하하기 때문에, 횡태골 및 종태골의 도움을 빌려도 횡세골 및 종세골의 형태를 유지할 수 없게 되어, 활물질 보유 지지 기능이 저하하게 된다. 횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 단면적도 실험적으로 결정한다.
[격자판의 주조]
격자판의 제조 방법으로서는, 중력 주조 방식(GDC:Gravity Die Casting), 연속 주조 방식, 익스팬드 방식, 펀칭 방식 등이 있지만, 본 발명에 따른 격자판의 제조에는 중력 주조 방식을 이용하는 것이 바람직하다. 중력 주조 방식은, 격자판의 원재료 금속(합금)을 용융하고, 이 용융 금속(합금)을, 그 용융 금속의 온도에 견딜 수 있는 재료로 이루어지는 금형 내에 중력에 의해 유입하여, 주조하는 방법이다. 중력 주조 방식에서는, 주조 가능한 격자의 굵기로 이론상 한계가 없다. 또한 중력 주조 방식에 따르면, 태(太)격자골과 세(細)격자골을 겸비하는 격자의 제조가 용이하며, 얻어진 격자판의 집전 특성 및 내식성이 우수하다.
중력 주조 방식에 의해 격자판을 주조할 때에는, 도 5에 도시한 바와 같이, 격자체의 두께 방향의 한쪽의 절반부를 성형하기 위한 캐비티(31a)를 갖는 제1 형틀(31)과, 격자체의 두께 방향의 다른 쪽의 절반부를 성형하기 위한 캐비티(32a)를 갖는 제2 형틀(32)로 이루어지는 금형(33)을 이용한다. 제2 형틀(32)에는, 주조된 격자체를 이형시키기 위해 이용하는 압출 핀(34)이 설치되어 있다. 제1 형틀과 제2 형틀을 맞춘 상태에서는, 금형의 내부에, 격자판의 각 부를 성형하기 위한 캐비티가 구성된다. 도 5에서, 참조 부호 23b'는 횡태골(23b)을 주조하기 위한 캐비티, 참조 부호 24a' 및 24b'는 각각 종세골(24a) 및 종태골(24b)을 주조하는 캐비티이며, 참조 부호 21b'는 종틀골(21b)을 주조하는 캐비티이다.
이 금형을 이용하여 격자판을 성형할 때에는, 제1 형틀(31)과 제2 형틀(32)을 맞추고, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 금형 내에 형성된 횡태골 성형용의 캐비티(23b')의 길이 방향을 연직 방향을 향한 상태에서, 용융한 납합금(용탕)을 양쪽 형틀의 맞춤면을 따라서 형성된 게이트(35)를 통하여 형틀 내에 주입하고, 용탕을 중력에 의해 형틀 내의 각 부에 유입시킨다. 금형 내에 주입한 납합금을 냉각하여 고화시킨 후, 제1 형틀(31)을 제2 형틀(32)로부터 분리하고, 제2 형틀(32)측에 남은 격자판을 압출 핀(34)에 의해 눌러, 제2 형틀(32)로부터 이형시킨다. 도 5에서, 최상부에 도시된 압출 핀(34)은, 금형의 게이트(35) 내에서 고화한 납합금을 압출하기 위해 이용된다.
본 실시 형태에서는, 주조된 격자판을 금형으로부터 압출할 때에 압출 핀(4)을 당접(當接)시키는 압출 핀 당접용 좌부(座部)(28)가 격자판(20)에 설치되어 있다. 주조된 격자판을 압출 핀에 의해 압출할 때에, 압출 핀으로부터 주어지는 힘이 일점에 집중하여 격자판이 변형되는 것을 방지하기 위해, 압출 핀 당접용 좌부(28)는, 틀골과 횡격자골 또는 종격자골과의 교차부 및 횡격자골과 종격자골과의 교차부에, 각각의 교차부의 단면적보다도 큰 단면적을 갖게 하여 설치하는 것이 바람직하다.
도 1에 도시한 예에서는, 한쪽의 종틀골(21b)과 5개의 횡태골(23b)과의 교차부와, 한쪽의 종틀골(21b)과 종방향의 일단측 및 타단측에 각각 설치된 횡세골(23a, 23a)과의 교차부와, 격자판의 횡방향의 중앙에 배치된 하나의 종세골(24a)과 5개의 횡태골(23b)과의 교차부와, 격자판의 횡방향의 중앙에 배치된 하나의 종세골(24a)과 2개의 횡틀골(21a, 21a)과의 교차부에 각각 압출 핀 당접용 좌부(28)가 형성되어 있다. 각 압출 핀 당접용 좌부(28)는, 종틀골(21b)과 횡태골(23b) 또는 횡세골(23a)과의 교차부, 횡틀골(21a)과 종세골(24a)과의 교차부 및 횡태골(23b)과 종세골(24a)과의 교차부의 각각의 단면적보다도 큰 단면적을 갖도록 형성되어 있다.
압출 핀 당접용 좌부(28)의 배열은 도 1에 도시한 예에 한정되지 않는다. 예를 들면, 도 6 또는 도 7에 도시한 바와 같이, 압출 핀 당접용 좌부(28)를 배열하여도 된다.
[극판의 제조]
격자판(20)을 이용하여 납 축전지용 극판을 제조할 때에는, 활물질 충전 공정과 활물질 압축 행정을 행한다. 도 8을 참조하면, 활물질 충전 공정을 행하는 페이스트 충전기(41)의 일례와, 활물질 압축 행정을 행하는 압축기(42)의 일례가 도시되어 있다. 도시한 페이스트 충전기(41)는, 롤러(41a)에 의해 가이드되어 한 방향으로 주행하는 반송 벨트(41b)와, 반송 벨트(41b) 상에 공급된 격자판(20)에 상방으로부터 접하여, 격자판(20)을 반송 벨트(41b)측으로 압박하면서 회전하는 이송 롤러(41c)와, 반송 벨트(41b) 상의 격자판(20)에 페이스트 형상의 활물질을 가압하면서 공급하는 페이스트 공급 장치(41d)로 이루어져 있다. 반송 벨트(41b) 및 이송 롤러(41c)는, 도시하지 않은 모터에 의해 구동된다.
압축기(42)는, 축선을 반송 방향에 대하여 직각인 방향을 향해 나란히 배치된 복수의 이송 롤러(42a)와, 에어 실린더나 스프링 등에 의해 이송 롤러(42a)측에 부세된 가압 롤러(42b)를 구비하고 있고, 페이스트 충전기(41)측으로부터 공급된 극판을 이송 롤러(42a)와 가압 롤러(42b)와의 사이에 끼운 상태에서 한 방향으로 송급하면서, 격자판에 충전된 활물질을 격자판의 두께 방향으로 압축하여 눌러 단단하게 누른다.
주조 공정에 의해 주조된 격자판(20)은, 도시하지 않은 반송 장치에 의해 반송되어, 반송 벨트(41b)의 단부에 공급된다. 격자판(20)은, 그 횡방향을 반송 방향을 향해, 종방향을 반송 방향에 대하여 직각인 방향을 향하고, 또한 그 두께 방향의 한쪽의 주면(표면)을 상방을 향한 상태에서 반송 벨트(41b) 상에 공급된다. 반송 벨트(41b) 상에 공급된 격자판(20)은, 이송 롤러(41c)와 반송 벨트(41b)와의 사이에 끼워진 상태로 페이스트 공급 장치(41d) 내로 공급된다.
페이스트 공급 장치(41d)는, 격자판(20)의 표면에 페이스트 형상의 활물질을 소정의 압력으로 공급한다. 격자판(20)의 표면에 공급된 활물질은, 격자판(20)의 표면을 덮음과 함께, 격자(22)의 틈을 통하여 격자판의 이면측으로 유동하여, 격자(22)의 틈의 내부와 격자판의 이면측에 충전된다.
격자판에 충전하는 활물질은 특별히 한정되지 않지만, 일산화납을 포함한 납분말, 물, 황산 등을 혼련하여 제작하는 것이 바람직하다. 정극, 부극의 특성에 맞춰서 컷트 파이버, 탄소 분말, 리그닌, 황산 바륨, 연단 등의 첨가물을 활물질에 첨가하는 경우도 있다. 또한 활물질의 충전량은, 틀골의 내측에 형성되는 골(세골 및 태골)이 완전하게 덮혀지면 문제는 없지만, 틀골의 두께 이상까지 충전하는 것이 바람직하다.
활물질이 충전된 격자판(극판)은, 반송 벨트(41b)에 의해 반송되어, 압축기(42)에 공급된다. 압축기(42)에 공급된 극판은, 송급 롤러(42a)와 가압 롤러(42b)와의 사이에 끼워져 가압되면서 송급된다. 이 과정에서, 활물질이 격자판의 두께 방향으로 압축되어 단단하게 눌러진다.
본 발명에 따른 극판은, 상술한 페이스트 형상 활물질을 페이스트 충전기에 의해서 격자판에 충전하고, 숙성ㆍ건조함으로써 제작된다. 숙성ㆍ건조의 시간이나 온도는 특별히 한정되지 않지만, 격자판의 두께나 활물질의 물성에 의해서 적합한 값으로 조정하는 것이 바람직하다.
[납 축전지의 구성]
본 발명에 따른 납 축전지의 구성은, 적어도 정극판에 본 발명에 따른 격자판을 이용하는 점을 제외하고, 특별히 한정되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 납 축전지는, 정극판, 부극판, 전해액으로서의 희류산, 세퍼레이터(글래스 섬유제의 리테이너 등), 전조, 덮개 등의 부재로부터 제작된다. 예를 들면, 도 9에 도시된 바와 같이, 정극판(1)과 부극판(2)과의 사이에 세퍼레이터를 개재시키면서, 정극판(1)과 부극판(2)을 1매씩 교대로 적층하여, 동일 극판의 이부끼리를 스트랩(5 및 6)으로 연결시켜, 극판군(4)을 구성한다. 이 극판군(4)을 전조(7) 속에 넣어서 덮개를 덮고, 전조 내에 희류산을 주액한 후에 화성(化成)을 행하여 납 축전지를 완성한다.
본 실시 형태와 같이 격자판(20)을 구성하면, 횡태골(23b)의 두께 방향의 일단측의 끝면과, 종태골(24b)의 두께 방향의 일단측의 끝면을 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시킬 수 있으므로, 격자판(20)을 이송 롤러(41c)에 의해 페이스트 충전기 내로 공급할 때에, 이송 롤러(41c)와 격자판(20)과의 접촉 면적을 충분히 확보하여, 이송 롤러(41c)와 격자판(20)과의 사이의 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 또한, 본 실시 형태의 격자판에서는, 횡태골(23b)의 두께 방향의 타단측의 끝면이 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면과 동일한 평면 상에 배치되기 때문에, 격자판(20)과 반송 벨트와의 접촉 면적을 크게 하여, 양자간의 마찰 저항을 크게 할 수 있다. 따라서, 격자판을 반송 벨트와 이송 롤러와의 사이에 끼워서 페이스트 충전기에 공급할 때에, 격자판과 이송 롤러와의 사이 및 격자판과 반송 벨트와의 사이의 마찰 저항을 충분히 크게 하여, 격자판을, 그 횡방향을 반송 방향을 향한 정규인 자세를 유지한 상태에서, 페이스트 충전기(41) 내로 확실하게 공급할 수 있어, 활물질의 충전 작업을 원활하게 행하게 할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 격자판(20)의 표면(활물질 충전 시에 상방을 향할 수 있는 면)측에서, 횡태골(23b)과 종태골(24b)과의 쌍방의 두께 방향의 끝면과, 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면이 동일한 평면 상에 배치되어 있기 때문에, 틀골(21a, 21b)과 횡태골(23b) 및 종태골(24b)에 의해, 격자판의 표면에 개구한 다수의 사각 형상의 구획 틀이 종횡으로 배열한 상태로 구성되고, 격자판(20)의 표면이 이들의 구획 틀에 의해 종횡으로 구획된 상태에 있다. 이와 같이 격자판의 표면이, 다수의 구획 틀에 의해 구획되어 있으면, 격자판의 표면에 가해진 활물질의 충전 압력을 분산시키는 일 없이, 각 구획 틀내의 제한된 영역을 통하여 격자판의 이면측으로 균일하게 또한 확실하게 전달할 수 있으므로, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동을 균일하게 또한 원활하게 행하게 할 수 있다. 또한 격자판의 이면측에서는, 종태골(24b)의 두께 방향의 끝면(24b2)과 종세골(24a)의 끝면(24a2)이 틀부의 끝면(21a2, 21b2)보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 배치되어 있고, 활물질 충전 시에 종태골(24b)의 두께 방향의 끝면(24b2) 및 종세골(24a)의 두께 방향의 끝면(24a2)과 반송 벨트(41b)와의 사이에 간극이 형성되기 때문에, 격자판(20)의 이면측에서의 활물질의 유동을 용이하게 하여, 활물질의 충전을 양호하게 행하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 납 축전지에서 이용하는 격자판(20)에서는, 그 표면측에서, 횡태골(23b)과 종태골(24b)과의 쌍방의 두께 방향의 끝면이 틀부(21)의 두께 방향의 끝면과 동일 평면 상에 배치되어 있지만, 격자판의 표면측에서는, 활물질 충전 시에 횡태골 및 종태골을 덮도록, 활물질을 도착하는 것이 용이하다. 그 때문에, 격자판의 표면측에서 횡태골 및 종태골의 두께 방향의 끝면과, 틀부의 두께 방향의 끝면이 동일한 평면 상에 배치되어 있어도, 횡태골 및 종태골을 노출시키지 않도록 활물질을 충전하는 것은 용이하다.
격자판(20)의 이면측에서는, 횡태골(23b)의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)이, 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면이 배치되어 있는 평면과 동일한 평면 상에 배치되어 있기 때문에, 횡태골(23b)의 두께 방향의 끝면(23b2)이 활물질로 덮여지지 않고 노출되는 경우가 있다. 격자판의 이면측에서 노출되어 있는 횡태골의 끝면을, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동만에 의해서만 완전하게 덮는 것은 곤란하지만, 본 실시 형태에서는, 격자판의 이면측에서의 각 횡태골(23b)의 두께 방향의 끝면의 폭 치수 G가, 격자판의 표면측에서의 각 횡태골의 두께 방향의 끝면의 폭 치수 F보다도 작게 설정되어 있기 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에 극판의 이면측에서 횡태골(23b)의 두께 방향의 끝면(23b2)이 노출되어 있었다고 하여도, 그 노출 부분의 면적은 충분히 좁게 할 수 있다. 그 때문에, 활물질 충전 공정의 종료 시에, 극판의 이면측에서 횡태골의 단부가 노출되어 있었다고 하여도, 그 후에 행해지는 활물질 압축 공정에서 생기는 활물질의 유동에 의해, 횡태골의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)의 노출 부분을 활물질에 의해 확실하게 덮을 수 있어, 격자판의 표리 양면에 격자골의 노출 부분을 갖지 않는 극판을 용이하게 얻을 수 있다.
[변형예]
도 1에 도시한 예에서는, 종태골과 종세골이 횡틀골(21a, 21b)의 길이 방향을 따라서 교대로 배열되는 식으로 종격자골을 설치하고 있지만, 본 발명은, 도 1에 도시한 바와 같이 종격자골을 구성하는 경우에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 종태골(24b)의 옆에 2개의 종세골(24a)이 배열되는 식으로 종격자골을 구성하여도 된다.
상기의 실시 형태에서는, 격자판의 주면을, 이부가 설치된 한쪽의 횡틀골측에 위치하는 제1 영역(A1)과, 이부로부터 떨어진 측의 다른 쪽의 횡틀골측에 위치하는 제2 영역(A2)을 설치하여, 격자판의 주면을 종방향(상하)으로 2분하여, 제1 영역에서는 각 횡태골의 측방에 4개의 횡세골이 배열되고, 제2 영역에서는, 각 횡태골의 측방에 3개의 횡세골이 배열되는 식으로 하였지만, 본 발명은 상기의 실시 형태에 한정되지 않는다.
집전용 이부(25)로부터 떨어진 영역에서 집전 저항이 커지는 것을 방지하기 위해서는, 이부가 설치된 한쪽의 횡틀골에 인접하는 영역에서 일정한 면적당 설치되어 있는 횡세골의 수의 횡태골의 수에 대한 비율보다도, 이부로부터 떨어진 위치에 있는 다른 쪽의 횡틀골측의 영역에서 일정한 면적당 설치되어 있는 횡세골의 수의 횡태골의 수에 대한 비율을 작게 하면 되고, 격자판의 주면의 각 영역에서의 횡태골의 개수에 대한 횡세골의 개수의 비율은, 상기의 예에 한정되지 않는다.
예를 들면, 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)과의 사이에 하나 이상의 영역을 더 설치하고, 격자판의 주면을 종방향으로 3 이상의 영역으로 나누고, 이부가 설치된 한쪽의 횡틀골측에 설치된 영역으로부터 다른 쪽의 횡틀골측에 설치된 영역을 향함에 따라서, 일정한 면적당 설치되어 있는 횡세골의 수의 횡태골의 수에 대한 비율이 단계적으로 적어져 가도록(횡태격자 상호간의 간격이 단계적으로 좁아져 가도록), 각 영역에서의 횡세골의 수와 횡태골의 수를 설정하여도 된다.
<실시예>
[격자판의 제작]
납에, 주석:1.0∼1.8 질량%, 칼슘:0.05∼0.1 질량%를 첨가하여 제작한 납합금을 용융하고, 다른 2 종류의 형태를 이용하여 중력 주조 방식에 의해 정극용의 격자판 A, 격자판 B를 제작하였다. 이들의 격자판 중, 격자판 A는 비교예이며, 격자판 B는 본 발명의 실시예이다.
<격자판 A : 비교예>
격자판 A는, 본 발명자가 앞서 제안한 구조를 갖는 것(특허 문헌 3에 기재한 것)이다. 격자판 A에서, 틀부(21)의 내측의 횡격자골(23) 및 종격자골(24)의 배열 패턴은 도 1에 도시한 예와 마찬가지이지만, 격자판 A에서는 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 두께가 틀부(21)의 두께보다도 작게 설정되어, 횡태골(23b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1) 및 타단측의 끝면(23b2)이 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1, 21b1) 및 타단측의 끝면(21a2, 21b2)보다도 두께 방향의 내측에 배치되어 있다. 또한 종태골(24b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(24b1) 및 타단측의 끝면(24b2)이 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1, 21b1) 및 타단측의 끝면(21a2, 21b2)보다도 두께 방향의 내측에 배치되어 있다. 횡세골(23a)의 폭 및 두께는 각각 횡태골(23b)의 폭 및 두께보다도 작게 설정되고, 종세골(24a)의 폭 및 두께는 각각 종태골(24b)의 폭 및 두께보다도 작게 설정되어 있다. 각 횡세골(23a) 및 종세골(24a)은, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면을 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 두께 방향의 일단측의 끝면이 배치된 평면측으로 치우친 위치에 위치시킨 상태로 설치되어 있다.
격자판 A에서는, 틀부(21)의 세로 치수를 385㎜, 가로 치수를 140㎜, 두께를 5.8㎜, 폭을 4.4㎜로 하고, 틀부(21)의 내측에, 횡태골(23b) 및 횡세골(23a)을 구비한 횡격자골(23)과, 종태골(24b) 및 종세골(24a)을 구비한 종격자골(24)을 형성하였다. 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 단면 형상은, 두께가 폭보다도 큰 육각형으로 하고, 두께를 5.4㎜, 폭을 4.3㎜로 하였다. 또한 횡세골(24a) 및 종세골(24a)의 단면 형상도 두께가 폭보다도 큰 육각형으로 하고, 각각의 두께를 3.6㎜, 폭을 2.8㎜로 하였다. 격자판 A에서는, 활물질 충전 시에 상방을 향한 상태로 배치되는 횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1, 24a1)을, 횡태골(23b) 및 종태골(24b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1, 24b1)과 동일한 평면 상에 위치시켰다.
<격자판 B : 실시예>
격자판 B에서, 틀부(21)의 내측의 횡격자골(23) 및 종격자골(24)의 배열 패턴은 도 1에 도시한 예와 마찬가지이다. 격자판 B에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 횡태골(23b)의 두께가 틀부(21)의 두께와 동등하게 설정되어, 횡태골(23b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1) 및 타단측의 끝면(23b2)이 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1, 21b1) 및 타단측의 끝면(21a2, 21b2)과 동일한 평면 상에 배치되어 있다. 또한 도 3에 도시한 바와 같이, 종태골(24b)의 두께는 틀부(21)의 두께보다도 작게 설정되어, 그 두께 방향의 일단측의 끝면(24b1)은 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면(21a1, 21b1)과 동일 평면 상에 배치되고, 종태골(24b)의 두께 방향의 타단측의 끝면(24b2)은, 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면(21a2, 21b2)보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 배치되어 있다.
격자판 B에서, 횡세골(23a)의 폭 및 두께는 각각 횡태골(23b)의 폭 및 두께보다도 작게 설정되고, 종세골(24a)의 폭 및 두께는 각각 종태골(24b)의 폭 및 두께보다도 작게 설정되어 있다. 각 횡세골(23a) 및 종세골(24a)은, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1, 24a1)을 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시키고, 또한 각각의 두께 방향의 타단측의 끝면(23a2, 24a2)을 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 설치되어 있다.
격자판 B에서는, 틀부(21)의 세로 치수를 385㎜, 가로 치수를 140㎜, 두께 B를 5.8㎜, 폭 A를 4.4㎜로 하고, 틀부의 내측에, 횡태골(23b) 및 횡세골(23a)을 구비한 횡격자골과, 종태골(24b) 및 종세골(24a)을 구비한 종격자골을 형성하였다. 횡태골(23b)의 단면 형상은, 두께 D가 폭 E보다도 큰 육각형으로 하고, 두께 D를 5.8㎜, 폭 E를 4.3㎜로 하였다. 또한 횡태골(23b)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1)의 폭 F 및 타단측의 끝면(23b2)의 폭 G는 각각 1.7㎜ 및 1.0㎜로 하였다. 종태골(24b)의 단면 형상도 두께 K가 폭 L보다도 큰 육각형으로 하고, 두께 K를5.6㎜로 하고, 폭 L을 4.3㎜로 하였다.
또한 횡세골(24a) 및 종세골(24a)의 단면 형상도, 두께 H 및 N이 폭 I 및 P보다도 큰 육각형으로 하고, 각각의 두께 H 및 N을 3.6㎜, 폭 I 및 P를 2.8㎜로 하였다. 격자판 B에서는, 횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 두께 방향의 일단측의 끝면(23a1, 24a1)을, 틀부(21)의 두께 방향의 일단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측으로 치우친 위치에서 동일한 평면 상에 위치시키고, 횡세골(23a) 및 종세골(24a)의 두께 방향의 타단측의 끝면(23a2, 24a2)을, 틀부(21)의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 틀부의 두께 방향의 내측으로 치우친 위치에서 동일한 평면 상에 위치시켰다.
[활물질의 충전 상태의 확인]
격자판 A 및 B에 대하여, 페이스트 충전기에 의해 페이스트 형상의 활물질을 충전하는 활물질 충전 실험을 실시하고, 그 후, 숙성ㆍ건조를 하여 미화성의 정극판을 제작하였다.
활물질 충전 실험에 이용한 페이스트 형상의 정극용 활물질은, 일산화납을 주성분으로 하는 납분말의 질량에 대하여, 폴리에스테르 섬유를 O.1 질량% 첨가하여 혼합한 후, 물을 12 질량%, 희류산을 16 질량% 첨가하여 다시 혼련을 하여 제작하였다. 이 정극용 활물질의 제작 방법은, 종래부터 행해지고 있는 방법과 마찬가지이다.
[충전 결과]
격자판 A 및 B에 페이스트 형상 활물질을 충전, 압축한 후, 활물질 충전 시에 하방을 향하고 있었던 격자판의 이면측으로의 활물질의 충전 상태를 시인한 결과, 격자판 A 및 B의 쌍방 모두, 모든 격자골이 활물질 속에 양호하게 매립되어 있고, 격자판의 이면측으로의 활물질의 충전 상태는 양호하였다. 본 발명에서는, 횡태골(23b)의 두께 D를 틀부(21)의 두께 B와 동등하게 하고 있음에도 불구하고, 격자판의 이면측에서 횡태골의 끝면(23b2)이 노출되지 않은 이유는, 격자판의 표면측에 횡태골과 종태골에 의해 구획 틀을 형성함으로써, 격자판의 표면측으로부터 이면측으로의 활물질의 유동을 원활하게 한 것과, 횡태골의 두께 방향의 타단측의 끝면(23b2)의 폭 G를 횡태골의 두께 방향의 일단측의 끝면(23b1)에 비해 작게 한 것에 의한 것으로 생각되었다.
[활물질 충전 시의 문제점]
격자판 A에서는, 격자판을, 그 횡방향을 반송 방향을 향한 상태에서 반송 벨트 상에 재치하여, 반송 벨트 상의 격자판(20)에 이송 롤러를 접촉시킴으로써 페이스트 충전기에 공급할 때에, 격자판의 자세가 정규인 자세로부터 어긋나 라인이 정지하는 트러블이 전수의 1.2%의 비율로 발생하였다. 이것은, 정극판 100개당 1.2개의 불량품이 생기는 것을 의미하고, 생산성 향상의 점에서 무시할 수 없는 값이다. 이에 대해, 본 발명의 실시예인 격자판 B에서는, 마찬가지의 트러블이 발생하는 비율이 0.7%까지 감소하고, 페이스트 충전기에의 격자판의 공급의 문제점에 의한 트러블이 이미 제안된 격자판을 이용하는 경우에 비해서 48%나 감소한다고 하는 좋은 결과가 얻어졌다.
상기의 결과로부터, 본 발명에 따르면, 앞서 제안된 격자판을 이용한 경우와 마찬가지로 격자판으로의 활물질의 충전을 양호하게 행할 수 있을 뿐만 아니라, 격자판을 페이스트 충전기에 공급할 때에 트러블이 생겨서 라인이 정지하는 횟수를 이미 제안된 격자판을 이용하는 경우보다도 대폭 적게 할 수 있는 것이 명백하게 되었다.
본 발명에서 이용하는 격자판은, 횡태골의 단면적을 이미 제안된 납 축전지에서 이용하는 격자판의 횡태골의 단면적보다도 크게 할 수 있는 데다가, 종태골의 단면적과, 횡세골 및 종세골의 단면적을 각각 이미 제안된 격자판의 종태골의 단면적과 횡세골 및 종세골의 단면적과 동등하게 할 수 있으므로, 본 발명에 따른 납 축전지가, 이미 제안된 납 축전지와 동등 이상의 수명 특성을 갖는 것은 명백하다.
본 발명에 따르면, 격자판을 페이스트 충전기에 원활하게 공급할 수 있도록 하였으므로, 격자판을 페이스트 충전기에 올바르게 공급할 수 없는 것에 기인하여 라인이 정지하는 확률을 적게 하여, 극판의 생산성을 향상시킬 수 있다. 또한 본 발명에 따르면, 장기간 부식에 견디는 구조와 활물질의 충전을 용이하게 하는 구조를 격자판에 갖게 할 수 있으므로, 극판, 특히 정극판의 수명을 연장시켜, 긴 수명의 제어 밸브식 납 축전지를 얻을 수 있다.
20 : 격자판
21 : 틀부
21a : 횡틀골
21b : 종틀골
22 : 격자
23 : 횡격자골
23a : 횡세골
23a1 : 횡세골의 두께 방향의 일단측의 끝면
23a2 : 횡세골의 두께 방향의 타단측의 끝면
23b : 횡태골
23b1 : 횡태골의 두께 방향의 일단측의 끝면
23b2 : 횡태골의 두께 방향의 타단측의 끝면
24 : 종격자골
24a : 종세골
24a1 : 종세골의 두께 방향의 일단측의 끝면
24a2 : 종세골의 두께 방향의 타단측의 끝면
24b : 종태골
24b1 : 종태골의 두께 방향의 일단측의 끝면
24b2 : 종태골의 두께 방향의 타단측의 끝면
25 : 집전용 이부
26 : 격자판 보유 지지용 이부
27 : 족부

Claims (2)

  1. 정극용의 격자판에 정극 활물질을 충전하여 이루어지는 정극판과, 부극용의 격자판에 부극 활물질을 충전하여 이루어지는 부극판을 구비한 납 축전지로서,
    적어도 상기 정극용의 격자판은, 횡방향으로 신장하고 종방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 횡틀골과 종방향으로 신장하고 횡방향으로 서로 마주 대하는 한 쌍의 종틀골을 갖고, 상기 횡방향 및 종방향의 쌍방에 대하여 직각인 두께 방향으로 일정한 두께 치수를 갖는 틀부와, 상기 횡틀골 및 종틀골과 각각 평행하게 신장하도록 설치되어 상기 틀부의 내측에 격자를 형성하는 복수의 횡격자골 및 복수의 종격자골과, 상기 틀부의 한쪽의 횡틀골에 일체로 형성된 집전용 이부를 구비하고,
    상기 종격자골 및 횡격자골은 각각, 복수의 종세골 및 횡세골과, 상기 종세골 및 횡세골보다도 단면적이 큰 복수의 종태골 및 횡태골을 갖고, 각 종태골의 측방에 적어도 하나의 종세골이 배열되고, 각 횡태골의 측방에 복수의 횡세골이 배열되는 식으로, 상기 종태골 및 종세골과 횡태골 및 횡세골이 배열되고,
    상기 복수의 종태골은, 상기 틀부의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면을 상기 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시키고, 또한 각각의 두께 방향의 타단측의 끝면을 상기 틀부의 두께 방향의 타단측의 끝면보다도 상기 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치되고,
    상기 복수의 종세골은, 상기 종태골의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 상기 종태골의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면보다도 상기 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치되고,
    상기 복수의 횡태골은, 상기 틀부의 두께와 동등한 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 상기 틀부의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면과 동일한 평면 상에 위치시킨 상태로 배치되고,
    각 횡태골은, 그 두께 방향 및 길이 방향의 쌍방에 대하여 직각인 방향을 폭 방향으로 하였을 때에, 그 두께 방향의 타단측의 끝면의 폭 치수가, 그 두께 방향의 일단측의 끝면의 폭 치수보다도 작게 설정되고,
    상기 복수의 횡세골은, 상기 횡태골의 두께보다도 작은 두께를 갖고, 각각의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면을 각각 상기 횡태골의 두께 방향의 일단측의 끝면 및 타단측의 끝면보다도 상기 틀부의 두께 방향의 내측에 위치시킨 상태로 배치되어 있는
    납 축전지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 종세골 및 횡세골의 각각은, 납 축전지의 주어진 수명 기간의 동안 부식에 견딜 수 있도록 설정된 단면적을 갖고 있는 납 축전지.
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