JPH11513178A - 鉛蓄電池を製造する方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 好ましくはオンライン作業で、自動的に鉛畜電池を製造することができる、鉛蓄電池を製造する方法であり、その場合に実質的に格子形状の鉛電極が製造し、ペースト状の活性物質とそれに直接続いて両側に分離材料を設け、積み重ね、電気的に接続し、セルブロックを製造するようにハウジングに挿入して、次にペースト状の活性物質を熟成させるために保管する製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】 鉛蓄電池を製造する方法 本発明は、鉛蓄電池を製造する方法に関するものである。鉛蓄電池を製造 するために、まずほぼ格子形状の鉛電極を製造することが知られている。このよ うにして得られた予め定められた寸法を有する電極プレートに、いわゆる活性物 質をプレート格子の網目に編み込む。公知のようにプレート間に分離材料（セパ レータ）を介在させて積層体を製造し、更に所定の数のプレートから１つのセル ブロックを製造する。 セルブロックを構成するプレートは電気的に互いに接続される。多数のセ ルブロックが適切なハウジングに挿入されて、同様に電気的に接続され、そして 正または負の極に接続される。蓄電池はその後酸を充填されて、充電されなけれ ばならない。貯蔵と運搬は様々な状態で、たとえば充電後に蓄電池を再び空にし 、酸を充填しない充電された状態で行うことができる。また、酸を充填し、充電 された状態において、保管ないしは移送することもできる。 活性物質は粥状のペースト物質であって、水分を放出しながら熟成しなけ ればならない。これは、多数時間にわたりゆっくりと水分を放出することによっ て行われる。平均的には２４時間までの熟成プロセスが要求される。この熟成工 程は、鉛蓄電池の製造方法をできるだけオンライン作業で自動化するための障害 となっている。 従来は、鉛電極に活性物質を設けて、積み重ね、貯蔵して熟成させること が知られている。完全に熟成された鉛電極はその後、加工プロセスへ供給されて 、 分離材料を設けられ、積み重ね（積層体とすること）られて、上述の方法で鉛電 極として、さらに処理される。熟成段階が短縮された場合には、蓄電池としての 電気的特性が著しく損なわれる。すなわち分離材料を設ける時点でプレートの含 水量が非常に高い場合には、湿度の変化とプレートから分離材料内への著しいイ オン移動によって、後に分離材料の収縮が生じ、それが蓄電池の完全放電特性に 著しく悪い影響を与える恐れがある。 このような従来技術に対して、本発明の課題は、良好な電気的特性を有す る鉛蓄電池を製造する際の時間損失をなくし、オンライン作業と広範な自動化を 可能にする、鉛蓄電池の製造方法を提供することである。さらに本発明によって 、本方法を実施する装置と新しい世代の蓄電池を提供する。 この課題を技術的に解決するために、鉛蓄電池を製造する新たな方法を提 案する。この方法においては、ほぼ格子状の鉛電極を製造し、ペースト状の活性 物質とそれに続いて電極両側に分離材料を設け、これを積み重ね、電気的に接続 し、セルブロックを構成するようにハウジングに挿入し、次にペースト状の活性 材料を熟成させるために保管する。 本発明に基づく方法においては、オンラインプロセスを妨げる、時間のか かる熟成ないし乾燥プロセスを機械的ないし組立てラインの製造プロセスの最後 に移動することができる。熟成された活性物質を有する適切に保管された蓄電池 が、保管に続いて酸充填され、充電され、検査されて、銘を入れられるなどされ る。その場合に、活性化工程は、蓄電池の本来の製造工程とは独立して、その準 備を完了するものである。 一般的に活性物質を問題にしているが、本発明は原則的にペースト状の正 または負の活性物質の製造に関するものである。格子電極に正または負の活性物 質が設けた後に、その後直ちに２つの鉛電極（すなわち正または負）のそれぞれ の両側に分離材料を設けるので、ペーストで満たされた正または負の電極が公知 のようにプレートブロックとして交互に積み重ねられる。たとえば最初は酸化鉛 である活性物質は、まずペースト状の物質として、電気化学的に活性化されるこ となく、塗布される。蓄電池内部の電気化学的工程の間に初めてペーストから活 性物質、たとえば二酸化鉛が生じる。 本発明の方法によれば、製造方法は全自動化され、格子形状の鉛電極の製 造から始まって電気的に接続されたセルブロックからなる電極と、かつこの電極 を有する蓄電池の積み重ねまでオンライン駆動で実施することができる。 このように自動化が可能になったことによって、装置の生産能力が著しく増大 される。さらに、たとえば活性物質を有する鉛電極を熟成させ、乾燥された鉛電 極を次の作業プロセスへ供給するなどの、人手のかかる作業をなくすことができ る。 本発明の好ましい態様によれば、格子状の鉛電極を製造し、ペースト状の 活性物質と分離材料を設けた後に、水分含有量がこれら複合層全体に合せて調節 することを提案する。この処理側の手段は特に重要である。分離材料はたとえば ケイ酸を含有するポリエチレンフィルム（ＰＥフィルム）である。鉛電極は本発 明の好ましい提案によれば、連続的なプロセスで鋳造されるので、いわゆる電極 状コイルが得られる。すなわち鋳造ローラを用いて製造されたバンド形状で存在 する電極のコイルである。このコイル上に、ないしは鋳造されたバンド上に同様 に連続的なプロセスで直接ペースト状の活性物質が塗布される。 次に活性物質を有する鉛電極が分割されて、分離材料から製造されている ポケット（袋体）内へ個別に挿入される。もちろん、分割は個別的電極の製造に よって直接、あるいはコイルの分割によって行うこともできる。ポケットを製造 するためにケイ酸を含有するＰＥフィルムがロールから供給されて、それぞれの ポケットが電極を直接挿入しながら製造される。その場合のフィルムの帯体が方 向変換されて、電極を挿入されて折り畳まれ、２つの側端縁においてプレス力に よって閉鎖される。 本発明の特に好ましい提案によれば、分離材料はポケットに加工される前 に予め定められた期間高い温度、たとえば約１００°Ｃで保管する。分離材料を このように温度処理することは、後の時点で水分吸収とそれに続く乾燥とによっ て分離材料が収縮することを効果的に防止する。 すでに説明したように、本発明の特別かつ重要な特徴は、水分含有量が鉛 電極、その上に塗布された活性物質および分離材料からなる全体に同一にされる ことである。活性物質を有する鉛電極の理想的な熟成水分含有量は、６から８％ である。活性物質はペースト状であって、熟成の間に水分を放出する。それ自体 化学的に反応しない多孔の分離材料は水分を吸収して、さらにプレートの他の水 分を引き出すので、熟成プロセスの理想的な進行を保証することはできない。こ の理由から全水分含有量は分離材料の水分吸収能力も考慮しなければならない。 この問題を解決するために、本発明においては活性物質を有する鉛電極と 分離材料とからなるアッセンブリーに水分を含浸させることを提案する。この手 段によって分離材料は水分を吸収することができるので、後の時点で活性物質を それ以上乾燥させることはない。好ましくは含浸は液体へ浸すことによって行わ れる。そのために原則的に水を使用することができる。というのは、必要な水分 含有量のみが重要だからである。しかし、本発明の好ましい実施形態によれば、 ポケットへ挿入された、活性物質を有する鉛電極を、酸、好ましくは硫酸内に浸 すことを提案する。この手段によって他の特に好ましい結果が得られる。まず、 酸処理を行うと後の乾燥においてに分離材料が収縮することを防止する。更に、 前述の温度処理を省くことができ、あるいは酸内へ漬けることによって温度処理 を支援することができる。 さらに、硫酸を含浸させることによって、そうでない場合には必然的に行 われる鉛電極から分離材料内へのイオン移動が克服される。それによって新しく 製造された蓄電池の後の完全放電特性が著しく改良される。 鉛電極、活性物質および分離材料からなる必要な水分含有量を有するアッセン ブリーが積み重ねられ、電気的に結合され、ハウジングへ挿入され、電気的に接 続されて、最後に出来上がった蓄電池を活性材料を熟成させるために保管するこ とは望ましい方法である。 積み重ねは全自動で行うことができ、この積み重ねを時間的に酸含浸の前の時 点へ移動させることができ、すなわち分離材料からポケットを製造した直後に続 けることができる。 本発明により、高度な自動化とオンライン作業における製造を可能にする 鉛蓄電池の製造方法が得られる。オンライン作業を中断させる熟成プロセスを製 造および組立て工程の最後へ移動させることによって、生産能率を著しく増大さ せることができる。水分含有量を鉛電極、活性物質並びに分離材料からなるアッ センブリー全体を同一とするという特殊な手段によって、分離材料を設けられ、 積み重ねられて、蓄電池ハウジング内へ挿入された状態においても、活性物質の 最適な熟成が保証される。 さらに、本発明による方法に基づいて鉛蓄電池を製造する装置を提供する 。 この装置は鉛電極用の鋳造ユニット、活性物質を塗布するためのコーティングユ ニット、分離材料を設けるためのユニット、必要な水分含有量を調節するための 含浸ユニット並びにセルブロックの前処理をし、ハウジングへ挿入するための他 のユニットおよび他の前処理ユニットを有する。 鋳造ユニットとコーティングユニットは好ましくは連続的に作動する装置 であるので、電極は互いにつながり合ったバンド形状で鋳造され、このバンド形 状を途中でコイル状とするか、あるいはコイル状とせず、活性物質をバンドにコ ーティングすることができる。分割ユニットは、電極を分割し、分離材料を設け るユニットにおいてはＰＥフィルムが供給されて、折り畳まれ、鉛電極が挿入さ れる。端縁プレス装置によってＰＥフィルムジャケットの少なくとも２つの開放 した側端縁が閉鎖される。 そして、この装置は含浸槽を備えた水分含有量を調節するユニットを有し 、ポケットに挿入された電極が個別に、あるいは積み重ねてその含浸槽を通して 案内される。その場合に実質的に分離材料が含浸されることが重要である。この 工程は、場合によってはポケットを製造する前に行うことも可能である。 本発明の方法を実施する装置は、自動化されたオンライン製造工程を実施する ための互いに連続するユニットを有し、その場合に主要なユニットとして含浸ユ ニットまたは必要な水分含有量を調節するためのその他のユニットが含まれてい る。 本発明による方法に基づいて製造された鉛蓄電池は、新しい世代の鉛蓄電 池であって、ポケット内で、かつ積み重ねられた状態で熟成された活性材料が設 けられている。この種の蓄電池はすぐれた技術特性を有し、また、連続的なオン ラインプロセスで経済的かつ安価に製造することができる。 本発明の核心は、時間を浪費する熟成プロセスを、機械的な製造および組立て 工程の最後へ移動させることにある。さらに、本発明の特殊性は、鉛電極、活性 物質並びに分離材料からなるアッセンブリーにおいて全体の水分含有量を調節す ることにある。その場合に、どんな手段でかつどの時点で個々のユニットに必要 な水分を設けるかは、あまり問題にならない。たとえば製造プロセス全体を十分 に湿った雰囲気で行うことができるので、分離材料に周囲から水分を吸収させる ことができる。また、分離材料を前処理することができ、その場合に収縮を防止 するために熱処理を行うことも特徴である。しかし、分離材料を鉛電極を収容す るポケットに加工する前に、分離材料を前もって水に漬け、あるいは酸に浸すこ ともできる。本発明の他の利点と特徴を、図面を用いて以下で説明する。 図１は、個々の製造工程のシーケンスを明らかにするフローチャートである。 全体の製造方法は、幾つかの原材料ないしは幾つかの完成部品の前処理が 含まれている。原材料に属するものはまず鉛であって、この鉛はまず鋳造処理で 格子状の電極に加工されるが、さらに、活性物質を製造するため、たとえば酸化 鉛を製造するためにも使用される。その後電気化学的プロセスにおいて酸化鉛か ら二酸化鉛が得られる。さらに適切な場所で分離材料を供給し、さらにハウジン グを設けなければならない。 図１に示す実施例において、鉛は鉛溶融ステップ１で溶融されて、格子鋳 造処理ステップ２で格子電極に加工される。格子鋳造処理ステップ２は連続的な 鉛鋳造方法であって、それに基づいて互いにバンド形状につながった鉛電極が得 られ、コイルとして巻回され、あるいは直接その後の加工へ供給することができ る。鉛前処理ステップ３では鉛が活性物質を製造するように前処理されて、加工 ステップ４において活性物質が製造される。図示の実施例においては１つの鉛前 処理と１つの活性物質しか述べられていないが、もちろん並行して正と負のペー スト物質が製造され、その物質から後にそれぞれの活性物質が得られる。 格子鋳造ステップ２で製造された連続的または個々に供給される格子形状 の電極と、活性物質がコーティングステップ５において一緒に案内される。図示 の実施例においては、電極格子がバンド形状で供給されてコーティングステップ ５の後に初めて分離ステップ６で分割される。 フィルム供給ステップ７は分離材料、たとえばケイ酸を含有するＰＥフィルム の供給を行う。分離材料は温度処理によって前処理することができる。ポケット 挿入ステップ８に際しては電極は分割され、活性物質を設けられた鉛電極がフィ ルムによって製造されるポケットへ挿入される。ポケットは次に含浸ステップ９ において水分を加えられて、ステップ１０で積み重ねられる。積み重ね工程は含 浸の前に行うことも可能である。 それ自体は公知の製造方法により製造されるセルブロックの積層体が処理 ステップ１１において電気的に１つのユニットとして接続される。ハウジング供 給ステップ１２を介してハウジングがハウジング準備ステップ１３へ供給される 。ここでは小さい人手による前処理ステップ、たとえば接続孔の打抜き、必要な 場合にはバリ除去、などが実施される。十分な数のセルブロックを搭載したハウ ジングが次の処理ステップへ送られて、そこで個々のセルブロックが電気的に接 続されて、蓄電池に正と負の極が設けられる。 次の重要な処理ステップにおいて、保管によりプレートの熟成が行われる 。保管は、予め定められた環状条件の下で、たとえば所定の温度、水分含有量な どで行うことができる。熟成が行われた後に蓄電池は完成ステップへ供給される 。それに属するのはたとえば充填、充電、銘付け等の移送前の処理などである。 もちろん、比較的細かい独立した加工工程を、熟成後の期間へ移動させること ができる。たとえば熟成後にセルブロックを簡単な工程で電気的に接続して、電 極を設けることも、効果的である。 さらに、それ自体公知の電気物理的基礎を考慮してブロックをまとめて、 積み重ねるなどして処理すること、並びにそれに応じた測定方法と方法制御が利 用されることはもちろんである。 処理の順序を変形しても、この変形は本発明の範囲である。重要なことは、時 間を浪費し、かつ各オンライン作業を中断させる熟成プロセスが蓄電池製造のほ ぼ最後へ移動されており、必要な水分含有量を特別に考慮することによって保持 することである。 符号リスト １ 鉛溶融浴 ２ 格子鋳造 ３ 鉛の前準備 ４ 仕上げ加工 ５ コーティング ６ 分割 ７ フィルム供給 ８ ポケットへの挿入 ９ 含浸 １０ 積み重ね １１ 接続 １２ ハウジングへの導入 １３ ハウジング前準備 １４ 挿入 １５ 接続 １６ プレートの熟成 １７ 完成

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ギュンター ザースマンズハウゼン ドイツ国 ブリロン市 59929 アム ヘ レンタイヒ 61

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．鉛蓄電池を製造する方法であって、その場合に実質的に格子形状の鉛電極 を製造し、ペースト状の活性物質とそれに直接連続して電極の両側に分離材料を 設け、積み重ね、電気的に接続し、セルブロックを製造するようにハウジング内 へ挿入し、次にペースト状の活性物質を熟成させるために保管することを特徴と する鉛蓄電池の製造方法。 ２．前記格子形状の鉛電極、前記活性物質および前記分離材料からなるアッセ ンブリー全体の水分含有量を同一にすることを特徴とする請求項１に記載の蓄電 池の製造方法。 ３．前記鉛電極を連続的な鋳造方法で製造することを特徴とする請求項１また は２に記載の蓄電池の製造方法。 ４．前記活性物質を連続的なコーティング方法で、格子形状の鉛電極上に塗布 することを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の蓄電池の製造 方法。 ５．分割され、コーティングされた前記電極を前記分離材料のポケット内へ挿 入することを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の蓄電池の製 造方法。 ６．前記分離材料のポケットを、ロールから供給されるＰＥフィルムによって 製造することを特徴とする請求項５に記載の蓄電池の製造方法。 ７．前記分離材料が、温度作用の下で前処理することを特徴とする請求項５ま たは６に記載の蓄電池の製造方法。 ８．前記鉛電極、前記活性物質および前記分離材料からなるアッセンブリーを 、加湿することを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の蓄電池 の製造方法。 ９．前記アッセンブリーを加湿するため液体に浸漬することを特徴とする請求 項８に記載の方法。 １０．前記アッセンブリーを液体に浸漬するために酸、特に硫酸を使用するこ とを特徴とする請求項８または９に記載の蓄電池の製造方法。 １１．前記分離材料を有する鉛電極を電気的に接続し、これを積み重ねること を、自動的に行うことを特徴とする請求項１から１０までのいずれか１項に記載 の蓄電池の製造方法。 １２．前記セルブロックのハウジングへの挿入を、自動的に行うことを特徴と する請求項１から１１までのいずれか１項に記載の蓄電池の製造方法。 １３．前記ハウジング内に挿入されたセルブロックの電気的接続を自動的に行 うことを特徴とする請求項１から１２までのいずれか１項に記載の方法。 １４．組立ての終わった前記蓄電池を、活性物質を熟成させるために保管する ことを特徴とする請求項１から１３までのいずれか１項に記載の蓄電池の製造方 法。 １５．請求項１から１４までのいずれか１項に記載の方法に基づいて鉛蓄電池 を製造する装置であって、 鉛鋳造ユニット、活性物質を塗布するためのコーティングユニット、分離材料 を設けるユニット、加湿ユニット、及びアッセンブリーを前処理してハウジング へ挿入する部材のためのユニットを備えた鉛蓄電池を製造する装置。 １６．前記鉛鋳造ユニットが、連続的に作動するユニットであることを特徴と する請求項１５に記載の装置。 １７．前記コーティングユニットが、連続的に作動するコーティングユニット であることを特徴とする請求項１５または１６に記載の装置。 １８．コーティングユニットに分割ユニットが接続されていることを特徴とす る請求項１５から１７までのいずれか１項に記載の装置。 １９．前記分離材料を設けるユニットが、バンド状のフィルムを供給する供給 部、折り畳みユニットおよび電極のポケットへの挿入装置を備えたことを特徴と する請求項１５から１８までのいずれか１項に記載の装置。 ２０．前記ユニットにさらに端縁プレスアッセンブリーが設けられていること を特徴とする請求項１９に記載の装置。 ２１．前記加湿ユニットが、含浸槽であることを特徴とする請求項１５から２ ０までのいずれか１項に記載の装置。 ２２．更に、分類並びに積み重ねユニットを有することを特徴とする請求項１ ５から２１までのいずれか１項に記載の装置。 ２３．請求項１から１４までの少なくとも１項に記載の方法に基づいて製造さ れた鉛蓄電池。