JP2009054394A - 極板用芯材の洗浄装置及び洗浄方法、並びにその洗浄方法を用いたアルカリ蓄電池の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物の洗浄をより効率的に行う。
【解決手段】コイル状に捲回された多孔質金属基板のフープ１６を回転軸１３の外周に一体回転可能に取り付け、同フープ１６をその中心軸周りに回転させながら、金属不純物洗浄用の溶液を回転軸１３の外周に形成された放出口２１から放出して金属不純物を洗浄することとした。このときの放出口２１から放出された溶液は、フープ１６の回転に応じて発生する遠心力により、フープ１６の内周側からその外周側へと一様に浸透するため、フープ１６の全体に溶液を行き渡らせることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルカリ蓄電池に供される極板用芯材を洗浄するための洗浄装置及び洗浄方法、並びにその洗浄方法を用いたアルカリ蓄電池の製造方法に関する。

周知のように、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池などのアルカリ蓄電池は、携帯情報端末や車両などの電源として広く使用されている。こうしたアルカリ蓄電池の正極は、導電性の芯材として、発泡ニッケル基板や焼結合金からなる多孔質金属基板を使用し、その芯材に活物質を担持させることで製造されている。

こうした極板用芯材には、その原料となる多孔質金属基板の製造過程において、ニッケル、鉄以外の金属（例えば銅）が不純物として混入することがある。こうした金属不純物の混入量が多い場合には、そうした金属不純物が芯材から電解液中に溶け出して析出してしまい、正極・負極間の微小な短絡を引き起こす畏れがある。

そこで従来、特許文献１に見られるように、極板用芯材の製造過程において、上記金属不純物の洗浄を行う技術が提案されている。同文献では、こうした極板用芯材の洗浄を以下の態様で行うようにしている。

極板用芯材となる多孔質金属基板は、コイル状に捲回されたフープとして提供されるものとなっている。上記文献では、図３に示すように、こうした多孔質金属基板のフープ５０を、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液５１に浸し込むことで、金属不純物である銅の洗浄を行うようにしている。また同文献には、上記水溶液５１中でフープ５０を回転させることで、洗浄中の水溶液５１の流動性を高め、洗浄力を向上させることが記載されてもいる。
特開２００４−７１５３４号公報

こうした従来の技術によれば、フープ単位で大量の極板用芯材を一括して洗浄することができる。しかしながら、コイル状に捲回されたフープでは、その中央部分の緊縛率が高く、その近傍には上記洗浄用の溶液が十分に行き渡り難くなっている。そのため、フープ中心部付近の多孔質金属基板にまで溶液を行き渡らせて金属不純物を確実に除去するには、フープを長時間溶液に浸し込む必要がある。このように上記従来の技術には、洗浄時間が長くなるという問題があり、未だ改善の余地がある。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その解決しようとする課題は、アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物の洗浄をより効率的に行うことのできる極板用芯材の洗浄装置及び洗浄方法、並びにその洗浄方法を用いたアルカリ蓄電池の製造方法を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載の極板用芯材の洗浄装置では、アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物を洗浄するための極板用芯材の洗浄装置であって、コイル状に捲回された前記多孔質金属基板のフープがその外周に一体回転可能に取り付けられる回転軸と、その回転軸を回転駆動する駆動源と、その回転軸の外周に形成されて、前記金属不純物の洗浄に供される溶液を放出する放出口と、を備えることをその要旨としている。

上記構成では、多孔質金属基板のフープが外周に一体回転可能に取り付けられた回転軸に一体回転可能に取り付けられる。そして洗浄時には、その回転軸の外周に形成された放出口から金属不純物洗浄用の溶液が放出されるようになっている。このときの回転軸を駆動源により回転駆動させると、その回転によって発生する遠心力によって、上記放出口より放出された溶液がフープの内周側から外周側へと浸透するようになる。そのため、フープの全体に溶液をより確実に行き渡らせることができるようになり、金属不純物の洗浄をより効率的に行うことができるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の極板用芯材の洗浄装置において、前記回転軸の外周に形成されるとともに、前記多孔質金属基板に残留した前記溶液の洗浄に供される洗浄液を放出するための洗浄液放出口を更に備えることをその要旨としている。

上記構成では、上述の金属不純物の洗浄と同様の態様で、残留した溶液の洗浄が行われるようになる。そのため、溶液の残留成分の洗浄についても同様に、効率的に行うことができるようになる。

こうした請求項１、２に記載の洗浄装置に供される、金属不純物洗浄用の溶液としては、請求項３に記載のように、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液を使用することができる。なおこうした水溶液は、金属不純物として多孔質金属基板に混入した銅の除去に特に効果的である。

上記課題を解決するため、請求項４に記載の極板用芯材の洗浄方法では、アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物を洗浄するための洗浄方法であって、コイル状に捲回された前記多孔質金属基板のフープをその中心軸周りに回転させながら、前記金属不純物の洗浄に供される溶液を同フープの中央部よりその外周に向けて放出して前記銅を洗浄する工程を備えることをその要旨としている。

上記洗浄方法では、フープの回転により発生する遠心力により、同フープの中央部より放出された溶液がフープの内周側から外周側へと浸透するようになる。そのため、フープの全体に溶液をより確実に行き渡らせることができるようになり、金属不純物の洗浄をより効率的に行うことができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の極板用芯材の洗浄方法において、前記フープをその中心軸周りに回転させながら、洗浄液を同フープの中央部よりその外周に向けて放出して、前記金属不純物の洗浄工程において残留した前記溶液を洗浄する工程を更に備えることをその要旨としている。

上記洗浄方法では、上述の金属不純物の洗浄と同様の態様で、残留した溶液の洗浄が行われるようになる。そのため、溶液の残留成分の洗浄についても、効率的に行うことができるようになる。

こうした請求項４、５に記載の極板用芯材の洗浄方法において、金属不純物の洗浄に供される溶剤としては、請求項６に記載のように、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液を使用することができる。なおこうした水溶液は、金属不純物として多孔質金属基板に混入した銅の除去に特に効果的である。

請求項７に記載の発明は、多孔質金属基板からなる芯材に活物質を支持させたものを正極として備えるアルカリ蓄電池の製造方法であって、請求項４〜６のいずれかに記載の極板用芯材の洗浄方法を用いて前記芯材を洗浄する工程を備えることをその要旨としている。

上記製造方法では、極板用の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物の洗浄をより効率的に行うことができるため、金属不純物の混入の少ない正極板を備えた信頼性の高いアルカリ蓄電池をより効率的に製造することができるようになる。

本発明によれば、多孔質金属基板のフープを回転させながら、金属不純物の洗浄を行うため、その回転により発生する遠心力を利用して、多孔質金属基板の全体に溶液を効果的に行き渡らせることができ、金属不純物の洗浄をより効率的に行うことができるようになる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図１及び図２を参照して詳細に説明する。本実施形態では、アルカリ蓄電池の正極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物である銅の洗浄を、次の態様で行うようにしている。すなわち、本実施形態では、コイル状に捲回された多孔質金属基板のフープをその中心軸周りに回転させながら、金属不純物の洗浄に供される溶液を同フープの中央部よりその外周に向けて放出して、金属不純物を洗浄するようにしている。そしてフープの回転に応じて発生する遠心力により、同フープの中央部より放出された溶液をフープの内周側から外周側へと浸透させることで、フープの全体に溶液を確実に行き渡らせるようにしている。

図１は、こうした本実施形態での極板用芯材の洗浄に供される洗浄装置の構成を示している。この洗浄装置は、上述した金属不純物である銅を除去するための洗浄（以下、「銅洗浄」と記載する）と、その洗浄において使用された溶液の残留成分を除去するための洗浄（以下、「溶液洗浄」と記載する）とを連続して行えるように構成されている。なお、ここでは、上記銅洗浄に供される溶液として、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液を使用し、上記溶液洗浄に供される洗浄液としては、水（純水）を使用するようにしている。

同図１に示すように、この洗浄装置は、チャンバ１０を備えて構成されている。このチャンバ１０の前面には、扉１１が設けられ、その扉１１を閉じることで、チャンバ１０の内部が密封されるようになっている。またチャンバ１０の下部には、洗浄に供された洗浄液（銅洗浄用の溶液、溶液洗浄用の純水）を廃液するための廃液口１２が設けられてもいる。

こうしたチャンバ１０の内部には、軸受１４により回転可能に軸支された回転軸１３の先端部分が配置されている。チャンバ１０の内部に位置する、この回転軸１３の先端部分は、上記極板用芯材に用いられる多孔質金属基板をコイル状に捲回したフープ１６がその外周に一体回転可能に取り付けられるフープ取付部１５となっている。

一方、回転軸１３の基端部には、同回転軸１３と一体回転可能にギア１７が設けられている。このギア１７は、駆動源であるモータ１９の出力軸に設けられたギア１８と噛み合わされており、これにより回転軸１３は、モータ１９により回転駆動されるようになっている。

また回転軸１３には、その内部を通るように液路２０が形成されている。この液路２０には、上記銅洗浄用の溶液及び上記溶液洗浄用の純水のいずれかが供給されるようになっている。そして液路２０は、回転軸１３先端の上記フープ取付部１５の外周に形成された複数の放出口２１を通じて開口されており、液路２０に供給された溶液又は純水がその放出口２１より放出されるようになっている。本実施形態の洗浄装置では、この放出口２１は、上述の「金属不純物の洗浄に供される溶液を放出する放出口」と、「多孔質金属基板に残留した溶液の洗浄に供される洗浄液を放出するための洗浄液放出口」との双方の機能を兼ね備えたものとなっている。

さて、このように構成された本実施形態の洗浄装置では、以下の態様で、極板用芯材として用いられる多孔質金属基板の洗浄が行われるようになっている。
まず、コイル状に捲回された多孔質金属基板のフープ１６を、回転軸１３先端のフープ取付部１５に一体回転可能に取り付けた上で、扉１１を閉じてチャンバ１０を密封する。続いて、液路２０に上記溶液を供給するとともに、フープ１６が一体回転可能に取り付けられた回転軸１３をモータ１９により回転駆動して、上記銅洗浄を実施する。このときの放出口２１より放出された溶液は、フープ１６の回転に応じて発生する遠心力により、図２に示すように、フープ１６の内周側からその外周側へと一様に浸透するようになる。そのため、溶液は、多孔質金属基板のフープ１６の全体に一様に行き渡るようになり、銅洗浄を効果的に行うことができるようになる。

こうした銅洗浄を規定の時間行った後、上記溶液洗浄を実施する。このときの液路２０には、銅洗浄用の溶液に代えて溶液洗浄用の純水が供給される。またこのときにも、回転軸１３をモータ１９により回転駆動するようにしている。そのため、このときの放出口２１より放出される純水も、フープ１６の回転に応じて発生する遠心力によってフープ１６の内周側からその外周側へと一様に浸透するようになる。これにより、多孔質金属基板のフープ１６の全体に一様に純水を行き渡らせることが可能となり、溶液洗浄についても効果的に行うことができるようになる。

なお、ここで溶液洗浄を行うのは、次の理由による。溶液に含まれるアンモニウムイオンが多孔質金属基板にアンモニアとして残留すると、そのアンモニアは、電解液中で水酸化アンモニウムとなり、正極のオキシ水酸化ニッケルを還元し、その際に放電を発生させる。一方、アンモニア自身は、正極上で酸化されて窒素酸化物イオンに変化して、負極上に拡散する。負極上に拡散された窒素酸化物イオンは、水素吸蔵合金の水素脱蔵反応を引き起し、その際に放電を発生させる。更に窒素酸化物は還元されてアンモニウムイオンに戻る。そのため、上記反応が繰り替えされることとなり、自己放電量を増大させて、アルカリ蓄電池の蓄電池としての性能を低下させることになる。そこで、こうした不具合を回避するため、上記溶液洗浄を行うこととしている。なお、上記自己放電に際しての正極、負極の化学反応式は、以下に示される通りとなっている。

ちなみに、上記銅洗浄及び溶液洗浄に際しては、上記銅洗浄用の溶液、溶液洗浄用の純水の放出時間中の少なくとも洗浄終了の直前に廃液口１２を開いた状態で洗浄を行うようにしている。そしてこれにより、フープ１６内を通ってチャンバ１０内に排出された液がチャンバ１０に溜って、その溜った排出液中にフープ１６が浸し込まれないようにしている。そのため、フープ１６の洗浄は常に、放出口２１から新規に放出されたクリーンな溶液、純水にて行われるようになっている。

さて、上記のような溶液洗浄を規定の時間行い、フープ１６を乾燥させた後、そのフープ１６の多孔質金属基板に各種の加工及び処理を行って、正極板を製造する。具体的には、多孔質金属基板へのリードの溶着、活物質ペーストの塗着、及び正極板の固体毎の切り出し（単板切断）等を通じて正極板が製造されている。そして、こうして製造された正極板を必要な枚数組み付けることで、アルカリ蓄電池が製造されるようになる。

以上の本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態の洗浄装置では、多孔質金属基板のフープ１６がその外周に一体回転可能に取り付けられる回転軸１３と、その回転軸１３を回転駆動する駆動源であるモータ１９と、その回転軸１３の外周に形成されて、銅洗浄用の溶液又は溶液洗浄用の純水を放出する放出口２１と、を備えるようにしている。そしてフープ１６をその中心軸周りに回転させながら、銅洗浄用の溶液を同フープ１６の中央部よりその外周に向けて放出して銅洗浄を実施するようにしている。このときの溶液は、フープ１６の回転に応じて発生する遠心力により、フープ１６の内周側からその外周側へと一様に浸透するようになる。そのため、多孔質金属基板のフープ１６の全体に溶液が一様に行き渡るようになり、銅洗浄を効果的に行うことができるようになる。

（２）本実施形態では、フープ１６をその中心軸周りに回転させながら、溶液洗浄用の洗浄液である純水を同フープ１６の中央部よりその外周に向けて放出して溶液洗浄を実施するようにしている。このときの純水は、フープ１６の回転に応じて発生する遠心力により、フープ１６の内周側からその外周側へと一様に浸透するようになる。そのため、多孔質金属基板のフープ１６の全体に純水が一様に行き渡るようになり、溶液洗浄についても効果的に行うことができるようになる。

（３）本実施形態では、正極板の芯材として用いられる多孔質金属基板の銅洗浄及び溶液洗浄を、フープ１６単位で一括して行うため、効率的に洗浄を行うことができる。
（４）本実施形態では、銅洗浄用の溶液として、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液を使用するようにしている。そのため、金属不純物として多孔質金属基板に混入した銅の洗浄を効果的に行うことができる。

（５）本実施形態では、多孔質金属基板からなる芯材に活物質を担持させたものを正極板として備えるアルカリ蓄電池の製造に際し、正極板の芯材となる多孔質金属基板の銅洗浄、及び溶液洗浄を上述の態様で行うようにしている。そのため、極板用の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物の洗浄をより効率的に行うことができ、金属不純物の混入の少ない正極板を備えた、信頼性の高いアルカリ蓄電池をより効率的に製造することができるようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態では、銅洗浄用の溶液の供給経路及び溶液洗浄用の純水の供給経路として、上述の液路２０及び放出口２１を共用するようにしていたが、溶液の供給用と純水の供給用とでそれぞれ別途に液路、放出口を設けるようにしても良い。

・上記実施形態の極板用芯材の洗浄装置は、銅洗浄と溶液洗浄との双方を行うものとして構成されていたが、溶液洗浄は別の装置で行うこととして、銅洗浄のみを行う洗浄装置として構成するようにしても良い。

・上記実施形態では、金属不純物の洗浄に使用する溶液として、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液を使用するようにしていたが、必要に応じてそれ以外の溶液を使用するようにしても良い。例えば銅以外の金属不純物の混入が問題となる場合には、その洗浄には、上記水溶液以外の別種の溶液が必要となることがある。また、そうした溶液の残留成分の洗浄に使用される洗浄液として、純水以外の洗浄液を使用するようにしても良い。

本発明の一実施形態についてその極板用芯材の洗浄装置の構造を模式的に示す略図。 同実施形態での極板用芯材の洗浄態様を模式的に示す略図。 従来における極板用芯材の洗浄態様を模式的に示す略図。

符号の説明

１０…チャンバ、１１…扉、１２…廃液口、１３…回転軸、１４…軸受け、１５…フープ取付部、１６、５０…フープ、１７、１８…ギア、１９…モータ（駆動源）、２０…液路、２１…放出口、５１…水溶液。

Claims (7)

1. アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物を洗浄するための極板用芯材の洗浄装置であって、
   コイル状に捲回された前記多孔質金属基板のフープがその外周に一体回転可能に取り付けられる回転軸と、
   その回転軸を回転駆動する駆動源と、
   その回転軸の外周に形成されて、前記金属不純物の洗浄に供される溶液を放出する放出口と、
   を備えることを特徴とする極板用芯材の洗浄装置。
2. 前記回転軸の外周に形成されるとともに、前記多孔質金属基板に残留した前記溶液の洗浄に供される洗浄液を放出するための洗浄液放出口を更に備える
   請求項１に記載の極板用芯材の洗浄装置。
3. 前記溶液は、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液とされてなる
   請求項１又は２に記載の極板用芯材の洗浄装置。
4. アルカリ蓄電池の極板の芯材として用いられる多孔質金属基板に混入した金属不純物を洗浄するための洗浄方法であって、
   コイル状に捲回された前記多孔質金属基板のフープをその中心軸周りに回転させながら、前記金属不純物の洗浄に供される溶液を同フープの中央部よりその外周に向けて放出して前記金属不純物を洗浄する工程を備える
   ことを特徴とする極板用芯材の洗浄方法。
5. 前記フープをその中心軸周りに回転させながら、洗浄液を同フープの中央部よりその外周に向けて放出して、前記金属不純物の洗浄工程において残留した前記溶液を洗浄する工程を更に備える
   請求項４に記載の極板用芯材の洗浄方法。
6. 前記溶液を、アンモニウムイオンと過酸化水素とを含有する水溶液とした
   請求項４又は５に記載の極板用芯材の洗浄方法。
7. 多孔質金属基板からなる芯材に活物質を支持させたものを正極として備えるアルカリ蓄電池の製造方法であって、
   請求項４〜６のいずれかに記載の極板用芯材の洗浄方法を用いて前記芯材を洗浄する工程を備える
   ことを特徴とするアルカリ蓄電池の製造方法。

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