JP2019503043A - 鉛酸電池電極の製造 - Google Patents

Abstract

鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法は、Ｐｂベースのペーストも含む制限された貼り付け区域を通して、繊維材料を移動させ、一方で、ペーストを振動させ、該ペーストに対する圧力を維持して、繊維材料にペーストを連続的に含浸させることを含む。繊維材料供給システムを伴う、ペースト含浸機械も開示され、該機械は、繊維材料に沿ったラグを使用して、ペースト塗布ステージを通して繊維材料を引き出すことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉛酸電池の、特に、しかし排他的ではなく、ハイブリッド車両用の自動車用電池の製造または構築の際に使用するための繊維電極を貼り付けるための改善された方法及び装置を含む、鉛酸電池電極の製造に関する。

鉛酸電池の電極には、炭素繊維材料等の導電性または非導電性であり得る繊維材料を使用することができる。本出願人の国際特許出願公開第ＷＯ２０１１／０７８７０７号及び同第ＷＯ２０１３／１３３７２４号は、電流コレクタとして、狭い繊維間間隔及び改善された電池性能を有する炭素繊維材料等の導電性繊維材料を含むＰｂ酸電池を開示する。

電極の製造中に炭素繊維材料を貼り付けることは困難であり得る。ペーストは、材料に十分に浸透することができず、不十分な電池性能をもたらす。

また、導電性であるか非導電性であるかにかかわらず、繊維電極を備える鉛酸電池の大量製造のための技術も必要とされている。

米国特許第５，１６０，６５９号は、電極体の中へ活性材料ペーストを挿入するための振動−浸透プロセスを開示している。

本出願人の国際特許出願公開第ＷＯ２０１４／０４６５５６号は、電気伝導性ラグ材料を繊維材料に加圧含浸させることによって、マイクロスケール電気伝導性繊維材料電極要素への電気的接続を形成する方法を開示し、また、電極要素の外部接続用ラグを提供する。

約１０ｍｍ／秒以上の製造速度で連続的に（または半連続的に）、約１００ミクロン以下の繊維間間隔を有する電極繊維材料に活性ペーストを含浸させることは、問題を含み得る。これは特に、ペーストが比較的高い降伏応力を有する場合にあてはまり、これは、繊維材料にペーストを含浸させるために打ち勝たなければならない。

本出願人の国際特許出願公開第ＷＯ２０１４／０４６５５６号は、電気伝導性ラグ材料を繊維材料に加圧含浸させることによって、マイクロスケール電気伝導性繊維材料電極要素への電気的接続を形成する方法を開示し、また、電極要素の外部接続用ラグを提供する。

約１０ｍｍ／秒以上の製造速度で連続的に（または半連続的に）、約１００ミクロン以下の繊維間間隔を有する電極繊維材料に活性ペーストを含浸させることは、問題を含み得る。これは特に、ペーストが比較的高い降伏応力を有する場合にあてはまり、これは、繊維材料にペーストを含浸させるために打ち勝たなければならない。

本発明の少なくともいくつかの実施形態の目的は、繊維電極を備えるＰｂ酸電池、特に、必ずしも排他的ではないが、ハイブリッド車両で使用するためのＰｂ酸電池の製造に使用するための改善または少なくとも代替物を提供することである。

電極貼り付け方法
広義には、１つの態様において、本発明は、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法を含むことができ、該方法は、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域を通して、最大１００ミクロンの繊維間間隔を有する繊維材料を移動させること、またはその逆に移動させることであって、制限された貼り付け区域内にＰｂベースの粒子ペーストも含み、一方で、制限された貼り付け区域内のペーストを振動させる、移動させることと、振動ペーストに対する圧力を維持して、移動する繊維材料の主表面を通して、かつ繊維材料の中へ該繊維材料を通して、ペーストを連続的に含浸させることと、を含む。

広義には、別の態様において、本発明は、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法を含むことができ、該方法は、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域を通して、１％を超える固体体積分率を有する繊維材料を移動させること、またはその逆に移動させることであって、制限された貼り付け区域内にＰｂベースの粒子ペーストも含み、一方で、制限された貼り付け区域内のペーストを振動させる、移動させることと、振動ペーストに対する圧力を維持して、移動する繊維材料の主表面を通して、かつ繊維材料の中へ該繊維材料を通して、ペーストを連続的に含浸させることとを含む。

いくつかの実施形態において、本方法は、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域にペーストを連続的に供給し、ペースト供給部を通して、振動するペーストに対して圧力を印加することを含む。

いくつかの実施形態において、固体体積分率は、２％より大きく、３％より大きく、４％より大きく、または５％より大きくすることができる。

いくつかの実施形態において、本方法は、繊維材料とペースト塗布ステージとの相対移動の方向（機械方向）における長さ、及び相対移動の方向において減少する、相対移動の方向を横切る断面積を有する、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域を備える。制限された貼り付け区域は、機械方向の長さと、機械方向を横切る幅と、機械方向において減少する、繊維材料の平面に対して垂直な高さとを有することができる。制限された貼り付け区域は、機械方向を横切る入口と、機械方向を横切るより小さいスロット形状の出口とを有することができる。

いくつかの実施形態において、繊維材料は、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有し、少なくとも０．０１メートル／秒の速度でペースト塗布ステージを過ぎて繊維材料を移動させることを含む。

いくつかの実施形態において、ペーストは、約５〜約５００Ｐａの範囲の降伏応力、及び／または約０．１〜約５Ｐａ・ｓの範囲の塑性粘性を有する。

典型的に、本方法は、貼り付け中に、空気が繊維材料内から逃げることを可能にする。

いくつかの実施形態において、本方法は、繊維材料を圧縮し、一方で、繊維材料を含浸させることを含む。

本方法は、ペーストに対する繊維の流れ抵抗、ペーストに対する繊維上の摩擦流れ抵抗、及びペーストの表面張力に打ち勝つように、ペーストに十分な圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、０ｋＰａを超える、好ましくは少なくとも０．２ｋＰａのゲージ圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、最大１００ｋＰａのゲージ圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、０．２ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲の圧力を受けさせることを含む。

いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに超音波振動を受けさせることによって、ペーストを振動させることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、５〜５００ｋＨｚの範囲の周波数の振動、及びＰｂ粒子ペーストの少なくとも２５０Ｗ／ｋｇの電力を受けさせることを含む。

典型的に、本方法は、ペースト塗布ステージを過ぎて繊維材料の連続長さを移動させることを含む。「移動」は、実質的に一定の速度または段階的のいずれかで繊維材料を移動させることを含むことができる。

いくつかの実施形態において、本方法は、繊維材料の少なくとも１つの長さ方向に延在する電気伝導性ラグの両側で繊維材料を把持するように配設された駆動装置によって、ペースト塗布ステージを過ぎて張力下で繊維材料を引き出すことを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、繊維材料がペーストと接触する前に、繊維材料の長さに沿って、繊維材料よりも高い機械方向における引張強度の電気伝導性ラグを繊維材料内に形成することを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペースト塗布ステージを通して繊維材料を引き出した後に、任意の順序で、貼り付けられた繊維材料を切断して、多数の個別の電極要素を形成するプロセス、貼り付けられた繊維材料を乾燥するプロセス、任意のペーストの任意のラグをクリーニングするプロセス、貼り付けられた繊維材料を、所望の電極厚さまで及び／もしくはオーバーペーストの所望の厚さまで掻き取る、及び／もしくは圧延するプロセス、貼り付けられた繊維材料にオーバーペーストを追加するプロセス、ならびに／または任意の過剰なラグ材料の任意のラグをトリムもしくはスタンプする、及び／もしくはラグから任意のラグ材料を切断するプロセス、のうちの任意の１つ以上を含む。

いくつかの実施形態において、ペーストは、約５〜約５００Ｐａの範囲の降伏応力及び／または約０．１〜約５Ｐａ・ｓの範囲の塑性粘性を有する。

いくつかの実施形態において、繊維材料は、電気伝導性である。いくつかの実施形態において、繊維材料は、非導電性とすることができる。いくつかの実施形態において、繊維材料は、不織布材料を含む。いくつかの実施形態において、繊維材料は、炭素繊維材料を含む。いくつかの実施形態において、繊維材料は、酸化したポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）布地（ＯＰＦ）を含む。いくつかの実施形態において、繊維材料は、ガラス繊維を含む。いくつかの実施形態において、繊維材料は、シリコン繊維材料を含む。

ペーストはまた、水、酸、及び／またはアルコール等の流体を含む。いくつかの実施形態において、酸は、希硫酸である。いくつかの実施形態において、アルコールは、エタノールである。

いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストを乾燥するまたはペーストを乾燥する前に、繊維材料の上面及び下面からペーストを除去することを含む。

本方法は、繊維材料を、張力下で、好ましくは繊維材料の引張強度未満で、例えば、少なくとも約２０ｋＮ／ｍ²、または少なくとも約３０ｋＮ／ｍ²、または少なくとも約４０ｋＮ／ｍ²、または少なくとも約５０ｋＮ／ｍ²、または少なくとも約６０ｋＮ／ｍ²の張力で維持し、一方で、繊維材料とペーストとを接触させることを含むことができる。張力は、機械方向において、または機械方向に対して実質的に垂直に（繊維材料の長さに沿って）、または両方の方向において、布地の幅を横切って測定することができる。本方法は、少なくとも約５ｍｍ／秒、または少なくとも約１０ｍｍ／秒、または少なくとも約１５ｍｍ／秒の速度で、ペーストを通して繊維材料を移動させることを含むことができる。

電極貼り付け機械
広義には、さらなる態様において、本発明は、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料にＰｂベースの粒子を含む活性ペーストを含浸させるための機械を備え、該機械は、その制限された貼り付け区域を備えるペースト塗布ステージと、制限された区域を通して繊維材料を移動させるように配設された繊維材料供給システムと、制限された体積のペーストを振動させるため振動器と、振動するペーストに対する圧力を維持して、移動する繊維材料の主表面を通して、かつ繊維材料の中へ該繊維材料を通して、ペーストを連続的に含浸させるように配設された圧力供給部と、を備える。

いくつかの実施形態において、制限された体積のペースト塗布ステージは、繊維材料とペースト塗布ステージとの相対移動の方向（機械方向）における長さ、及び相対移動の方向において減少する、相対移動の方向を横切る断面積を有する。いくつかの実施形態において、制限された貼り付け区域は、機械方向の長さと、機械方向を横切る幅と、機械方向において減少する、繊維材料の平面に対して垂直な高さとを有する。いくつかの実施形態において、制限された貼り付け区域は、機械方向を横切る入口と、機械方向を横切るより小さいスロット形状の出口とを有する。

いくつかの実施形態において、機械は、ペースト塗布ステージの制限された区域の中への繊維材料の入口において繊維材料を圧縮するように、繊維材料圧縮し、一方で、繊維材料を含浸させるように、及び／またはペースト塗布ステージの制限された区域からの繊維材料の出口において繊維材料を圧縮するように配設することができる。

貼り付けられた電極製品
本発明は、広義には、繊維材料として備える少なくとも１つの電極を含む鉛酸電池またはセルを備えることができ、該繊維材料は、完全に充填したときに、繊維材料の厚さを通して、ならびにその幅及び長さを横切って実質的に均一に分配された繊維材料の内部体積の少なくとも約１．８ｇｍ／ｃｍ³の繊維材料に含浸される鉛（またはＰｂ同等物）の質量負荷を含み、繊維材料の外面の主要面上のペーストの任意のスキン（すなわち、布地の上部に着座するペーストの層）の平均深さは、約１ｍｍ未満または約０．５ｍｍ未満である。

好ましくは、繊維材料を通して実質的に均一に分配された繊維材料の内部体積の少なくとも約２．０ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約２．２ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約３ｇｍ／ｃｍ³、または約１．８〜５ｇｍ／ｃｍ³の、または約２〜４．５ｇｍ／ｃｍ³、または約２．４〜４ｇｍ／ｃｍ³の鉛（またはＰｂ同等物）の質量負荷が存在する。

好ましくは、繊維材料の内部体積の１ｃｍ３あたりの鉛（またはＰｂ同等物）の質量負荷の任意の変動は、５０％未満、または３０％未満、または２０％未満である。

好ましくは、繊維材料の１つまたは複数の表面内及び上に含浸されるペーストの（総容積の）約５０％超、または約６５％超、または約８０％超が、繊維材料の内部体積にある。

製造設備
本発明はまた、広義には、鉛酸電池またはセルの電極の製造において繊維材料にペーストを含浸させるための機械も備えることができ、該機械は、
・ペースト塗布ステージの中へ、及びそこから連続繊維材料を供給し、張力下で繊維材料を維持するための繊維材料供給システムと、
・ペーストに圧力を受けさせ、かつペーストを振動させて、繊維材料にペーストを含浸させるように配設されたペースト塗布ステージと、を備える。

少なくともいくつかの実施形態において、繊維材料供給システムは、ドライバを備え、該ドライバは、張力下でペースト塗布ステージを通して機械方向に繊維材料を引き出すために、制限された貼り付け区域の出口側にあり、また、繊維材料の幅の半分未満の機械方向を横切る幅を有する繊維材料の少なくとも１つの長さ方向の部品に沿って、繊維材料の対向面に接触するように配設され、繊維材料の長さ方向の一部は、長さまたは機械方向において繊維材料の別の一部よりも高い引張強度を有する。

少なくともいくつかの実施形態において、駆動装置は、例えば繊維材料の長さ方向の縁部またはその近くにおいて、繊維材料の少なくとも１つの長さ方向に延在する導電性ラグの両側で繊維材料を把持するように配設される。少なくともいくつかの実施形態において、駆動装置は、繊維材料の対向する長さ方向の縁部またはその近くにおいて、繊維材料の２つの長さ方向に延在する導電性ラグの両側で繊維材料を把持するように配設される。

少なくともいくつかの実施形態において、貼り付け機械は、機械方向において、繊維材料の長さ方向の縁部またはその近くで、繊維材料の少なくとも１つの長さ方向に延在する電気伝導性ラグを形成するように配設されたラグ形成機械が先行する。少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、繊維材料の対向する長さ方向の縁部またはその近くにおいて、繊維材料に取り付けられた長さ方向に延在する導電性ラグを形成するように配設される。

少なくともいくつかの実施形態において、貼り付け機械の後には、機械方向において、任意の順序で、貼り付けられた繊維材料を多数のより短い長さの貼り付けられた繊維材料に切断するように配設された切断機械、貼り付けられた繊維材料を乾燥するように配設された、フラッシュ乾燥機等の乾燥機、任意のペーストの導電性ラグ区域をクリーニングするように配設されたクリーニングステージ、貼り付けられた繊維材料を、所望の電極厚さまで及び／またはオーバーペーストの所望の厚さまで掻き取ること、及び／または圧延すること、貼り付けられた繊維材料にオーバーペーストを追加すること、及び任意の過剰なラグ材料の任意のラグをトリムするように、及び／またはラグから任意のラグ材料を切断するように配設されたラグトリミング／スタンピング機械、のうちの任意の１つ以上が続く。

本発明はまた、広義には、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための装置も備えることができ、該装置は、
・幅を低減したラグ区域部分において、繊維材料に接続された、機械方向において繊維材料よりも高い引張強度の導電性材料の長さを形成するように配設されたラグ形成機械を備え、その後には、機械方向において、
・ペースト塗布ステージを通して繊維材料の連続長さを引き出すことによって、繊維材料とペーストとを接触させることによって、また、同時に、繊維材料にペーストを含浸させるために、ペーストに、または繊維材料に、または両方に印加される圧力及び振動を受けさせることによって、繊維材料にペーストを連続的に含浸させるための機械が続く。

少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、高強度材料の加圧含浸によって繊維材料に高強度材料の長さを形成するように、ならびに例えば繊維材料を加圧注入ステージに対して、またはその逆に移動させることによって、及び加圧注入ステージが、高強度材料を加圧含浸させ、一方で、繊維材料の中へ溶融させることによって、繊維材料の繊維を包囲及び／または浸透するように配設される。

少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、ヒートシンクコンベア上で繊維材料を運ぶことによって、繊維材料を加圧注入ステージ対して、またはその逆に移動させるように配設される。

少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、加圧注入ステージによって、繊維材料と加圧注入ステージとの相対移動中に、一連の加圧注入パルスによって、繊維材料に高強度材料を加圧含浸させるように配設され、よって、多数の加圧注入パルスが、高強度材料を繊維材料の異なる隣接部分に注入し、一方で、繊維材料に沿って高強度材料の連続長さを形成する。

少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、繊維材料の長さ方向の縁部またはその近くにおいて、及び繊維材料の縁部を超える１つまたは複数のラグ延在部を有する、高強度材料の材料の長さを形成するように配設される。

少なくともいくつかの実施形態において、貼り付け機械の後には、任意の順序で、高強度材料を横切ることを含む、貼り付けられた繊維材料を横切って切断して、それぞれが外部の電気的接続のためのラグを有する、多数の個別の電極要素または電極要素の群を形成するように配設された切断ステージ、貼り付けられた繊維材料を乾燥するように配設されたフラッシュ乾燥機等の乾燥機、任意のペーストの導電性ラグをクリーニングするように配設されたクリーニングステージ、貼り付けられた繊維材料を、所望の電極厚さまで及び／またはオーバーペーストの所望の厚さまで掻き取る、及び／または圧延する、掻き取り及び／または圧延ステージ、貼り付けられた繊維材料にオーバーペーストを追加する、オーバーペーストステージ、及び任意の過剰なラグ材料の任意のラグをトリムもしくはスタンプする、及び／もしくはラグから任意のラグ材料を切断する、トリミング／スタンピングステージ、のうちの任意の１つ以上が続く。

本発明はまた、広義には、鉛酸電池またはセルの貼り付けられた電極を製造するための装置も含むことができ、該装置は、
・機械方向においてペースト塗布ステージを通して繊維材料の連続長さを引き出すことによって、繊維材料とペーストとを接触させることによって、また、同時に、繊維材料にペーストを含浸させるために、ペーストに加圧及び振動を受けさせることによって、繊維材料にペーストを連続的に含浸させるための機械を備え、その後には、機械方向において、
・貼り付けられた繊維材料を乾燥するように配設された乾燥機、及び／または貼り付けられた繊維材料を機械方向を横切って切断して、多数の個別の電極または貼り付けられた電極の群を形成するように配設された切断ステージが続く。

本発明はまた、広義には、鉛酸電池またはセルのための貼り付けられた電極を製造するための方法も含むことができ、該方法は、
・機械方向においてペースト塗布ステージを通して繊維材料の連続長さを引き出すことによって、繊維材料とペーストとを接触させることによって、また、同時に、繊維材料にペーストを含浸させるために、ペーストに加圧及び振動を受けさせることによって、活性材料のペーストを繊維材料に含浸させることを含み、その後に
・貼り付けられた繊維材料を乾燥すること、及び／または貼り付けられた繊維材料を切断して、多数の個別の電極または電極の群を形成すること、が続き、
・任意に、任意の順序で、任意のペーストの導電性ラグをクリーニングすること、貼り付けられた繊維材料を、所望の電極厚さまで及び／またはオーバーペーストの所望の厚さまで掻き取ること、及び／または圧延すること、貼り付けられた繊維材料にオーバーペーストを追加すること、及び／または任意の過剰なラグ材料導電性ラグをトリム及び／またはスタンプすること、及び／またはラグから任意のラグ材料を切断すること、のうちの任意の１つ以上が続く。

定義
本明細書において、
・「ペースト」は、液体中に懸濁された微細固体の湿潤軟性混合物を意味し、これは、多くの場合、剪断低粘稠化流体である（ペーストがより活発に（より高い剪断速度で）ポンピングまたは撹拌されるときに、より低い有効粘性率で作用し、すなわち、比較的移動し易くなるが、これは、粒子間の弱い結合が壊され、次いで、再確立するまでに時間がかかるために生じ得る）。ペーストの実施形態は、クリーム状の粘稠性を有し得る。
・「活性材料」は、後で電池の形成充電中にＰｂに変換されるＰｂベースの粒子を含む材料を意味する。
・「移動」は、実質的に一定の速度または段階的のいずれかで（ペーストを通して繊維材料を、または繊維材料に対してペーストを）移動させることを含む。
・「制限された貼り付け区域」は、圧力下のペースト、及びペーストを通過して、またはペーストと一緒に移動する繊維材料の両方を含む区域を意味し、ペーストは、圧力下で該区域の中へ移動し、「制限された区域」は、類似の意味を有する。
・「ラグ」は、繊維電極の、または繊維電極内の活性材料ペーストの、または両方の外部の電気的接続を可能にする、任意の電気伝導要素またはコネクタを意味する。
・「ラグ領域」及び「ラグ区域」は、互換的に使用され、同じ意味を有する。
・ラグに関連する「マトリックス」は、長さ、幅、及び深さを有する３次元構造のラグ区域に導電性または非導電性の繊維材料を封入するラグ材料を指す。
・「質量負荷」は、電極が乾燥しているときに測定される鉛またはＰｂ同等物の質量負荷を意味する。
・本明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」は、「少なくとも部分的に〜からなる」を意味する。本明細書において、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語を含むそれぞれの記述を解釈する場合、その用語の前に記載された特徴以外の特徴も存在し得る。「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」及び「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」などの関連用語も同様に解釈されるべきである。
本発明は、一例として、添付図面を参照しながらさらに説明される。

本発明の電極ペースト含浸ステージの第１の実施形態を概略的に例示する図である。 図１の電極ペースト含浸ステージの実施形態の平面図である。 貼り付けるために打ち勝つべきマイクロスケール力を概略的に示す図である。 本発明の別の電極ペースト含浸ステージの第２の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明の別の電極ペースト含浸ステージの第３の実施形態を概略的に例示する図である。 本発明のさらなる電極ペースト含浸ステージの第４の実施態様を概略的に例示する図である。 本発明の電極ペースト含浸方法の一実施形態によって達成される、材料の内部空隙を通した良好なペースト分配を伴う、炭素繊維電極材料のストリップを通した断面の２つの画像である。 厚いペーストスキンをその外面上に伴う、炭素繊維材料のストリップの画像である。 炭素繊維を露出させるために厚いペーストスキンを部分的に除去した、炭素繊維材料のストリップの画像である。 厚いペーストスキンが、ペーストが炭素繊維の内部に浸透することを防止している、図８Ａに示される炭素繊維材料の端面像である。 １つの長さ方向の縁部に沿ってＰｂラグがその上に形成された、電極材料の長さの概略平面図である。 ２つの長さ方向の縁部に沿ってＰｂラグがその上に形成された、電極材料電極の長さの概略平面図である。 ２つの長さ方向の縁部に沿って、及び電極材料の長さを横切って横方向に間隔を置いてＰｂラグがその上に形成された、電極材料の長さの概略平面図である。 Ｐｂラグストリップがその上に形成された、電極材料の一部分を拡大して概略的に示す図である。 ラグ形成機械の加圧注入ヘッドの下を通過する電極材料の概略断面図である。 ラグ形成機械の一実施形態の斜視図である。 図１４のラグ形成機械の側面図である。 図１４の線ＩＩ〜ＩＩに沿った、ラグ形成機械の概略縦断面図である。 動作部品をより大きい尺度で示すために拡大した、図１４の線ＩＩ〜ＩＩに沿った拡大概略縦断面図である。 図１４の線ＩＩＩ〜ＩＩＩに沿った、ラグ形成機械の側面図である。 動作部品をより大きい尺度で示すために拡大した、図１４の線ＩＩＩ〜ＩＩＩに沿った拡大概略縦断面図である。 図１７に類似するが、注入器ヘッドの代替の実施形態の拡大概略縦断面図である。 図１９に類似するが、さらに拡大した注入器２０１／２０２の図２０の代替の実施形態の注入器ヘッドの拡大概略縦断面図である。 製造ライン上を機械方向に移動する電極材料の連続供給の１つの長さ方向の縁部（複数可）に沿ったラグ形成、電極ペーストの電極材料の中への含浸、及び貼り付けられた電極材料の多数の個別に生成されたラグ付きの貼り付けられた電極への切断を含む、製造ラインの概略斜視図である。 ラグ付き電極の例示的な一実施形態の側面図である。 図２３のラグ付き電極の概略断面図である。 図２２の製造ライン（図１〜図６の代替物）において使用することができる電極ペースト含浸ステージ（図１〜図６と異なる）の別の実施形態を概略的に示す図である。 図２６による電極ペースト含浸機械の一実施形態の斜視図である。 図２７の線Ｉ〜Ｉに沿った、図２５の電極ペースト含浸機械の縦断面斜視図である。 図２７の線Ｉ〜Ｉに沿っているが、機械の上部であり、部品をより大きい尺度で示すために拡大した、垂直断面図である。 図２９に類似するが、機械の外側部品を除去した、機械の上部の拡大斜視図である。 図２６〜図２９の電極ペースト含浸機械の平面図である。

電極の貼り付け
本明細書で説明されるような鉛酸電池電極の製造または構築において、ペースト塗布ステージの間に、繊維材料には、Ｐｂベースの粒子ペーストを塗布している。好ましくは、ペーストは、鉛の酸化物（Ｐｂ及びＰｂＯ）と、水及び／または酸及び／またはアルコールから選択することができる流体との混合物を含む。好ましくは、ペーストは、鉛の酸化物（Ｐｂ及びＰｂＯ）と、硫酸を含み得る水との混合物を含む。この構築は、電極が電池に組み立てられているときに、ペースト中の酸または電解質中の酸が、セルの形成（隣接する粒子間の結合が生じる第１の充電及び放電サイクル）の間またはその前に、繊維材料内に含まれる鉛の酸化物と反応することを可能にし、電気伝導率及び活性表面積を増加させ、したがって、電池の容量を増加させる。いくつかの実施形態において、繊維材料は、少なくとも０．５ｍｍの厚さを有する。ペースト塗布ステージの間、繊維材料は、少なくとも約５ｍｍ／秒または少なくとも約１０ｍｍ／秒の速度で、ペースト塗布ステージを過ぎて、及び／またはそこを通って移動する。いくつかの実施形態において、ペーストは、約５〜約５００Ｐａの範囲の降伏応力、及び／または約０．１〜約５Ｐａ・ｓの範囲の塑性粘性を有する。

典型的に、本方法は、貼り付け中に、空気が繊維材料内から逃げることを可能にする。

いくつかの実施形態において、本方法は、繊維材料を圧縮し、一方で、繊維材料を含浸させることを含む。

本方法は、ペーストに対する繊維上の摩擦流れ抵抗、及びペーストの表面張力に打ち勝つように、ペーストに十分な圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、０ｋＰａを超える、好ましくは少なくとも０．２ｋＰａのゲージ圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、最大１００ｋＰａのゲージ圧力を受けさせることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、０．２ｋＰａ〜１００ｋＰａの範囲の圧力を受けさせることを含む。

いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに超音波振動を受けさせることによって、ペーストを振動させることを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、ペーストに、５〜５００ｋＨｚの範囲の周波数の超音波振動、及びＰｂ粒子ペーストの少なくとも２５０Ｗ／ｋｇの電力を受けさせることを含む。

図３は、貼り付けるために打ち勝つことを必要とするマイクロスケール力を概略的に示す。本発明によれば、ペーストは、ペーストに圧力Ｐを受けさせて、ペーストを繊維材料に押し込み、同時に、ペーストが繊維材料に入るときに、Ｖで示されるようにペーストを振動させて、ペーストの繊維材料への含浸を支援することによって、繊維材料に含浸される。振動は、ペーストを流動化することを助けることができ、圧力は、圧力下でペーストが繊維材料の中へ、及びマイクロスケール繊維材料の繊維の間を流れるように、ペーストに対する繊維の流動抵抗または抗力Ｄ、及びペーストの表面張力に打ち勝つのに十分でなければならない。

図１は、本発明の電極ペースト含浸ステージの一実施形態を概略的に例示し、図２は、図１の電極ペースト含浸ステージの実施形態の平面図である。炭素繊維材料のような薄シート繊維材料４の連続長さは、実質的に一定の速度または段階的のいずれかで、例えば従動ローラ１２によって引き出されることによって、矢印ＭＤによって示される機械方向において、ペースト塗布ステージを通って／過ぎて移動する。繊維材料は、平面プレート等の表面１の上を移動する。ペーストは、特に、機械方向を横切る繊維材料４の幅と少なくとも同程度の幅であるオリフィス６を備えるペースト送達出口５を通して、ペースト供給部（図示せず）から表面１の反対側の繊維材料４の上へ送達されるが、他の実施形態では、ペーストが繊維材料を横切ってわずかに広がることを可能にするように、わずかに狭い幅のものとすることができる。機械方向において、ペースト送達出口５のすぐ前方には、下面８を有する振動器３がある。下面８は、繊維材料４を横切って延在し、また、示されるように、機械方向において繊維材料に向かって下方に角度をなす。制限された貼り付け区域は、振動器３の下側８と表面１との間で、オリフィス６の前方に画定される。機械方向における制限された貼り付け区域の断面積（示される実施形態では、ほぼ三角形の断面）は、示されるように、機械方向において減少する。代替的に述べれば、制限された貼り付け区域は、機械方向において減少する表面１／繊維材料４の平面に対して垂直な高さを有する。７で示されるような、振動器３の下側８の前方縁部と表面１との間には、ペースト送達オリフィス６での制限された貼り付け区域への入口よりも小さい、機械方向を横切るスロット形状の出口がある。このスロットは、存在し得る任意の過剰なペーストを除去するための、及び／もしくは出てくる布地の平面を横切る一様な表面を有する繊維材料を維持するための、スクレーパもしくはブレードまたは類似物を備えることができる。代替の一実施形態において、固定表面１は、例えばフレキシブルステンレス鋼メッシュベルトまたは穿孔フレキシブルステンレス鋼プレート等の不浸透性のベルトを備える移動コンベア、または類似物と交換することができる。

使用中に、繊維材料４が機械方向において前方に移動するにつれて、矢印Ｐによって示されるように圧力下で移動するペーストは、オリフィス６から、振動器３の下面８とその下の表面１との間に画定された制限された貼り付け区域、ならびに制限された貼り付け区域の両側の右側壁及び左側壁の中へ圧力下で連続的に送達される。ペーストは、この制限された貼り付け区域内で維持されるペースト２の楔形状体に対する静圧力を維持する加圧下、例えばポンピング圧力下で送達され、これは、繊維材料にペーストを含浸させることを助ける。圧力を測定するための圧力トランスデューサを使用して、このポンプ圧力を監視することができる。同時に、振動器３が動作して、制限された貼り付け区域内のペーストを振動させ、これは、制限された貼り付け区域内のペーストを流動化させることを支援する。制限された貼り付け区域内のペースト２は、振動器３の下の制限された貼り付け区域を通過するにつれて、繊維材料４の中へ流れて含浸する。制限された貼り付け区域内のペーストは、圧力下で流れるペーストの本体と見なすことができ、さらに、振動によって流動化させることもでき、圧力は、繊維の流動抵抗に打ち勝つのに十分な静圧であり、よって、ペーストは、繊維材料の主表面の中へ流れ、そこを通してペーストを連続的に含浸させる。ペーストは、繊維材料の中へ全深さを通して含浸する。振動器３は、上で参照したように、超音波で、または適切な亜音速もしくは可聴周波数で動作することができる。

図４は、表面／プレート１が、貼り付け区域においてペーストが繊維材料に入るときに空気が繊維材料４内から逃げるためのはっきりした経路を提供する、有孔ベルトまたはプレートであることを除いて、図１及び図２の実施形態に類似する本発明の電極ペースト含浸ステージの第２の実施形態を示す。

図５は、振動器３ａがプレート１の下側に位置付けられる、別の電極ペースト含浸ステージの第３の実施形態を概略的に例示する。制限された貼り付け区域は、プレート１の上側の壁８ａによって画定され、該壁は、繊維材料を横切って延在し、示されるように、機械方向においてプレート１に向かって下方に角度をなす。壁は、８ｂにおいて前進を続けて、繊維材料の幅を横切って、ペースト塗布ステージからの延在した貼り付け出口を画定し、これは、繊維材料がペースト塗布ステージを出るにつれて、貼り付けられた繊維材料の上面から任意の過剰なペーストを除去することを助けることができる。同じく図５において、繊維材料は、示されるように、ペースト入口オリフィス６の上側から制限された貼り付け区域に入り、そして、壁８ａの下を、該壁に対して下行する。したがって、制限された貼り付け区域内で維持される静圧及び振動器３によるペーストの振動の効果は、ペーストを上方へ、繊維材料の中へ流れさせて、繊維材料を含浸させることである。

図６は、ペーストが繊維材料に入るときに空気が繊維材料内から逃げるためのはっきりした経路を提供するように、壁８ａ及び８ｂが穿孔されていることを除いて、図５に類似する一実施形態を示す。
示された実施形態において、振動器の下側壁８または壁８ａは、制限された貼り付け区域を画定するように機械方向において表面１に向かって下降する平坦な壁とすることができるが、代替の実施形態では、例えば、機械方向において制限された貼り付け区域を通して表面に向かって湾曲する、凸面壁等の湾曲壁とすることができる。

駆動装置を有する繊維材料供給システムは、図１において説明される実施形態において、機械方向においてペースト機械の出口側のニップローラ１２を示し、該ニップローラは、例えば張力下でペースト塗布ステージの内部を通して繊維材料を引き出すことによって移動するように提供される。一対のニップローラ１２は、平面図において両側に提供され、ニップローラは、繊維材料の幅の狭い長さ方向の縁部に沿って、両側の繊維材料の表面の対向面に接触する。

動作中に、ペーストは、ペースト供給ホッパまたはペースト製造ステージ等のペースト供給部から送達され、そこでは、ペーストが連続的に混合／生成され、そこからペースト塗布ステージに供給される。

好ましくは、繊維が機械方向においてペースト塗布ステージを過ぎた所で引き出されている間に、繊維が機械方向において張設され、機械方向を横断する。

振動の方向は、繊維材料の平面に対して垂直またはほぼ垂直であることが好ましい。典型的に、ペーストは、剪断移動し始めるために必要な降伏剪断応力を伴う、ビンガム塑性体として知られている特定の種類の剪断減粘性流体として振る舞い、また、移動するときに、剪断率の単位増加あたりの剪断応力の一定の増加を有する。この一定の増加は、塑性粘度として知られている。降伏応力は、５〜５００Ｐａの範囲であり得、塑性粘度は、０．１〜５Ｐａ・ｓの範囲であり得る。

記述されているように、説明されるような振動と組み合わせたペーストを通る材料の速度は、ペーストを、材料内の孔の中等の材料繊維の間に、及び／または繊維の間に、好ましくは材料の厚さを通して完全に含浸させるが、材料の厚さの少なくとも５０％、または材料の厚さの６０％、または７０％、または８０％、または９０％含浸させる。いくつかの実施形態において、好ましくは、ペーストの少なくとも約５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約４．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約３．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約３ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約２．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約２ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約１．８ｇｍ／ｃｍ³が、材料の体積の少なくとも７０％にわたって、材料に含浸される（材料の外面の間に含まれる）。

いくつかの実施形態において、材料とペーストとの接触時間は、０．１秒未満、または少なくとも０．１秒、または少なくとも約１秒、または少なくとも約５秒、または少なくとも約１０秒、及び／または約３０秒以下、または約６０秒以下である。
繊維材料がペースト塗布ステージを出るとき、または出た後に、繊維材料の上部及び下部平面の両方からペーストを除去し、よって、貼り付けられた材料が所望の所定の厚さを有するように、１つもしくは複数のスクレーパ縁部、または１つもしくは複数のローラ、または１つもしくは複数のブレード（空気ブレード等）、または類似物が、開口の上側及び／または開口の下側を横切って提供される。いくつかの実施形態において、平面を通して貼り付けられる電極の厚さは、５ｍｍ未満、３ｍｍ未満、２．５ｍｍ未満、または２ｍｍ未満の厚さである。理想的には、掻き取りは、ペーストがまだ流体である貼り付け直後に生じる。いくつかの実施形態では、その後に、貼り付けられた電極に対してオーバーペーストが提供される。

貼り付けられた繊維材料の結果として生じる連続長さは、次いで、個別の電極または電極の群に切断することができる。

機械は、Ｐｂ酸電池のための多数の貼り付けられた電極の大量製造を可能にすることができる。

上で説明した実施形態において、繊維材料４は、貼り付け中に、機械方向において一定の速度で、表面１によってペースト塗布ステージに対して移動されるが、代替の実施形態において、機械は、段階的な移動によって動作させることができ、それぞれの段階において、（機械方向において）画定された長さの繊維材料が、制限された貼り付け区域へ進められ、次いで、機械の次の段階の前に、貼り付けの間一時中断し、次の段階では、材料のセグメントが、貼り付け区域を出て進み、次の画定された長さの繊維材料を貼り付け区域の中へ進み、そして、これを繰り返す。また、上で説明した実施形態において、繊維材料４は、表面１によってペースト塗布ステージに対して移動されるが、代替の実施形態において、ペースト塗布ステージは、ペースト塗布器が開始位置まで戻り、繊維材料の次のセグメントが段階的に進む前に、スイープ中にペーストを塗布する開始位置から終了位置まで、繊維材料の静止セグメントの上を移動させることができる。

発明者は、約５ｍｍ／秒以上の製造速度で連続的に（または半連続的に）、約１００ミクロン以下の繊維間間隔を有する、または２％を超える固体体積分率を有するペーストを（導電性または非伝導性にかかわらず）繊維材料に含浸させることが問題を含み得ることを見出した。これは、特に、ペーストが、繊維の表面に及ぼされ得る、また、繊維材料にペーストを含浸させるために打ち勝たれなければならない、約５０ｋＰａ以上の降伏応力を有する場合にあてはまる。本発明の方法は、そのような製造速度を超えるそのような材料の貼り付けを可能にすることができる。また、本発明の少なくともいくつかの実施形態は、以下の追加的な課題を少なくとも改善することができる。
・繊維材料は、いくつかの事例において、炭素繊維材料とすることができ、これは、疎水性であり、少ないガス発生に寄与する低表面Ｎ及びＯ官能基を有するが、同時に、そのような疎水性炭素繊維材料によって遭遇する、製造速度における完全なペースト含浸の際により大きい困難を呈する。
・繊維材料は、他の事例において、親水性である炭素繊維材料とすることができ、これは、含浸時にペーストの脱水を伴わずに、製造速度で完全に含浸させることが困難であり得る（水は含浸するが、固体物は、繊維材料の表面にとどまる）。記述されているように、発明者は、本発明が、ペーストの含浸中に、繊維材料によってペースト内の固体材料からの濾過を低減させること、または最小にすることができることを見出した。図８は、炭素繊維材料のストリップの画像であり、その外面には（望ましくない）厚いペーストスキンを有し、図７は、炭素繊維材料のストリップを通した断面の２つの画像を含み、本発明の少なくともいくつかの実施形態によって達成される、材料の内部空隙を通して良好なペーストの分配を有する。
・いくつかの事例において、ペーストは、約６％以下の酸含量を有し得、発明者は、そのように貼り付けられた電極を備える電池が、少ないガス発生及び良好なＤＣＡの両方を呈し得るが、酸含量の増加が、特に疎水性炭素繊維に、ペーストを適切に含浸させる際の困難を増加させ得ることを見出した。これは、一部に過ぎないが、より高い含水量によって、ペーストにより高い流体粘稠性を与えて、繊維材料へのより高い酸性ペーストの含浸を容易にすることを助けることができる。しかしながら、そのようなペーストは、本発明の方法によって、製造速度においてより容易に含浸させることができる。
・本発明の少なくともいくつかの実施形態のさらなる利点−制限された貼り付け区域は、
・高速での貼り付けを可能にし、一方で、布地との相互作用が穏やかである。
・製造中のペーストの無駄がほとんどない。
・ペーストの計量が良好であり、布地内部の空隙を高い程度（＞９９％）で充填することにつながる。
・布地の表面には無視できるほどのペーストのスキンしか残らない。
・２．５〜５．０ｇ／ｃｍ³のペースト密度で貼り付けることができ、繊維材料電極へのペーストの負荷の高い均一性をもたらす。
・ペーストがラグ材料に良好に接続されることを確実にする。

要約すると、本発明の方法は、電池性能を最適化することを可能し得、一方で、大量製造における繊維材料へのペーストの含浸も容易にする。

ペースト
ペーストは、Ｐｂベースの粒子を含む。好ましい形態において、ペーストは、Ｐｂ及びＰｂＯの粒子及び流体の混合物を含む。好ましい形態において、流体は、水であり、また、酸及び／またはアルコールを含むことができる。いくつかの実施形態において、酸は、希硫酸である。いくつかの他の実施形態において、アルコールは、エタノールである。代替的に、ペーストは、硫酸鉛（ＰｂＳＯ₄）粒子、及び水、酸（好ましくは希硫酸）またはアルコール（好ましくはエタノール）から選択される流体を含むことができる。いくつかの実施形態において、電極に含浸させるペーストは、ペーストの０重量％〜約６重量％、または０．２５重量％〜約５．５重量％、または０．５重量％〜約５重量％、または０．７５重量％〜約４．５重量％を構成する、水及び硫酸を含む。Ｐｂベースの粒子は、繊維間の空間の中に容易に収まるほど十分小さい、１０ミクロン以下の平均サイズを有してよい粉砕粒子または化学的に形成された粒子を含んでよい。

ペーストは、任意に、カーボンブラック、硫酸バリウム、及び／またはリグノスルホネート等のエキスパンダ、等の他の添加物を含むこともできる。硫酸バリウムは、硫酸鉛結晶化のためのシード結晶として作用し、硫酸鉛反応への誘導を促す。エキスパンダは、陰極プレートにおける硫酸塩粒子の凝集を防止するのを補助し、例えば、放電中の硫酸鉛の固体塊の形成を回避する。例えば、エキスパンダは、含浸時に、ペーストの約０．０５重量％〜約０．２５重量％、または約０．１０重量％〜０．２重量％、または約０．１０重量％〜０．１５重量％を構成することができる。

ペーストは、重力下で水平面に円筒形状で配置したときに、流れる（倒れ込む）ことに対して十分に低い剪断強度を有することができる。十分な倒れ込みは、電極材料への含浸時に、高さ３０ｍｍ×直径３０ｍｍの円筒の顕著な倒れ込みの場合に視認される。好ましくは、ペーストは、クリーム状の粘稠性を有する。これは、電極への含浸時のペーストが約６重量％未満の硫酸を含む場合に達成されることが見出された。

電極繊維材料
繊維材料は、電気伝導性または非導電性とすることができる。繊維材料は、織布材料（縦糸及び横糸繊維の交差で構成される）、編まれた材料、または流体交絡した材料等の不織布材料、及び／またはニードルパンチしたフェルト材料等のフェルト材料とすることができる。材料は、典型的に、約１００ミクロン未満または約５０ミクロン未満の平均繊維間間隔を有する。材料は、電極１０³〜１０⁶ｍ²／ｍ³の単位体積あたりの繊維の円筒面の量を有することができる。繊維の直径は、約１ミクロン〜約３０ミクロン、約４ミクロン〜約２０ミクロン、約５ミクロン〜約１５ミクロンの範囲であり得る。含浸されてない繊維材料の空隙率は、例えば少なくとも約９５％、例えば約９６％、または例えば約９７％、または例えば約９８％、または例えば約９９％とすることができる。典型的に、繊維材料は、材料の主平面における長さ及び幅寸法、ならびに該材料の主平面に対して垂直な平均厚さを有し、該平均厚さは、例えば約０．２ｍｍもしくは約１ｍｍ、及び／または５ｍｍ未満、または３ｍｍ未満、または２ｍｍ未満とすることができる。フェルトまたは他の不織布平面電極材料は、例えば２．５ｍｍ以下等の、非常に薄い厚さに生成することができる。少なくともいくつかの実施形態において、繊維材料は、２ｃｍを超える範囲の平均長さのフィラメントを備える。

繊維材料は、電極の任意の平面内の寸法よりも約１０，２０，５０、または１００倍のような何倍も小さいような（電極の長さ及び幅に対して横方向または平面寸法内の）厚さを有することができる。厚さは、例えば、約５ｍｍ未満、または約３ｍｍ未満、または約２ｍｍ未満、または約１ｍｍ未満、または約０．２ｍｍ未満であり得る。電極の平面内の長さ及び幅の寸法の各々は、例えば、約５０ｍｍまたは約１００ｍｍよりも大きくすることができる。このような電極は、薄い厚さを有する平面形状を有する。好ましい形態では、電極は、実質的に平面であり、また、電極の少なくとも１つの縁部に沿った外部接続のための金属ラグから、例えば、約１０００ｍｍ以下、または約８００ｍｍ未満、または約６００ｍｍ未満、または約５０００ｍｍ未満、または約２００ｍｍ未満、または約１５０ｍｍ未満、または約１００ｍｍ未満、または約７０ｍｍ未満、または約５０ｍｍ未満、または約３０ｍｍ未満（例えば、マクロスケール電流コレクタの有無にかかわらず）の寸法を有する。あるいは、このような平面形状は、例えば、円筒形電極に形成されてもよい。

繊維材料は、炭素繊維材料等の、及び織布、または編んだ、または不織布、または流体交絡した、またはフェルト化した布地、またはニードルフェルト化した布地等の酸性の電池環境に耐えられる任意の繊維材料、ならびに、例えば酸化ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維（ＯＰＦ）、またはガラス繊維、またはシリコンベースの繊維材料等の、酸電池環境において存続することができる任意の繊維材料で構成することができる。繊維、例えば炭素繊維は、典型的に、織布のための多繊条であるが、単繊条であってもよい。ランダムな繊維の交絡及び交差を有する不織布材料は、縦糸及び横糸繊維の直角での規則的な交差による織布材料よりも有利であり得る。適切な炭素繊維材料は、レーヨン、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、またはピッチ材料もしくはリグニンを含むことができ、またはこれらから導出することができる。バルク材料の平均深さは、少なくとも０．２ミリメートルまたは少なくとも１ミリメートルとすることができる。繊維の少なくとも大部分は、約２０ミクロン未満、または約１０ミクロン未満の平均繊維直径を有する。

電流コレクタ材料及びその繊維は、可撓性とすることができ、電池サイクル中に、繊維材料に付着した活性材料の体積変化に適応することを助け、また、マイクロスケール繊維は、活性材料を補強することができ、両方の特性が、使用中に電極から活性材料が離脱すること（「シェディング（ｓｈｅｄｄｉｎｇ）」）を低減させることを助ける。

連続製造
図２２を参照すると、記述されているように、多数の電極の高速大量製造を可能にするために、連続製造過程において、説明されるように、ペースト塗布ステージを過ぎた所で繊維材料の連続繊維長さ材料を引き出し、そして、制限区域内でペーストに加圧及び振動を受けさせることによって、繊維材料を活性ペーストと接触させることを行って、ペーストによる繊維材料の含浸を支援することができ、また、貼り付ける前に、例えば繊維材料の一方または両方の長さ方向の縁部またはその近くにおいて、及び好ましくは、繊維材料の縁部を超える１つまたは複数のラグ延在部を伴って、繊維材料の長さに沿って、繊維材料よりも高い機械方向における引張強度のラグを繊維材料内に形成することによって、先行させることができる。ラグ形成は、貼り付けの直前に生じさせることができ、または代替的に、例えば、ラグを繊維材料に形成させた後に、繊維材料を圧延し、保管することができ、さらには、貼り付けのために、異なる場所に輸送することができる。また、ラグ形成及び貼り付けの後に、次いで、貼り付けられた繊維を乾燥プロセスまたは類似物の後に切断して、それぞれが電極要素の外部の電気的接続のためのラグを有する、多数の個別の電極または電極の群を形成することができる。

図２２は、ラグ形成機械３０１を備える製造ラインの概略斜視図であり、該ラグ形成機械は、製造ライン上を機械方向に移動する電極繊維材料ＣＦの連続供給の一方または両方の長さ方向の縁部（複数可）に沿って、電極繊維材料にペーストを含浸させる電極ペースト含浸機械３０２にラグを提供し、そして、切断機械３００において、貼り付けられた電極材料を切断して、多数の個別のラグ付きの貼り付けられた電極を生成する。示されるように、貼り付け機械３０２は、機械方向においてラグ形成機械３０１に先行する。連続繊維材料は、数メートルのロール３００から巻き出され、ラグ形成機械３０１を通して、連続的に移動され、または少なくとも段階的な移動を伴い、該ラグ形成機械は、繊維材料内に、典型的には、繊維材料の長さ方向の縁部またはその近くにおいて、少なくとも１つの長さ方向に延在する導電性ラグを形成する。ラグ形成機械３０１において、ラグ材料は、繊維材料が１つまたは複数の注入器ヘッドを通過するときに、繊維材料に連続的に加圧含浸される。上で説明したニップローラ等のペースト塗布機械を過ぎて連続繊維材料を引き出す繊維材料供給システムの駆動装置は、繊維材料の対向する長さ方向の縁部またはその近くにおいて、繊維材料内にそのように形成された２つまたは１つの長さ方向に延在する導電性ラグの両側で繊維材料を把持するように配設される。導電性ラグは、繊維材料の幅の半分未満の、典型的にはわずか１０％以下の、機械方向を横切る幅を有し、また、繊維材料自体よりも高い、長さまたは機械方向における引張強度を有することができる。ラグ材料は、典型的に、ＰｂまたはＰｂ合金等の金属である。材料を裂くまたは壊すことなく、その後のペースト塗布ステージを過ぎた所でラグ付き材料を把持し、引き出すために、繊維材料に形成される連続する長さ方向の１つまたは複数のラグの使用は、（そうでない場合には壊れるたびに生じるダウンタイムを最小にする）連続製造のプロセスを容易にする。ラグ付き材料は、ラグ形成機械を出た後に、ラグ形成機械の出口における材料の流れの片側または両側で、例えば回転ダイカッタ、レーザカッタ、または回転ナイフ等のトリミングステージを通過することができ、ラグの外縁部（連続ラグが形成される外側縁部）をトリムする。次いで、繊維材料は、貼り付け機械を通過することができ、貼り付け機械の後には、貼り付けられた繊維材料を多数のより短い長さの貼り付けられた繊維材料に切断して、それぞれが電極要素の外部の電気的接続のためのラグを有する、多数の個別の電極または電極の群を形成するように、レーザカッタ、断裁機、または鋸機械等の切断機械３０３が配設される。貼り付け機械と切断機械３０３との間には、繊維材料のラグからペーストを除去するために、クリーニングステージを提供することができる。加えて、貼り付けステージの後に、及び切断ステージの前または後には、貼り付けられた繊維に対してそのプロセスを続ける前に、貼り付けられた材料の少なくとも外面を「タッチドライ」状態まで乾燥するために、乾燥機、好ましくはフラッシュ乾燥機をさらに提供することができる。共通のコントローラが、製造ライン上の全ての機械／ステージの動作を制御し、同期させる。

図９は、一方の長さ方向の縁部に沿って電極材料５０に形成されたＰｂラグ５１を有する、該電極材料の長さの概略平面図であり、図１０は、一方の長さ方向の縁部に沿って電極材料５０に形成されたＰｂラグ５１、及び対向する長さ方向の縁部に沿って形成された類似するラグ５２を有する、該電極材料の長さの概略平面図である。図１１では、好ましくは同じくＰｂで作製された、マクロまたは横方向の電流コレクタストリップ５４も間隔を置いて形成され、Ｐｂラグ５１と５２とを接続する。図９及び図１１の実施形態において、ラグ延在部５３は、繊維材料５０の縁部を超えて延在し、また同時に、Ｐｂラグとして形成される。他の実施形態では、ラグ延在部を形成する代わりに、これらは、例えば形成された鉛の連続ストリップからラグ延在部をスタンプする別個の機械によって切り取られる。

図９及び図１０を参照すると、繊維材料５０を横切る破線が一例として示され、該破線において、切断機械は、連続繊維を（また、ラグ５１、または５１及び５２を通して）切断して、個別の貼り付けられた電極または電極の群を生成することができる。

任意に、繊維電極材料は、繊維材料の一方または両方の縁部を通して、及び該繊維材料に沿って、またはその近くで、アーク処理によって、ならびに／またはより高い引張強度のねじ山を繊維材料に組み込むことによって、上で説明したような製造ラインを通して引き出されることにより良好に耐えるために、引張強度を高めることができる。そのようなねじ山は、耐酸性のものとすることができ、または電池の酸性の環境において溶解してもよい。

ラグ形成機械
ラグ形成機械は、繊維材料が加圧注入ステージに対して移動するときに、繊維材料にラグ材料を加圧含浸させることによって、ラグ（複数可）を形成するように配設することができる。繊維材料は、ヒートシンクコンベア上で加圧注入ステージに対して移動させることができる。少なくともいくつかの実施形態において、ラグ形成機械は、繊維材料と加圧注入ステージとの相対移動中に、一連の加圧注入パルスによって、繊維材料のラグ区域部分に電気伝導性ラグ材料を加圧含浸させるように配設され、よって、多数の加圧注入パルスが、繊維材料の異なる隣接部分に、ラグ材料を注入するが、ラグ区域に沿って連続ラグストリップを形成する。

図２３は、１つの形態のラグを有する、例えば炭素繊維の、完成した電極の例示的な一実施形態の平面図である。繊維材料は、４０１で示され、ラグは、４０２で示される。ラグは、繊維材料の厚さ（単一または複数の層）に類似する厚さ（材料の平面を通る寸法）、またはより薄い厚さを有する。図２４は、貼り付けられたラグ区域４５０及び電極区域４５１の両方を示す、図２３のラグ付き電極の概略断面図である。ラグは、ラグ材料のみ、すなわちＰｂ等の固体ラグ材料を含む、繊維材料の縁部を超えるラグ延在部４０３を有する。ラグは、電極の単一の縁部に沿って延在しているが、代替的に、ラグは。電極の２つ以上の縁部に沿って延在してもよい。ラグは、繊維材料の長さに沿って繊維材料の全体的な引張強度を増加させることができる。加えて、ラグと同じ方法で形成され、ラグ区域から電極区域４５１内の任意の位置を横切り、そこまで延在する、マクロスケール／横方向電流コレクタ９２を提供することができる。好ましくは、マクロスケール／横方向電流コレクタは、ラグ区域の直径方向に対向する電極の縁部まで延在する。いくつかの実施形態において、これらのマクロスケール／横方向電流コレクタは、繊維が機械方向に貼り付け器を通って移動するときに、該繊維の幅全体にわたって追加的な引張強度を提供することをさらに支援するように作用することができる。さらなる実施形態において、ラグ及びマクロスケール／横方向電流コレクタの組み合わせは、繊維材料の引張強度を、約２０ｋｎ／ｍ²、または約２５ｋｎ／ｍ²、または約３０ｋｎ／ｍ²、または、約４０ｋｎ／ｍ²、または約５０ｋｎ／ｍ²、または約６０ｋｎ／ｍ²にすることを可能にすることができる。

いくつかの実施形態において、含浸ラグ材料は、所望のラグ面積内の繊維の少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、または少なくとも約９５％含浸する。いくつかの実施形態において、繊維材料の繊維間空隙率（含浸されていない材料内の、繊維によって占められていない材料の外形寸法によって画定される合計体積の分率）は、繊維間の繊維間空隙へのラグ材料の含浸によって、少なくとも約５０％、少なくとも約７０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９５％、少なくとも約９８％、または少なくとも約９９％低減される。

以下、図１２〜図１９を参照して、ラグ形成機械の好ましい一実施形態が説明される。機械は、連続繊維材料が機械を通過するときに該連続繊維の対向する長さ方向の縁部に沿って連続ラグを形成するために、横に並ぶ加圧注入器２０１及び２０２を備え、これらは、回転ドラム５００の形態でコンベアの上側に載置され、全てがフレーム２０３によって担持される。ドラムコンベヤ５００は、ドラムが繊維材料の全幅を支持するように、繊維材料の機械方向を横切る幅以上の、回転軸を横切る幅を有する。

動作中、注入器ヘッド２０１及び２０２からの加圧注入パルスが電気伝導性ラグ材料、例えば溶融Ｐｂを両方の縁部に沿って繊維材料に含浸させて、それぞれの縁部に沿って連続ラグを形成するときに、繊維材料は、回転ドラム５００と加圧注入ヘッド２０１及び２０２との間の間隙を通過する。図１７は、図１３の線ＩＩ−ＩＩに沿った拡大概略縦断面図であり、ラグストリップ１０１が形成された繊維材料１００の一部分を拡大して示している。繊維材料１００は、含浸中に、注入器ヘッドの下を矢印Ｄの方向に移動し、また、溶融Ｐｂが間隙を出るときに急速に冷却するためのヒートシンクコンベヤとしても作用する回転ドラムによって支持される。

図１３は、出口オリフィス１０３を有する加圧注入ヘッド１０２の下を通過する繊維材料１００の概略断面図である。それぞれのオリフィス１０３は、例えば、注入パルスあたり１ｃｍ３以下の溶融材料を送達するための面積を有することができる。注入器ヘッド１０２は、そこを過ぎて移動する繊維表面材料１００の表面に接触することができ、または好ましくは、例えばその自由深さの約１０〜２０％だけ、示されるように繊維材料をわずかに圧縮することができる。繊維材料は、機械方向Ｄに移動する。図１２も参照すると、それぞれの加圧注入時には、溶融Ｐｂのパルスショットが、繊維材料を通して上面から底面まで含浸される。溶融Ｐｂは、繊維を包囲して、繊維を伴うマトリックスを形成する。注入器ヘッドによる繊維材料の圧縮は、繊維材料の上面を横切る溶融Ｐｂの過剰な広がりを制限するのを助け、代わりに、溶融鉛が繊維材料の中へ入るのを助ける。図１２において、１０１ａは、溶融ラグ材料の最後のショットを示し、１０２ｂ、１０２ｃ、及び１０２ｄは、過去のショットを示し、該過去のショットは、注入器ヘッド１０２の下から前方に移動したときに急速に冷却され、凝固しており、よって、連続ラグストリップが、繊維材料１００において長さ方向に形成される。連続ラグストリップ１０１は、繊維材料の長さ方向に形成され、また、離間されたラグ延在部５３が繊維材料の縁部を超える。他の実施形態において、ラグ延在部は、切断すること、例えば連続ラグストリップからスタンプすることができる。代替的に、繊維が加圧注入ヘッドを過ぎて移動するときに、溶融ラグ材料の連続（パルスなし）加圧注入を使用して、加圧含浸を実行することができる。

材料が注入器ヘッドの下を移動する速度、それぞれの注入器パルスにおいて注入される溶融ラグ材料の体積、注入器パルスの持続時間及び周波数、注入器パルス間の持続時間、繊維材料及び溶融ラグ材料の温度は、それぞれの新しい注入器パルスから繊維材料に含浸される溶融ラグ材料が、前の注入器パルスにおいて注入された繊維材料のラグ材料と溶融すると同時に融合して、連続ラグストリップ１０１を形成するように、調整される。これは、ラグ材料が、繊維材料の上面または下面を超えて、または繊維材料内の所望の経路を超えて過剰に広がらないことを確実にするように制御される。図１２において、ラグストリップ１０１の長さに沿った円１０２ａ〜ｄは、それぞれ、順次注入器パルスによって注入されたラグ材料を概略的に示す。例えば、それぞれの加圧注入パルスの持続時間は、約０．１〜約５０ミリ秒、または約０．１〜約３０ミリ秒、または約０．１〜約１０ミリ秒の範囲とすることができ、例えば、注入器パルスは、約０．１〜約５０ミリ秒、または約０．１〜約３０ミリ秒、または約０．１〜約１０ミリ秒の間隔とすることができ、そのとき、繊維材料と加圧注入ステージとの相対移動の速度は、約０．０１ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓである。注入ラグ材料が注入されると、ヒートシンクコンベアへの伝導によって大幅に冷却され、また注入器ヘッドから機械方向に離れて移動するにつれて冷却されて凝固する。したがって、繊維材料に含浸された連続固体ラグストリップ１０１は、繊維材料の長さに沿って形成される。連続ラグストリップは、例えば、約２〜約１５０ｍｍの範囲の幅を有することができる。ラグストリップは、繊維材料の対向する（機械方向に）長い縁部の一方または両方に沿って、もしくはその近くに、及び／または繊維材料の中央に形成され、繊維材料の長さは、個別の電極セグメントに横方向だけでなく、長さ方向にも切断される。マクロスケール電流コレクタは、それも備える場合に、例えば、約２〜約１５０ｍｍの範囲の幅を有することができる。

加えて、図１７は、注入器２０１／２０２の動作部品をより大きい尺度で示す。注入器ピストン２０７は、矢印Ｇによって示されるようにピストンブロック２０８内のシリンダ２１０内を往復移動し、それぞれの下向きのストロークにおいて、ピストン２０７が弁シート２１２に対して着座し、次いで、ポート２１１を閉じるまで、ポート２１１を通してシリンダ２１０を満たす加熱されたリザーバ２０９からの溶融ラグ材料を押圧する。足部２１５の下面は、繊維材料が足部２１５とドラム５００との間のニップに保持されるように、ドラム２０１と一致するような半径で湾曲され、また、例えば説明したような２つの間の繊維材料の自由厚さの約８０％まで等に、わずかに圧縮され得る。ヒータ５０１をブロック２０８に提供して、ブロックが、シリンダまたはポート内の溶融材料を部分的に冷却または凍結させない温度に維持されることを確実にすることができる。図１９も参照すると、溶融ラグ材料は、ポート２１１から足部２１５に提供されたチャンバ２１３の中へ出る。溶融ラグ材料は、全ての注入器出口オリフィス２１７への、及び出口オリフィス２１７から繊維材料の一部への、及び繊維材料に隣接する空隙への溶融物の流れの均一な分配を確実にするために提供されたプレート２１４の周囲を流れて、共にラグ区域を形成する、鉛及び繊維の複合区域及び固体鉛区域を形成する。ラグ材料の流れは、矢印ＬＭＦによって示される。ピストンが次の下方ストロークの前に上方に移動するにつれて、ピストンが次の注入パルスにおいて下方に移動する前に、溶融Ｐｂが、リザーバ２０７からシリンダ２１０を再充填する。オリフィス２１７を出る溶融Ｐｂは、上で説明したように、注入器２０２の下を通過する繊維材料及び隣接する空隙を含浸し、材料がドラム２０１と注入器との間の空間を出るときに急速に冷却して連続ラグを形成する。

設定体積のラグ金属を繊維材料に注入する１回のピストンストロークは、注入器の１つの「パルス」を含むことができる。注入器システムは、注入圧力を増加させ、よって、繊維への金属の注入圧力が、それぞれのパルスの開始時または開始に向かうよりも、パルスの終了時または終了に向かうほうが高くなるように構成することができる。示される単純な単一弁機械システムの場合、弁の閉鎖は、かなりの割合のサイクル時間を要し、弁が閉じられるまでに、溶融金属が減速して弁を逆に通って漏出する。したがって、ピストンの移動に起因する注入器オリフィスの上側の空間内の利用可能な圧力は、弁が閉じるにつれて徐々に最大まで増加する。

ラグ形成機械は、ラグ形成機械を通して繊維材料を引き出す繊維材料供給システムを備えることができ、該ラグ形成機械は、両側の繊維材料にちょうど形成された連続する長さ方向ラグの対向面に接触する機械方向の回転ドラムの出口側を過ぎた所に、駆動装置、特にニップローラ２２１を備える。

図２０は、図１７に類似しており、図２１は、図１９に類似しているが、さらに拡大されており、図２０及び図２１は、注入器２０１／２０２の別の実施形態の動作部品を示している。他に示されていない限り、図２０及び図２１における同じ参照符号は、図１７及び図１９と同じ部品を示し、これらは同じ方法で動作する。相違点は、図１７及び図１９の実施形態では、それぞれの下向きのストローク時に、シリンダ２１０内を往復移動する単一の注入器ピストン２０７が、注入器ヘッド２１５を通して溶融ラグ材料を押圧して、鉛及び繊維の複合区域１０１ならびに固体鉛区域を形成するのに対して、図２０及び図２１の二重流れの実施形態では、ピストン２０７が、注入器ヘッド２１５を通して溶融ラグ材料の（より高い圧力の）パルスを押圧して、鉛及び繊維の複合区域を形成し、弁３０７が、注入器ヘッド２１５を通してより低い圧力の溶融ラグ材料の連続流れを同時に計量して、固体鉛区域を形成することである。弁３０７は、同じピストンブロック２０８内でチャンバ３１０内を移動し、矢印Ｇ’の方向に開き、より低い圧力の溶融ラグ材料が、加熱された同じリザーバ２０９からポート３１１を通って、注入器ヘッド２１５内に提供されたチャンバ３１３の中へ流れ、次いで、出口オリフィス３１７ｂから繊維材料１００に隣接する空隙の中へ流れて、固体鉛区域を形成することを可能にし、同時に、ポート２１１を通してピストン２０７によって駆動される溶融ラグ材料が、（図１６及び１８の実施形態におけるオリフィス２１７の代わりに）出口オリフィス３１７ａから繊維材料の一部に流れて、鉛及び繊維の隣接する複合領域を形成する。オリフィス３１７ａを出る溶融材料は、繊維材料を含浸させ、オリフィス３１７ｂを出る溶融材料は隣接する空隙を満たし、溶融材料がドラム５００と注入器ヘッドとの間の空間を出るときに該材料を急速に冷却して、繊維材料の縁部に沿って、連続ラグ及びラグ延在部を形成する。溶融材料が鉛である場合、鉛が少量のＳｎを含み、よって、溶融材料がＰｂ−Ｓｎ合金を含むことで起こり得る注入器オリフィスの遮断を低減することが有利であり得る。低い圧力及び高い圧力の流れは、繊維材料の移動速度と同期され、正確な量の鉛を繊維材料の縁部範囲１０１及び隣接する空隙に同時に供給して、固体ラグ延在部を形成する。この実施形態は、繊維材料のラグ区域部分に隣接する固体ラグ延在部を形成するために、ラグ材料を繊維材料のラグ区域部分に含浸させるように配設された第１の加圧注入器と、ラグ材料を隣接する空隙の中へ送達するように配設された第２の隣接する加圧注入器とを備える。ラグ形成機械は、ラグ形成機械を通して繊維材料を引き出す繊維材料供給システムを備えることができ、該ラグ形成機械は、両側の繊維材料にちょうど形成された連続する長さ方向ラグの対向面に接触する機械方向の回転ドラムの出口側を過ぎた所に、駆動装置、特にニップローラ２２１を備える。

繊維材料の縁部に沿ったラグ、さらにラグの縁部に沿って連続する、または間隔を置いた固体ラグ延在部を形成するように配設された、さらに別の実施形態では、上で説明したように繊維材料の縁部を含浸させた後に、別個に形成されたラグ延在部（複数可）を、例えば超音波溶接またははんだ付けによって、ラグに取り付けることができる。

代替の電極ペースト含浸ステージ
図２５は、図１〜図６の実施形態に対する、電極ペースト含浸ステージの別の実施形態を概略的に示す。図２６〜図３０は、図２２５による電極ペースト含浸機械の一実施形態を示す。図２５を参照すると、タンクまたは槽６０１は、ペースト６０２を含む。参照番号６０３は、タンク１に直接的または間接的に結合された、機械式振動器等の振動デバイスを概略的に示し、該振動デバイスは、動作中にその中のタンク及びペーストを、矢印ＡＡによって示されるような実質的に垂直な軸において振動させ、一方で、繊維材料６０４の連続長さが、矢印ＢＢによって示されるタンクを通って移動する。示される実施形態において、タンクの底部壁６０８は、例えばその外周の周囲の可撓弾性材料の（正方形）リングによって、タンクを包囲する壁に可撓弾性的に載置され、よって、タンクのバランスに対して自由に振動し、よって、タンクの底部６０８に与えられた振動がタンク内のペースト塊に伝達される。繊維材料６０４は、張力下でタンクを通して引き出される。例えば、タンク６０１の外側の１組以上のニップローラ（図示せず）は、方向Ｂにおいてタンクを通して材料を引っ張ることができる。印加される振動は、好ましくは、いかなる飛び散りも起こらなかった場合に繊維材料によって水を特異的に取り込むのではなく、ペーストを飛び散らせ、ペーストの表面６０２ａからの噴出を生じさせて、繊維材料へのペーストの完全な浸透を可能にする。タンクは、蓋６０１ａによって動作中に閉じられる開放槽６０１として概略的に示され、貼り付けられていない材料がタンクに入り、貼り付けられた材料がタンクを出る、横方向スロット６０５及び６０６等の、供給または入口開口及び出口開口を有する。ペーストは、６０９においてタンクに連続的に供給される。好ましい実施形態において、供給及び出口スロットは、繊維材料が、水平方向またはほぼ水平方向において、出ること及び入ることを可能にするように提供され、また、ペーストの漏出を防止するために、シールを備える。振動の方向は、繊維材料の平面に対して垂直またはほぼ垂直であることが好ましい。典型的に、ペーストは、剪断移動し始めるために必要な降伏剪断応力を伴う、ビンガム塑性体として知られている特定の種類の剪断減粘性流体として振る舞い、また、移動するときに、剪断率の単位増加あたりの剪断応力の一定の増加を有する。この一定の増加は、塑性粘度として知られている。降伏応力は、５〜２００Ｐａの範囲であり得、塑性粘度は、０．１〜５Ｐａ・ｓの範囲であり得る。

記述されているように、説明されるような振動と組み合わせたペーストを通る材料の速度は、ペーストを、材料内の孔の中等の材料繊維の間に、及び／または繊維の間に、好ましくは材料の厚さを通して完全に含浸させるが、材料の厚さの少なくとも５０％、または材料の厚さの６０％、または７０％、または８０％、または９０％含浸させる。いくつかの実施形態において、好ましくは、ペーストの少なくとも約５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約４．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約３．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約３ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約２．５ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約２ｇｍ／ｃｍ³、または少なくとも約１．８ｇｍ／ｃｍ³が、材料の体積の少なくとも７０％にわたって、材料に含浸される（材料の外面の間に含まれる）。

いくつかの実施形態において、材料とペーストとの接触時間は、１秒未満、または少なくとも約１秒、または少なくとも約５秒、または少なくとも約１０秒、及び／または約３０秒以下、または約６０秒以下である。材料は、タンクを通して連続的に、または段階的（半連続的に）に引き出すことができ、繊維材料の連続長さの一部は、繊維材料を段階的に進めて繊維材料の次の部分をタンクの中へ導入する前に、ある期間にわたって振動下でペースト内に静止している。

好ましくは、繊維材料の上側及び下側のペーストの総深さは、繊維材料の厚さの少なくとも約２倍以上、または５倍以上、または１０倍以上であり、好ましくは、繊維材料の上側のペーストの深さまたは「ヘッド」は、繊維材料の厚さの少なくとも約２倍以上、または５倍以上である。

繊維材料が槽を出る前または後に該繊維材料の上部及び下部両方の平面からペーストを除去し、よって、貼り付けられた材料が所望の所定の厚さを有するように、タンクの出口開口６には、またはそこに隣接して、１つもしくは複数のスクレーパ縁部、または１つもしくは複数のローラ、または１つもしくは複数のブレード（空気ブレードなど）、または類似物が、開口の上側及び／または下側の開口を横切って提供される。いくつかの実施形態において、平面を通して貼り付けられる電極の厚さは、５ｍｍ未満、３ｍｍ未満、２．５ｍｍ未満、または２ｍｍ未満の厚さである。図２５は、繊維材料の上側で出口開口を横切って延在する上部スクレーパプレート６０７ａ、及び繊維材料の下側で出口開口を横切って延在するスクレーパプレート６０７ｂを概略的に示す。理想的には、掻き取りは、ペーストがまだ流動的であるタンク内にある間に生じる。

図２６〜図３０を参照すると、上で説明したような電極ペースト含浸のための機械の一実施形態は、概して、機械の動作中にはタンクを閉じるが、ダウンタイム時に機械の内部にアクセスするために着脱可能である蓋６２１を有する、基部６２２に載置されたペーストタンク６２０を備える。電気モータ６２３は、それぞれ、偏心載置された質量（フライホイール重量）を駆動して回転させ、また、タンク６２０の下でシャーシ６２４に固定されるが、タンク内でプレート６２５を振動させるようにタンク底部壁を通して結合され、該プレートは、タンクの底部の大部分を覆い、また、機械の動作中に、垂直振動をペーストの塊に与える。好ましくは、ペーストの塊は、繊維材料がタンクを通るときにペーストが少なくとも繊維のレベルになる程度のレベルまでタンクを充填する。但し、概して、ペーストの塊は、布地がタンクを通って移動するときにペーストの中に実質的に浸漬されることを確実にするために、繊維材料の高さの上側に少なくとも１つ分または少なくとも２つ分の厚さである。シャーシ６２４は、ばね取付具６２６によって、それぞれの隅部において基部フレーム６２２によって担持される。したがって、タンク６２０は、基部フレーム６２２に強固に固定され、一方で、シャーシ６２４は、振動板６２５に結合され、担持振動器６２３は、非強固に（少なくとも垂直に）載置される。例えば引き出すことによって、張力下でタンク６２０の内部を通して繊維材料を移動させるために、駆動装置を有する繊維材料供給システム、この実施形態ではニップローラ６２７が、機械方向においてペースト機械の出口側に提供される。ニップローラ６２７は、繊維材料の幅の狭い長さ方向の縁部に沿って、両側の繊維材料の対向面に接触する。貼り付けられていない材料がタンクに入り、貼り付けられた材料がタンクを出る、概してタンク内で６２８及び６２９で示される横方向の入口及び出口開口は、プレート６２８ａ及び６２８ｂならびに６２９ａ及び６２９ｂの前縁部の間のスロットとして画定され、繊維材料がそこを過ぎて移動するときに、該繊維材料の上面及び下面にちょうど接触して、ペーストの漏出を防止する。プレートは、入口及び出口スロットのサイズの微調整を可能にするために、例えばねじ付き調整取付具６３０（特に、図２７を参照されたい）によって、調整可能に載置することができる。出口プレート６２９ａ及び６２９ｂはまた、タンクを出る繊維材料の上面及び下面の両方から実質的にあらゆる過剰なペーストを除去するために、出口開口の上側及び／または下側のスクレーパとしても作用する。この過剰物を捕捉し、供給タンクに戻して再利用するために、網状組織システムを提供することができる。網状組織システムは、過剰なペーストをタンクに送給するベルトシステムを有するドリップトレイまたは同類のものによって提供することができる。タンク内で、機械方向において離間されたバー６３１を備える要素は、繊維材料の経路の真上もしくは真下、または両方で、タンクを横切って横方向に延在し、ペーストが振動するときに、繊維材料を安定させて、機械の動作中の繊維材料の移動を制限するように作用する。このバーはさらに、ペーストが振動するときに流体粘度を低く保つことを助けるための剪断表面を提供するように、及び流体／空気界面において噴出が生じることを可能にするように作用する。

動作中に、タンクには、少なくとも上部バー６３１の上側までペーストが充填され、ペーストレベルは、機械が動作するときに、ポンプ、ペーストレベルセンサ、及びコントローラを含むペースト供給システム（図示せず）によってこのレベルに維持され、該ペースト供給システムは、必要に応じてポンプを動作させて、タンク内のペーストレベルを維持し、該タンクは、好ましくは、タンク内のペーストの表面の上側に空間を含む。ニップローラ６２７は、ニップローラ６２７がタンクの内部を通して、例えば供給スプール（図２６〜図３０に示さず）から、繊維材料ＣＦを引き出すように、機械コントローラの制御下にあり、一方で、振動器６２３もまた、速度、したがって振動周波数及びエネルギー、プレート６２５、したがってタンク内のペーストの塊を振動させるための動作に関して、機械コントローラの制御下にある。上で説明したパラメータによるペーストの振動は、繊維材料がタンクを通過するときにペーストを該繊維材料に含浸させ、過剰なペーストは、繊維材料がタンクを出るときにスクレーパバー６２９ａ及び６２９ｂによって該繊維材料面から除去され、よって、いずれの表面にもペースト「スキン」を伴わずに、貼り付けられた繊維材料の連続長さが生成される。貼り付けられた材料は、タンクを出た後に、巻き取りスプールに巻き取ることができ、または電極もしくは電池製造過程もしくはプラントの次のステージに送給することができ、該ステージでは、貼り付けられた材料が、個別の電極長さまたは電極の群に切断される。

上で説明した代替の電極ペースト含浸は、広義には、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法として定義することができ、該方法は、ペーストによる繊維材料の含浸を支援するために、振動を受けるペーストを通して繊維材料の連続長さを移動させること、または振動を受けるペーストを繊維材料の連続長さに対して移動させることを含む。典型的に、本方法は、ペーストを通して繊維材料の連続長さを移動させることを含む。「移動」は、振動を受けるペーストを通して繊維材料を移動させること、または実質的に一定の速度または段階的のいずれかで、振動を受けるペーストを繊維材料に対して移動させることを含む。

さらなる実施形態において、ペーストは、少なくとも約０．５ｍｍの振幅で、少なくとも約２０Ｈｚの周波数の振動を受ける。いくつかの実施形態において、本方法は、約３０秒未満の振動を受けるペーストの前に、繊維材料とペーストとの最大接触滞留時間を含む。上で説明した代替の電極ペースト含浸はまた、広義には、鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法として定義することができ、該方法は、ペーストによる繊維材料の含浸を支援するために、繊維材料をペーストと接触させること、及びペーストまたは繊維材料または両方に印加される、少なくとも０．５ｍｍの振幅を有する少なくとも約２０Ｈｚの周波数の振動をペーストに受けさせることを含む。本方法は、ペーストに、少なくとも約４０Ｈｚ周波数の振動を受けさせることを含むことができる。本方法は、ペーストに、少なくとも約１ｍｍまたは少なくとも約２ｍｍの振幅を有する振動を受けさせることを含むことができる。本方法は、３０秒未満、または２０秒未満、または１０秒未満、または５秒未満、または１秒未満の、布地とペーストの非振動部分との最小接触滞留時間を含むことができる。代替的に、本方法は、振動させたペーストに布地が入る前に、ペーストを振動させ始めることを含むことができる。本方法は、繊維材料及び／またはペーストに振動を受けさせ、一方で、繊維材料をペーストに浸漬することを含むことができる。本方法は、繊維材料を張力下で、好ましくは繊維材料の引張強度未満の張力下で維持することを含むことができる。張力は、機械方向において、または機械方向に対して実質的に垂直に（繊維材料の長さに沿って）、または両方の方向において、布地の幅を横切って正確に測定することができる。本方法は、繊維材料及び／またはペーストに振動を受けさせ、一方で、ペーストを通して繊維材料を引き出すことを含むことができる。本方法は、少なくとも約３ｍｍ／秒の速度で、ペーストを通して繊維材料を移動させることを含むことができる。本方法は、少なくとも約１秒、または少なくとも約５秒、または少なくとも約１０秒、及び／または約３０秒以下、及び／または約６０秒以下の時間にわたって、繊維材料をペーストと接触させることを含むことができる。

以下、貼り付けの実験研究の説明が一例として提供される。

下で説明される炭素フェルトは、閉じ込め区域を利用する本発明の貼り付け方法論を使用し、そして、制限区域を伴わない本発明の同じ貼り付け方法論を繰り返して貼り付けた。

炭素フェルト：フェルトは、直径９ミクロンの繊維で約１０００〜１６００℃から安定化及び炭化させたポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）繊維から作製した。フェルト厚さは、２２５ｇ／ｍ²の炭素質量負荷で、約２．６ｍｍであった。フェルト中の炭素の体積分率は、約０．０５または５％の固体体積分率であった。

ペースト組成物：ペーストは、Ｈａｍｍｏｎｄ Ｅｘｐａｎｄｅｒｓから入手した鉛の酸化物粉末を、遊星型混合機によって混合し、約１０分にわたって固体を連続的に追加し、さらに１０分にわたってさらに撹拌することによって作製した。ペーストは、３．４〜３．５ｇ／ｃｍ３の密度、０．７８の固体の質量分率、及び０．２６の固体の体積分率を有した。ペーストのレオロジは、管流量計（Ｒｈｅｏｍａｔ１００）の同心浮きによって測定し、１５Ｐａの降伏応力及び０．８Ｐａ・ｓの塑性粘度のビンガム挙動を示した。

炭素繊維の連続長さを使用する閉じ込めを伴う貼り付け方法：
幅８０ｍｍの炭素フェルトの連続ストリップを、概して図１に示されるペースト塗布装置の中へ供給し、該装置において、炭素フェルトを静止プレートの上へ供給し、次いで、上で説明したようにペーストを該プレートの上に分配するペースト塗布器を過ぎた所で引き出し（塗布器自体は、炭素フェルトの表面に接触させた）、次いで、炭素フェルトの表面の中へ押圧した超音波ホーン下で、ほぼ即時に通過させた。したがって、ペーストは、圧力下で、超音波ホーンと塗布器との間に制限された。次いで、約１００ｍｍ／秒の速度に設定したプーリーシステムによって、布地を、ペースト塗布ステージの制限区域を通して引き込んだ。超音波振動は、２０ｋＨｚの周波数及び２８μｍの振幅に設定した。

装置を出た布地は、炭素フェルトの連続長さの深さ方向、幅方向において、及び長さ方向に沿って（ペースト及び超音波ホーンの両方が存在する）、ペーストが均一に完全に浸透していた。

炭素繊維の連続長さを使用する制限を伴わない貼り付け方法：
上で説明したような炭素フェルトの別のストリップを使用し、同じペーストを炭素フェルトに塗布した。超音波振動は、同じパラメータに設定した。同様に、炭素フェルトをプレートの上へ供給し、該プレートでは、塗布器がペーストを炭素フェルトの上へ塗布し、そして、超音波ホーンをオンにした。しかしながら、塗布器及び超音波ホーンは、炭素フェルトの表面に押圧しなかったが、それでも、上記と同じ圧力及び振動を印加した。
装置を出た布地は、炭素フェルトの連続長さの深さ、幅、または長さのいずれおいてもペーストの浸透を有しなかった。超音波ホーンを振動させていた時間中に、ペーストが、ホーンの下から横に、及び微細液滴スプレーのように炭素繊維表面の上側に排出されたことがさらに観察された。

上述のものは、その好ましい形態を含む本発明を説明し、当業者に明らかであるような変更及び修正は、添付の特許請求の範囲において定義されるその範囲に組み込まれることを意図する。

Claims (38)

1. 鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法であって、機械方向及び前記繊維材料における主平面の長さ、前記繊維シート材料の主平面における、及び前記繊維シート材料の長さ方向の縁部間の幅、及び前記材料の前記主平面に対して垂直な厚さを有し、また、最大１００ミクロンの繊維間間隔も有する前記繊維材料を、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域を通して移動させること、またはその逆に移動させることであって、前記ペースト塗布ステージが、前記制限された貼り付け区域内にＰｂベースのペーストも含み、また、前記制限された貼り付け区域にペーストを連続的に供給し、一方で、前記制限された貼り付け区域内の前記ペーストを振動させる、移動させることと、前記振動するペーストに対する圧力を維持し、かつ前記繊維材料に含浸させるペーストが、前記繊維シート材料の前記長さ方向の縁部から漏出することを防止して、前記移動する繊維材料の主表面を通して、かつ前記繊維シート材料の中へその厚さを通して、十分に前記ペーストを連続的に含浸させることと、を含む、方法。
2. 鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための方法であって、機械方向及び前記繊維材料における主平面の長さ、前記繊維シート材料の主平面における、及び前記繊維材料の長さ方向の縁部間の幅、及び前記材料の前記主平面に対して垂直な厚さを有し、また、１％を超える固体体積分率も有する前記繊維材料を、ペースト塗布ステージの制限された貼り付け区域を通して移動させること、またはその逆に移動させることであって、前記ペースト塗布ステージが、前記制限された貼り付け区域内にＰｂベースの粒子ペーストも含み、また、前記制限された貼り付け区域にペーストを連続的に供給し、一方で、前記制限された貼り付け区域内の前記ペーストを振動させる、移動させることと、前記振動するペーストに対する圧力を維持し、かつ前記繊維材料に含浸させるペーストが、前記繊維シート材料の前記長さ方向の縁部から漏出することを防止して、前記移動する繊維材料の主表面を通して、かつ前記繊維材料の中へその厚さを通して、十分に前記ペーストを連続的に含浸させることと、を含む、方法。
3. 前記制限された貼り付け区域にペーストを連続的に供給し、前記ペースト供給部を通して、前記振動するペーストに対して圧力を印加することを含む、請求項１または請求項２に記載の方法。
4. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域が、前記繊維材料と前記ペースト塗布ステージとの相対移動の方向（機械方向）における長さ、及び前記相対移動の方向において減少する、前記相対移動の方向を横切る断面積を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記制限された貼り付け区域が、機械方向の長さと、前記機械方向を横切る幅と、前記機械方向において減少する、前記繊維材料の平面に対して垂直な高さと、を有する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記制限された貼り付け区域が、前記機械方向を横切る入口と、前記機械方向を横切るより小さいスロット形状の出口と、を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記制限された貼り付け区域が、前記制限された貼り付け区域内の前記ペーストを振動させる振動器によって、少なくとも部分的に画定される、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
8. 貼り付け中に、空気が前記繊維材料内から逃げることを可能にすることを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
9. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域の中への前記繊維材料の入口において、前記繊維材料を圧縮することを含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
10. 前記繊維材料を圧縮し、一方で、前記繊維材料を含浸させることを含む、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
11. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域からの前記繊維材料の出口において、前記繊維材料を圧縮することを含む、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
12. 振動器と前記繊維材料の間で、前記制限された貼り付け区域に前記ペーストを供給することを含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
13. 前記繊維材料が、少なくとも１つの縁部に沿って、外部の電気的接続のための金属ラグを備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
14. 前記繊維材料の少なくとも１つの長さ方向に延在する電気伝導性ラグの両側で前記繊維材料を把持するように配設された駆動装置によって、前記ペースト塗布ステージを通して張力下で前記繊維材料を引き出すことを含む、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. ペースト塗布ステージの前に、前記繊維材料の長さに沿って、前記繊維材料よりも高い前記機械方向における引張強度の電気伝導性ラグを前記繊維材料内に形成することを含む、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記ペースト塗布ステージを通して前記繊維材料を引き出した後に、前記貼り付けられた繊維材料を切断して、多数の個別の電極要素を形成することと、前記貼り付けられた繊維材料を乾燥することと、任意のペーストの任意の導電性ラグをクリーニングすることと、任意の過剰なラグ材料の任意のラグをトリムもしくはスタンプすること、及び／または前記ラグから任意のラグ材料を切断することと、を含む、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の方法。
17. 前記ペーストに超音波振動を受けさせることによって、前記ペーストを振動させることも含む、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の方法。
18. 前記ペーストが、約５〜約５００Ｐａの範囲の降伏応力及び／または約０．１〜約５Ｐａ・ｓの範囲の塑性粘度を有する、請求項１〜１７のいずれか一項に記載の方法。
19. 前記ペーストが、主にＰｂ及びＰｂＯ粒子を含む、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 鉛酸電池またはセルの電極の製造において、機械方向及び繊維材料における主平面の長さ、前記繊維材料の主平面における、及び前記繊維材料の長さ方向の縁部間の幅、及び前記材料の前記主平面に対して垂直な厚さを有する前記繊維材料に、活性Ｐｂベースの粒子ペーストを含浸させるための機械であって、制限された区域に連続的に供給されるペーストを受容するために、その前記制限された区域を備え、前記制限された区域が、前記繊維材料の前記長さ方向の縁部からペーストが漏出することを防止する、ペースト塗布ステージと、前記制限された区域を通して前記繊維シート材料を移動させるように配設された繊維材料供給システムと、前記制限された区域内の前記ペーストを振動させるための振動器と、前記振動するペーストに対する圧力を維持して、前記移動する繊維材料の主表面を通して、かつ前記繊維材料の中へその厚さを通して、前記ペーストを連続的に含浸させるように配設された圧力供給部と、を備える、機械。
21. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域が、前記繊維材料と前記ペースト塗布ステージとの相対移動の方向（機械方向）における長さ、及び前記相対移動の方向に減少する、前記相対移動の方向を横切る断面積を有する、請求項２０のいずれかに記載の機械。
22. 前記制限された貼り付け区域が、前記機械方向の長さと、前記機械方向を横切る幅と、前記機械方向において減少する、前記繊維材料の平面に対して垂直な高さと、を有する、請求項２１に記載の機械。
23. 前記制限された貼り付け区域が、前記機械方向を横切る入口と、前記機械方向を横切るより小さいスロット形状の出口と、を有する、請求項２０〜２２のいずれか一項に記載の機械。
24. 前記制限された貼り付け区域が、前記制限された貼り付け区域内のペーストを振動させる前記振動器によって、少なくとも部分的に画定される、請求項２０〜２３のいずれか一項に記載の機械。
25. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域の中への前記繊維材料の入口において、前記繊維材料を圧縮するように配設された、請求項２０〜２４のいずれか一項に記載の機械。
26. 前記繊維材料を圧縮し、一方で、前記繊維材料を含浸させるように配設された、請求項２０〜２５のいずれか一項に記載の機械。
27. 前記ペースト塗布ステージの前記制限された区域からの前記繊維材料の出口において、前記繊維材料を圧縮するように配設された、請求項２０〜２６のいずれか一項に記載の機械。
28. 前記繊維材料の少なくとも１つの長さ方向に延在する導電性ラグの両側で前記繊維材料を把持するように、及び前記ペースト塗布ステージを通して張力下で前記繊維材料を引き出すように配設された駆動装置を含む、請求項２０〜２７のいずれか一項に記載の機械。
29. 前記ペースト塗布ステージの前に、前記繊維材料の長さに沿って、前記繊維材料よりも高い前記機械方向における引張強度の電気伝導性ラグを前記繊維材料内に形成するように配設されたラグ形成ステージを備える、請求項２０〜２８のいずれか一項に記載の機械。
30. 前記ペースト塗布ステージの後に、前記貼り付けられた繊維材料を切断して、多数の個別の電極要素を形成するように配設された切断ステージ、前記貼り付けられた繊維材料を乾燥するための乾燥ステージ、任意のペーストの任意の導電性ラグをクリーニングするためのクリーニングステージ、及び任意の過剰なラグ材料をトリムもしくはスタンプするための、及び／または前記ラグから任意のラグ材料を切断するためのトリミングまたはスタンピングステージ、のうちの１つ以上を備える、請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の機械。
31. 鉛酸電池またはセルの電極の製造において、繊維材料に、活性ペーストを含浸させるための機械であって、
    ・ペースト塗布ステージの中へ、及びそこから前記連続繊維材料を供給し、張力下で繊維材料を維持するための繊維材料供給システムと、
    ・ペーストに圧力を受けさせ、かつ前記ペーストを振動させて、前記繊維材料に前記ペーストを含浸させるように配設されたペースト塗布ステージと、を備え
    前記繊維材料供給システムが、機械方向の前記塗布ステージの出口側に、張力下で前記塗布ステージを過ぎた所で前記繊維材料を引き出すための駆動装置を備え、前記繊維材料の一方または両方の長さ方向の縁部において、またはその近くで、前記繊維材料の長さ方向に延在する１つまたは複数の電気伝導性ラグの対向面に接触するように配設される、機械。
32. 前記機械方向において、前記繊維材料の一方または両方の長さ方向の縁部において、またはその近くで、前記繊維材料の長さ方向に延在する電気伝導性ラグを形成するように配設されたラグ形成機械が先行する、請求項３１に記載の機械。
33. 前記ラグ形成機械が、前記繊維材料の両方の対向する長さ方向の縁部において、またはその近くで、前記繊維材料の長さ方向に延在する電気伝導性ラグを形成するように配設される、請求項３２に記載の機械。
34. 前記機械方向において、前記貼り付けられた繊維材料を、多数のより短い長さの貼り付けられた繊維材料に切断するように配設された切断機械が続く、請求項３１〜３３のいずれか一項に記載の機械。
35. 鉛酸電池またはセルの貼り付けられた電極を製造するための装置であって、
    ・前記繊維材料の低減された幅のラグ区域部分において、機械方向において前記繊維材料よりも高い引張強度の材料の長さを形成するように配設され、前記繊維材料への前記高強度材料の加圧含浸によって前記繊維材料に電気的に接続され、また、前記繊維材料の繊維を包囲及び／または浸透するように配設されたラグ形成機械であって、前記高強度材料が金属であり、また、前記繊維材料を加圧注入ステージに対して、またはその逆に移動させることによって、及び前記加圧注入ステージが、前記高強度材料を加圧含浸させ、一方で、前記繊維材料の中へ溶融させることによって、前記繊維材料に前記高強度材料を加圧含浸させるように配設され、前記機械方向において先行する、ラグ形成機械と、
    ・前記機械方向において、ペースト塗布ステージを過ぎた所で前記繊維材料の前記連続長さを引き出し、同時に、ペーストに加圧及び振動を受けさせて、前記ペーストによって前記繊維材料を含浸させることによって、前記繊維材料と前記ペーストとを接触させることによって、前記繊維材料に前記活性ペーストを連続的に含浸させるための機械と、を備える、装置。
36. 前記ラグ形成機械が、前記繊維材料の長さ方向の縁部において、またはその近くで、高強度材料の長さを形成するように配設され、前記繊維材料の前記縁部を超えて１つまたは複数のラグ延在部を有する、請求項３５に記載の装置。
37. ペーストを含浸させるための前記機械の後に、前記高強度材料を横切ることを含む、前記貼り付けられた繊維材料を横切って切断して、それぞれが外部の電気的接続のためのラグを有する、多数の個別の電極要素または電極要素の群を形成するように配設された切断ステージも含む、請求項３５または請求項３６のいずれかに記載の装置。
38. 請求項１〜３７のいずれか一項に記載の方法によって生成された、鉛酸電池もしくはセルのための電極、または少なくとも１つの電極を備える鉛酸電池もしくはセル。

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