JP4403911B2

JP4403911B2 - 制御弁式鉛蓄電池の製造方法

Info

Publication number: JP4403911B2
Application number: JP2004222900A
Authority: JP
Inventors: 邦晃田畑
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Resonac Corp
Priority date: 2004-07-30
Filing date: 2004-07-30
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2024-07-30
Also published as: JP2006040830A

Description

本発明は、制御弁式鉛蓄電池の製造方法に関し、詳細には、制御弁式鉛蓄電池の内部の正極板、負極板及びセパレータに電解液を含浸する方法に関するものである。

鉛蓄電池は安価で信頼性の高い電池として、自動車用バッテリや無停電電源装置などのさまざまな用途に用いられている。これらの鉛蓄電池のなかで制御弁式鉛蓄電池は、補水が不要であるという特徴があるために、近年、無停電電源装置などの用途として需要が増加している。

なお、比較的大形の制御弁式鉛蓄電池では、鋳造方式で製造した集電体にペースト状の活物質を充填し、乾燥・熟成して製造をするペースト式の正極板1や負極板2が使用されている。図３には、従来から使用されている一般的な制御弁式鉛蓄電池の概略図が示されている。すなわち、多数の正極板1や負極板2などの電極板がセパレータ3を介して積層がされており、正極板1や負極板2の耳部18が極柱9を有するストラップ6に溶接されて極板群を形成する。

ここで、蓋5の端子部分の内側には、インサート成形によって、図示されていないブッシングが埋め込まれた状態で形成されている。そして、蓋5のブッシングと極柱9との嵌合部を加熱溶接、例えば、プラズマ溶接やバーナ溶接をして溶接部を形成する。そして、上方からエポキシ系接着剤を流し込んで充填し、固化させて密封するとともに、極柱9を蓋5にしっかりと固定する。ここで、極柱9の上方には、リード線を用いて外部負荷と接続をするための端子7が埋め込まれている。

そして、上方の安全弁部8から希硫酸電解液を自然浸透によって含浸し、電槽化成をし、安全弁を取り付けた後に上蓋を付けて密封していた。

ここで、図３に示されているような比較的大形の鉛蓄電池に希硫酸電解液を自然浸透によって含浸をするには、含浸に時間がかかるという問題点があった。そして、電解液の含浸工程に時間がかかるために作業性が悪く、その結果、多数の含浸設備が必要になるという問題点があった。

また、制御弁式鉛蓄電池の使用中における希硫酸電解液の成層化を防止するには、希硫酸電解液にゲル分散液を添加した、ゲル電解液の使用が好ましいことが明らかになっている。しかしながら、ゲル電解液は、通常の希硫酸電解液よりも粘度が高いために、自然浸透によって含浸をするには、さらに時間がかかり、さらに作業性が悪くなるという問題点があった。

そこで、大形の制御弁式鉛蓄電池に電解液を含浸する手法として、小形のリチウムイオン電池などで従来から用いられているような真空含浸による手法が考えられる（例えば、特許文献１参照。）。

特開平０８−２７３６５９号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載されているような真空含浸による手法は、１０Ａｈ程度の比較的小形の制御弁式鉛蓄電池には使用することができるものの、図３に示されるような体積が大きく、１００Ａｈを超えるような大形の制御弁式鉛蓄電池には、技術的に使用をすることができないという問題点がある。

本発明の目的は、大形の制御弁式鉛蓄電池においても、希硫酸電解液やゲル電解液を正極板、負極板及びセパレータに短時間で含浸をすることができ、作業性にも優れている制御弁式鉛蓄電池の製造方法を提供することである。

上記した課題を解決するために、本発明では、大形の制御弁式鉛蓄電池においても希硫酸電解液やゲル電解液を正極板、負極板及びセパレータに短時間で含浸をすることができるように、従来の真空含浸の技術を大幅に改良を加えたものである。

すなわち、請求項１の発明は、正極板、負極板及びセパレータに、希硫酸電解液を含浸させた後に、電槽化成をして製造する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、
前記希硫酸電解液を秤量して前記制御弁式鉛蓄電池と連結する透明の真空槽に供給し、該透明の真空槽の内部を排気し、減圧をした状態で前記希硫酸電解液を、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータに含浸をするとともに、前記透明の真空槽の排気を停止し、該透明の真空槽の内部を大気開放して大気圧にする操作を、該透明の真空槽の内部の前記希硫酸電解液が完全に含浸されるまで繰り返して行うことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、正極板、負極板及びセパレータに、ゲル電解液を含浸させた後に、電槽化成をして製造する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、
ゲル分散液と希硫酸電解液とを攪拌し、混合させて前記ゲル電解液を製造し、該ゲル電解液を秤量して前記制御弁式鉛蓄電池と連結する透明の真空槽に供給し、該透明の真空槽の内部を排気し、減圧をした状態で前記ゲル電解液を、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータに含浸をするとともに、前記透明の真空槽の排気を停止し、該透明の真空槽の内部を大気開放して大気圧にする操作を、該透明の真空槽の内部の前記ゲル電解液が完全に含浸されるまで繰り返して行うことを特徴としている。

本発明に係わる制御弁式鉛蓄電池の製造方法を用いると、希硫酸電解液やゲル電解液を短時間で正極板、負極板及びセパレータに含浸をすることができる。したがって、作業性に優れるとともに、少ない数の含浸設備でも十分な数の制御弁式鉛蓄電池の製造が可能となる。

本発明に係わる一実施例について、図１、２に示す電解液含浸工程の概略図等と、図３に示す制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図を用いて詳細に説明する。
１．制御弁式鉛蓄電池の組み立て
図３に示されるような公称容量が１００Ａｈを超えるような比較的大形の制御弁式鉛蓄電池では、以下のようにして組み立てられる。すなわち、鋳造方式で製造した集電体にペースト状の活物質を充填し、乾燥・熟成をしてペースト式の正極板1や負極板2を製造する。正極板1や負極板2などの多数の電極板は、セパレータ3を介して積層がされており、正極板1及び負極板2の耳部18が、極柱9を有するストラップ6に溶接されて極板群を形成する。

蓋5の端子部分の内側には、図示されていないブッシングがインサート成形によって、埋め込まれた状態で形成されている。そして、蓋5のブッシングと極柱9との嵌合部とを加熱溶接、例えば、プラズマ溶接やバーナ溶接をして溶接部を形成する。そして、溶接部に上方からエポキシ系接着剤を流し込んで充填し、固化させて密封するとともに、極柱9を蓋5にしっかりと固定する。

極柱9の上方には、外部負荷に接続するための端子7が埋め込まれている。そして、端子7の部分に、図示されていない圧着端子などの付いたリード線をボルトなどを用いて締め付けることによって、リード線を端子7に固定する。
２．ゲル電解液の含浸工程及びその後工程
含浸が困難な希硫酸電解液11とゲル分散液10とを攪拌・混合して製造するゲル電解液12を、大形の制御弁式鉛蓄電池に含浸する場合について、図１、２を用いて詳細に説明をする。なお、希硫酸電解液11のみをそのまま電解液として含浸をする場合についても、以下に示す手法と同様の手法を用いることができる。この場合には、図１（ａ）、図２において、希硫酸電解液11とゲル分散液10とを攪拌・混合をする工程を省略することができる。

シリカを主成分とするゲル分散液10（スノーテックス４０、日産化学工業（株）製）と、希硫酸電解液11とを攪拌し、混合させてゲル電解液12を製造する（図１（ａ））。なお、使用しているゲル分散液10は、すでに水を主成分とする溶液に分散されているために、約１０分間の通常の攪拌により、十分に希硫酸電解液11と混合することができる。また、使用する希硫酸電解液の濃度は、制御弁式鉛蓄電池の公称容量や使用目的等に応じて、任意の濃度のものを選択することができる。

ゲル分散液10と希硫酸電解液11とを攪拌し、混合させて製造したゲル電解液12を、制御弁式鉛蓄電池の公称容量や使用の目的等に応じて秤量をする（図１（ｂ））。このように、制御弁式鉛蓄電池ごとにゲル電解液12の質量を正確に秤量して使用をしているために、信頼性が高く、バラツキの少ない制御弁式鉛蓄電池を製造することができる。

秤量されたゲル電解液12は、ゲル電解液供給槽21に送られ、注液バルブ13を介して、アクリル製で透明の真空槽14に供給される（図１（ｃ））。なお、真空槽14と制御弁式鉛蓄電池19との間には、ピンチバルブ22を有し、制御弁式鉛蓄電池19の安全弁部8を介して互いに連結をした構造となっている（図１（ｃ））。すなわち、後述するように、ピンチバルブ22を通り、安全弁部8から真空槽14内のゲル電解液12が制御弁式鉛蓄電池の内部に供給される。ここで、真空槽14を透明にすることによって、内部のゲル電解液12が制御弁式鉛蓄電池19に完全に含浸できたか否かを目視によって容易に確認をすることができる。

最初に、注液バルブ13、給気バルブ15及びピンチバルブ22を閉じた状態とする。この状態で、排気バルブ16を開き、真空ポンプ17を用いて真空槽14の内部の空気を排気して減圧をする。この状態で注液バルブ13を開き、ゲル電解液12を真空槽14に供給した後に、再び注液バルブ13を閉じて真空槽14の内部の空気を排気して減圧をする。

次に、注液バルブ13及び吸気バルブ15が閉じた状態であり、排気バルブ16を開いた状態のままで、ピンチバルブ22を開いた状態とする。そして、真空ポンプ17を用いて真空槽14及びピンチバルブ22を介して連結する制御弁式鉛蓄電池19の内部の空気を排気して減圧をする。この作業によって、制御弁式鉛蓄電池19の内部から多数の気泡20が出て、真空槽14の中のゲル電解液12は、正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に少しずつ含浸される。

ここで、上記した排気・減圧をする含浸操作を１回のみ行っても、制御弁式鉛蓄電池19の種類によっては、必要な量のゲル電解液12を正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に十分に含浸できない場合がある。そこで、注液バルブ13及び排気バルブ16を閉じた状態とし、ピンチバルブ22を開いた状態のままで、給気バルブ15を開いて大気開放し、真空槽14及び制御弁式鉛蓄電池19の内部を大気圧とする。なお、この状態にしても、真空槽14の下部にはゲル電解液12が存在しているために、給気バルブ15からの空気が、制御弁式鉛蓄電池19の内部にまで入り込むことはない。

その後、注液バルブ13及び給気バルブ15を閉じた状態で、ピンチバルブ22を開いたままの状態で、排気バルブ16を開き、再び真空ポンプ17を用いて真空槽14及び制御弁式鉛蓄電池19の内部を排気して減圧をするようにした。これらの減圧及び大気開放をする操作を８回繰り返すことによって、大形の制御弁式鉛蓄電池19でも規定量のゲル電解液12を正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に含浸することができる。なお、ゲル電解液12に替えて希硫酸電解液11を使用する場合には流動しやすいために、大形の制御弁式鉛蓄電池19でも、この含浸操作は６回程度で十分である。

本発明に係わる制御弁式鉛蓄電池の製造方法を用いると、大形の制御弁式鉛蓄電池19においても、ゲル電解液12や希硫酸電解液11を、約６〜８分程度の短時間で正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に含浸をすることができる。したがって、作業性に優れた制御弁式鉛蓄電池の製造方法を提供することができる。加えて、本発明に係わる製造方法は短時間で電解液の含浸ができるために、少ない数の含浸設備でも、十分な数の制御弁式鉛蓄電池の製造をすることができる。なお、上記した本発明に係わる含浸方法を用いず、通常の漏斗等を用い、自然浸透による含浸作業をする場合には、通常の希硫酸電解液11を使用する場合でも、約２４時間程度の放置が必要であった。

規定量のゲル電解液12を正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に含浸した制御弁式鉛蓄電池19は、その後、従来の手法で電槽化成をし、図示されていない安全弁を安全弁部8に取り付けた後に、上蓋を付けて密封されて完成品となる。

なお、シリカ等を用いるゲル電解液12は、加熱をすることによって、その粘度を下げ、流動性にすることができる。そこで、ヒータを用いてゲル電解液供給槽21を加熱して、ゲル電解液12の温度を５０℃程度にすることによって流動性にして、さらに含浸性を向上させることができる。特に冬期においては、ゲル電解液12の温度を加熱することによって、夏期と同程度の時間でゲル電解液12を正極板1、負極板2などの電極板及びセパレータ3に含浸をすることができる。

本発明は、電解液の含浸が困難である大形の制御弁式鉛蓄電池の製造に用いることができる。

本発明に係わる電解液の含浸装置の概略図である。本発明に係わる電解液の含浸工程図である。制御弁式鉛蓄電池の切欠き断面斜視図である。

符号の説明

１：正極板、２：負極板、３：セパレータ、４：電槽、５：蓋、６：ストラップ、
７：端子、８：安全弁部、９：極柱、１０：ゲル分散液、１１：希硫酸電解液、
１２：ゲル電解液、１３：注液バルブ、１４：真空槽、１５：給気バルブ、
１６：排気バルブ、１７：真空ポンプ、１８：耳部、１９：制御弁式鉛蓄電池、
２０：気泡、２１：ゲル電解液供給槽、２２：ピンチバルブ

Claims

正極板、負極板及びセパレータに、希硫酸電解液を含浸させた後に、電槽化成をして製造する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、
前記希硫酸電解液を秤量して前記制御弁式鉛蓄電池と連結する透明の真空槽に供給し、該透明の真空槽の内部を排気し、減圧をした状態で前記希硫酸電解液を、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータに含浸をするとともに、前記透明の真空槽の排気を停止し、該透明の真空槽の内部を大気開放して大気圧にする操作を、該透明の真空槽の内部の前記希硫酸電解液が完全に含浸されるまで繰り返して行うことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池の製造方法。
正極板、負極板及びセパレータに、ゲル電解液を含浸させた後に、電槽化成をして製造する制御弁式鉛蓄電池の製造方法において、
ゲル分散液と希硫酸電解液とを攪拌し、混合させて前記ゲル電解液を製造し、該ゲル電解液を秤量して前記制御弁式鉛蓄電池と連結する透明の真空槽に供給し、該透明の真空槽の内部を排気し、減圧をした状態で前記ゲル電解液を、前記正極板、前記負極板及び前記セパレータに含浸をするとともに、前記透明の真空槽の排気を停止し、該透明の真空槽の内部を大気開放して大気圧にする操作を、該透明の真空槽の内部の前記ゲル電解液が完全に含浸されるまで繰り返して行うことを特徴とする制御弁式鉛蓄電池の製造方法。