JP4439609B2 - 鉛蓄電池の極板製造法およびその製造装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鉛蓄電池、特にその極板の製造法およびその製造装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鉛蓄電池は従来より自動車の始動用として、また近年になって開発が急速に行われている電気自動車の高性能型の主電源用として、その他にもバックアップ用電源として用いられる据え置き型等、広い範囲で用いられている。
【０００３】
その鉛蓄電池の製造法の一例としては、まず純鉛や母合金を鋳型に流し込んで格子体を形成し、そこに鉛粉や添加剤，練液を練合した活物質ペーストを充填し、熟成して未化成の極板を作製する。そして、その未化成極板に化成，水洗，乾燥の各工程を行った後、隔離板を介して正極板と負極板を対向させて極板群を形成し、その極板群を電槽内に入れ電解液を注入し充電するものであった。これらのうち格子体を形成する工程中において、量産性を高めるため複数の格子を連続してあるいは同時に鋳造した後、打ち抜くことによって、極板を形成する方法が用いられている。
【０００４】
こうして形成された連続した格子体の格子部分に活物質ペーストを塗着し、極板を打ち抜く工程において、一般的に図７に示すように、打ち抜きシリンダーはダイシリンダーとアンビルシリンダーや２つのダイシリンダーを用いて行われている。図７（ａ）はダイシリンダー１とアンビルシリンダー２とを用いた極板切断工程の要部を示す模式図である。この工程において、片方のシリンダーには必要な極板形状に打ち抜くことができる刃３を加工したダイシリンダー１を用い、もう片方のシリンダーには表面が平滑なアンビルシリンダー２を用いている。この２つのシリンダーを対向させながら回転させることにより、ダイシリンダー１の刃３がアンビルシリンダー２と重なることにより極板を打ち抜く構成となっている。また、図７（ｂ）はダイシリンダー４とダイシリンダー５の２つのダイシリンダーを用いた極板切断工程の要部を示す模式図である。この工程において、片方のシリンダーには必要な極板形状に打ち抜くことができる刃６を加工したダイシリンダー４を用い、もう片方のシリンダーには前記極板形状に打ち抜くことができる刃７を加工したダイシリンダー５を用いている。この２つのシリンダーを対向させながら回転させることで、両方の刃６，７を噛み合わせることにより、極板を打ち抜く構成となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、かかる構成によれば、格子体の格子部分に活物質ペーストを塗着した際、格子体と活物質ペーストとの密着性や極板厚みが各所均一でないために、電池性能面においては、格子体を活物質ペーストとの密着のばらつきによる抵抗分増大や活物質と硫酸との反応不足、極板厚みのばらつきによる極板と硫酸との極板毎反応面積差発生により、短寿命，特性低下等の問題点があり、ダイシリンダーとアンビルシリンダー、ダイシリンダーとダイシリンダーの２つのシリンダー間の隙間部において、極板切断時に応力がかかり、極板の一部が隙間部に入り、極板や格子体においてそり，湾曲が発生してしまうという問題点があった。
【０００６】
この極板や格子体のそり，湾曲の形成は、従来の鉛蓄電池では極板構成上、正極と負極の極板間距離が広くされており、特に問題とはならなかった。しかしながら、近年の高性能型鉛蓄電池では性能向上のため、極板間距離が狭められ、極板同士の圧迫度の高い設計とし、かつ電池の長寿命化，高特性化を図るために格子体と活物質ペーストとの密着性の向上と極板厚みを均一とする設計になっており、前述のそりや湾曲により極板がセパレータを物理的に貫通して内部ショートしやすくなり、大きな問題となり、その改善が要望されていた。
【０００７】
これらの課題を解決するため本発明は、格子体と活物質ペーストとの密着性が高く、均一な厚みの極板で、かつそり，湾曲の少ない極板により電池内部ショートが少なく、量産性の高い鉛蓄電池の極板製造法およびその製造装置を提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
これらの課題を解決するため本発明は、複数の集電耳部および格子体を連続して一体成形し、この格子部分に活物質ペーストを塗着して極板が連続した連続体を形成し、その後極板単位に打ち抜く製造法であって、連続体から極板単位に打ち抜く工程において弾性体を外周に設けたシリンダーを用いて、前記シリンダーの刃の前後で極板に圧力をかけて打ち抜くこととしたものである。
【０００９】
これにより、格子体と活物質ペーストとの密着性が高く、均一な厚みの極板生産が可能で、電池，極板の長寿命化，高特性化が図れ、かつ工程を大きく変更することなく短絡の原因となる極板打ち抜き時に発生する極板のそり，湾曲を防ぐことができ、極板の平滑性の改良を図ることができる。その結果、極板がセパレータを貫通して起こす短絡が低減され、製品歩留まりが向上するだけでなく、高性能型鉛蓄電池に代表されるような極板間距離の狭い仕様や、極板同士の圧迫度の高い仕様に対しての構成設計の自由度を広げることが可能となるものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の実施の形態による極板切断の模式図を示す。図１（ａ）はダイシリンダー８とアンビルシリンダー９とを用いた極板切断工程を示す模式図である。この図に示すように、ダイシリンダー８の外周をシート状のクロロプレンゴム製の弾性体１０が取り巻き、アンビルシリンダー９の外周をシート状のクロロプレンゴム製の弾性体１１が取り巻く構成を用いて、このダイシリンダー８とアンビルシリンダー９とを対向させながら回転させることにより、対向する弾性体１０と１１により極板の活物質ペーストが圧縮され、かつダイシリンダー８の刃１２がアンビルシリンダー９と重なることにより、極板を打ち抜く構成となっている。極板を打ち抜いた直後に打ち抜いた際の極板にかかる応力を、クッションの役割を果たす弾性体１０と１１により最小限に抑制している。この前記弾性体１０と１１の厚みは、ダイシリンダー８とアンビルシリンダー９との隙間と格子体に活物質ペーストを塗着時直後の極板厚みを差し引きし、弾性体１０と１１を構成しているゴム系材質の圧縮率と活物質ペーストの粘度，硬度および最終的な極板厚みを考慮している。図１（ｂ）はダイシリンダー１３とダイシリンダー１４の２つのダイシリンダーを用いた極板切断工程を示す模式図である。この図に示すように、ダイシリンダー１３の外周をシート状のクロロプレンゴム製の弾性体１５が取り巻き、ダイシリンダー１４の外周をシート状のクロロプレンゴム製の弾性体１６が取り巻く構成を用いて、この２つのダイシリンダー１３と１４とを対向させながら回転させることにより、対向する前記弾性体１５と１６により極板の活物質ペーストが圧縮され、かつ２つのダイシリンダー１３と１４のそれぞれの刃１７，１８を噛み合わせることにより、極板を打ち抜く構成となっている。極板を打ち抜いた直後に打ち抜いた際の極板にかかる応力を、クッションの役割を果たす弾性体１５と１６とにより最小限に抑制している。この前記弾性体１５と１６の厚みは、ダイシリンダー１３とダイシリンダー１４との隙間と格子体に活物質ペーストを塗着時直後の極板厚みを差し引きし、弾性体１５と１６を構成しているゴム系材質の圧縮率と活物質ペーストの粘度，硬度および最終的な極板厚みを考慮している。さらには上記で示したような方法において、極板のサイズ，形状、電池の生産方法，仕様用途等により、ダイシリンダー，アンビルシリンダーの外周に用いる弾性体のゴム系材質の設定状態が異なることがある。基本的には、刃以外のダイシリンダーとアンビルシリンダーの外周全面にゴム系材質である弾性体を設定し極板厚みの均一化や極板状態の安定化を図るが、応力のかかる極板部分のみゴム系材質である弾性体の設定を行い、目的の達成を図ってもよい。
【００１１】
なお、前述したようなダイシリンダーを用いて切断するには、シリンダー外周に用いる弾性体の材質はクロロプレンやエチレンプロピレン，ウレタン等のゴム系材質を用いるが、軟質プラスチック等の弾性体を有する材質であれば同等の効果が得られる。また、弾性体材質の厚みに厚薄，弾性体材質の硬度に硬軟をつけるとよい。これは極板自体にかかるダイシリンダーからの応力とアンビルシリンダーからの応力が異なるために極板のそりや湾曲に影響を与えてしまい、結局は従来方法においての極板状態と変わらなくなる恐れがあり、弾性体材質の厚みについて厚薄や、弾性体の材質の硬度について硬軟をつけ２つのシリンダーからの応力を均一化するためである。さらに、片側のシリンダーからの極板への応力が非常に大きい場合は、極板の曲がる方向側のみに弾性体材質を用いて相互のシリンダーからの応力を安定する方法もある。
【００１２】
また、図１（ｂ）のように２つのダイシリンダー１３，１４を用いた極板切断においては、前記シリンダー外周の極板収納部となるそれぞれのシリンダー溝部の深さは同一ではなく変える必要がある。これは異なる刃幅にて極板を打ち抜く際、極板にかかるそれぞれのシリンダーからの応力が異なり極板状態に支障をきたしてしまうからで、すなわち応力の弱い方向に極板が曲がる傾向があるからである。したがって異なる刃幅にて極板を打ち抜く際は、図２に示すように小さな応力がかかる小さい刃幅側のシリンダー溝部の深さを大きな応力がかかる大きい刃幅側のシリンダー溝部の深さより浅くすることで、極板切断時の極板切断部への負担をより少なくでき、応力差による極板曲がり等の極板状態の改善が可能である。図２に示す本実施の形態では極板の厚みは２．１０ｍｍ、小さな刃の刃幅寸法を２０μｍで溝部の深さを０．９０ｍｍとし、大きな刃の刃幅寸法を１００μｍで溝部の深さを１．２０ｍｍとして、刃と刃の隙間は限りなく小さく無視できるものとした。
【００１３】
【実施例】
（実施例１）
本実施例と従来例による格子体と活物質ペーストとの密着性を図３に示し、極板の厚み状態について図４に示す。試験数は生産極板１０，０００枚の中から１００枚の抜き取りとし、所定の乾燥処理の後、測定を実施した。格子体と活物質ペーストとの密着性は、極板を５０ｃｍの高さから床上に落下させた時の活物質が剥がれた極板数をカウントした。極板の厚み状態は、極板の上部，中央部，下部の三部分を測定し、その三部分の平均を極板厚みとして表した。極板の厚みは２．１０ｍｍに設定している。この図から判るように、格子体と活物質ペーストとの密着性は従来のものに対し優れており、極板の厚みに関しては本実施例のものが従来例よりも均一であることが判る。
【００１４】
（実施例２）
次に、実施例１の極板が製品の寿命に及ぼす影響について図５に示す。電池は公称電圧１２Ｖ，容量６０Ａｈ（３時間率）であり、試験条件は雰囲気温度２５℃下において、２０Ａ放電の終止電圧９．９Ｖ→休止３０分→１２Ａ充電の終止電圧１４．４Ｖ→６Ａ充電の終止電圧１４．４Ｖ→３Ａ充電の終止電圧１４．４Ｖ→１．５Ａ充電の３．５時間→休止３０分の順番にて最初の放電に戻るサイクルパターンで、寿命判定は容量４８Ａｈ以下、試験数はそれぞれ５０個である。この図から判るように、格子体と活物質ペーストとの密着性向上と極板厚みの均一安定化により、本実施例の極板が従来例の極板に比較して電池の長寿命を図ることができる。
【００１５】
（実施例３）
本実施例と従来例による極板の平滑性について図６に示す。試験数は生産極板１０，０００枚の中から１００枚の抜き取りとし、所定の乾燥処理の後、測定を実施した。極板を平滑な面状に置いた時、その面から一番高い箇所を測定し、極板の厚みを引いたものを極板のそり値として表した。この図から判るように極板の湾曲が低減され、従来のものに対し本実施例の極板は優れた極板平滑性を示した。
【００１６】
（実施例４）
次に、極板平滑性が製品の不良率に及ぼす影響について表１に示す。仕様１は高性能型鉛蓄電池、仕様２は従来の自動車始動用鉛蓄電池を表している。試験数はそれぞれ１，０００個である。
【００１７】
【表１】

【００１８】
従来の極板を用いた場合、電池組み立て時，初充電時，エージング検査時において、極板のセパレータ貫通ショートが表１に示すように仕様１では１．９％、仕様２では０．１％で発生するが、本発明品の採用により発生率が仕様１では０．０６％、仕様２では０．０１％と大幅に低減され、製品歩留まりの向上を図ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、格子体と活物質ペーストとの密着性が高く、均一な厚みの極板生産が可能で、電池，極板の長寿命化，高特性化が図れ、工程を大きく変更することなく、短絡の原因となる極板打ち抜き時に発生する極板のそり，湾曲を防ぐことができ、極板の平滑性の改良を図ることができる。その結果、極板がセパレータを貫通するために起こる短絡が低減され製品歩留まりが向上するだけでなく、高性能型鉛蓄電池に代表されるような極板間距離の狭い仕様や極板同士の圧迫度の高い仕様に対しての構成設計の自由度を広げることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の実施の形態におけるダイシリンダーとアンビルシリンダーとを用いた極板切断の要部の模式図
（ｂ）同２つのダイシリンダーを用いた極板切断の要部の模式図
【図２】同２つのダイシリンダーの刃を示す拡大図
【図３】本実施例と従来例における活物質の剥がれ数の比較を示す図
【図４】本実施例と従来例における極板厚みの比較を示す図
【図５】本実施例と従来例におけるサイクル寿命数の比較を示す図
【図６】本実施例と従来例による極板のそり値の比較を示す図
【図７】（ａ）従来例におけるダイシリンダーとアンビルシリンダーとを用いた極板切断の要部の模式図
（ｂ）同２つのダイシリンダーを用いた極板切断の要部の模式図
【符号の説明】
１，４，５，８，１３，１４ ダイシリンダー
２，９ アンビルシリンダー
３，６，７，１２，１７，１８ 刃
１０，１１，１５，１６ 弾性体

Claims (3)

1. 複数の集電耳部および格子体を連続して一体成形し、この格子部分に活物質ペーストを塗着して極板が連続した連続体を形成し、その後対向する２つのシリンダーで極板単位に打ち抜く製造法であって、連続体から極板単位に打ち抜く工程において弾性体を応力のかかる極板部分の外周に設けたシリンダーを用いて、前記シリンダーの刃の前後で極板に圧力をかけて打ち抜くことを特徴とする鉛蓄電池の極板製造法。
2. 複数の集電耳部および格子体を連続して一体成形し、この格子部分に活物質ペーストを塗着して極板が連続した連続体を形成し、前記連続した連続体を対向する２つのシリンダーでそれぞれの極板単位に打ち抜く製造装置であって、連続体をそれぞれの極板単位に打ち抜く工程において、弾性体を応力のかかる極板部分の外周に設けたシリンダーを用いて、前記シリンダーの刃の前後で極板に圧力をかけて打ち抜くことを特徴とする鉛蓄電池の極板製造装置。
3. 前記シリンダーが、弾性体を刃以外の外周全面に設けたことを特徴とする請求項２記載の鉛蓄電池の極板製造装置。

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