JP6147736B2 - 鉛酸電池中で使用する多機能ウェブ - Google Patents
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Description
鉛ペーストから湿気を吸収するため、また、鉛ペーストを金属グリッド上に残存することを確実なものにするため、製造プロセスの間に、ペースティングペーパー(pasting paper)が、典型的な支持材料として使用されている。
それによって完成した鉛プレートは、適当なサイズに切り出された後、オーブン内で乾燥され、かつ硬化される。
鉛酸電池を使用している間、2つの鉛プレート間のショートを防ぐため、通常、セパレータが2つの鉛プレートの間に挿入され、プレートは分離される。
その熱可塑性の容器は電解液としての硫酸によって満たされ、またその熱可塑性の容器バッテリーは蓋によって閉じられている。
このペースティングペーパーの分解は、2つの鉛プレートの間、またはプレートと(これが有る場合)セパレータとの間に、隙間の形成を導き、鉛プレートの侵食、特に摩擦による侵食を引き起こし、徐々にバッテリーの機能を悪化させるかもしれない。
その自動車の生産業では、環境に優しい技術を備えた自動車の生産を増加させることに起因して、高いライフサイクルを備えたバッテリーを必要としている。
それに準じて、自動車生産業には、高いライフサイクルバッテリーに対する強い要望が存在している。
とりわけ、(例えば)“始動と停止”技術などの新規技術は、エネルギーの節約や、二酸化炭素の排出を低減するためのものが発展し、一方で、より多くの給電と放電のサイクルを行うために、鉛酸電池に対する鉛は、その導入量を増加させている。
その標準的な鉛酸電池以外には、硫酸電解液が複数の鉛プレートの間に保持された、吸収性ガラスマット(AGM)タイプのバッテリーが知られている。
これらAGMバッテリーは、セパレータとプレートとの間の圧力に起因して、優れたライフサイクルを有する。
悪い道路条件では、更に、浮遊型鉛酸電池のライフサイクルは減少する。
その多機能ウェブを使用することによって、製造プロセスの間、又それに加えてバッテリーの寿命の間で、ペースティングペーパーの標準的機能(鉛ペーストから湿気を吸収すること、かつ鉛ペーストがグリッド上に残存することを確実なものにすること)を維持しながら、当該バッテリーのライフサイクルは改善する。
すなわち、それは、本発明の多機能ウェブを硫酸に接触させた際に、その天然繊維は時間と共に分解されていくのに対し、合成のヒートシール可能な繊維のネットは分解せずに残る。
そして合成のヒートシール可能な繊維のネットは、金属グリッド上にペーストを残存させ、かつ隙間の形成を防ぐ。それによって、鉛プレートの摩擦を減少させ、かつ鉛プレートの浸食を制限する。
その結果として、AGMバッテリーと従来の鉛酸電池のライフサイクルは、本発明に係る多機能ウェブを使用することによって改善できる。
更に、本発明は鉛プレートに関し、該鉛プレートは、本発明に係る多機能ウェブに接触する鉛ペーストによって被覆された金属グリッドを、含む。
(i)鉛ペーストを金属グリッドに塗布することによって、鉛ペーストで被覆した金属グリッド(被覆金属グリッド)を取得する工程、
(ii)本発明に係る多機能ウェブを前記被覆金属グリッドに貼付けることによって、多機能ウェブの貼付けられた被覆金属グリッド(貼付被覆金属グリッド)を取得する工程、
(iii)任意に、前記貼付被覆金属グリッドを適当なサイズにカットする工程、および
(iv)前記貼付被覆金属グリッドを乾燥させることによって、前記鉛プレートを取得する工程、を含む。
加えて、本発明は、鉛酸電池部品に関し、該鉛酸電池部品は、少なくとも2つの鉛プレートと、任意に、少なくとも一つのセパレータと、を含み、該プレートの内一つのプレートは前記本発明に係る鉛プレートである。
また一方で、本発明は下記特定の記載および実施形態によって制限されるものではないが、それらの記載は単純に本発明の目的に向けた説明を行うためのものである。
本発明に係る前記多機能ウェブは、通常、シートの形状を有する。
前記多機能ウェブの繊維はネットを形成するが、具体的には、前記天然繊維は天然繊維同士互いにネットを形成してもよく、また前記ヒートシール可能な繊維はヒートシール可能な繊維同士が互いにネットを形成してもよく、更に前記天然繊維は前記ヒートシール可能な繊維と一緒にネットを形成してもよい。
言い換えると、前記多機能ウェブは、ヒートシール可能な繊維と、天然繊維と、が含まれる一層を含むことが好ましい。
それによって、前記ネットを形成することは、上記のように容易に達成でき、かつ本発明の有益な効果がより発現され易い。
2つ、3つまたはそれ以上の各繊維群(ply)は、それぞれ同じ組成を備えていてもよい。
また、本発明の目的にふさわしい天然繊維は、当該技術分野において公知の天然繊維、例えば、麻、マニラ麻、黄麻、サイザル麻、レーヨン、アバカなどを含み、また、それ以外にも、軟材パルプや堅木パルプも含む。
天然繊維には、また上述した天然繊維を混合したものも使用することができる。
もし、多機能ウェブの重量を基準として、多機能ウェブ中の天然繊維の量が80wt%よりも多い場合、硫酸存在下において維持される合成のシールネットの構成が、特に鉛プレート上にペーストを維持すること及び摩擦を減らすことが困難である。
ここで使用されている“酸に対する抵抗性”とは、27%から38%(v/v)濃度を持つ硫酸中で分解しない繊維を意味する。
ヒートシール可能な繊維には、上記ヒートシール可能な繊維の混合物も使用することが出来る。
複合繊維は、異なる物理的および/または化学的特性(具体的には、異なる溶融特性)を持つ、2種類のポリマーから構成される。芯鞘型の複合繊維は、典型的に、高溶融点成分の芯と、低溶融点成分の鞘と、を持つ。
本発明の用途にふさわしい複合繊維の例としては、PET/PET繊維、PE/PP繊維およびPLA/PLA繊維などが挙げられる。
複合繊維には、また上述のヒートシール可能な複合繊維の混合物だけではなく、複合繊維と単一成分のヒートシール可能な繊維とを混ぜ合わせたものを使用することも出来る。
概して、天然繊維は35mmよりも短いものであって、好ましくは1mmから15mmであり、より好ましくは1mmから5mm、最も好ましくはその長さが1mmから4mmである。
概して、天然繊維は40mg/kmから400mg/kmの粗さを有し、好ましくは45mg/kmから300mg/km,より好ましくは50mg/kmから280mg/km、最も好ましくは60mg/kmから250mg/kmの粗さを有している。
上記繊維の粗さは繊維の単位長さ当たりの質量で定義される。
本発明の用途にふさわしいヒートシール可能な繊維は、典型的に1dtex(デシテックス)から5dtex、好ましくは1.5dtexから3dtex、より好ましくは2dtexから2.5dtex、最も好ましくは2.2dtexを有する。
この特性はウェット状態および乾燥状態にあるペーストに良好に接着する性能を与える。
前記多機能ウェブは、十分なVTR(蒸気透過率)と、空気透過性を備え、オーブンや硬化装置中で蒸気/湿気及び空気が多機能ウェブを通り抜けることを可能にする。
湿潤強度物質はウェット条件下における上記ペースティングペーパーの引張強度を改善する物質である。
湿潤強度物質の適切な例としては、ポリアミン-ポリアミド-エピクロロヒドリン樹脂や、メラミン-ホルムアルデヒド樹脂、又は、イソシアネートを含む。
また、本発明では、上記湿潤強度物質の混合物を使用することもできる。
しかしながら、本発明者らは、湿潤強度材料としてポリアミン-ポリアミド-エピクロロヒドリン樹脂を含む本発明に係る多機能ウェブであれば、その従来のペースティングペーパーに関する不利益を被らないことを見出した。
湿潤強度材料としてその優れた特性を考慮すると、このポリアミン-ポリアミド-エピクロロヒドリン樹脂は本発明に好適である。
まず、サスペンション(繊維群(ply))“A”は、天然繊維および水から形成される。
加えて、サスペンション(繊維群(ply))“B”は、ヒートシール可能な合成繊維、天然繊維、および水から作成される。
それらは、基本的に、複数の脱水チャンバー(dewatering chamber6,7および8)を通過する循環ワイヤー(5)(circulating wire5)に取り付けている。
その二つのサスペンション(繊維群(ply))AおよびBは、同時に又は連続的に循環ワイヤー(5)の上へと渡され、二つの繊維群(ply)をもつ多機能ウェブを成形する。
2つのサスペンション(2繊維群(ply))AとBをワイヤー上に連続的して供給する場合、脱水操作の結果として、2つの脱水繊維サスペンション(2繊維群(ply))が互いに、部分的に浸透する。
この乾燥工程は、接触乾燥や空気乾燥、或いはその両方のように、種々の乾燥方法によって達成することが出来る。
上記乾燥した繊維材料を加熱することによって、ヒートシール可能な繊維の一部が溶融する。
乾燥部と溶融部(スプーナー)とを通過した後、熱可塑性の繊維(ヒートシール可能な繊維の一部)は再凝固し、それによって、熱可塑性の繊維は少なくとも天然繊維の一部と強く結合し、その結果物である多機能ウェブがロール(11)に巻き取られる。
具体的には、本発明に係る多機能ウェブは、鉛ペーストを支持するために(すなわちペースティングペーパーとして)使用される。
本発明に係る多機能ウェブは、基本的には、複数の鉛プレート間のセパレータとして振る舞うものではない。
(i)鉛ペーストを金属グリッドに被覆し、それによってその鉛ペーストで被覆された金属グリッド(被覆金属グリッド)を取得する工程、
(ii)本発明に係る多機能ウェブを、前記被覆金属グリッドに貼付け、それによって貼付け被覆されたグッリド(貼付被覆金属グリッド)を取得する工程、
(iii)前記貼付け被覆金属グリッドを所定のサイズにカットする工程、および
(iv)前記貼付け被覆金属グリッドを乾燥させ、それによって前記鉛プレートを取得する工程、を含む。
それによって、製造工程において、鉛ペーストから湿気を吸収する効果と、前記グリッド上に該ペーストを保持しておく効果とを、一層改善させることができる。
上記の部分的乾燥工程では、基本的に、鉛ペーストの表面だけを乾燥させる。
また硬化および乾燥工程では、基本的に、化学反応を起こすことによって、鉛ペーストを硬化させている。
その金属グリッドは、連続する金属グリッドが好ましい。その金属グリッドの材料の例としては、鉛や鉛合金を含む。
鉛ペースト(23)が金属グリッドの上と中へ加えられて鉛ペーストで被覆された金属グリッドが得られる前に、下部多機能ウェブ(22)は、金属グリッド(21)の下で、_設置されている。
その後、上記貼付被覆金属グリッドは、通常(例えばローラー(25)の手段によって)プレスされる。
その次の工程では、上記(切断)貼付被覆金属グリッドは、オーブン(例えばフラッシュオーブン(27))によって、部分的な乾燥が成された後、基本的に、パレット上に堆積(28)させられる。
オーブン内の温度および滞留時間は、標準的な鉛プレートの製造において、当業者によって通常設定され得る範囲で調整される。
また上記パレットは硬化チャンバー内に輸送される。
その硬化チャンバー内の温度と湿度は、標準的な鉛プレートの製造において、当業者によって通常設定され得る範囲内で調整される。
本発明で使用する適切なそのセパレータは、特に制限されるものではなく、鉛酸電池の分野において、慣習的なセパレータを使用することができる。
そのセパレータの材料の典型例としては、ガラス繊維マット、ゴム、ポリエチレンやポリビニルクロライドを含む。
1つの多プレートセル要素は、複数の正極プレート、複数の負極プレートおよび複数のセパレータを含む。
この多プレートセル要素は、熱可塑性容器内に設置される。
6つの多プレートセル要素を連続して結合したものは、12Vバッテリーを形成する。
硫酸を加えた後、本発明に係る天然繊維は溶解し、ヒートシール可能な繊維は残る。それにより、合成のシール可能なネット(ヒートシール可能な繊維によるネット)は金属グリッド上の鉛ペーストを保持し、鉛ペーストの浸食を制限し、かつ摩擦を減らす。
天然繊維:柔木材パルプ(約44wt%)
ヒートシール可能な繊維:PET/PET複合繊維(2.2dtex/5mm)(約56wt%)
湿潤強度材料:ポリアミン‐ポリアミド‐エピクロロヒドリン樹脂(製紙後のペーパー中に約1wt%)
天然繊維:柔木材パルプ(100wt%)
湿潤強度材料:メラミン−ホルムアルデヒド樹脂(製紙後のペーパー中に約1wt%)
60℃で1日経過した後、本発明に係る多機能ウェブの合成繊維ネットは残存しているのに対して、標準的なペースティングペーパーは完全に分解した。
*260%硫酸による処理(期間1日/温度60°C)後
*3ISO1924−2に従い決定された。
*4ISO3781に従い決定された。
*5DIN53 887に従い決定された。
*6ISO8787に従い決定された。
60℃で一日、60%の硫酸で処理した後、図3下部に示すように、合成繊維ネットのみが残されている。
4・・・容器
5・・・循環ワイヤー
6・・・脱水チャンバー
7・・・脱水チャンバー
8・・・脱水チャンバー
9・・・材料
10・・・乾燥用円柱
11・・・ロール
21・・・金属グリッド
22・・・多機能ウェブ
23・・・鉛ペースト
24・・・ステップ
25・・・ローラー
26・・・切断
27・・・フラッシュオーブン
28・・・パレット
Claims (12)
- 鉛プレートの侵食を低減し、ペースティングペーパーの標準的機能を有する、鉛酸電池のペースティングペーパーとして使用する多機能ウェブであって、
前記多機能ウェブは天然繊維と、酸に対する抵抗性をもつヒートシール可能な繊維と、さらに湿潤強度物質を含み、
前記天然繊維は、多機能ウェブの重量に基づき20から80重量%で含まれ、前記ヒートシール可能な繊維は、多機能ウェブの重量に基づき20から80重量%で含まれ、
前記湿潤強度物質は、ポリアミン-ポリアミド-エピクロロヒドリン樹脂を含むものであることを特徴とする多機能ウェブ。 - 請求項1に記載の多機能ウェブであり、
前記天然繊維と、前記ヒートシール可能な繊維を単一層に含み、前記天然繊維と前記ヒートシール可能な繊維は融合してシール可能なネットを形成しているものである、多機能ウェブ。 - 請求項1または請求項2のいずれか1の請求項に記載の多機能ウェブであって、
前記ヒートシール可能な繊維は複合繊維を含むことを特徴とする多機能ウェブ。 - 請求項1〜3のいずれか1の請求項に記載の多機能ウェブであって、
前記多機能ウェブの坪量は9〜50g/m2であることを特徴とする多機能ウェブ。 - 請求項1〜4のいずれか1の請求項に記載の多機能ウェブを鉛酸電池中で使用する方法。
- 請求項5に記載の多機能ウェブを使用する方法であって、
前記多機能ウェブは鉛ペーストの支持材料として使用されることを特徴とする多機能ウェブを使用する方法。 - 請求項1〜4のいずれか1の請求項に記載の多機能ウェブを含む鉛プレートであって、
前記多機能ウェブに結合する鉛ペーストで被覆される金属グリッドを含むことを特徴とする、鉛プレート。 - 請求項1〜6のいずれか1の請求項に記載の多機能ウェブを含む鉛プレートの製造方法であって、
当該製造方法は、
(i)鉛ペーストを金属グリッドに塗布することによって、前記鉛ペーストで被覆した当該金属グリッド(被覆金属グリッド)を取得する工程、
(ii)請求項1〜4のいずれかの請求項の1つに記載の多機能ウェブを前記被覆金属グリッドに貼付けることによって、当該多機能ウェブの貼付けられた被覆金属グリッド(貼付被覆金属グリッド)を取得する工程、および
(iii)前記貼付被覆金属グリッドを乾燥させることによって、前記鉛プレートを取得する工程、を含むことを特徴とする鉛プレートの製造方法。 - 請求項8に記載の多機能ウェブを含む鉛プレートの製造方法であって、
工程(ii)と(iii)の間に、さらに前記貼付被覆金属グリッドを適当なサイズにカットする工程を含むことを特徴とする鉛プレートの製造方法。 - 請求項7に記載の鉛プレートを含む鉛酸電池であって、
当該鉛酸電池は少なくとも二つの鉛プレートを含み
前記鉛プレートの内、少なくとも一つは請求項7に記載の鉛プレートであることを特徴とする鉛酸電池。 - 請求項10に記載の鉛プレートを含む鉛酸電池であって、
当該鉛酸電池はさらに少なくとも一つのセパレータを含むことを特徴とする、鉛酸電池。 - 請求項10または11に記載の鉛酸電池であって、
硫酸を加えた後、前記天然繊維は分解され、前記ヒートシール可能な繊維は残存することを特徴とする鉛酸電池。
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