(57)【要約】【課題】鉛蓄電池用極板の熟成乾燥工程に先立って行なわれる予備的な乾燥工程において直接的および／あるいは間接的に発生する二酸化炭素ガスの発生量を削減すること。【解決手段】格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥する際に、極板にピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍ、好ましくは、前記ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍである赤外線を照射する。本構成により、活物質中の水分を直接加熱できるため、乾燥効率が高まり、結果として、この乾燥工程で直接的および／あるいは間接的に発生する二酸化炭素ガス排出量を抑制できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥装置であり、前記乾燥装置は極板にピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射する赤外線発生装置を備えた鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
【請求項２】
前記ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍである請求項１に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
【請求項３】
前記極板の前記予備乾燥前後の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサで得た前記乾燥前後の温度差が所定範囲内となるよう、前記赤外線の照射出力を制御する制御部を備えたことを特徴とする請求項１あるいは２に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
【請求項４】
格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法であり、前記極板にピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射して乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法。
【請求項５】
前記ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍである請求項４に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥方法。
【請求項６】
前記極板の前記乾燥前後の温度差を計測し、前記温度差が所定範囲内になるよう、前記赤外線の照射出力を制御することを特徴とする請求項４あるいは５に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は鉛蓄電池用極板の乾燥装置、ならびに鉛蓄電池用極板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉛蓄電池に用いる極板の製造工程は、主に以下の工程からなる。
【０００３】
（１）格子製造工程
鉛、もしくはアンチモン、スズ、カルシウム等の所定組成の合金成分を含有した鉛合金から格子体を成型する。鋳造法やエキスパンド法により形成される。
【０００４】
（２）ペースト練合工程
最終的に電池活物質に転化する活物質ペーストを製造する工程であり、鉛酸化物や金属鉛粉を含む原料鉛粉にリグニン、カーボン、硫酸バリウム、スズ化合物等の添加剤を投入し、水もしくは希硫酸を投入して練合、あるいは水練合と希硫酸練合を段階的に行って活物質ペーストを製造する。
【０００５】
（３）ペースト充填工程
格子製造工程で得た格子体にペースト練合工程で得た活物質ペーストの所定量を充填する。
【０００６】
（４）予備的な乾燥工程
活物質ペーストを熟成乾燥するに先立って、活物質ペースト中の水分量を熟成乾燥に適した量に調整したり、あるいは活物質ペースト中に過剰に含まれる水分を除去し、熟成乾燥中に極板同士が固着することを防止する目的で、予備的な乾燥を行う。
【０００７】
（５）熟成乾燥工程
活物質ペースト中に含まれる硫酸鉛、金属鉛、酸化鉛を化成に適した塩基性硫酸鉛に転化するための工程。４０〜８５℃の加温加湿雰囲気で行われる熟成と、熟成終了後に残存する水を除去するための乾燥工程からなる。
【０００８】
鉛蓄電池極板の特性は、熟成乾燥後の未化成活物質の化学的組成や、その細孔径分布といった物理的性質によって決定付けられる。したがって、鉛蓄電池の性能のばらつきを抑制するために、熟成乾燥状態のばらつきの抑制が重要である。熟成乾燥状態のばらつきは熟成乾燥工程における温度や湿度のばらつきの他、熟成乾燥を開始する時点で、極板中に含まれる水分量に大きく影響を受ける。
【０００９】
例えば、熟成開始時における極板中の水分量が過少であると、熟成反応が十分に進行しない。また、反対に水分量が過多であると、熟成乾燥工程後でも乾燥が完了しなかったり、場合によっては、極板同士を重ね合わせた状態で熟成乾燥した場合に、極板同士が固着してしまうという問題があった。
【００１０】
したがって、熟成乾燥前に極板から過剰な水分を除去し、活物質ペースト内の水分調整を行う予備乾燥が行われている。例えば特許文献１には、このような予備乾燥工程において、赤外線水分センサを用いて活物質中の水分量を測定し、それに応じて乾燥機内の温度を制御することが示されている。
【００１１】
特許文献１の構成によれば、乾燥機内の雰囲気温度を昇音させて極板を間接的に加熱し、活物質ペースト中の水分を除去すること、またその除去量は雰囲気温度を変化させることによってコントロールすることが示されている。
【００１２】
しかしながら、雰囲気温度を昇温するのみでは乾燥に時間を要するため、乾燥機内の極板通過距離はある程度の距離が必要であり、また、乾燥機内の通過時間もある程度の時間を確保する必要があり、工程処理速度を高める上で制限が多い。
【００１３】
また、乾燥能力を高めるために、乾燥機内の温度を高めたり、温風を極板に吹き付けることが考えられるが、単にこれらの方法では、均一な乾燥は行われないことがわかってきた。すなわち、極板全体としての活物質中の水分量は適正な範囲であるにもかかわらず、極板表面付近の活物質ペーストのみが過剰に乾燥し、予備乾燥に引き続き行われる熟成乾燥工程において、極板表面付近の活物質ペーストの熟成が十分に進行しなかったり、熟成乾燥後の極板表面に亀裂が入ったり、あるいは極板表面に貼り付けたペースト紙が剥離して活物質が極板から脱落しやすくなるという課題があった。
【００１４】
極板表面の熟成不足は電池容量不足や短寿命を引き起こす。また、極板表面の亀裂やペースト紙剥離によって引き起こされる活物質の脱落も電池容量や寿命性能の低下を引き起こしたり、電池組み立て工程で活物質が脱落しやすくなり、脱落活物質によって内部短絡が生じる等の電池性能上の課題を引き起こしていた。
【００１５】
また、温風の供給風量を高めた場合、平板状の極板が温風に舞い上げられて落下し、破損する場合もあった。
【００１６】
さらには、極板品種切り替えや、極板生産ライン、例えば予備乾燥後の極板集積装置等の異常停止によって乾燥機内に極板が滞留した場合、滞留極板は予備乾燥が過剰となり、熟成乾燥に必要な水分が失われてしまうために、廃棄せざるを得なかった。
【００１７】
本発明の発明者は、前記した状況に鑑み、特許文献２に示したように、予備乾燥の熱源として、従来の温風に加えて波長４μｍ〜１０００μの遠赤外線ヒータを併用する手法を提案した。
【特許文献１】特開平１−１４９３６４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１３８９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一方、近年、地球温暖化防止のため、温室効果ガス、特に二酸化炭素ガス排出削減の取組みがなされている。鉛蓄電池業者においても同様であるが、特に、鉛蓄電池を製造する工程は、加熱（鉛合金の溶融、溶接）、乾燥（鉛蓄電池極板の予備乾燥、熟成乾燥）、通電（セル間の抵抗溶接、化成充電）といったエネルギーを大量に消費する工程が多い。
【００１９】
この点で、特許文献２で本発明の発明者が提案した手法は、乾燥用の温風を供給するにあたり、燃料ガスを燃焼する際に、直接的に二酸化炭素ガスが排出される。また、遠赤外線ヒーターによる乾燥は、直接的には二酸化炭素ガスを排出しないものの、電力を使用している。そして、日本国内における電力供給は、その６０％程度を火力発電に依存していることから、電力の使用は、直接的に二酸化炭素ガスを排出しないまでも、間接的に二酸化炭素ガスを排出していることなる。なお、使用電力量あたりのＣＯ２排出量は、１ｋＷｈ当り約４００ｇと言われている。
【００２０】
本発明は、昨今の二酸化炭素ガス排出削減の取組みに関連して、鉛蓄電池用極板の予備乾燥工程で直接的あるいは間接的に排出される二酸化炭素ガス量を削減することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
前記した課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥装置であり、前記乾燥装置は極板にピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射する赤外線発生装置を備えた鉛蓄電池用極板の乾燥装置を示すものである。
【００２２】
また、本発明の請求項２に係る発明は、請求項１の鉛蓄電池用極板の乾燥装置について、前記ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍであることを特徴とするものである。
【００２３】
さらに、本発明の請求項３に係る発明は、請求項１あるいは２に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥装置において、前記極板の前記乾燥前後の温度を計測する温度センサを備え、前記温度センサで得た前記乾燥前後の温度差が所定範囲内となるよう、前記赤外線の照射出力を制御する制御部を備えたことを特徴とするものである。
【００２４】
また、本発明の請求項４に係る発明は、格子体に活物質ペーストを充填した未乾燥状態の極板を熟成乾燥に先立って予備乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法であり、前記極板にピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射して乾燥を行う鉛蓄電池用極板の製造方法を示すものである。
【００２５】
また、本発明の請求項５に係る発明は、請求項４に記載の鉛蓄電池用極板の乾燥方法において、前記ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍであることを特徴とするものである。
【００２６】
そして、本発明の請求項４あるいは５に記載の鉛蓄電池用極板の製造方法において、前記極板の前記乾燥前後の温度差を計測し、前記温度差が所定範囲内になるよう、前記赤外線の照射出力を制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
前記した本発明の各請求項の構成によれば、鉛蓄電池用極板の熟成乾燥工程に先立つ、乾燥工程において、工程処理速度を損なうことなく、直接的および間接的に排出される二酸化炭素ガス量を顕著に削減することができる。
【００２８】
また、特に、温度センサにより極板の温度変化を一定となるよう制御することにより、乾燥時の水分蒸発量のばらつきを顕著に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明の実施形態による鉛蓄電池極板の乾燥装置１の構成例を説明する。本発明の乾燥装置１はペースト充填済みの極板２を乾燥するための乾燥室６を有し、コンベア３等の搬送手段により、極板２を乾燥室６の始端から終端まで移動させる間に、極板２に充填された活物質ペースト（図示せず）からの水分の一部を乾燥除去する。なお、活物質ペーストとして、鉛蓄電池用の公知の、水分を含む活物質ペーストを用いることができる。
【００３０】
本実施形態では、乾燥室６内の極板２の移動経路内に、極板２の表面に、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの赤外線を照射する、赤外線ヒータ４を有するとともに、この赤外線ヒータ４に電力を供給する電力供給部７を有し、赤外線ヒータ４と電力供給部７で赤外線発生装置９を構成する。
【００３１】
本発明で用いる赤外線ヒータ４が発生する赤外線のピーク波長は、０．８μｍ〜３．５μｍを有している。なお、一般的に波長０．７μｍ〜２．５μｍの電磁波は、近赤外線とよばれ、波長２．５μｍ〜４μｍの電磁波は、中赤外線と呼ばれている。
【００３２】
本発明では、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍの、近赤外線領域から、中赤外線領域の一部を含む波長領域の赤外光を極板２に照射することにより、極板２に充填された活物質ペースト中の水分が直接加熱され、極板２より蒸発除去される。一方、特許文献２で示した遠赤外線は、主として極板自体の発熱により、活物質ペースト中の水分が、間接的に蒸発除去される。したがって、本発明によれば、従来の遠赤外線を用いた構成に比較して、乾燥効率に優れるため、乾燥に要する電力量を大幅に削減できるという顕著な効果を奏する。
【００３３】
赤外線ヒータ４のピーク波長が３．５μｍを越え、例えば４μｍ以上となった場合、前記したように、活物質中の水分は間接的に加熱されるため、乾燥効率が著しく低下するため、ピーク波長は３．５μｍ以下とする。また、ピーク波長が０．７μｍ未満の場合も、乾燥効率が低下する。したがって、極板２の乾燥効率の向上による使用電力の削減を目的として、極板２に照射する赤外線のピーク波長は０．７μｍ〜３．５μｍのものを使用する。
【００３４】
上記したピーク波長の赤外線を発生するヒータは、各種市販されているため、その中から、適宜選択すればよい。例えば、発熱体としてタングステンフィラメントを用いた赤外線ヒータは、ピーク波長が０．７μｍ〜１．５μｍである。また、カンタル線（Ｆｅ−５．０〜６．０ｗｔ％Ａｌ−２０〜２５ｗｔ％Ｃｒ）を発熱体として用いた赤外線ヒータのピーク波長は２．５μｍである。
【００３５】
前記した本発明の効果を得るために、ピーク波長を０．７〜３．５μｍとすればよいが、特に、その中でもピーク波長が０．７〜１．５μｍの近赤外線を発生する赤外線ヒータは、温度安定時間（通電開始から、ヒータ温度が安定するまでに要する時間）が１秒程度である一方、上記のような、ピーク波長が２．５μｍの中赤外領域にある赤外線ヒータの温度安定時間は約６０秒である。
【００３６】
このような、赤外線ヒータ４の温度が安定するまでの間は、当然のことながら、極板２の乾燥を行なうには好ましくないことは明らかであり、温度安定時間が長いほど、無駄に電力を消費することとなる。したがって、使用電力量を削減するためには、温度安定時間がより、短い、ピーク波長が０．７〜１．５μｍの領域にある、赤外線ヒータを用いることがより好ましい。
【００３７】
このような、赤外線ヒータの温度安定時間という観点では、例えば、発熱体としてニクロム線やセラミックを用いた、ピーク波長が３．８μｍのものは、温度安定時間が通電後３分から６分と、極めて長く、この間の赤外線ヒータへの通電電力量は乾燥に寄与しないため、電力量に無駄が生じ、好ましくない。
【００３８】
また、乾燥室６の内壁に反射鏡を配置すれば、極板２の表裏を均一に乾燥できるため、さらに好ましい。なお、乾燥室６の内部に温度センサ（図示せず）を配置し、乾燥室６の温度によって、赤外線発生装置９の出力を制御することにより、乾燥による水分乾燥量を制御することができることもできる。
【００３９】
上記したような、極板２の乾燥にあたり、ピーク波長が０．７μｍ〜３．５μｍ、より好ましくは、０．７μｍ〜１．５μｍのピーク波長を有する赤外線を、極板２に照射することにより、従来の遠赤外線や温風乾燥を用いた乾燥装置あるいは乾燥方法に比較して、乾燥工程で直接的に二酸化炭素ガスを排出せず、また、使用電力量も大幅に削減できるため、電力使用に伴い、間接的に排出する二酸化炭素ガスを大幅に削減することができる。
【００４０】
本発明において、より好ましくは、図１に示したように、極板２の、乾燥室６への搬入端もしくはその近傍に温度センサ５を配置するとともに、乾燥室６の極板２の搬出端もしくはその近傍に温度センサ５′を配置し、乾燥室６を通過した前後の極板の温度差を計測し、この温度差が一定となるよう、制御部８で赤外線発生装置の出力を制御することができる。このような制御によれば、乾燥室６の周囲の雰囲気温度が季節によって変動しても、乾燥前後の極板２の水分蒸発量のばらつきを削減でき、結果として、乾燥後の活物質ペースト中に含まれる水分含有量のばらつきをより低減することが可能となる。
【００４１】
また、本発明の乾燥方法および装置は、水分の乾燥効率に優れるため、乾燥室６の容積も特許文献２に示された乾燥装置に比較して、大幅に削減でき、装置の小型化が達成できる。
【００４２】
なお、本発明の効果を具体的に数値で例示すると、特許文献２で示された乾燥装置（以下、従来の乾燥装置）と本発明による乾燥装置で、極板２の時間当たりの乾燥処理能力を同一とした場合、従来の乾燥装置の乾燥室の容積を１００％とした場合、本発明のものは４０〜３０％と乾燥室６の小容量化が可能となり、装置全体の小型化が可能となる。
【００４３】
また、極板乾燥時に直接的および／あるいは間接的に発生する二酸化炭素ガス量は、従来例の乾燥装置を１００％とした場合、本発明のものは、５０％まで大幅に削減可能であり、極めて顕著な効果を奏する。なお、この場合の本発明のものは、０．７μｍ〜１．５μｍにピーク波長を有する赤外線を照射した例であり、２．５μｍのピーク波長の赤外線を用いた場合、５２％程度までの削減であった。
【００４４】
また、本発明において、温度センサ５，５′を用いた構成において、乾燥前後の極板２の温度差を例えば、１５℃程度に一定に制御することにより、季節によって外気温度が変動しても、活物質ペースト中の水分量の減少量のばらつきを抑制できる。例えば、本発明の乾燥装置１を用い、乾燥室外の外気温度が１５℃、３０℃と変化させ、温度センサ５′での極板２の温度、すなわち、乾燥室６を通過した直後の極板温度を一定とした制御をおこなったときの蒸発水分量のばらつき（標準偏差）を１００％としたとき、本発明の好ましい本発明の構成、すなわち、温度センサ５，５′で極板２の乾燥前後の温度差を一定に制御することにより、乾燥室６の外気温度が１５℃、３０℃と変化させた場合においても蒸発水分量のばらつきを６０％程度まで大幅に削減することが可能となった。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、様々な用途に用いられる鉛蓄電池の極板製造に極めて好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明による鉛蓄電池用極板の乾燥装置を示す図
【符号の説明】
【００４７】
１  乾燥装置
２  極板
３  コンベア
４  赤外線ヒータ
５，５′  温度センサ
６  乾燥室
７  電力供給部
８  制御部
９  赤外線発生装置
【図１】
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