(57)【要約】本発明は、蓄電池の液状低ナトリウムシリケート化成液および電池化成方法に関するものである。シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾル５〜１５重量分と１５〜２５重量分の水を取り出し、無機酸で混合物のｐＨを１〜４に調節し、１０００〜６０００ガウスの磁場中にて５〜１０分間磁化し，粘度が０.０２ポアズより小さい液状低ナトリウムシリケート化成液を得る。この液状低ナトリウムシリケート化成液を電池槽に入れ、化成チャージャーで室温で３０〜５０時間電力を通じて化成する。この液状低ナトリウムシリケート化成液は、蓄電池を作って化成する時に、大量の酸霧が排出する問題を完全に解決し、環境にひどい汚染と労働者への大きな被害を避けることができる。当該化成液は液状であるため、流動性がよいし、化成する時に熱が発生しないし、短時間で充分に化成することができ、作った蓄電池の放電能力を２５Ｃ〜３０Ｃ以上に高めることができた。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾルを５〜１５重量分を取り出すステップ、
（２）攪拌しながら１５〜２５重量分の水をステップ（１）のシリカゾルに加え、ボーメ計でこの混合物の濃度を測り、ボーメ度が０.６５〜０.８５°Ｂｅ’になった時点で水を加えることを停止するステップ、
（３）上記ステップ（２）で得た混合物に無機酸を加えながらそのｐＨ値を測り、ｐＨ値が１〜４である時に無機酸を加えることを停止し、シリケート混合物を得るステップ、
（４）上記ステップ（３）のシリケート混合物を１０００〜６０００ガウスの磁場中に置き、５〜１０分間磁化し、磁化した混合物を得るステップ、および
（５）上記ステップ（４）で磁化した混合物を攪拌しながら回転粘度計でその粘度を測り、粘度が０.０２ポアズより低くなった時点で攪拌を停止するステップ
を含む磁化工法による製造方法で作ったことを特徴とする蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液。
【請求項２】
上記した水は、脱イオン水或いは蒸留水であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液。
【請求項３】
上記した無機酸は、塩酸、シュウ酸、硫酸のうちのいずれか一つを含むことを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液。
【請求項４】
上記した攪拌は機械での攪拌であり、その速さが７００〜１４００rpmであり、５〜１０分間攪拌することを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液。
【請求項５】
上記した磁場は、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石で作った１０００〜６０００ガウスを有する丸い桶であることを特徴とする請求項１に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液。
【請求項６】
請求項１に記載した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液の電池化成方法であって、
（Ａ）プレートグリッドを作るステップであって、鉛或いは鉛合金で正六角形の蜂房のようなグリッドを作り、その大きさをちょうど箱式蓄電池のケースに入れるとよい大きさにし、マイナスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より２０％〜６０％増やし、プラスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より３０％〜８０％増やしたプレートグリッドを作るステップ、
（Ｂ）プラスプレート用のペーストとして、鉛粉末１００ｋｇ、グラファイト５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸１２.２６ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作った、密度が４.２ｇ／ｃｍ３である鉛ペーストを塗りつけるとともに、
マイナスプレート用のペーストとして、鉛粉末１００ｋｇ、硫酸バリウム５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸８.１９ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作った、密度が４.３ｇ／ｃｍ３である鉛ペーストを塗りつけるステップ、
（Ｃ）鉛ペーストを塗りつけた上記ステップ（Ａ）で作ったプレートグリッドを電池のケース内に置き、電池のケースの内部をいくつかの格子に分け、各格子を２Ｖを設定していて、各格子内に各プラスグリッドと各マイナスグリッドを密着させて置き、プラスグリッドとマイナスグリッドの間に一つの仕切り綿を置き、隣接の両プレートは間に隙間のないように置かれ、各格子内いっぱいに配列され、同種のグリッドについた板耳は同じ側に置き、同一の格子に置いたプラスグリッドとマイナスグリッドはそれぞれ母線でそのついた板耳を並列に連結し、格子と格子の間にプラスグリッドとマイナスグリッドはそれぞれバインディングポストで直列に連結してから、陽極柱及び陰極柱に連結し、そして、電池のケースの上に蓋をかぶせ、エポキシ樹脂で各格子をよく密封し、格子の間に通気ができないようにするステップ、
（Ｄ）調製済みの上記した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液をステップ（Ｃ）の電池槽中の各格子に注ぎ、プレートについた板耳以外の他の部分を化成液中に１２〜２４時間浸すステップ、および
（Ｅ）化成チャージャーで電力を通じ、室温で３０〜５０時間化成するステップ
を含むことを特徴とする蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液の電池化成方法。
【請求項７】
上記した化成チャージャーが「uc−ＫＧＣＦＤ２マイクロコンピューター電池化成放電電源」或いは「uc−ＫＧＣＦＤ１経済型４０回路充放電電源」を使って電池に電力を通じて化成することを特徴とする請求項６に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液の電池化成方法。
【請求項８】
最も好ましい化成時間は４８時間で、最も好ましい化成の電圧は２.０７〜２.６Ｖであることを特徴とする請求項６に記載の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液の電池化成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は蓄電池用化成工法技術、特に蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液及び電池化成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
蓄電池の化成は蓄電池を作るために欠けてはいけない工程である。通常、化成工程は化成してないプレートが硫酸溶液を主成分とした電解質溶液の中で電気化学反応を通して化成したプレートにするものであり、プレートについたドライ鉛ペーストを活性物質に転化し、つまり、プラスプレートにα―ＰｂＯ２とβ―ＰｂＯ２を生成させ、マイナスプレートに海綿状金属鉛を生成させ、この工程を化成という。通常、蓄電池プレートの化成は槽化成（Tank  Formation）と電池化成（Block  Box  Formation；Container  Formation）という二つの方法に分けられる。どちらにしても、水と硫酸を配合して作った化成液（硫酸溶液を主成分とした化成液）である。化成のステップには、溶接、浸し、電力を通じて化成する工法などが含まれる。これらの化成ステップでは大量の酸霧が排出され、環境にひどい汚染をもたらすこともあれば、労働者が大きな被害を受けることもある。また、硫酸と水で組成した化成液で化成を行う方法は、工法ステップが複雑化し、仕事がかなりつらくなり、化成の時間も長く、また、プレート化成が不充分なために電池の容量が小さくなる欠点もある。
【発明の開示】
【０００３】
本発明は、硫酸溶液を主成分として水と組成した化成液の欠点を克服し、化成過程で酸霧の排出による環境の汚染と労働者の被害問題を完全に解決し、蓄電池業界のために、安全な作業環境を作り出し、化成時間を短縮し、充分な化成と電池の容量を高めることを達成し、また、同時に化成工程と作業のつらさを減らすために、蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液及び化成方法を提供することを目的とする。
【０００４】
本発明の目的は次のように実現した。
本発明は、蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液を提供した。当該液状低ナトリウムシリケート化成液は磁化工法を採用し、次のようなステップを含む製造方法で製造した。
１.シリカ含有量４０〜６０ｗｔ％のシリカゾルを５〜１５重量分を取り出す。
２.攪拌しながらステップ１のシリカゾルに１５〜２５重量分の水を加え、ボーメ計でこの混合物のボーメ濃度を測り、ボーメ濃度が０.６５〜０.８５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止する。当該水は、脱イオン水或いは蒸留水であることが好ましい。
３.無機酸で混合物のｐＨを調節し、上記のステップ２で得た混合物の中に無機酸を加えながらこの混合物のｐＨを測り、ｐＨが１〜４になった時点で無機酸を加えることを停止する。当該無機酸は、塩酸、シュウ酸、硫酸のうちのいずれか一つを含む。
４.上記ステップ３で得た混合物を磁場強度が１０００〜６０００ガウスを有する磁場中に置き、５〜１０分間磁化する。上記した磁場は磁性材料で作った丸い桶でもよいし、又は交流磁場或いは直流磁場でもよい。尚、上記した磁性材料はＮｄ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｆｅ−Ｏ磁性材料或いはその他の磁性材料であることが好ましい。
５.上記ステップ４で磁化した混合物を攪拌する。その攪拌方式は人工的な攪拌或いは機械的な攪拌を含む。その機械的な攪拌の速さは７００〜１４００rpmであり、５〜１０分間攪拌することが好ましく、攪拌によりステップ４で得た混合物の粘度を低くし、回転粘度計でその粘度を測り、その粘度が０.０２ポアズになった時点で攪拌を停止し、粘度が０.０２ポアズ（ｍＰａｓ）より小さい蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液を得る。
【０００５】
本発明で提供した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液は、普通の蓄電池と特殊の蓄電池に使え、たとえば深海蓄電池の化成液として使える。
【０００６】
本発明の蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液を使って電池化成を行う方法は次のステップを含む。
１.プレートグリッドを作る。鉛或いは鉛合金で正六角の蜂房のようなグリッドを作り、その大きさをちょうど箱式蓄電池のケースに入れるとよい大きさにし、プラスグリッドとマイナスグリッドの厚さは普通の物と同じであるが、マイナスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より２０％〜６０％増やし、プラスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より３０％〜８０％増やす。
【０００７】
２.プレートに鉛ペーストを塗りつける。本発明はプレートに塗りつけた鉛ペーストが普通の鉛蓄電池のプレートに塗りつけた鉛ペースト或いは鉛合金ペーストとは異なり、本発明のプラスプレートに塗りつけた鉛ペーストは、鉛粉末１００ｋｇ、グラファイト５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸（２５℃にて  ｄ＝１.３８）１２.２６ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作ったものであり、当該鉛ペーストの密度は４.２ｇ／ｃｍ３であり、普通の方法でこれをプラスプレートに塗りつける。
本発明のマイナスプレートに塗りつけた鉛ペーストは、鉛粉末１００ｋｇ、硫酸バリウム５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸（２５℃にて  ｄ＝１.３８）８.１９ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作ったものであり、当該鉛ペーストの密度は４.３ｇ／ｃｍ３であり、普通の方法でこれをマイナスプレートに塗りつける。上記した水は、蒸留水或いは脱イオン水を含む。
【０００８】
３.上記ステップ２で作った鉛ペーストを塗りつけたマイナスグリッド、プラスグリッドを電池のケース内に置き、電池ケースの内部をいくつかの格子に分け、各格子を２Ｖに設定し、各格子内に各プラスグリッドと各マイナスグリッドを密着させて置き、プラスグリッドとマイナスグリッドの間に一つの仕切り綿を置き、隣接の両プレートは間に隙間のないように置かれ、各格子内いっぱいに配列され、同種のグリッドについた板耳は同じ側に置き、同一の格子に置いたプラスグリッドとマイナスグリッドはそれぞれ母線でそのついた板耳を並列に連結し、格子と格子の間にプラスグリッドとマイナスグリッドをそれぞれバインディングポストで直列に連結してから、陽極柱及び陰極柱に連結する。グリッド、極柱、及びバインディングポストの間の接続方式は普通の蓄電池の取り付け方式と同じであり、そして、電池のケース上に蓋をかぶせ、エポキシ樹脂で各格子をよく密封し、格子の間に通気ができないようにする。
【０００９】
４.調製済みの本発明から提供した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液を槽中の各格子に注入する。化成液を電池槽に注ぐ時、電池槽を等速で振動させ、その中の空気を除いて化成液を電池のケース内に満たし、プレートに付いた板耳以外の他の部分を化成液中に１２〜２４時間浸し、化成液でプレートと仕切り綿を染透する。このようにすれば、化成する時に熱が発生せず、充分な化成を達することができる。
【００１０】
５.化成チャージャーで電力を通じて化成し、例えば、「uc−ＫＧＣＦＤ２マイクロコンピューター電池化成放電電源」或いは「uc−ＫＧＣＦＤ１経済型４０回路充放電電源」を使って、ステップ４でできた電池に電力を通じて化成する。化成の温度は室温で、化成の時間は３０〜５０時間である。時間が４８時間で、電圧が２.２Ｖで化成するのが最も好ましい。
【００１１】
１．本発明が提供した蓄電池用の液状低ナトリウムシリケート化成液は、蓄電池を製造する時における化成のステップで大量の酸霧を排出する問題を完全に解決し、環境にひどい汚染と労働者への大きな被害を免れる。したがって、社会的な効果はとても大きい。
【００１２】
２.本発明を使った液状低ナトリウムシリケート化成液は液状の化成液であるため、従来のコロイダル化成液が化成する時に発生する問題を克服し、当該液状の化成液は流動性がよい。化成する時に熱が発生しないし、短時間で充分に化成することができる。
【００１３】
３.本発明は自ら製造した鉛ペーストと厚さが違うプラスグリッドおよびマイナスグリッドを使って、特にグリッドの縁の厚さは中の部分より厚いため、グリッドに鉛ペーストを多く塗りつけることができる。このようにすれば有効な活性物質の量もかなり増える。ファラデーの第二法則によって、電池が放電する時に必ず一定数の有効活性物質を消耗する。したがって、本発明の液状低ナトリウムシリケート化成液と化成方法で作った蓄電池は、その放電能力が２５Ｃ〜３０Ｃ以上に高まった。
【００１４】
４.本発明に係る液状低ナトリウムシリケート化成液は、この蓄電池の電解質でもある。この化成工法を使って化成工法が簡単になり、また、労働者の負担を軽くし、化成の時間を短縮し、効率も高くなる。
【００１５】
５.本発明の液状低ナトリウムシリケート化成液を使う時に、化成液に浸す時間が長いため、それに化成液を注ぐ時、電池槽を等速で振動させ、プレートが完全に染透されるとともに、空気を徹底的に除くことができる。これらの工夫によって、電力を通じて化成する時に、化成が充分に実現され、蓄電池を使う時に熱を発生せず、電池の容量も非常に高めることができた。
【００１６】
６.本発明の液状低ナトリウムシリケート化成液を使って化成して作った蓄電池の使用寿命を、１０００回以上に高めた。この蓄電池は温度が−５０℃〜＋６０℃の間でも正常に使用でき、スタート能力が高く、放電能力を３〜７Ｃから３０Ｃ以上に高めた。この蓄電池は自放電がきわめて小さいため、１８か月の貯蔵後でも正常に使用できるし，比エネルギーは５３Ｗ／ｋｇ以上に達する。本発明の液状低ナトリウムシリケート化成液を使って化成をする化成カーブは図１の通りである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例１
まず、本発明の１２Ｖ１２Ａｈの鉛蓄電池に使う液状低ナトリウムシリケート化成液を調製する。
１.市販の試薬級（商品名：S-４０型）であるシリカ含有量４０ｗｔ％のシリカゾル５重量分、実際には５kgの当該シリカゾルを取り出す。
２.攪拌しながら、１２.５Ｌの蒸留水を上記のシリカゾルに滴下し、ボーメ計で当該溶液の濃度を測り、ボーメ計による値が０.６５°Ｂｅ’になった時点で、蒸留水を加えることを停止する。
３.上記ステップ２で得た混合物に市販の９８.３％の硫酸を加えると同時に、酸度計でそのｐＨを測り、ｐＨが１.５７になった時点で、硫酸を加えることを停止し、実際には２Lの硫酸を加えた。
４.上記ステップ３で得た混合物を、Ｎｄ―Ｆe―Ｂ磁石で作られ、直径が８００ｍｍであり、桶の高さが８００ｍｍである丸い桶の中に置く。この場合、磁場強度は４０００ガウスであり、当該混合物をこの磁場中心に置いて８分間磁化する。
５.上記ステップ４で磁化した混合物を機械の攪拌方式で１０分間攪拌する。この場合、攪拌の速さは７００〜１４００rpmであり、６分間攪拌する。また、回転粘度計でその粘度を測り、その粘度が０.０２ポアズより小さくなれば攪拌を止める。これらにより、１２Ｖ１２Ａｈの鉛蓄電池に使う液状低ナトリウムシリケート電解質が得られる。
【００１８】
実施例２
実施例１で作った液状低ナトリウムシリケート化成液を使用して、電池化成を行う。そのステップは次のようである。
（１）まず、プレートグリッドを作る。鉛或いは鉛合金で正六角形の蜂房（蜂の巣）のようなグリッドを作る。その大きさはちょうど箱式蓄電池のケースに入れるとよい大きさである。プラスグリッドとマイナスグリッドの厚さは普通の物と同じであり、区別はマイナスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より６０％増やし、プラスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より８０％増やすところにある。
（２）通常の方法で本発明のプラスプレート鉛ペーストをプラスグリッドに塗りつける。このプラスグリッド鉛ペーストは、鉛粉末１００ｋｇ、グラファイト５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸（２５℃にて  ｄ＝１.３８）１２.２６ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作ったものであり、当該鉛ペーストの密度は４.２ｇ／ｃｍ３である。
通常の方法で本発明のマイナスプレート鉛ペーストをマイナスグリッドに塗りつける。このマイナスグリッド鉛ペーストは、鉛粉末１００ｋｇ、硫酸バリウム５００ｇ、短い繊維で作った紙５０ｇ、硫酸（２５℃にて  ｄ＝１.３８）８.１９ｋｇおよび水１４ｋｇを混合して作ったものであり、当該鉛ペーストの密度は４.３ｇ／ｃｍ３である。
（３）ステップ（２）で作った鉛ペーストを塗りつけた化成してないグリッドを電池のケース内に置き、電池のケースの中の各格子を２Ｖに設定していて、これをあわせて６格子設置し、格子と格子の間を仕切り壁で分けている。各格子内に各プラスグリッドと各マイナスグリッドを密着させて置き、プラスグリッドとマイナスグリッドの間に一つの仕切り綿を置く。隣接の両プレートは間に隙間のないように置かれ、各格子内いっぱいに、あわせて６枚マイナスグリッド、１０枚の仕切り綿および５枚のプラスグリッドが配置される。同種のグリッドについた板耳は同じ側にあり、同一の格子に置いたプラスグリッドとマイナスグリッドはそれぞれ母線でそのついた板耳を並列に連結し、格子と格子の間にプラスグリッドとマイナスグリッドをそれぞれバインディングポストで直列に連結してから、陽極柱及び陰極柱に連結し、そして、電池のケース上に蓋をかぶせ、エポキシ樹脂で各格子をよく密封し、格子の間に通気ができないようにする。
（４）実施例１で調製した液状低ナトリウムシリケート化成液を槽中の各格子に注入し、電池を振動機にのせて、電池槽に化成液を注ぎながら、電池槽を等速で振動させ、その中の空気を除いて化成液を電池のケースに満たし、プレートに付いた板耳以外の他の部分を化成液中に２０時間浸し、化成液をプレートと仕切り綿に染透させる。このようにすれば、化成する時に熱が発生せず、充分な化成を達することができる。
（５）化成チャージャーで電力を通じて化成し、例えば、「uc−ＫＧＣＦＤ２マイクロコンピューター電池化成放電電源」を使って、電池に電力を通じて化成する。化成の温度は室温で、化成の時間は４８時間で、最も好ましい化成電圧が２.２Ｖである。本実施例においては、１２Ｖ１２Ａｈ電池の電池化成カーブが図２のように示される。
【００１９】
本実施例１で調製した化成液を使って化成を行い、この化成に用いた化成液は当該蓄電池の電解質としても使われる。この鉛蓄電池の標準は１００Ａｈであり、鉛蓄電池の比エネルギーは５３Ｗ／ｋｇ以上に達し、使用寿命は１０００回以上に高まった。当該蓄電池は−５０℃〜＋６０℃の温度でも正常に使用でき、スタート能力も３〜７Ｃから３０Ｃ以上に高まった。この蓄電池は自放電がきわめて小さいため、１８か月の長期貯蔵後にも正常に使える。
【００２０】
実施例３
化成液および化成する方法は実施例１と２と同じである。その区別は、化成液を作る時に市販の試薬級であるシリカ含有量６０ｗｔ％のシリカゾル５ｋｇと脱イオン水２０Ｌを使うことにある。当該混合物のボーメ濃度が０.８５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止する。そして、当該混合物に硫酸を加え、硫酸を加えると同時にそのｐＨを測り、ｐＨが４になった時点で硫酸を加えることを停止する。当該混合物を磁場強度が６０００ガウスである磁場内で６分間磁化する。化成する方法の区別は、マイナスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より３０％増やし、プラスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より５０％増やすことにある。化成液に浸す時間は１２時間である。そして、「uc−ＫＧＣＦＤ１経済型４０回路充放電電源」を使って電池に電力を通じて化成する。化成する温度は室温で、化成の時間は３５時間で、化成の電圧は２.２Ｖである。
【００２１】
実施例４
本実施例により作った化成液および化成をする方法は実施例１と２と同じである。その区別は、化成液を作る時に市販の試薬級であるシリカ含有量６０ｗｔ％のシリカゾル１５重量分と脱イオン水２５重量分を使うことにある。当該混合物のボーメ濃度が０.８５°Ｂｅ’になった時点で、水を加えることを停止する。そして、当該混合物にシュウ酸を加え、シュウ酸を加えると同時にそのｐＨを測り、ｐＨが３になった時点でシュウ酸を加えることを停止する。当該混合物を磁場強度が６０００ガウスである直流磁場にて６分間磁化する。化成する方法の区別は、マイナスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より３０％増やし、プラスグリッドの縁の厚さを中の蜂房部より５０％増やすことにある。化成液に浸す時間は１２時間である。そして、「uc−ＫＧＣＦＤ１経済型４０回路充放電電源」を使って電池に電力を通じて化成する。化成する温度は室温で、化成の時間は４０時間で、化成の電圧は２.０７Ｖである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の液状低ナトリウムシリケート化成液を使って、鉛蓄電池を化成するカーブである。
【図２】本発明の１２Ｖ１２Ａｈの鉛蓄電池の電池化成実施例のカーブ図である。
【図１】
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【図２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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2004529479.tif 000018
2004529479.tif 000019
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