(57)【要約】【課題】鉛蓄電池用極板の予備乾燥工程において乾燥後の活物質ペースト中の水分量のばらつきを抑制し、後工程である熟成乾燥工程でのばらつきとこれによる電池性能のばらつきを抑制する。【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予備乾燥する鉛蓄電池用極板の乾燥装置において、この乾燥装置は極板に温風を供給する温風供給装置と、極板に遠赤外線を照射するための遠赤外線発生装置とを備える。温風と遠赤外線の併用により、乾燥後のペースト中の水分量のばらつきを抑制し、かつ予備乾燥設備が小型化かつ処理能力が向上する。【選択図】図１
2007213898.tif 000002
【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予備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温風を供給する温風供給装置と、極板に遠赤外線を照射するための遠赤外線発生装置とを備えた鉛蓄電池用極板の乾燥装置。
【請求項２】
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、極板に温風を吹き付けるとともに、極板に遠赤外線を照射して予備乾燥を行う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、赤外線水分センサー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。
【特許文献１】特開平１−１４９３６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【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。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、前記したような従来の鉛蓄電池用極板の予備乾燥工程での課題を解決するものであり、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予備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温風を供給する温風供給装置と、極板に遠赤外線を照射するための遠赤外線発生装置とを備える。
【００１８】
また、本発明の請求項２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、極板に温風を吹き付けるとともに、極板に遠赤外線を照射して予備乾燥を行うものである。
【発明の効果】
【００１９】
前記した本発明の構成によれば、鉛蓄電池用極板の予備乾燥工程において、工程処理速度が高く、極板に充填された活物質ペーストを均一に乾燥することができ、従来、極板表面のみが過剰に乾燥することによって発生していた極板表面の亀裂やペースト紙の剥離を抑制でき、安定した容量・寿命性能を有した鉛蓄電池を製造できるという顕著な効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明の実施形態による鉛蓄電池極板の予備乾燥装置１０１の構成例を説明する。
本発明の予備乾燥装置１０１はペースト充填済みの極板１０２を乾燥するための乾燥室１０９を有し、コンベア１０３等の移動手段により、極板１０２を乾燥室１０９の始端から終端まで移動させる間に極板１０２中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。
【００２１】
本実施形態では、乾燥室１０９内の極板１０２の移動経路にわたって好ましくは複数の温風ノズル１０４を配置する。温風ノズル１０４は温風発生装置１０５から供給される温風を乾燥室１０９内に放出する。極板１０２の両面を均一に乾燥させるために温風ノズル１０４を極板の上下に配置することが好ましい。
【００２２】
また、ノズルが温風ノズル１０４から放出された温風が衝突し、温風の循環が妨げられないよう、上下で温風ノズル１０４の放出線（図１における線Ａ）が一致しないよう配置することがより好ましい。また、温風ノズル１０４が近接しすぎた場合、温風が干渉して乾燥速度が低下する場合があるため、温風ノズル１０４の間隔を少なくとも１００〜２００ｍｍに確保することがより好ましい。
【００２３】
温風発生装置１０５は様々な形態のものが用いられるが、燃焼室１０６内で燃料ガスを燃焼させて発生した熱で熱交換器１０７により空気を加熱して温風を発生させ、ブロア（図示せず）で発生した温風を温風ノズル１０４に供給することができる。
【００２４】
本発明の予備乾燥装置１０１では乾燥室１０９内に遠赤外線発生装置１１０を備える。遠赤外線発生装置１１０は一般に市販されている遠赤外線ヒーターを用いることができる。遠赤外線発生装置１１０から発生した遠赤外線（波長４μｍ〜１０００μｍ）は極板１０２を直接加熱し、乾燥速度を高める作用を有する。遠赤外線は乾燥室１０９内部で反射し、極板１０２の両面に遠赤外線が照射されるような位置に配置することが好ましい。一例として、図１に示したような温風ノズル１０４間に配置することができる。
【００２５】
また、乾燥室１０９の内壁をセラミックス等の遠赤外線を吸収して輻射する物質を配置することにより、極板１０２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１０９内に温度センサーを配置し、乾燥室１０９内の温度によって温風の温度や流量、あるいは遠赤外線発生装置１１０の出力を制御することにより、予備乾燥による水分乾燥量を制御することができる。
【００２６】
本発明の構成によれば、温風乾燥と遠赤外線による乾燥とを併用することにより、乾燥速度を飛躍的に高めることができるため、乾燥装置１０１をより小型化できるという利点を有する。また、温風温度や風速を抑制できるため、温風温度や風速を高めた場合に生じやすい、極板表面のみの過剰乾燥による亀裂やペースト紙の剥離を抑制でき、さらにはこれらの亀裂やペースト紙の剥離によって生じる、電池性能低下や脱落活物質による内部短絡を抑制するという、顕著な効果を得ることができる。
【００２７】
なお、遠赤外線のみによる乾燥は乾燥速度が遅く、鉛蓄電池用極板の予備乾燥には適切でない。極板に遠赤外線を照射することにより、極板を構成する格子と活物質ペーストが直接加熱されるが、活物質ペーストからの蒸発水分を含んだ、水蒸気分圧が上昇した空気は極板周囲や乾燥室内に滞留するため、乾燥速度が低下する。
【００２８】
本発明では遠赤外線による加熱と乾燥室内への温風供給によって、このような水蒸気を多く含んだ空気を温風で置換することによって、極板周囲の水蒸気分圧の上昇を抑制し、乾燥速度を高め、結果として予備乾燥工程の処理能力と飛躍的に高め、ひいては設備のさらなる小型化を可能とする。
【００２９】
また、本発明によれば、温風と遠赤外線を併用しているため、乾燥速度をすばやく段階的に切り替えることができる利点を有する。鉛蓄電池極板製造においては、予備乾燥後の極板は規定枚数を重ね合わせて積層体とし、この積層体の状態で熟成乾燥を行うことが一般的である。したがって、予備乾燥装置から排出された極板は極板積層装置に連続的に投入される。この極板積層装置がなんらかの要因により停止した場合、乾燥装置も停止され、その結果として乾燥室内には極板が滞留する。乾燥室内に滞留した極板は規定時間以上乾燥されることになる。
【００３０】
このような滞留した極板はそのまま連続して乾燥すると過剰に乾燥されるため、乾燥室内への温風の供給を停止するか、あるいは過剰に乾燥した滞留極板を廃棄する必要が生じる。温風発生装置を一旦停止させ、再始動する場合、温風温度が安定するまで１０分程度の時間を要するのは一般的であり、極板積層装置が復帰したとしても、温風発生装置の安定する間は極板生産が停止してしまう。したがって、一般的には温風発生装置を停止せず、過剰乾燥となった滞留極板を廃棄していた。
【００３１】
本発明では、極板積層装置が停止した場合においても、遠赤外線発生装置への電力供給を停止あるいは段階的に低減することによって、滞留極板の乾燥速度を急激に低下させることが可能であり、温風発生装置の停止操作を行うことなく、乾燥室内に滞留した極板の過剰乾燥を抑制することができる。
【００３２】
また、極板積層装置の再始動時には、安定運転に比較的時間を要さない、遠赤外線発生装置のみを再始動させればよい。したがって、従来、設備停止時に発生していた滞留極板の廃棄ロスを削減し、迅速な再運転が可能となり、生産性向上の面で顕著な効果を奏する。
【実施例】
【００３３】
前記した本発明の実施形態による予備乾燥装置１０１を用いて予備乾燥を行った極板と、従来例による予備乾燥装置を用いて予備乾燥を行った極板をサンプリングし、活物質ペースト中の水分量の測定と、熟成乾燥後の極板面の亀裂やペースト紙の剥離状態を調査した。
【００３４】
１）本発明例
本発明例は、本実施形態による予備乾燥装置１０１を用いて予備乾燥を行うものである。
【００３５】
ここで、乾燥室１０９の経路長（図１に示すＬ寸法）は３５００ｍｍであり、経路上部に１９の温風ノズル１０４、経路下部に２０の温風ノズル１０４を、いずれも１５０ｍｍ間隔で配置している。温風ノズルの先端形状は長さ７ｍｍ×幅３００ｍｍである。
【００３６】
上下の温風ノズル１０４の間に極板１０２を移動させるコンベア１０３を配置する。このコンベア１０３の速度は３０ｍ／分である。なお、極板１０２は耳部を除く極板面の寸法が高さ１００ｍｍ×幅１００ｍｍ、ペースト充填後の厚みが３．０ｍｍのエキスパンド極板であり、その極板面両面には厚さ０．１ｍｍのペースト紙が貼り付けられている。また、極板１０２はコンベア１０３上に２列で配置される。なお列内における極板１０２の間隔は１００ｍｍである。
【００３７】
経路上部の温風ノズル１０４間に遠赤外線発生装置１１０が配置されるが、遠赤外線発生装置としては発熱長４５０ｍｍ、出力１ｋＷの遠赤外線ヒーターを極板移動方向に対して発熱体の長手方向が直交するよう配置した。
【００３８】
また、上下の温風ノズル１０４（総数３９）はすべて温風発生装置１０５に接続されており、温風発生装置１０５は１２０℃の加熱空気を４．０ｋＷ出力のブロアによって温風ノズル１０４を介して乾燥室１０９に供給する。ブロアによる温風供給量は９０ｍ3／分であり、温風ノズル１０４から放出される温風風速は９ｍ／秒であった。
【００３９】
２）比較例
比較例は実施例の予備乾燥装置１０１から遠赤外線発生装置１１０を除去したものであり、遠赤外線発生装置１１０の除去による乾燥不足を補うために温風ノズル１０４の数を経路上部で２９、経路下部で３０としたものである。温風ノズル１０４配置間隔は上下いずれも９０ｍｍとした。
【００４０】
また、その分、温風供給用のブロアを５．７ｋＷのものに換えた。なお、比較例においても乾燥室内に供給する温風の温度は１２０℃し、ブロア出力を増加させたことに対応し、燃焼室への燃料供給速度、燃焼室への空気供給量を増加させている。なお、その他の条件は本発明例と同一である。
【００４１】
前記した本発明例および比較例により予備乾燥を行った極板をそれぞれ１００枚乾燥毎に１枚の頻度で、それぞれ２０枚のサンプリングを行った。
【００４２】
これらの本発明例および比較例による乾燥極板の活物質ペースト中の水分含有量を計測した。その結果を表１に示す。
【００４３】
【表１】
2007213898.tif 000003
【００４４】
表１に示した結果から、本発明例により予備乾燥した極板は、比較例によるものと比較して活物質ペースト中の水分量の平均値はほぼ同一であるものの、そのばらつきが抑制されていることがわかる。
【００４５】
次に、本発明例および比較例により予備乾燥した極板について、極板の厚み方向中心部の活物質ペーストと極板表面近傍の活物質ペーストを分離してサンプリングし、それぞれに含有される水分量を測定した。なお、極板表面から厚み１．０ｍｍまでを表面近傍、残りの部分を厚み方向中心部とした。これらの位置別の水分量計測結果を表２に示す。
【００４６】
【表２】
2007213898.tif 000004
【００４７】
表２に示した結果から、本発明例によれば、極板厚み方向の水分量のばらつきを抑制することできることがわかる。したがって、極板表面のみの過剰な乾燥が抑制できる。なお、サンプリングした２０枚の極板とは別に本発明例の予備乾燥による極板と比較例の予備乾燥による極板１００枚について熟成乾燥後の極表面の亀裂発生の有無とペースト紙剥離の有無を目視により確認した。その結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
2007213898.tif 000005
【００４９】
表３に示した結果から、本発明例によるものは、比較例によるものよりも極板表面の亀裂とペースト紙の剥離が顕著に抑制されていることがわかる。これは、比較例では極板表面の乾燥が中心部に比較して進行し、表面のみが過剰に乾燥された状態であったことに起因する。一方、本発明例では、極板表面と中心部の乾燥状態のばらつきが抑制されたため、表面の亀裂やペースト紙剥離が抑制されたと考えられる。
【００５０】
なお、別実験によって、比較例による予備乾燥装置において、温風ノズルの配置間隔を２００ｍｍとして乾燥室の経路長を３５００ｍｍから４６００ｍｍに延長し、さらに温風の供給風量を６０％に減少させ、さらに乾燥室内の極板の移動速度を３０ｍ／分から１５ｍ／分まで低下させることによって、予備乾燥後に極板の活物質ペースト内に含まれる水分量の標準偏差は０．４３まで低下した。また同時に極板内部と表面の活物質ペースト中の水分量の差も２．０ｗｔ％から１．２ｗｔ％まで圧縮された。また、それに対応して、熟成乾燥後の極板表面の亀裂発生率も９５％から４０％まで緩和した。
【００５１】
しかしながら、乾燥室の経路長の延長に伴って設備本体のコストとともに、設備設置に必要な床面積が増大すること、また工程の処理能力も半減するため、生産性としては大幅に低下する結果となった。
【００５２】
一方、本発明によれば、予備乾燥における乾燥状態のばらつき、特に極板間および極板内の水分量のばらつきを顕著に抑制し、熟成乾燥後の極板のばらつきを抑制し、ひいては電池の容量や寿命のばらつきを抑制できるという効果を奏する。また、このような効果は予備乾燥工程における生産性を低下させることなく得ることができることが確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
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】
【００５４】
【図１】本発明による鉛蓄電池用極板の予備乾燥装置を示す図
【符号の説明】
【００５５】
１０１  予備乾燥装置
１０２  極板
１０３  コンベア
１０４  温風ノズル
１０５  温風発生装置
１０６  燃焼室
１０７  熱交換器
１０９  乾燥室
１１０  遠赤外線発生装置
【図１】
2007213898.tif 000006