用語 バッテリー 個人の集まりを指す 細胞、 化学反応によって電気を発生させることができます。 セルは次のいずれかに分類されます。 主要な or 二次. 一次電池では、電子の流れを生み出す化学反応は可逆的ではないため、細胞は容易に再充電されません。 逆に、二次電池は使用前に充電する必要があります。これは、電池に電流を流すことによって達成されます。 二次電池は、多くの場合、充放電を繰り返して使用できるという利点があります。

日常的に使用される古典的な一次電池は、電解質が液体ではなくペーストであることからルクランシェ乾電池と呼ばれています。 ルクランシェ電池は、懐中電灯、携帯ラジオ、電卓、電気玩具などに使われる円筒型電池に代表されます。 近年、二酸化マンガン電池などのアルカリ電池は、このタイプの用途でより一般的になっています。 小型電池または「ボタン」電池は、補聴器、コンピューター、時計、カメラ、およびその他の電子機器で使用されています。 酸化銀セル、水銀セル、亜鉛空気セル、およびリチウム二酸化マンガンセルは、いくつかの例です。 典型的な小型アルカリ電池の断面図については、図 1 を参照してください。

図 1. 小型アルカリ電池の断面図

古典的な二次電池または蓄電池は、輸送業界で広く使用されている鉛蓄電池です。 二次電池は、発電所や産業でも使用されています。 充電式の電池式工具、歯ブラシ、懐中電灯などは、二次電池の新しい市場です。 ニッケルカドミウム二次電池は、信頼性、長寿命、頻繁な再充電性、および低温性能が追加コストを上回っている、特に緊急照明、ディーゼル始動、定置および牽引アプリケーション用のポケット電池で人気が高まっています。

電気自動車で使用するために開発中の充電式バッテリーは、リチウム鉄硫化物、亜鉛塩素、およびナトリウム硫黄を利用しています。

表 1 に、いくつかの一般的なバッテリーの構成を示します。

表1 一般的な電池の構成

製造プロセス

異なるタイプの電池の製造には明らかな違いがありますが、構成成分の計量、粉砕、混合、圧縮、および乾燥という共通のプロセスがいくつかあります。 最新のバッテリー工場では、これらのプロセスの多くが密閉され、密閉された機器を使用して高度に自動化されています。 したがって、さまざまな成分への曝露は、計量および装填中、および機器の洗浄中に発生する可能性があります。

古いバッテリー工場では、粉砕、混合、およびその他の操作の多くが手作業で行われているか、プロセスのあるステップから別のステップへの成分の移動が手動で行われていました。 これらの場合、粉塵の吸入や腐食性物質との皮膚接触のリスクが高くなります。 粉塵を発生させる作業の予防措置には、粉体の完全な囲い込みと機械化された取り扱いと計量、局所排気換気、毎日の湿式モップ掛けおよび/または掃除機の使用、メンテナンス作業中の呼吸用保護具およびその他の個人用保護具の着用が含まれます。

圧縮機や包装機は騒音が大きいため、騒音も危険です。 騒音制御方法と聴覚保護プログラムは不可欠です。

多くのバッテリーの電解液には、腐食性の水酸化カリウムが含まれています。 エンクロージャーおよび皮膚と目の保護は注意事項として示されています。 酸化カドミウム、水銀、酸化第二水銀、ニッケルおよびニッケル化合物、リチウムおよびリチウム化合物など、特定の種類の電池の陽極または陰極として使用される有毒金属の微粒子にも曝露が生じる可能性があります。 アキュムレータと呼ばれることもある鉛蓄電池は、かなりの鉛曝露の危険を伴う可能性があり、記事「鉛蓄電池の製造」で個別に説明されています。

リチウム金属は非常に反応性が高いため、リチウムが水蒸気と反応するのを避けるために、リチウム電池は乾燥した雰囲気で組み立てる必要があります。 一部のリチウム電池に使用されている二酸化硫黄と塩化チオニルは、呼吸器系の危険性があります。 ニッケル水素電池で使用される水素ガスは、火災や爆発の危険があります。 これらは、新しく開発されたバッテリーの材料と同様に、特別な注意が必要です。

ルクランシェセル

ルクランシェ乾電池は、図 2 に示すように製造されます。正極または正極混合物は、60 ～ 70% の二酸化マンガンを含み、残りはグラファイト、アセチレン ブラック、アンモニウム塩、塩化亜鉛、および水で構成されています。 乾燥した、細かく粉砕された二酸化マンガン、グラファイト、およびアセチレン ブラックを計量し、グラインダー ミキサーに投入します。 水、塩化亜鉛、および塩化アンモニウムを含む電解液を加え、調製した混合物を手動のタブレットまたは凝集プレスでプレスします。 場合によっては、混合物をオーブンで乾燥させ、ふるいにかけ、打錠前に再度湿らせます。 錠剤は、数日間硬化させた後、手で供給される機械で検査および包装されます。 次に、凝集物をトレイに入れ、電解液に浸し、組み立ての準備が整います。

図 2. ルクランシェの電池生産

アノードは亜鉛ケースで、ホットプレスで亜鉛ブランクから製造されます (または亜鉛シートを折り曲げてケースに溶接します)。 トウモロコシと小麦粉でんぷんを電解質に浸した有機ゼラチン状のペーストを大きなタンクで混合します。 材料は通常、計量せずに袋から注ぎます。 次に、混合物を亜鉛チップと二酸化マンガンで精製します。 電解液に塩化第二水銀を加えて、亜鉛容器の内部とアマルガムを形成します。 このペーストは、導電媒体または電解質を形成します。

電池は、必要量のゼラチン状ペーストを亜鉛ケースに自動注入して組み立て、亜鉛容器の内側スリーブ ライニングを形成します。 場合によっては、ゼラチン状のペーストを加える前に、クロム酸と塩酸の混合物を注入して空にすることにより、ケースにクロメート仕上げが施されます。 次に、カソード凝集体をケースの中央に配置します。 カーボンロッドがカソードの中央に配置され、集電体として機能します。

次に、亜鉛セルを溶融ワックスまたはパラフィンで密閉し、炎で加熱して密閉性を高めます。 その後、セルを溶接してバッテリーを形成します。 バッテリーの反応は次のとおりです。

2MnO₂ + 2NH₄Cl + Zn → ZnCl₂ + H₂O₂ +マン₂O₃

労働者は、自動化、密閉された囲い、および局所排気装置の程度に応じて、計量、ミキサーへの投入、粉砕、オーブンの洗浄、ふるい分け、手でのプレスおよび包装中に二酸化マンガンに暴露される可能性があります。 手動プレスおよびウェットラッピングでは、湿った混合物にさらされる可能性があり、乾燥して吸入可能な粉塵を生成する可能性があります。 皮膚炎は、わずかに腐食性の電解液にさらされると発生する可能性があります。 個人の衛生対策、清掃と保守作業のための手袋と呼吸保護具、シャワー設備、作業着と私服用の個別のロッカーにより、これらのリスクを軽減できます。 前述のように、騒音の危険は包装および打錠機から発生する可能性があります。

混合はゼラチン状ペーストの製造中に自動的に行われ、材料の添加中のみ露出されます。 ゼラチン状のペーストに塩化第二水銀を添加している間、吸入や皮膚吸収のリスクがあり、水銀中毒の可能性があります。 LEV または個人用保護具が必要です。

クロメート処理中のクロム酸と塩酸のこぼれへの暴露、および溶接煙とシーリング コンパウンドの加熱による煙への暴露も可能です。 クロメート処理の機械化、手袋の使用、およびヒート シールと溶接のための LEV は、適切な予防措置です。

ニッケルカドミウム電池

現在、ニッケルカドミウム電極を製造する最も一般的な方法は、活性電極材料を多孔質の焼結ニッケル基板またはプレートに直接堆積させることです。 (図 3 を参照してください。) プレートは、焼結グレードのニッケル粉末 (多くの場合、ニッケル カルボニルの分解によって作られる) のペーストを、ニッケル メッキの穴あき鋼板 (またはニッケル ガーゼまたはニッケル メッキ スチール ガーゼ) のオープン グリッドに押し付けることによって作成されます。その後、オーブンで焼結または乾燥させます。 これらのプレートは、特定の目的のために切断、計量、鋳造 (圧縮) するか、家庭用セル用に螺旋状に巻くことができます。

図 3. ニッケルカドミウム電池の生産

次に、焼結プラークに、正電極用の硝酸ニッケル溶液または負電極用の硝酸カドミウム溶液を含浸させる。 これらのプラークをすすぎ、乾燥させ、水酸化ナトリウムに浸漬して水酸化ニッケルまたは水酸化カドミウムを形成し、洗浄し、再度乾燥させる。 通常、次のステップは、20 ～ 30% の水酸化ナトリウムを含む大きな一時的なセルに正と負の電極を浸すことです。 充放電サイクルを実行して不純物を除去し、電極を取り外して洗浄し、乾燥させます。

カドミウム電極を作成する別の方法は、グラファイト、酸化鉄、およびパラフィンと混合した酸化カドミウムのペーストを調製し、これを粉砕し、最後にローラー間で圧縮して活物質を形成することです。 これは次に、乾燥され、時には圧縮され、プレートに切断される移動する穴あき鋼帯に押し込まれます。 この段階でラグを取り付けることができます。

次のステップには、セルとバッテリーの組み立てが含まれます。 大型バッテリーの場合、個々の電極は、反対の極性のプレートがプラスチック製のセパレーターで挟まれた電極グループに組み立てられます。 これらの電極グループは、一緒にボルト締めまたは溶接され、ニッケルメッキされたスチールケースに入れられます。 最近では、プラスチック製のバッテリーケースが導入されています。 セルには、水酸化リチウムを含む水酸化カリウムの電解質溶液が満たされています。 次に、セルはバッテリーに組み立てられ、ボルトで固定されます。 プラスチック製のセルは、セメントで固めたり、テープで留めたりすることができます。 各セルはリード コネクタで隣接するセルに接続され、バッテリーの両端に正と負の端子が残されます。

円筒型電池の場合、含浸されたプレートは、不活性材料によって分離された正極と負極をタイトなシリンダーに巻き付けることによって電極グループに組み立てられます。 次に、電極シリンダーをニッケルメッキの金属ケースに入れ、水酸化カリウム電解液を加え、セルを溶接で密閉します。

ニッケルカドミウム電池の充放電に伴う化学反応は次のとおりです。

カドミウムへの主要な暴露の可能性は、酸化カドミウム粉末からペーストを作成し、乾燥した活性粉末を取り扱う際の硝酸カドミウムとその溶液の取り扱いから発生します。 ばく露は、スクラッププレートからのカドミウムの再利用中にも発生する可能性があります。 エンクロージャーと自動計量および混合により、初期段階でこれらの危険を減らすことができます。

同様の対策により、ニッケル化合物への曝露を制御できます。 ニッケル カルボニルからの焼結ニッケルの製造は、密閉された機械で行われますが、非常に有毒なニッケル カルボニルと一酸化炭素にさらされる可能性があります。 このプロセスでは、ガス漏れを継続的に監視する必要があります。

苛性カリウムまたは水酸化リチウムの取り扱いには、適切な換気と個人保護が必要です。 溶接はヒュームを発生し、LEV を必要とします。

健康への影響と病気のパターン

従来の電池製造における最も深刻な健康被害は、鉛、カドミウム、水銀、および二酸化マンガンへの曝露です。 鉛の危険性については、この章の別の場所で説明されています。 百科事典. カドミウムは腎臓病を引き起こす可能性があり、発がん性があります。 米国のニッケルカドミウム電池工場では、カドミウムへの暴露が広範囲に及んでいることがわかっており、血液と尿中のカドミウム濃度が高いため、労働安全衛生局のカドミウム基準規定の下で、多くの労働者が医学的に排除されなければならなかった (McDiarmid et al. 1996)。 . 水銀は腎臓と神経系に影響を与えます。 水銀蒸気への過度​​の暴露は、いくつかの水銀電池工場の研究で示されています (Telesca 1983)。 二酸化マンガンへの曝露は、アルカリ乾電池製造における粉末の混合および取り扱いで高いことが示されている(Wallis, Menke and Chelton 1993)。 これは、バッテリー ワーカーの神経機能障害を引き起こす可能性があります (Roels et al. 1992)。 マンガン粉塵は、過剰に吸収されると、パーキンソン症候群に似た中枢神経系の障害を引き起こす可能性があります。 懸念されるその他の金属には、ニッケル、リチウム、銀、コバルトが含まれます。

バッテリの電解液に使用される塩化亜鉛、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム溶液にさらされると、皮膚のやけどが発生する可能性があります。

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