(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極端子を有し、充放電装置の有する充放電端子と接続されて充放電される蓄電装置であって、
前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部にニッケルの皮膜を有し、
前記電極端子は、極柱部の内周にボルトが螺合されるねじ部を有し、
前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部と前記ねじ部に錫の皮膜を有することを特徴とする蓄電装置。
【請求項２】
前記蓄電装置は二次電池である請求項１に記載の蓄電装置。
【請求項３】
蓄電装置が有する電極端子と接続される充放電端子を有する充放電装置であって、
前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有し、
前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部にニッケルの皮膜を有することを特徴とする充放電装置。
【請求項４】
蓄電装置が有する電極端子と接続される充放電端子を有する充放電装置であって、
前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有し、
前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部に錫の皮膜を有することを特徴とする充放電装置。
【請求項５】
電極端子を有する蓄電装置の充放電方法であって、
充放電端子を有する充放電装置を用いて行われ、表面のうち、少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有する前記電極端子に、表面のうち、少なくとも前記電極端子との接触部に錫又はニッケルの皮膜を有する充放電端子を接続して充放電を行うことを特徴とする蓄電装置の充放電方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、蓄電装置、充放電装置、及び蓄電装置の充放電方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、リチウムイオン二次電池は再充電が可能であり、繰り返し使用することができるため電源として広く利用されている。一般に、リチウムイオン二次電池はケースを備え、そのケース内に電極組立体及び電解液が収容されている。電極組立体は、正極活物質を有する正極電極、負極活物質を有する負極電極、及び正極電極と負極電極とを絶縁するセパレータを有し、正極電極と負極電極との間にセパレータを介在した積層構造になっている。また、電極組立体の正極電極には、正極の電極端子が接続され、負極電極には負極の電極端子が接続されている。そして、正極及び負極の電極端子に対し導通部材が接続され、リチウムイオン二次電池は導通部材を介して外部と接続される。電極端子と導通部材との接触部において、接触抵抗を小さくするため、例えば、電極端子にメッキを施すことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
ところで、リチウムイオン二次電池の製造では、電解液を正極活物質及び負極活物質に浸透させる工程を行った後、充放電装置を電極端子に接続し、充放電装置を用いて充電と放電を繰り返し行うコンディショニング工程が行われる。
【０００４】
このコンディショニング工程を行う一つの目的は、負極活物質の表面にＳＥＩ皮膜を形成することであり、ＳＥＩ皮膜を形成する目的は、負極活物質表面での電解液成分のさらなる分解を抑制することである。このＳＥＩ皮膜は、初期充電時に、電解液に含まれた添加剤が分解されることによって形成され、ＳＥＩ皮膜が負極活物質の表面にムラなく形成された段階で電池容量が安定するようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１３８０５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
充放電装置を用いたリチウムイオン二次電池のコンディショニング工程においては、充放電に要する時間を短縮することを目的として、電極端子と充放電端子との接触部における接触抵抗を小さくすることが望まれている。
【０００７】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、充放電装置を用いた充放電を行う際の接触抵抗を小さくすることができる蓄電装置、充放電装置、及び蓄電装置の充放電方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題点を解決するための蓄電装置は、電極端子を有し、充放電装置の有する充放電端子と接続されて充放電される蓄電装置であって、前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部にニッケルの皮膜を有し、前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有することを要旨とする。
【０００９】
また、上記問題点を解決するための充放電装置は、蓄電装置が有する電極端子と接続される充放電端子を有する充放電装置であって、前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有し、前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部にニッケルの皮膜を有することを要旨とする。
【００１０】
これら蓄電装置及び充放電装置によれば、蓄電装置のコンディショニング工程を行うため、充放電装置の充放電端子と、蓄電装置の電極端子とが接続される。この接続の際、電極端子の皮膜は錫製であることから容易に剥がれたり、接続前より薄くなる。一方、ニッケルの皮膜も若干摩耗し、接触前より薄くなる。その結果、電極端子と充放電端子は、間にニッケルの皮膜が介在してはいるが、電極端子と充放電端子とを接続する前と比べて、接触部での接触抵抗を小さくすることができる。
【００１１】
また、ニッケルの皮膜は、錫の皮膜に比べて硬く、摩耗しにくい。このため、ニッケルの皮膜により、充放電端子の摩耗を抑制することができ、ニッケルの皮膜を有していない充放電端子と比べると、充放電端子の耐久性が向上する。
【００１２】
また、上記問題点を解決するための蓄電装置は、電極端子を有し、充放電装置の有する充放電端子と接続されて充放電される蓄電装置であって、前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部に錫の皮膜を有し、前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有することを要旨とする。
【００１３】
また、上記問題点を解決するための充放電装置は、蓄電装置が有する電極端子と接続される充放電端子を有する充放電装置であって、前記電極端子は、表面のうち少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有し、前記充放電端子は、表面のうち少なくとも前記電極端子との接触部に錫の皮膜を有することを要旨とする。
【００１４】
これら蓄電装置及び充放電装置によれば、蓄電装置のコンディショニング工程を行うため、充放電装置の充放電端子と蓄電装置の電極端子とが接続される。この接続の際、電極端子及び充放電端子の皮膜は共に錫製であることから容易に剥がれたり、接続前より薄くなる。その結果、電極端子と充放電端子とを接続する前と比べて、接触部での接触抵抗を小さくすることができる。
【００１５】
また、上記問題点を解決するための蓄電装置の充放電方法は、電極端子を有する蓄電装置の充放電方法であって、充放電端子を有する充放電装置を用いて行われ、表面のうち、少なくとも前記充放電端子との接触部に錫の皮膜を有する前記電極端子に、表面のうち、少なくとも前記電極端子との接触部に錫又はニッケルの皮膜を有する充放電端子を接続して充放電を行うことを要旨とする。
【００１６】
これによれば、蓄電装置のコンディショニング工程を行うため、充放電装置の充放電端子と蓄電装置の電極端子とが接続される。この接続の際、電極端子及び充放電端子の皮膜において、電極端子における錫製の皮膜は容易に剥がれたり、接続前より薄くなる。その結果、電極端子と充放電端子とを接続する前と比べて、接触部での接触抵抗を小さくして充放電を行うことができ、充放電に要する時間を短縮することができる。
【００１７】
前記蓄電装置は二次電池である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、充放電装置を用いた充放電を行う際の接触抵抗を小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施形態の二次電池及び充放電端子を示す斜視図。
【図２】二次電池と充放電装置を接続した状態を示す正面図。
【図３】（ａ）は充放電端子を示す断面図、（ｂ）はニッケルの皮膜を拡大して示す部分断面図。
【図４】（ａ）は電極端子を示す断面図、（ｂ）は錫の皮膜を拡大して示す部分断面図。
【図５】（ａ）は電極端子と充放電端子との接続状態を示す断面図、（ｂ）は接触部を示す拡大断面図。
【図６】別例において、（ａ）は電極端子と充放電端子との接続状態を示す断面図、（ｂ）は接触部を示す拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、蓄電装置、充放電装置、及び蓄電装置の充放電方法を、二次電池、充放電装置、及び二次電池の充放電方法に具体化した一実施形態を図１〜図５にしたがって説明する。
図１及び図２に示すように、蓄電装置としての二次電池１１は、極性の異なる電極端子１２，１３を備え、これらの電極端子１２，１３は二次電池１１のケース１４から外部に露出している。
【００２１】
二次電池１１は、ケース本体１６と、ケース本体１６の開口部を覆う蓋１７とで構成されたケース１４を備える。ケース１４内には、電極組立体１８及び電解液が収容されている。電極組立体１８は、極性の異なる電極を交互に積層するとともに、電極の間にセパレータを介在させた構造である。各電極はシート状であり、金属箔の両面に活物質層を有する。正極電極の金属箔は例えばアルミニウム箔であり、アルミニウム箔の両面に正極活物質層を有する。また、負極電極の金属箔は例えば銅箔であり、銅箔の両面に負極活物質層を有する。正極電極は、正極の導電部材２４ａを介して正極の電極端子１２に電気的に接続され、負極電極は負極の導電部材２４ｂを介して負極の電極端子１３に電気的に接続されている。
【００２２】
図４（ａ）に示すように、正極及び負極の電極端子１２，１３は、四角板状の基部１９と、基部１９から立設された円柱状の極柱部２０と、を有する。電極端子１２，１３は、極柱部２０の外周の一部に雄ねじ部２１を有し、極柱部２０の内周に雌ねじ部２２を有する。なお、正極の電極端子１２はアルミニウム製であり、負極の電極端子１３は銅製である。
【００２３】
図１又は図２に示すように、正極の電極端子１２は、基部１９が、正極の導電部材２４ａに接合されているとともに、極柱部２０の一部が蓋１７を貫通してケース１４の外部に露出している。負極の電極端子１３は、基部１９が、負極の導電部材２４ｂに接合されているとともに、極柱部２０の一部が蓋１７を貫通してケース１４の外部に露出している。各極の極柱部２０の雄ねじ部２１は、ケース１４の外部に露出している。
【００２４】
図５（ａ）に示すように、蓋１７と正極の電極端子１２との間には、絶縁部材２５が介装されており、絶縁部材２５は、電極端子１２と蓋１７（ケース１４）との間に位置する。絶縁部材２５は樹脂製であり、この絶縁部材２５によって蓋１７と電極端子１２，１３とが絶縁されている。なお、図示しないが、蓋１７と負極の電極端子１３との間には、絶縁部材２５が介装されており、絶縁部材２５は、電極端子１３と蓋１７（ケース１４）との間に位置する。絶縁部材２５は樹脂製であり、この絶縁部材２５によって蓋１７と負極の電極端子１３とが絶縁されている。
【００２５】
また、基部１９の面上には、極柱部２０を囲む円環状のシール部材２８が設けられている。シール部材２８は、ケース１４の内部において蓋１７の内面１７ｂと基部１９の面との間に位置している。シール部材２８は、例えばＯリングである。極柱部２０の雄ねじ部２１には、ナット２９が螺合されている。蓋１７の外面１７ａと、ナット２９の蓋１７側の端面との間には、絶縁部材２５が狭圧されており、絶縁部材２５によって蓋１７とナット２９が絶縁されている。
【００２６】
上記構成の二次電池１１において、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、正極の電極端子１２、及び負極の電極端子１３の表面は錫めっきが施され、電極端子１２，１３は、表面に錫製の皮膜１２ａ，１３ａを有する。皮膜１２ａ，１３ａは、接触抵抗値が低いという特性を有するとともに、錫自体が硬度ＨＶ３０程度で柔らかく、皮膜１２ａ，１３ａは、少しの力で破壊される。
【００２７】
次に、充放電装置４０について説明する。
図２に示すように、充放電装置４０は、充放電回路を有する装置本体４３、充放電回路に接続され、かつ二次電池１１における正極の電極端子１２と接続される正極の充放電端子４１と、充放電回路に接続され、かつ負極の電極端子１３と接続される負極の充放電端子４２とを有する。
【００２８】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、充放電端子４１，４２はＬ字状である。充放電端子４１，４２は、その表面を覆うニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂを有する。皮膜４１ｂ，４２ｂは、充放電端子４１，４２にニッケルめっきを施すことで形成され、皮膜４１ｂ，４２ｂは充放電端子４１，４２の表面全体を覆っている。皮膜４１ｂ，４２ｂは、接触抵抗値が錫製の皮膜１２ａ、１３ａよりは高いが、硬度ＨＶ４００〜５００程度であり、錫製の皮膜１２ａ，１３ａより硬い。このため、皮膜４１ｂ，４２ｂは、少しの力では破壊されにくく、充放電端子４１，４２の表面を覆った状態を長期に亘って維持できる。
【００２９】
充放電端子４１，４２は、Ｌ字の屈曲部から長さ方向一端までの部位に、端子接続部４１ｃ，４２ｃを有し、この端子接続部４１ｃ，４２ｃに挿通孔４６を有する。挿通孔４６には、充放電端子４１，４２を電極端子１２，１３に締結するためのボルト４７が挿通される。また、充放電端子４１，４２は、Ｌ字の屈曲部から長さ方向他端までの部位に、リード接続部４１ｄ，４２ｄを有し、このリード接続部４１ｄ，４２ｄにはリード線４４が接続される。図２に示すように、リード線４４は装置本体４３の充放電回路に接続されている。
【００３０】
次に、二次電池１１の製造方法及び充放電方法について説明する。
まず、ケース本体１６に電極組立体１８を収容する。次に、蓋１７をケース本体１６の開口部を閉塞するように設ける。このとき、電極端子１２，１３を、蓋１７を貫通させるとともに、絶縁部材２５に挿通させる。そして、蓋１７をケース本体１６に溶接することで、ケース１４が構成される。
【００３１】
次に、ケース１４の内部に電解液を注入する。そして、電解液を注入した後は、電極組立体１８の充放電を繰り返すコンディショニング工程を行い、その後、所定の温度環境下で二次電池１１を放置し、エージング工程を行う。エージング工程が終わった後には、ケース１４内のガスをケース１４外に放出する。ガス放出の完了後、二次電池１１が完成する。
【００３２】
次に、コンディショニング工程について詳細に説明する。なお、以下の説明では、正極の電極端子１２と、正極の充放電端子４１との接続について図示しているが、負極の電極端子１３と負極の充放電端子４２との接続については、構造が同じであるため、図示を省略する。
【００３３】
図２、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、コンディショニング工程では、まず、二次電池１１の電極端子１２，１３に充放電端子４１，４２を極性が同じになるように接続する。具体的には、充放電端子４１，４２の端子接続部４１ｃ，４２ｃを、電極端子１２，１３における極柱部２０の先端面に載せ、挿通孔４６にボルト４７を挿入するとともに、そのボルト４７を極柱部２０の雌ねじ部２２に螺合する。そして、端子接続部４１ｃ，４２ｃの表面を、極柱部２０の先端面に接触させて、電極端子１２，１３と充放電端子４１，４２とを接続する。
【００３４】
本実施形態において、電極端子１２，１３の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、ボルト４７を所定の締め付け力で雌ねじ部２２へ螺合し、端子接続部４１ｃ，４２ｃを極柱部２０の先端面に押し付けたとき、錫製の皮膜１２ａ，１３ａが全て剥がれる厚みに設定されている。言い換えると、電極端子１２，１３の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、極柱部２０の先端面に端子接続部４１ｃ，４２ｃを載せただけでは、全て剥がれない厚みであり、ボルト４７を所定の締め付け力で螺合していない場合には、全て剥がれない厚みに設定されている。
【００３５】
図５（ｂ）に示すように、電極端子１２，１３の皮膜１２ａ，１３ａは、充放電端子４１，４２との接続に伴う接触によって剥がれ、極柱部２０の先端面にその金属材料が露出する。一方、充放電端子４１，４２の皮膜４１ｂ，４２ｂは若干だが摩耗する。このため、充放電端子４１，４２と、電極端子１２，１３の極柱部２０とは、ニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂだけを介して接触する。なお、電極端子１２，１３において、極柱部２０の先端面が、充放電端子４１，４２との接触部であり、充放電端子４１，４２において、端子接続部４１ｃ，４２ｃにおける挿通孔４６の周囲が、電極端子１２，１３との接触部である。なお、図５（ｂ）に示すように、極柱部２０の雄ねじ部２１においても、ナット２９の螺合により、皮膜１２ａ，１３ａが剥がれる。
【００３６】
その後、充放電装置４０を用いて、二次電池１１の初期（初回）充電を行う。すると、電解液に含まれた添加剤が分解され、負極活物質の表面にはＳＥＩ皮膜が形成される。そして、二次電池１１の電圧が所定電圧に達すると、一サイクル目の充電が完了する。その後、放電が行われ、以降、充放電が繰り返されてコンディショニング工程が終了する。
【００３７】
上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）二次電池１１において、電極端子１２，１３は、表面に錫の皮膜１２ａ，１３ａを有する。また、充放電装置４０において、充放電端子４１，４２は、表面にニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂを有する。充放電端子４１，４２を電極端子１２，１３に接続して充放電を行うのに際し、電極端子１２，１３の皮膜１２ａ，１３ａは、充放電端子４１，４２との接続に伴う接触によって容易に剥がれ、充放電端子４１，４２の皮膜４１ｂ，４２ｂは若干だが摩耗する。このため、電極端子１２，１３においては、極柱部２０の先端面に金属材料が露出し、充放電端子４１，４２においては、皮膜４１ｂ，４２ｂが薄くなる。その結果として、充放電装置４０を用いた充放電の際、接触抵抗を小さくすることができ、充放電に要する時間を短縮することができる。
【００３８】
（２）充放電装置４０は、複数の二次電池１１に対して充放電を行うものであり、充放電端子４１，４２には、二次電池１１の電極端子１２，１３が繰り返して接続される。充放電端子４１，４２の表面には硬度の高いニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂが設けられているため、ニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂにより、充放電端子４１，４２の摩耗を抑制することができる。よって、皮膜４１ｂ，４２ｂを有していない充放電端子４１，４２と比べると、充放電端子４１，４２の耐久性が向上する。
【００３９】
（３）電極端子１２，１３は、表面に錫の皮膜１２ａ，１３ａを有するが、この皮膜１２ａ，１３ａの表面に酸化皮膜が生じることがある。しかし、電極端子１２，１３と充放電端子４１，４２とを接続した際、皮膜１２ａ，１３ａとともに酸化皮膜も剥がれる。このため、酸化皮膜によって接触抵抗が高まることも無く、電極端子１２，１３と充放電端子４１，４２とを接触させて充放電を行うことができる。
【００４０】
なお、上記実施形態は以下のように変更してもよい。
○  実施形態において、錫製の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、ボルト４７を所定の締め付け力で雌ねじ部２２に螺合し、端子接続部４１ｃ，４２ｃを所定の力で押し付けた場合に全て剥がれる厚みとしたが、これに限らない。錫製の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、ボルト４７を所定の締め付け力で雌ねじ部２２に螺合し、端子接続部４１ｃ，４２ｃを所定の力で押し付けた場合に、全て剥がれずに皮膜１２ａ，１３ａが残る厚みであってもよい。
【００４１】
又は、錫製の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、ボルト４７を所定の締め付け力で雌ねじ部２２に螺合しなくても、端子接続部４１ｃ，４２ｃが接触しただけで全て剥がれる厚みとしてもよい。
【００４２】
要は、錫製の皮膜１２ａ，１３ａの厚みは、充放電端子４１，４２との接続条件に合わせて適宜変更してもよい。
○  図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、二次電池１１において、電極端子１２，１３の表面に錫の皮膜１２ａ，１３ａを設けるとともに、充放電装置４０において、充放電端子４１，４２の表面にも錫の皮膜４８を設けてもよい。
【００４３】
このように構成した場合、充放電端子４１，４２を電極端子１２，１３に接続して充放電装置４０によってコンディショニング工程における充放電を行う場合、電極端子１２，１３の皮膜１２ａ，１３ａと、充放電端子４１，４２の皮膜４８は、共に両者の接続によって容易に剥がれるか一部が残る。このため、電極端子１２，１３と充放電端子４１，４２との接触部において接触抵抗をより一層小さくすることができ、充放電に要する時間を短縮することができる。また、実施形態の（３）と同様の効果も得ることができる。この場合も、錫製の皮膜１２ａ，１３ａ，４８の厚みは、電極端子１２，１３と充放電端子４１，４２との接続条件に合わせて適宜変更してもよい。
【００４４】
○  図６に示す形態において、充放電端子４１，４２では、錫の皮膜４８を、電極端子１２，１３との接触部となる端子接続部４１ｃ，４２ｃの表面だけに設けてもよく、さらには、接触部以外はニッケルの皮膜で覆ってもよい。
【００４５】
○  電極端子１２，１３において、錫の皮膜１２ａ，１３ａは、充放電端子４１，４２との接触部となる極柱部２０の先端面だけに設けられていてもよい。
○  充放電端子４１，４２において、ニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂは、電極端子１２，１３との接触部となる端子接続部４１ｃ，４２ｃの表面だけに設けられ、リード接続部４１ｄ，４２ｄには設けられていなくてもよい。
【００４６】
○  電極端子１２，１３において、錫の皮膜１２ａ，１３ａを、充放電端子４１，４２との接触部となる極柱部２０の先端面だけに設け、それ以外はニッケルの皮膜で覆ってもよい。
【００４７】
○  充放電端子４１，４２において、ニッケルの皮膜４１ｂ，４２ｂを、電極端子１２，１３との接触部となる端子接続部４１ｃ，４２ｃの表面だけに設け、それ以外は錫の皮膜で覆ってもよい。
【００４８】
○  充放電端子４１，４２はＬ字状でなく、平板状であってもよいし、他の形状であってもよい。
○  電極組立体１８は、積層型に限らず、帯状の正極電極と帯状の負極電極を捲回して層状に積層した捲回型でもよい。捲回型の電極組立体の場合、扁平面が重なる方向を電極組立体の積層方向とする。
【００４９】
○  二次電池１１は、リチウムイオン二次電池であったが、これに限らず、他の二次電池であってもよい。要は、正極活物質と負極活物質との間をイオンが移動するとともに電荷の授受を行うものであればよい。また、蓄電装置としてキャパシタでもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１１…蓄電装置としての二次電池、１２，１３…電極端子、１２ａ，１３ａ…電極端子の皮膜、４０…充放電装置、４１，４２…充放電端子、４１ｂ，４２ｂ，４８…充放電端子の皮膜。
【図１】
0006394868.tif 000002
【図２】
0006394868.tif 000003
【図３】
0006394868.tif 000004
【図４】
0006394868.tif 000005
【図５】
0006394868.tif 000006
【図６】
0006394868.tif 000007