Brevet FR2112477A1 — publié le 19720616

21121*77 La présente Invention concerne un procédé de fabrication de plaques de métal poreuses à partir de poudres métalliques et concerne en particulier la fabrication d'électrodes en nickel poreuses pour des appareils électrochimiques. 5 Les plaques poreuses pour éLectrodes de batteries sont cons tituées habituellement par au moins une couche d'un métal poreux. En général, ce métal poreux est sous la forme de particules métalliques Incomplètement tassées et il est possible, avec certains mé~ taux, de fritter les particules de manière à former des plaques 10 sans support. Cependant, dans le cas des plaques frittées classiques, il est aussi nécessaire d'incorporer un ensemble, ou grille, support constitué par des bandes, tiges ou fils pleins en métal pour augmenter- la résistance mécanique et la conductivité électrique des plaques. Ces grilles augmentent sensiblement la consommation de 15 matière première ainsi que le prix de revient des p&ques, tout en ne participant pas de façon appréciable à la réaction électrochimique. De plus, l'épaisseur des plaques est supérieure, et leur souplesse peut être inférieure, à celles des plaques qui ne comportent pas une grille support. Par conséquent, les plaques sont plus 20 volumineuses et moins facilement utilisables que les plaques sans grilles pour les batteries de divers modèles. Lsinvention a pour objets s la réalisation de plaques métalliques sans support, qui ne présentent pas ces inconvénients et destinées à des appareils électrochimiques ; la fabrication de 25 bandes allongées constituées par des plaques de nickel poreux sans support ; un procédé de fabrication de plaques-êLectrodes qui peut être utilisé pour la production en série, tout en permettant un démarrage et un changement rapides des modèles fabriqués. Selon l'invention, une plaque métallique poreuse allongée sans support •50 est fabriquée par un procédé consistant à appliquer une couche d'une bouillie de poudre de nickel, un liquide volatil et un liant organique sur une bande support souple -qui est capable de se décomposer aux températures de frittage- et à faire sécher, passer à la presse et fritter ensuite la couche de bouillie, puis à décomposer 55 ledit support. D'autres objets et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : 2,0 la figure 1 représente schématiquement un appareillage 71 39617 2 2112477 pour la fabrication des plaques poreuses selon l'invention» la figure 2 est une vue en plan d'une bande constituée par des plaques poreuses contiguës fabriquées selon l'invention. La figure 1 représente un appareillage pour fabriquer en 5 série des plaques poreuses selon l'invention. Un support 10 constitué par une longue bande est entraîné à partir du tambour débiteur 11 sur des cylindres 12 et 14 de manière à venir en contact avec une courroie-support 15 souple mais résistant aux sollicitations mécaniques et à la chaleur, qui passe autour des cy-10 lindres 14 et 17. Une couche 18 d'une bouillie de poudre métallique est déposée sur la face supérieure du support 10 par des organes distributeurs 19, à savoir un récipient 20 contenant la suspension 21' de poudre métallique, un agitateur 22 et un volet de dosage 2J>. La courroie 26 comporte de préférence les saillies 15 pointues, non représentées, qui servent à y fixer le support 10 de manière que ce dernier ne se plisse pas quand la couche 12 de bouillie subit un retrait lors du séchage. La couche de bouillie 18 déposée sur le rapport 10 passe à travers un sécheur 24 dans lequel la fraction liquide de la bouil 20 lie est éliminée par évaporation. Le support 10 et la couche maintenant sèche 18 passent ensuite entre les cylindres presseurs 26 puis pénètrent dans un four de frittage 28 où le support 10 brûle ou se décompose. Enfin, après sa sortie du four de frittage 28, la couche 28 qui est maintenant sans support çst enrou-25 lée sur un tambour récepteur 32. Le support 10 est une mince bande souple allongée d'une matière qui ne réagit pas sur la bouillie 21 et se décompose- à la température de frittage de la poudre métallique. Les' pellicules obtenues à partir de la pâte de bois par le procédé au 30 xanthogénate, par exemple'une pellicule Cellulosique, conviennent particulièrement bien. La bouillie 21 est constituée par une poudre métallique, par exemple de nickel, un liquide volatil et un liant organique. La" viscosité de la bouillie doit être réglée de manière que la 35 poudre métallique reste en suspension. Le plus souvent, le liquide le plus convenable et le moins coûteux pour la préparation de cette bouillie est l'eau. Il est connu que les plaques utilisables pour les électrodes de batteries, par exemple d'accumulateurs, doivent être 40 très poreuses. La poudre métallique étant constituée par dss particules BAD ORifïiM* 71 39617 "5 2112477 de forme irrégulière, sa faible densité apparente et son faible retrait Icrs du frittage conduisent en générai à des plaques frittées très poreuses. Diverses variétés de poudres métalliques possédant les caractéristiques désirées sont bien connues et existent dans le commerce. Les poudres de nickel convenait particulièrement. bien peuvent, être préparées par le procède décrit dans le brevet canadien n" 774 C36. Peur rendre la bouillie suffisamment visqueuse, on la dissout dans une faible quantité d'une substance organique telle que,par exemple, les gélatines halogénées, l'amidon, les dérivés solubles de la cellulose tels que les sels alcalins ou d ammonium des carboxyméthulcelluloses, les hydroxyalkylcelluloses, par exemple 1'hydrexyéthylcellulose et l'hydroxypropylcellulcse. Les dérivés de la cellulose, en particulier quand on les incorpore en très petites quantités, rendent la bouillie très visqueuse. De plus, ces dérives jouent le r'ôle de liant pour la bouillie. La quantité de liant organique nécessaire dépend de sa nature et de la viscosité désirée. Cette quantité varie en général entre 1 et 5$ du poids du liquida bien que cette quantité ne puisse en fait varier. Pour la préparation de plaques de nickel poreuses, la viscosité de la suspension mesurée au viscosimètre Brookfield, doit être comprise entre 250 et 750 poises environ. Une suspension dont la viscosité est inférieure à 250 poises ne permet pas de réaliser une bande ayant l'épaisseur et la porosité souhaitées avec des particules mér.alllques dispersées de façon homogène, tandis qu'une suspension ayant une viscosité supérieure à 750 poises environ ne convient; pas pour le frittage, La quantité de poudre métallique introduite dans la bouillie dépend dans une large mesure de la densité de la poudre. En général, cette bouillie doit contenir environ 25 à 75 % de son poids de poudre métallique. Quand la teneur en métal est inférieure à 25 % environ, les contacts entre les particules de poudre lie sont pas suffisant- pour réaliser une bande métallique sans support, tandis qu:une proportion supérieure à environ 75 % de particules métalliques ne permet pas en général l'incorporation d'une quantité suffisante de liant pour permettre la réalisation d'une bande sans support. Comme on l!a vu, un support 10 recouvert d'une couche 18 passe autour du cylindre 14 et au-dessous du distributeur de bouillie 19 pour aboutir au dessiccateur 24. Un volet de * bad ORIGINAL 71 39617 2112477 dosage 23 règle l'épaisseur de la bouillie et l'étalé uniformément sur le support 10. Il va de soi qu'on peut également faire varier l'épaisseur de la bouillie en agissant, en particulier, sur la vitesse à laquelle le support 10 passe contre l'appareil 5 distributeur 19. Le dessicateur 24 élimine par évaporation le liquide volatil incorporé dans la couche de bouillie 18 afin de la préparer pour le passage à la presse. Le dessicateur 24 peut être choisi parmi les appareils employés couramment pour l'évaporait) tion des liquides volatils à des températures relativement basses. On peut citer, par exemple, un serpentincfe chauffage à travers lequel on fait passer de la vapeur surchauffée, des lampes de chauffage par rayonnement infra-rouge et des éléments chauffants à résistance électrique. L'emploi du rayonnement infra-rouge est 15 à préférer étant donné qu'il réalise un séchage plus uniforme et empêche plus efficacement la formation de fissures dans la couche de bouillie 18. Dans la réalisation représentée sur la figure 1, la couche 18 de bouillie séchée est ensuite comprimée lorsqu'elle 20 passe entre les cylindres presseurs 26 afin de produire une grille et une plaque de densité élevée (figure 2). Grâce à la pression de la grille, les plaques sont renforcées et leur conductivité électrique augmente. La couche contenant un métal 18 déposée sur le support 10 est envoyée ensuite dans un four de frittage 28 25 qui est maintenu à une température suffisamment élevée pour provoquer le frittage des particules de poudre, par exemple entre 800 et 1050°C dans le cas d'une poudre de nickel. L'atmosphère du four doit être neutre ou légèrement réductrice pour empêcher l'oxydation de la poudre métallique pendant le frittage des 30 particules de celle-ci et la vaporisation ou la décomposition du support 10. La porosité et la résistance mécanique de la couche frittée 18 peuvent être modifiées en agissant sur la température de frittage. Plus la température est basse, plus la porosité est grande 35 et moins la couche métallique est résistante, tandis que plus la température est élevée plus la porosité est faible et plus la résistance mécanique est grande à cause du frittage des particules métalliques. Une bande ayant subi une compression et un frittage peut 40 être enroulée sur un tambour 32 ou amenée directement ailleurs en vue d'un traitement ultérieur ou elle peut être introduite bad original 71 39617 5 2112477 directement dans un appareil de découpage des plaques pressées, suivant le contour,de manière à obtenir desiSajes pœuses séparées. A titre de variante du procédé décrit ci~dessus» 1a. bande peut être soumise à une opération de compression après le 5 frittage et non avant ce dernier comme l'indique la figure;au= quel cas cette opération peut précéder immédiatement 3s découpage des plaques. Bien entendu diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs ou procédés 10 qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs, sans sortir du cadre de l'invention. rBAD ORIGINAL 71 39617 6 2112477 REVENDICATIONS 1. Procédé continu de fabrication de plaques-électrodes poreuses, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations ci-après : application d'une couche d'une bouillie de poudre métallique d'un liquide volatil et d'un liant sur une bande sup-5 port souple, ladite bande étant décomposable à la température de frittage de ladite poudre métallique ; élimination par évaporation du liquide volatil de ladite couche de bouillie pour former une couche quasiment sèche de poudre métallique et de liant sur ladite bande support ; compression de ladite couche 10 sèche de manière à former un grand nombre de grilles en métal de densité relativement élevée dans le sens de la longueur de ladite couche et chauffage de ladite couche comprimée à une température suffisante pour fritter ladite poudre métallique et volatiliser lesdits liant et support. 15 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite opération de compression est mise en oeuvre sur ladite couche après qu'elle a été chauffée pour fritter la poudre métallique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en 20 ce que ledit support est une pellicule cellulosique. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3i caractérisé en ce que ladite poudre métallique est de la poudre de nickel.