Brevet FR2229145A1 — publié le 19741206

La présente invention concerne une pile électrochimique étanche et un procédé pour sa fabrication, et plus particulièrement une liaison étanche d'un collecteur de courant à un élément de fermeture terminal et un procédé pour réaliser une telle liaison. Pour une pile électrochimique ayant un collecteur de courant relié électriquement à un élément métallique de fermeture terminal, de nombreuses propositions ont été faites jusqu'ici en vue de p#rocurer des structures étanches qui empêchent effectivement l'électrolyte de fuir ou de cheminer jusqu'à l'extérieur de la pile. Toutefois, la plupart de ces propositions ont été appliquées à des structures étanches disposées aux parties marginales d'un boitier métallique constituant l'une des bornes de la pile et d' un élément de fermeture supérieur constituant l'autre borne de la pile. Dans la plupart des piles électrochimiques connues, un isolateur étanche annulaire est seulement emprisonné entre les parties marginales du bottier métallique et de l'élément de fermeture supérieur. En conséquence, la surface interne de l'élément de fermeture est directement au contact de l'électrolyte qui peut cheminer le long de la surface interne de cet élément de fermeture, en direction de l'extérieur de la pile. Dans un autre type de pile, un isolateur étanche, qui est emprisonné entre les parties marginales du bottier métallique et l'élément de fermeture supérieur terminal, s'étend jusqu'à épouser la surface interne toute entière de l'élément de fermeture supérieur, sauf en un trou central à travers lequel pénètre le collecteur de courant. Au voisinage du trou central, l'isolateur étanche est comprimé contre le collecteur de courant par un élément métallique annulaire. Toutefois, dans une telle structure, un effet satisfaisant d'étanchéité entre le collecteur de courant et le trou central de l'isolateur étanche ne peut pas être obtenu. De plus, on a constaté l'inconvénient que des fissures se åéve- loppent sur les parties de l'isolateur étanche proches du trou central. En conséquence, l'électrolyte parvient facileet à la surface interne de ''éludent de fermeture à travers ces fissures et ensuite g & ne l'extérieur de la pile. tn conséquence,la présente invention a pour objet une pile électrocnimiaue dans laquelle un collecteur de courant est relié de façon tanche aux liquides à un élément de fermeture terminal par l'intermédiaire d'un isolateur d'étanchéité. Un autre objet de la présente invention est un procédé pour une liaison étanche aux liquides d'un collecteur de courant à un élément de fermeture terminal dans une pile électrochimique. melon un des aspects de la présente invention, une pile électrochimique suivant l'invention comporte un bottier métallique constituant l'une des bornes de la pile, un élément de fermeture supérieur pour le bottier, constituant l'autre borne de la pile, un isolateur d'étanchéité emprisonné entre des parties marginales du bottier métallique et de l'élément de fermeture su périeur, et un collecteur de courant relié à son extrémité supérieure à l'élément de fermeture supérieur. L'isolateur d'étanchéité s'étend sensiblement sur toute la surface interne de 1' élément de fermeture supérieur.Le collecteur de courant a une partie centrale pénétrant à travers l'isolateur d'étanchéité et reliée à l'élément de fermeture supérieur avec une tête élargie, et un rebord périphérique s'étendant radialement à partir d'un col de la partie centrale et comprimant l'isolateur d'étanchéité contre la tête élargie. Selon un autre aspect de la présente invention, un procédé suivant l'invention pour liaison étanche d'un collecteur de courant à un élément de fermeture terminal dans une pile électrochimique comporte les opérations de mise en place d'un élément métallique de fermeture terminai au-dessus d'un isolateur d'étanchéité qui est suffisamment grand pour épouser sensiblement toute la surface interne dudit élément métallique de fermeture, d'appui d'un collecteur de courant sur le côté inférieur dudit isolateur d'étanchéité, ledit collecteur de courant ayant une partie centrale faisant saillie vers lehaut et se terminant en une extrémité effilée et un rebord périphérique, de pénétration à force de ladite partie centrale dudit collecteur de courant à travers la partie centrale dudit isolateur d'étanchéité jusqu'à ce que 1' extrémité effilée de celui-ci vienne au contact de la surface interne dudit élément de fermeture, et d'application d'un courant électrique à travers ledit élément métallique de fermeture et ledit collecteur de courant pour souder ladite extrémité effilée dudit collecteur de courant audit élément métallique de fermeture avec une résistance de contact entre eux. Les objets de l'invention, leurs caractéristiques et aevurans tages apparartront au cours de la description qui va suivre de modes de mis en oeuvre préférés de celle-ci, en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une vue en coupe représentant une pile élec trocnisicue selon la présente invention la figure 2 est une vue en coupe représentant un processus de liaison d'un collecteur de courant à un élément de fermeture terminal; les figures 3 sont des coupes à grande échelle représentant un mode de réalisation d'un collecteur de courant, la figure 3 (a) représentant le collecteur de courant avant qu'il soit assemblé dans la pile et la figure 3 (b) après qu'il y ait été assemblé. les figures 4 sont des coupe à grande échelle d'un autre mode de réalisation suivant l'invention de ce collecteur de courant, la figure 4 (a) montrant le collecteur de courant avant son assemblage dans la pile et la figure 4 (b) après qu il y ait été assemblé. A la figure I est représentée une pile plate à électrolyte alcalin qui comporte un boîtier métallique 1 en forme de cuvette aplatie, constituant une borne de cathode de la pile. Le boîtier métallique 1 est réalisé en fer nickelé et renferme une cathode 2 d'électrolyte alcalin, un séparateur 3 et une anode 4 stratifiée, dans cet ordre de succession. L'extrémité ouverte du boi- tier métallique 1 est fermée par un isolateur d'étanchéité 5 et par un éléraent métallique de fermeture supérieur 6 en forme de cuvette renvers#e, réalisée en fer nickelé et constituant la borne d'anode de la pile.L'isolateur d'étanchéité 5 possède un rebord périphérique 5 (a) qui entoure une partie marginale 6 (a) de l'élément de fermeture supérieur 6, et une partie 5 (b) en forme ce cuvette renversée qui épouse toute la surface interne de l'élém,eYlt de fermeture supérieur 6, à ltexception d'une partie centrale de celle-ci à travers laquelle pénètre un collecteur de courant 7 décrit ci-après en détail. L'isolateur d'étanchéité 5 est réalisé en un Matériau tel que polyéthylène, le polypropylène, un copolymère de poly@thy@ène et de pol#propylène, la matière ventiue sous a dèsignation co:#erciaie NYLON ou du caoutchouc. Le rebord péri@@érique 5 (a) de ''isolateur d'étanchéité 5 est serré contr la partie marginale @ (a) de 'élément de fermeture supérieur 3 par Une partie terminale ouverte 1 (a) du boîtier métal ligue 1. Le collecteur de courant 7 a généralement une section en forme de T renversé et comporte une partie 7 (a) qui se termine en une tête élargie 7 (b) et un rebord gériphérique 7 (c) s'étendant radialement q partir d'un col 7 (d) de la partie certrale 7 (a), comme on le voit aux figures 3 et 4. La partie centrale 7 (a) du collecteur de courant 7 pénètre à travers la partie centrale de l'isolateur d r étanenéité 5 et est reliée à l'élément de fermeture supérieur 6 par sa tête élargie 7 (b).Le rebord périphérique 7 (c) du collecteur de courant 7 comprirle la partie centrale de l'ioslateur d'étanchéité 5, qui est adjacente à la partie centrale 7 (a) du collecteur de courant, contre la tête élargie 7 (b), et est mis en contact par la surface inférieure de celle-ci avec l'anode 4. Les matériaux constituant le collecteur de courant 7 peuvent être modifiés selon les types de la pile électrochimique. Dans une pile au mercure, une pile alcaline au manganèse ou une pile à l'oxyde d'argent qui utilise du zinc amalgamé pour l'anode, il est préférable, pour empêcher l'auto-dissolution du zinc, d'utiliser un métal recouvert d'un alliage de mercure et d'étain, de cuivre, de laiton, d'argent, de cadnium ou de nickel. Dans une pile au cadnium-nickel qui n'utilise pas le zinc pour l'anode, du fer nickelé ou de l'acier inoxydable peuvent être utilisés pour le collecteur de courant. De préférence, le rebord périphérique 7 (c) du collecteur de courant 7 a une surface supérieure qui monte progressivement à mesure qu'elle s'étend radialement depuis le col 7 (d) et est pas tiellement insérée dans l'isolateur d'étanchéité 5, comme représenté à la figure 3. Dans un autre mode de réalisation préféré du collecteur de courant 7, le rebord périphérique 7 (c) de celui-ci possède une saillie annulaire 7 (e) vers le haut, le long de sa périphérie circulaire, avec une rainure annulaire 7 (f) entre le col 7 (d) et la saillie vers le haut 7 (~e). La saillie vers le haut est partiellement insérée dans l'isolateur d'étanchéité, comte repré sentée à la figure 4. En se référant à présent au procédé de fabrication d'une liaison étanche du collecteur de courant 7 à l'élément de fermeture supérieur 6, le collecteur de courant 7 du type représenté à la figure 3 (a) ou 4 (a) est tout a'abord préparé. Comme il ressort des figures 5 (a) et 4 (au ? la partie centrale faisant saillie vers le zaut 7 (a) du collecteur de courant 7 se termine en une extrémité effilée 7 (g). Un tel collecteur de courant 7 est solidener.t fixé sur une électrode inférieure 8. L'élément de fermeture supérieur 6 er'fornie de cuvette est placé sur l'isolateur d'étanchéité 5 dont la partie périphérique 5 (a) repose sur un support 9.Le support 9 est poussé vers une électrode supérieure 10 par un ressort ll prévu autour de l'électrode inférieure 8. Dans une telle disposition, l'électrode supérieure 10 est abaissée, comprimant le ressort ll à l'extrémité du support 9, jusqu'à ce que l'extrémité effilée 7 (g) de la partie centrale 7 (a) du collecteur de courant 7 perce l'isolateur d'étanchéité 5 jovienne au contact de la surface interne de l'é3#nent de fermeture supérieur 6.Lorsque l'extrémité effilée 7 (g) du collecteur de courant 7 vient en contact l'élément de fermeture supé#rieur 6, un courant électrique les traverse de l'électrode supérieure 10 à 1' électrode inférieure 8 ou vice-versa, de sorte que, du fait de la résistance de contact entre eux, l'extrémité effilée du collecteur de courant 7 est fondue et soudée à l'élément de fer enture supérieur 6. A ce moment, l'extrémité effilée du collecteur de courant s'aplati, ce qui se traduit par la formation de la tête élargie 7 (b). Dans les modes de réalisation préférés,le rebord périphérique 7 (c) du collecteur de courant 7 a sa surface supérieure qui monte progressivement à mesure qu'il s'étend radialement depuis le col 7 (d) comme représenté à la figure 3 (a) ou à la saillie vers le haut 7 (e) le long de la périphérie de celui-ci comme représenté à la figure 4 (a) de sorte que le rebord périphérique 7 (c) perce partiellement l'isolateur d'étanchéité 5 et comprime la partie centrale de cet isolateur contre la tête élargie 7 -b). Suivant la présente invention l'électrolyte dans la pile peut à peine atteindre la surface interne de l'élément de fermeture supérieur, grace à la barrière formée entre la tête élargie 7 (b) du collecteur de courant 7 et l'isolateur d'étanchéité. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des modes de réaTisat#on préférés, de nombreuses modifications ou c angezents peuvent être apportés sans sertir du cadre de 1' invention. Par exemple, un réactif adnésif ou hyurop.obe peut être interposé entre l'élément de fermeture supérieur o et l'isolateur d'étanchéité 5 pour empêcher plus efficacement l'infiltration de l'él ctrolyte, si une telle infiltration venait à se produire. De plus, le collecteur de courant peut avoir une par tle infér eure qui fait saillie profondément à l'intérieur de la pile. REVENDICATIONS 1. Pile électrochimique, du genre comportant un boîtier métallique constituant une des bornes de la pile, un élément de fermeture supérieur pour ledit boîtier, constituant l'autre borne de la pile, un isolateur d'étanchéité emprisonné entre des parties marginales dudit boîtier métallique et dudit élément de fermeture supérieur, et un collecteur de courant relié par son extrémité sur périeure audit élément de fermeture supérieur, caractérisée en ce que ledit isolateur d'étanchéité s'étend sensiblement sur toute la surface dudit élément de fermeture supérieur,et en ce que ledit collecteur de courant a une partie centrale faisant saillie à travers ledit isolateur d'étanchéité et reliée audit élément de fermeture supérieur par une tête élargie, et un rebord périphérique s'étendant radialement depuis un col de ladite partie centrale et serrant ledit isolateur d'étanchéité contre ladite tette élargie. 2. Pile électrochimique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit rebord périphérique dudit collecteur de courant possède une surface supérieure qui monte progressivement à mesure qu'il s'étend radialement à partir dudit col et est insérée partiellement dans ledit isolateur d'étanchéité. 3. Pile électrochimique selon la revendication 1, caractérisée en ce que ledit rebord périphérique dudit collecteur de courant possède une saillie annulaire vers le haut le long de sa périphérie circulaire, avec une rainure annulaire entre ledit col et ladite saillie, cette dernière étant partiellement insérée dans ledit isolateur d'étanchéité. 4. Procédé de liaison étanche d'un collecteur de courant à un élément de fermeture terminal dans une pile électrochimique, caractérisé en ce qu'il comprend les opérations de mise en place d'un élément métallique de fermeture terminal sur un isolateur d'étanchéité qui est suffisamment grand pour épouser sensiblement toute la surface interne dudit élément métallique de fermeture, d'appui d'un collecteur de courant sur le c8té inférieur dudit isolateur d'étanchéité, ledit collecteur de courant ayant une par tie centrale faisant saillie vers le haut et se terminant en une extrémité effilée, et un rebord périphérique, de pénétration à force de ladite partie centrale dudit collecteur de courant à travers la partie centrale dudit isolateur d'étanchéité jusqu'à ce que ladite extrémité effilée de celui-ci soit en contact de ladite surface interne dudit élément de fermeture, et d'application d'un courant électrique à travers ledit élément métallique de fermeture et ledit collecteur de courant pour souder ladite extrémité effilée dudit collecteur @e courant audit élément mé métallique de fermeture avec une résistance de contact entre eux. 5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit rebord périphérique duait collecteur de courant ait également saillie vers le haut jusqu un niveau légèrement plus bas que ladite extrémité effilée et est également inséré à force dans ledit isolateur u'étanchéité.