Brevet FR2305860A1 — publié le 19761022

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'électrodes d'accumulateurs pouvant convenir aussi bien pour des accumulateurs au plomb que pour des accumulateurs à alcali. L'accumulateur au plomb constitue une des sources électrochimiques d'énergie électrique les plus importantes. En plus de ses avantages prépondérants, comme par exemple sa faible résistance interne et sa tension relativement grande, il présente également des inconvénients, surtout une faible durée de service, notamment pour la plaque positive, et un poids élevé. Un des procédés à l'aide duquel il est possible d'augmenter la durée de service et le cas échéant également de réduire le poids des électrodes de l'accumulateur au plomb consiste à former un squelette poreux et mécaniquement solide constitué d'une matière plastique dans laquelle est incluse la masse active. Ainsi, on em pohe une sortie de la masse active hors du squelette ou grille pendant la marche de l'accumulateur. Le squelette en matière plastique peut être en outre caractérisé par sa microporosité propre qui permet de réduire le poids de ltélectrode et de permettre une introduction de l'électrolyte dans les pores fins de la matière plastique en vue de créer une bonne diffusion vers les zones de réaction, notamment aux fortes charges.Le squelette en matière plastique peut également présenter une porosité contrôlée le long de l'épaisseur de l'électrode. Des électrodes comportant un squelette en matière plastique sont fabriquées en réalisant un mélange d'un polyéthylène à grains fins et d'une masse active puis en frittant le mélange ou bien en formant d'abord un squelette poreux et en faisant pénétrer la masse active dans celui-ci par infiltration sous la forme d'une dispersion colloidale. Comme matière plastique, on utilise dans le plupart des cas du polyéthylène. Une électrode à squelette en matière plastique présente les avantages suivants a) l'électrode est mécaniquement stable et possède une grande durée de service, notamment dans des conditions sévères de fonctionnement, comme cela est le cas pour des accumulateurs alimentant des démarreurs ou bien pour des batteries de traction. b) on peut utiliser avec plus d'efficacité la masse active du fait de la porosité supérieure de ltélectrode et de la meilleure pénétration de l'électrolyte Jusqu'à la surface active et en outre les électrodes permettent d'obtenir une puissance supérieure et de meilleurs paramètres énergétiques. c) on peut réduire le poids de l'électrode car le squelette n'a plus à remplir la fonction de support de la masse active et se limite au rôle d'un collecteur de courant. Il n'était pas possible de résoudre jusqu a maintenant de façon satisfaisante le problème de la fabrication industrieLe des électrodes de type ci-dessus décrit couramment mis en oeuvre dans la pratique. La principale difficulté est que, lors du frittage du mélange de poudre de matière plastique et de masse active, il se produisait une contraction de volume relativement grande de l'électrode, Cette contraction ne permettait pas d'adaptation ultérieure d'un collecteur et en conséquence il se produisait une rupture des électrodes. Pour remédier à cet inconvénient, on a effectué des essais de fabrication O'une électrode par compression à la presse. Le procédé de compression effectué dans un moule en acier ne satisfait pas aux conditions d'un usinage technologique car, à l'aide d'un moule mécaniquement rigide, on ne peut pas obtenir une pression uniforme lors du frittage et en conséquence les propriétés de l'électrode sur toute sa surface ne sont pas homogènes. L'inconvénient principal consiste essentiellement en ce qu'on ne peut obtenir que très difficilement sur une grande surface une couche uniforme et relativement mince formée de masses pulvérulentes présentant des poids spécifiques très différents. L'invention permet de remédier aux inconvénients des réalisations connues à l'aide d'un procédé de fabrication d'électrodes d'accumulateurs qui se composent d'un mélange d'une masse active et d'une matière plastique ainsi que d'un collecteur, le procédé étant caractérisé en ce que le mélange de la masse active et de la matière plastique et le collecteur sont placés dans un moule entre deux couches formées d'une matière élastique, par exemple du caoutchouc de silicone, puis on réalise l'échauffement dudit ensemble, en faisant intervenir le cas échéant également une compression, la valeur de la température étant déterminée par le point de fusion et par la viscosité de la matière plastique utilisée, auquel cas on réalise un frittage desdites masses afin de former une unité mécaniquement solide. Avec le procédé décrit, on peut également fabriquer d'abord des plaques constituées d'une masse active et d'une matière plastique, après quoi on dispose les plaques de part et d'autre du collecteur et on soumet 1 'ensemble à une compression à la presse. Les avantages obtenus grâce à l'invention consistent essentiellement dans une augmentation sensible de la durée de service des électrodes, dans l'amélioration des paramètres de puissance et énergétiques, dans une réaction du poids de l'électrode et dans une amélioration de sa stabilité mécanique. Les couches formées de caoutchouc de silicone de nature élastique (notamment à température élevée) s'adaptent parfaitement bien également à une surface d'électrode très inégale. L'effet de compression exercé au cours du processus de frittage sur l'électrode permet, par suite de la contraction de volume, de diminuer l'épaisseur mais pas la surface de 1 'électrode. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en révérence au dessin unique annexé qui représente une coupe d'un moule pour la mise en oeuvre du procédé de fabrication d'électrodes de l'invention. Sur la figure, on a représenté un moule en acier qui est constitué d'une plaque de base A, d'un cadre médian B et d'un couvercle supérieur C. Sur la plaque de base A à laquelle a été relié le cadre médian B, on dépose une couche D de caoutchouc de silicone sur laquelle on met en place un collecteur puis on dépose un mélan- ge formé d'une masse active et d'une matière plastique et le cas échéant d'autres constituants de l'électrode E. Sur les couches ainsi formées on dépose une seconde couche D constituée de caoutchouc de silicone et on place sur celle-ci le couvercle supérieur C. On exerce sur le moule ainsi chargé une pression, par exemple à l'aide d'une presseaet on soumet le moule à un cycle de chauffage dont la température et la durée sont déterminées par la temp & atu- re de fusion et la viscosité du mélange de matière plastique utilisé. Cette température est comprise par exemple entre 115 et 1900C pour du polyéthylène et la durée du chauffage est comprise entre 5 et 30 minutes. Du fait que les couches formées d'une matière élastique, par exemple du caoutchouc de silicone , constituent une source de génération de la force de compression car le caoutchouc de silicone a une plus grande capacité de dilatation que l'acier, il n'est pas toujours nécessaire d'agir sur le moule par une pression extérieure.Dans le moule, on place entre les couches de caoutchouc de silicone un mélange de la masse active et de la matière plastique et le collecteur et on-assemble les différents éléments du moule, par exempleàl'aide de boulons, de façon à former un ensemble compact. On agit alors sur le moule simplement par échauffement car la pression est exercée par la dilatation thermique du caoutchouc de silicone. Le procédé de fabrication décrit peut être appliqué aussi bien à une fabrication individuelle des électrodes qu'à une fabrication en grande série à l'aide d'un outillage et de machines relativement peu coûteux. Pour la fabrication en série, on peut adapter le procédé,par exemple de manière que d'abord les plaques formées de la masse active et de la matière plastique soient réalisées aux cotes imposées puis on met en place ces plaques sur chaque côté du collecteur et on les soumet ensuite à une compression. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'électrodes d'accumulateurs se composant d'un mélange d'une masse active et d'une matière plastique ainsi que d'un collecteur, caractérisé en ce que le mélange de la masse active et de la matière plastique et le collecteur sont placés dans un moule entre deux couches en matière élastique, par exemple en caoutchouc de silicone, puis on réalise l'échauffement dudit ensemble, en faisant intervenir le cas échéant également une compression, la valeur de la température étant déterminée par le point de fusion et par la viscosité de la matière plastique utilisée, moyennant quoi on réalise un frittage desdites masses en Cor- mant une unité mécaniquement solide. 2. Procédé de fabrication d'électrodes suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'on fabrique d'abord des plaques constituées d'une masse active et d'une matière plastique, après quoi on dispose ces plaques de chaque côté du collecteur et on soumet l'ensemble à une compression.