Brevet FR2359515A1 — publié le 19780217

La présente invention se rapporte à des piles électriques d'un type original et à leur production, et elle concerne plus particulièrement des petites piles, du type plaquette, du type à bouton ou des piles appelées communément "piles miniature ", qui sont de construction originale et sont pratiquement hermétiquement fermées. L'invention est applicable à tout type de pile des types ci-dessus, mais elle est spécialement avantageuse dans le cas des piles à haute énergie du type lithium minéral, du type lithium organique, des piles oxyde d'argent/zinc et similaires dans lesquelles on exige un petit volume global et un volume interne utilisé comparativement hautement efficace. L'invention fournit une enveloppe pratiquement hermétiquement fermée pour ces cellules. Divers types de piles miniatures se trouvent sur le marché , et l'une des exigences est que ces piles doivent être hermétiquement scellées sur toute la durée de la pile et même après leur épuisement de manière à empêcher l'endommagement à l'équipement coûteux et délicat auquel ces piles fournissent de l'énergie. Divers types de petites piles, que l'on trouve sur le marche, répondent à ces exigences dans une large mesure. Parmi celles-ci on peut mentionner les piles à mercure et analogues. Certaines d'entre elles, en particulier lorsqu'elles sont épuisées, commencent à fuir et l'on observe un effet de "bourgeonnement", les produits chimiques passant à l'extérieur des piles tendant à contaminer les contacts de l'équipement auquel ces piles fournissent de l'énergie. Pour des utilisations très spéciales, telles que les piles utilisées dans les programmes d'exploration de l'espace externe dans de nombreux engins spatiaux, on a construit des piles spéciales hermétiquement scellées. Ces piles ont des dimensions comparativement grandes, et les produits obturants utilisés ne sont pas directement applicables aux piles miniature faisant l'objet de la présente invention. On rencontre des problèmes- particuliers avec les piles du type lithium minéral, dont l'électrolyte est de nature très corrosive et où le problème d'assurer une structure sans fuite est particulièrement grave. La présente invention concerne des petites piles électriques du type plaquette, du type bouton ou des "piles miniature" dans lesquelles la masse active est enfermée dans un boîtier d'un métal tel que l'acier inoxydable, le nickel, le "Kovar" ou similaire, ou un autre métal plaqué de manière appropriée, ledit boîtier formant l'un des pales de la pile, ledit boîtier comprenant deux parties correspondantes en contact entre elles le long d'une surface définie par une bordure de dimension correspondante dans deux parties du boîtier, lesdites parties étant fixées hermétiquement l'une à l'autre par un joint soudé, une seconde pièce polaire étant présente dans l'une des parties du boîtier extérieur, ladite pièce polaire consistant en un organe métallique approprié fermement lié audit boîtier extérieur par une liaison verre à métal une liaison métal à céramique ou une liaison métal à haut polymère. Selon un mode de réalisation préféré, ladite seconde pièce polaire est en Kovar. La liaison verre à métal est un joint équilibré ou un joint à compression. La technique d'établissement de ces liaisons verre à métal est bien connue par la production des transistors et des capsules microélectriques. La fermeture hermétique du boîtier extérieur, consistant en deux parties corresporldantes est effectuée par un processus de soudage approprié desdites parties le long de la surface de la bordure qui fournit une surface adéquate et assure la qualité requise de la liaison. La masse active, c'est-a-dire les électrodes et l'électrolyte, est présente dans ledit boîtier-, et l'électrolyte nécessaire est introduit dans celui-ci avant de la fermer hermétiquement, par une ouverture présente dans la bordure soudée, qui est ensuite fermée par un trou dans le bustier, ou par une ouverture à travers ladite seconde pièce polaire, qui est aussi fermée par la suite. Les figures du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Les figures 1 et la sont des vues latérales schématiques en coupe de piles selon l'invention. Les figures 2 et 2a sont des vues latérales schématiques en coupe d'autres modes de réalisation des piles selon l'invent on. Les figures 3 et 3a sont des vues latérales schématiques en coupe d'autres modes de réalisation de la présente invention. La figure 4 représente un autre mode de réalisation, basé sur un joint à compression. Les piles représentées sur les vues précitées sont cylindriques. Comme représenté sur les figures 1 et la, une pile comprend un organe 11 en forme de coupelle, comportant un rebord de collet 12, et un organe circulaire 13, qui présente une légère échancrure 14 agencée pour s'emboîter sur le bord interne du rebord 12. Dans l'organe 11 ou l'organe 13, il est prévu une ouverture 15 qui est délimitée par l'ouverture dans la section 16 pliée vers l'intérieur desdits organes respectifs 11 ou 13, une pièce polaire (borne) 17 étant positionnée dans ladite ouverture et étant noyée dans un joint en verre 18. L'organe 11 et l'organe 13 sont en un métal approprié, comme l'acier inoxydable, le nickel, l'acier nickelé, le Kovar ou similaires.La borne 17 est un Kovar, qui forme une parfaite obturation avec la masse de verre 18. Un différent type d'obturation ou joint est un joint à compression. Dans ce cas, le verre est positionné entre deux organes métalliques parallèles, et le coefficient de dilatation de ces trois composants est choisi de manière que, après solidification du verre, on obtienne un joint à compression pratiquement hermétique. Selon un autre mode de réalisation, on peut utiliser, au lieu de verre, une céramique appropriée ou un haut polymère approprié qui possède les propriétés mécaniques et physico-chimiques requises. La pile est remplie de la masse active et le rebord de collet est soudé par soudage par résistance, soudage au faisceau laser, etc..., de manière à sceller presque toute la circonférence du rebord. A un endroit, on laisse une petite ouverture par laquelle on introduit l'électrolyte nécessaire, avantageusement sous pression réduite, et cette ouverture est ensuite fermée par soudage. La masse active est du type utilisé dans les piles au lithium du genre décrit dans Elec. Soc. 120 (1973) 1613 et 1619,ou celle de tout autre genre similaire de pile à haute énergie. Le verre lié au métal forme un joint équilibré et ceci forme une obturation hermétique pendant des périodes prolongées de stockage de ces piles. Une construction analogue est représentée sur les figures 2 et 2a. La seule différence est que l'organe circulaire est de forme plane à sa circonférence, où le rebord de collet est formé. Un mode de réalisation différent est représenté sur les figures 3 et 3a. Le boîtier externe de la pile comprend deux organes 31 et 32 en forme de coupelle, présentant des bordures respectives 33 et 34, définissant un rebord de collet. Par suite du recouvrement de ces bordures, elles peuvent être soudées pour former un joint hermétique. Dans l'un des organes en forme de coupelle est présente une ouverture 35, et la partie du couvercle adjacente à cette ouverture est pliée vers l'interieur, en formant une partie d'un organe 36 en entonnoir dans lequel est positionneeau centre une pièce polaire 37 fermement maintenue en place par une masse de verre 38, qui forme une obturation solide métal-verremétal. Le métal préféré pour ces liaisons est le Kovar. A travers la pièce polaire 37 passe un canal 39 qui est utilisé pour introduire dans le volume interne de la pile, défini par les deux coquilles 31 et 32 et contenant la masse active, l'électrolyte requis. Après introduction de ce dernier, le canal 39 est scellé de manière permanente, en formant une pile étanche à l'air et sans fuite. Lorsque l'on forme un joint à compression, celui-ci est basé sur la combinaison de matières d différents coefficients de dilatation. Comme représenté sur la figure 4, le joint à compression est formé par la pièce polaire métallique 41, le verre 42 et le boîtier métallique 43 formant la seconde pièce polaire. Les coefficients de dilatation sont tels que A (pièce 41) c B (verre 42 > #C (boîtier 43), et ainsi lors- que le verre se solidifie, un joint à compression se forme. C'est l'une des exigences de ce type de joint que les surfaces des pièces 41, 42 et 43 en regard ltune de l'autre soient pratiquement parallèles.Des joints à compression de ce type sont bien connus, et par exemple la pièce 41 peut être en "alliage 52", le verre 42 être un verre approprié à coefficient de dilatation supérieur à celui de la pièce 41, mais inférieur à celui du bottier 43, et le bottier 43 être en acier inoxydable, nickel, etc. Il est évident que, au lieu du verre, on peut utiliser une substance céramique ou polymère appropriée, présentant les propriétés mécaniques requises ainsi qu'une résistance suffisante à 11 attaque par les produits chimiques en contact avec elle. Il est évident aussi que l'électrolyte ou autre liquide peut être introduit dans le bottier par une ouverture laissée ouverte le long du rebord de collet, par une ouverture présente a tout endroit approprié du bottier ou par une ouverture présente dans la pièce polaire centrale. Le bottier externe qui constitue l'enveloppe de la pile peut évidemment être de toute forme désirée répondant aux exigences de l'instrument auquel la pile doit fournir de l'énergie. En dépit des petites dimensions de ce type de piles, la présence du rebord du collet rend possible l'obtention d'un joint hermétique au moyen de techniques de soudage. Les constructions décrites ci-dessus ont été essayées avec des piles au lithium minéral du type bouton, du type plaquette et avec d'autres piles minature. On a obtenu une construction sans fuite et l'on pouvait stocker des piles pendant des périodes de temps prolongées, sans fuite après épuisement des piles. Il va de soi que des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits notamment par substitution de moyens techniques équivalents. REVENDICATIONS 1.- Pile électrique du type plaquette, du type bouton ou du type pile miniature, caractérisée en ce que le bottier externe de la pile consiste en deux parties en contact l'une de l'autre le long d'un rebord du collet, soudé hermétiquement, ledit bottier externe étant l'une des pièces polaires de ladite pile, l'autre pièce polaire étant insérée dans ledit bottier par une ouverture dans celui-ci et scellée et liée hermétiquement audit bottier de manière électriquement isolante par une liaison métal-verre, métal-céramique-métal ou métal-polymère-métal. 2.- Pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint est un joint métal-verre-métal du type équilibré 3.- Pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le joint est un joint métal-verre-métal du type à compression. 4.- Pile selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le bottier externe de la pile est en acier inoxydable, en nickel ou en acier nickelé. 5.- Pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde pièce polaire est en Kovaret est liée au verre par un joint équilibré. 6.- Pile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pile est une pile au lithium. 7.- Pile selon l'une quelconque des revendications 1 1 à 5, caractérisé en ce que la pile est une pile oxyde d'argent/ zinc. 8.- Pile selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la pile est une pile au lithium organique. 9.- Procédé de fabrication d'une pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le rebord de collet est soudé par points. 10.- Procédé de fabrication d'une pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que le soudage est effectué par un faisceau laser. 11.- Procédé selon la revendication 9 ou 10, carac tersé en ce que l'électrolyte est introduit par une ouverte dans la bordure re du rebord de collet, qui est ensuite obturée hermétique- ment. 12.- Procédé selon la revendication 9 ou 10, caractérisé en ce que l'électrolyte est introduit par une ouverture dans la seconde pièce polaire, qui est ensuite obturée hermFtique- ment. 13.- Procédé de fabrication d'une pile selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'électrolyte est introduit par une ouverture dans le boîtier externe, qui est ensuite obturée.