Brevet FR2389243A1 — publié le 19781124

La présente invention se rapporte à une cathode utilisable dans une pile électrochimique comportant une anode en lithium et un électKyte non aqueux. L'invention a pour but de fournir une cathode pour batterie au lithium qui puisse fonctionner pendant une longue période de temps et fournir une large gamme de courants, comme cela est nécessaire pendant le fonctionnement d'une montre électronique numérique. Selon l'invention, la cathode comprend une plaque plane comportant un trou, le rapport entre la section du trou et la surface totale de la face de la plaque étant compris entre 0,02 et 0,3.. D'autres avantages et caractéristiques de ltinvention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels la fig. 1 est une vue en plan et en partie en coupe d'une cathode selon l'invention ; la fig. 2 est une vue latérale de la. cathode de la fig 1, en partie en coupe ; la fig. 3 montre les courbes de performance de-deux piles identiques dont l'une utilise la cathode selon l'invention, et la fig. 4 représente les courbes de performance de deux autres piles identiques dont une utilise la ca#thode selon l'invention. En référence aux fig. 1 et 2, la cathode 10 est constituée par une plaque circulaire poreuse (rayon R2) contenant une matière conductrice poreuse finement divisée à laquelle est mélangée une certaine quantité d'un dépolariseur, la plaque ayant une surface globale bien supérieure à son épaisseur et comportant un trou circulaire (rayonR1), le rapport entre la section du trou (##R12) et la surface globale (nAR22) d'une face plane de la plaque étant compris entre 0,02 et 0,3. De préférenceles centres de la plaque et du trou sont en cotncidence. Le trou est de préférence de forme circulaire du fait de sa facilité d'exécution par un simple perçage ou éventuellement par mise en forme par machine tournante.On peut utiliser une grande diversité de dépola riseursdans la structure selon l'invention, le seul impératif étant que la matière du dépolariseur soit compatible avec le lithium. Comme exemples de dépolariseurs pouvant être utilisés dans la cathode selon l'invention, on peut citer le pentoxyde de vanadium (V20 ) le trioxyde de molybdène (mou3), le bioxyde 5, de manganèse (MnO2)3 le chromate d'argent (AgCrO4), le phosphate d'argent (Ag3PO4), le chlorure d'argent (AgCl), le sulfure de cuivre (CuS) et le monofluorure de carbone (CFX). Il est préférable d'utiliser du pentoxyde de vanadium. Comme indiqué sur la fig. 1, la plaque se présente sous la forme d'une grille 14, dont la matière conductrice finement divisée et le dépolariseur remplissent les interstices. Normalemento la grille est formée d'un matériau conducteur tel que de l'alu- minium ou de l'acier inoxydable. Pour démonter l'efficacité de la cathode selon l'invention, on a réalisé un certain nombre de piles qu'on a soumises à des essais. Dans chaque cas, ces piles ont été déchargées à une intensité de 49 milliampères pendant 1,25 seconde toutes les minutes-et on a mesuré le potentiel en cours de décharge. On a porté sur les fig. 3 et 4, les valeurs obtenues en fonction du temps, exprimé en heuressuivant l'axe X des graphiques. Ces essaiS ont été effectués de manière à simuler la charge demandée à une pile de montre classique utilisée pendant une longue période.Par exempleXune cadence d'une impision par minute pendant 120 heures d'essai correspond à la génération de 7 200 impulsions, ce qui équivaut à 20 impulsions par jour pendant une année. Pour les essais représentés sur la fig. 3, on a conditionné 1,2 gramme d'un mélange pour cathode de manière à obtenir une plaque d'une épaisseur de 1,75 mm et un diamètre total de 22ss2 mm. On a obtenu ainsi des piles ayant une forme plane et un diamètre bien supérieur à l'épaisseur. On a soumis une série de piles à des essais sans prévoir de trou dans la cathode, ctest-à- dire un rapport R entre la section de trou et la section de cathode égal à O. Comme indiqué sur la fig. 3, on a obtenu##iour la pile un rendement de 56 de la capacité théorique de la cathode.En même temps, on a essayé une pile identique comportant un trou central de 4 mm de diamètre, ce qui donnait pour le rapport R entre la section de trou et la section totale de la surface plane une valeur de 0,033. Cette pile, essayée dans des conditions identiques à ltautre pile, a permis d'obtenir un rendement égal à 90 de la capacité énergétique théorique de la cathode. Les deux piles comportaient une anode et un électrolyte suffisants pour atteindre un rendement de cathode de 100 si cela avait été possible. On a réalisé drautres piles correspondant à 1,3 à 1,5 gramme du mélange pour cathode. Ces piles ont présenté un diamètre de 24,6 mm et une épaisseur comprise entre 1,75 et 1,90mu. Comme le montre la fig. 4, la pile témoin où le trou n'existe pas, c'est à dire où le rapport R est égal à O, a eu un rendement de 306. On a essayé simultanément une cathode identique mais comportant un trou de 1,0 mm en son centre, ce qui correspond à un rapport R entre la section de trou et la section de cathode de O, 17. On a obtenu avec cette cathode un rendement égal à 76 de la capacité théorique Comme le montrent les résultats indiqués par les fig. 3 et 4, la cathode selon l'invention permet d'augmenter la capacité de pile à plaque mince jusqu'à une valeur proche de la capacité théorique, ce résultat pouvant être obtenu bien que'on enlève une quantité assez importante de matière de cathode par perçage du trou. Il est ainsi possible de concevoir des piles de bien plus petite dimension qu'on peut ainsi mieux loger dans les objets où on les utilise. REv'.EIiDIChTIONS 1. Cathode utilisable dans une pile électrochimioue comportant une anode en lithium et un électrolyte non aqueux, ladite cathode étant constituée par une plaque plane et caractérisée en ce qu'elle comporte un trou la traversant, le rapport entre la section du trou et la surface totale de la face plane de la plaque étant compris entre 0,02 et 0,3. 2. Cathode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le trou a une forme circulaire. 3. Cathode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la forme d'ensemble de la plaque est circulaire et en ce que les centres du trou et de la plaque sont en cotncidence. 4. Cathode selon l'une quelconque des-revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la plaque contient un dépolariseur constitué par V2O5, MoO3, MnO2, AgCrO4, Ag3PO45, AgCl, CuS ou CFx. 5. Cathode selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dépolariseur est constitué par du V205. 6. Cathode selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la plaque a une surface bien supérieure à son épaisseur et. se présente sous la forme d'une grille, les inters tices de la grille étant remplis par un mélange d'un matériau conducteur poreux et finement divisé et dudit dépolariseur. 7 Pile électrochimique, caractérisée en ce qu'elle comprend une anode en lithium, un électrolyte non aqueux et une cathode conforme à-l'une quelconque des revendications 1 à 6.