Brevet FR2386910A1 — publié le 19781103

La présente invention concerne la fabrication des accumulateurs et plus précisément, un procédé d'imprégnation d'électrodes métallo céramiques pour accumulateurs alcalins, et une installation pour sa mise en oeuvre. le procédé proposé et l'installation pour sa mise en oeuvre peuvent être appliqués dans la fabrication d'accumulateurs au nickelcadmium de plusieurs types et ils permettent d'obtenir un rendement élevé, d'économiser des matériaux et de rendre plus simple la technologie de l'imprégnation, surtout au cours du traitement de bandes particulièrement minces utilisées pour la fabrication d'électrodes d'acculateurs ayant une capacité élevée d'absorption de lténergie spécifique. L'accroissement de l'énergie spécifique des accumulateurs alcalins comportant des électrodes métallocéramiques et utilisés, par exemple, pour les batteries que l'on emploie dans l'aviation, dans les véhicules à propulsion électrique, etc., est généralement obtenu grâce à la fabrication d'électrodes particulièrement minces, découpées à partir d'une bande frittée ayant subie au préalable les opérations d'imprégnation, de frittage et d'élimination des impuretés. On connatt un procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques découpées à partir de bandes particulièrement minces dont l'épaisseur du support métallique perforé est de l'ordre de 20 à 50 microns, mais ce procédé est difficile à mettre en oeuvre du point de vue technologique, les difficultés en question étant provoquées par une robustesse insuffisante de ces bandes. De ce fait, on effectue 11 imprégnation soit d'électrodes isolées, soit de pièces brutes d'une courte longueur qui est égale à la longueur de 1 à 3 électrodes, découpées à partir d'une bande frittée avant l'imprégnation. Ce procédé connu (voir, par exemple, l'ouvrage "Fabrication des accumulateurs électriques", par M.A. Doisoian, V.V. Novoderzhkin, F.F. Tomashevsky, 2e édition. Editions "Visshaia Shkolat, URSS, Moscou 1970, pages 384 à 387, 393 à 395) consiste en ce que l'on assemble à la main les pièces brutes en formant ainsi des cassettes dans lesquelles il y a un jeu permettant à la solution de circuler librement entre les pièces brutes voisines. les cassettes dans lesquelles sont disposées des pièces brutes sont assemblées avec des organes de suspension de façon qu'elles puissent être suspendues dans des solutions actives dans un ordre déterminé, conformément à la technologie. Les processus sont effectués au sein de milieux agressifs à une température allant jusqu'à 15C C. Une fois le processus d'imprégnation terminé, les organes de suspension et les cassettes sont démontés, les pièces brutes sont soumises à un nettoyage préalable, ce qui se fait également à la main, pour être ensuite soumises à une opération de formage et aux nettoyages mécanIque et électrochimique. Le procédé d'imprégnation décrit ci-dessus nécessite beaucoup de travail manuel, il est peu rentable et ne permet pas de mécaniser les opérations exigeant beaucoup de travail. En outre, au cours du découpage des électrodes à partir des pièces brutes de dimensions déterminées, il est inévitable qu'il se produit beaucoup de pertes de matériaux de fabrication. On sait aussi que la Société française "Saft11, Société pilote dans la fabrication des accumulateurs comportant des électrodes fritées et enduites, effectue l'operation dtimprégnation des bandes par un procédé consistant à enrouler chaque bande frittée en introduisant entre les spires des dispositifs hélicoidaux assurant un jeu pour la circulation des solutions. Dans ce cas, les dispositifs hélicoidaus assurent le jeu en retenant les spires de la bande par ses bords. l'installation utilisée pour la mise en oeuvre de ce procédé comporte des réservoirs contenant des solutions actives dans lesquelles on dispose les organes de suspension sur lesquels sont montés la bande enroulée en bobines et les dispositifs hélicoidaux assurant le jeu entre les spires, lors de l'enroulement de la bande en bobines. l'inconvénient de ce procédé d'imprégnation des bandes et de 1'installation pour sa mise en oeuvre consiste en ce qu'fus ne permettent pas de réaliser une imprégnation de bandes particulièrement minces, puisque les bords des bandes dont le support métallique est d'une épaisseur de l'ordre de 20 à 50 microns sont peu robustes et de ce fait, ne sont pas susceptibles de retenir la bande dans les dispositifs hélicoidaux. Il en résulte qu'Ils n'assurent pas un jeu uniforme entre les spires de la bande sur toute sa largeur.En outre, l'enroulement des bords de la bande en spires lors de l'enroulement en bobines de celle-ci nécessite l'utilisation de dispositifs de gui dage spéciaux, l'élasticité des bandes devant être suffisante, et cette opération s'effectue à petite vitesse et doit être surveillée par un ouvrier, ce qui nécessite le recours au travail manuel. L'enroulement de bandes peu robustes et particulièrement minces en utilisant ce procédé exige donc plus de travail manuel et cette opération n'est pas rentable. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients susmentionnés. Un autre but de l'invention consiste à fournir un procédé d'im prégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins et une installation pour sa mise en oeuvre, permettant d'imprégner des électrodes particulièrement minces. Dans le cadre de l'invention, on s'est proposé de créer un procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins et une installation pour sa mise en oeuvre assurant 1' impré- gnation d'électrodes particulièrement minces, grâce à la modification de la technologie de l'imprégnation et de la construction de l'élé- ment séparateur disposé entre les spires de la bande lors de ltenrou- lement de cette dernière en bobines. L'invention a donc pour objet un procédé d'imprégnation de bandes métallocéramiques servant de base à la fabrication d'électrodes pour accumulateurs alcalins au cours duquel la bande frittée est enroulée avec jeu et disposée dans des solutions actives, caractérisé en ce que ladite bande est enroulée ensemble avec un élément séparateur tout en assurant un jeu entre les spires de la bande-ébauche. Il est avantageux de réaliser l'élément séparateur par coulée sous pression à partir d'un copolymère du tétrafluoréthylène avec de l'éthylène, ce qui assure la résistance de 1' élément aux milieux agressifs, même à une température allant jusqu'à 200oC, L'invention a également pour objet une installation pour la mise en oeuvre du procédé défini ci-dessus d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins comportant au moins un réservoir contenant des solutions actives dans lesquelles est disposé un dispositif de suspension à laquelle sont fixées les ébauches d'électrodes et qui est réalisée sous la forme d'un ensemble de bobines sur chacune desquelles est enroulée une bande de façon à former un jeu entre les spires, grâce à un élément séparateur, caractérisé en ce que ledit élément séparateur est réalisé à partir de cadres articulés individuels constituant une channe continue et pourvus de saillies prévues sur les deux cotés de barres transversales et longitudinales formant les cadres ce qui assure la circulation de la solution active entre les spires de la bande. Le procédé et l'installation selon l'invention, donnent la possibilité d'augmenter la productivité du travail et de réduire les quantités de travail nécessaires pour la mise en oeuvre du procédé, surtout s'il s'agit de l'imprégnation d'électrodes particulièrement minces utilisées dans les accumulateurs ayant une capacité élevée d'absorption de l'énergie spécifique.Ces avantages sont obtenus grâ- ce au fait que l'élément séparateur est disposé sur toute la longueur et la largeur de la bande ce qui permet d'effectuer l'imprégnation et le nettoyage d'électrodes particulièrement minces constituant la bande dont les bords ont une épaisseur et une robustesse faibles, tandis que l'opération d'enroulement des bandes peut être mécanisée, ce qui permet de réduire de 5 à 8 fois le travail nécessaire pour la réalisation du processus d'imprégnation, comparé au travail que l'on doit faire pour l'assemblage à la main des ébauches pour former des cassettes. La possibilité d'effectuer l'enroulement simultané de la bande et de l'élément séparateur à une vitesse plus grande que celle utilisée dans le cadre de la technique connue décrite ci-dessus dans laquelle l'enroulement de la bande est effectué par une mise de ses spires dans des dispositifs hélicoidaus retenant les spires de la bande par les bords, rend économique l'utilisation de l'installation proposée pour 11 imprégnation de bandes suffisamment robustes et épaisses. La réalisation de l'élément séparateur à partir de cadres individuels articulés constituant une chaste continue rend possible de fabriquer, par un procédé de coulée sous pression, les cadres isolés en des matériaux stables thermiquement et chimiquement, de préférence, en des matériaux contenant du fluor ce qui permet d'assurer une résistance et une robustesse élevées et par conséquent, de prolonger la durée de service de l'élément séparateur. La possibilité de remplacer les cadres constituant l'élément séparateur, par exemple lors de la mise hors d'usage de l'un d'entre eux, permet de réduire les frais d'exploitation nécessités par l'entretien de l'installation, objet de l'invention. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de réalisation et en se référant aux dessins annexés dans lesquels - la Fig. 1 représente une vue en coupe d'installation pour l'imprégnation d'électrodes pour un accumulateur alcalin; - la Pie. 2 représente une bobine munie d'une bande et d'un élément séparateur au cours de l'enroulement; - la Fig. 3 est une vue d'ensemble en plan de l'élément sépara teu; - la Fig. 4 montre une vue latérale de cet élément séparateur. Le procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins, selon l'invention, consiste en ce qu'une bande métallocéramique servant à la fabrication des électrodes est enroulée ensemble avec un élément séparateur, ce dernier étant placé sur toute la longueur et la largeur de la bande, ce qui donne la possibilité d'assurer un jeu uniforme entre les spires de la bande indépendamment de son épaisseur et de sa robustesse, et la circulation des solutions entre les spires de la bande.Ensuite, l'imprégnation de la bande est effectuée directement par rouleaux que l'on dispose successivement dans des réservoirs contenant des solutions différentes et dans des chambres dans lesquelles se trouve un milieu contrôlé. lorsque le cycle complet de l'imprégnation est terminé, la bande et l'élément séparateur sont déroulés, soumis simultanément à un lavage, à un nettoyage mécanique et à un séchage. Toutes ces opérations étant terminées, la bande est soumise à un traitement ultérieur et l'élément séparateur est utilisé de nouveau. Il est avantageux de fabriquer l'élément séparateur à partir d'un copolymère du tétrafluoréthylène contenant de l'éthylène par un procédé de coulée sous pression, par exemple, ce qui permet d'augmenter la robustesse de l'élément séparateur et de prolonger sa durée de vie, de sorte qu'il peut étre utilisé de nombreuses fois dans des conditions d'agressivité élevée des solutions actives et de hautes températures régnant dans les chambres contenant un milieu con tramé. L'utilisation de l'élément séparateur disposé sur toute la largeur de la bande dès son enroulement avec celle-ci, permet d'effectuer l'imprégnation d'électrodes métallocéramiques d'une faible épaisseur et peu robustes lorsqu'elles sont encore scu forme de bande, ce qui assure une augmentation de la productivité du travail et une réduction du travail indispensable pour la réalisation du procédé, puisque l'enroulement des bandes peut être mécanisé. L'utilisation de l'élément séparateur réalisé à partir de matériaux contenant du fluor et possédant une haute résistance mécanique, thermique et chimique permet de réduire les frais de production. Le procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins lorsqu'elles sont encore sous forme d'ébauche en bande permet de mécaniser les opérations auxiliaires et ce procédé peut être mis en oeuvre à l'aide de l'installation décrite cidessous. L'installation pour 11 imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins, objet de l'invention, comprend un ensemble de réservoirs l (la Fig. l ne représente qu'un seul réservoir) remplis de différentes solutions actives. Un dispositif de suspension 2 sur lequel est monté la bande à traiter est disposé successivement dans ces réservoirs selon la technologie employée. Il est possible de réaliser l'installation avec un seul réservoir dans lequel on remplace les solutions actives, tandis que le dispositif de suspension reste immobile durant tout le cycle du traitement de la bande. Le dispositif de suspension 2 comporte un ensemble de bobines 3 sur lesquelles sont enroulés une bande 4 et un élément séparateur 5. L'élément séparateur 5 est constitué par des cadres 6 munis d'oeillets 7 d'un côté et d'oeillets complémentaires 8 de l'autre côté. Lorsque les oeillets 7 et 8 des cadres voisins 6 sont mis en coincidence et qu'une barre 9 y est introduite, on forme des ensembles articulés constituant une channe de cadres 6. Sur les surfaces des barres transversales et longitudinales de chaque cadre 6 sont ménagées des deux côtés des saillies 10 (de préférence de forme sphérique) qui assurent le jeu requis entre les spires de la bande 4 lors de l'enroulement simultané pour permettre aux solutions de circuler librement entre les spires voisines de la bande 4. Dans ce cas, la hauteur totale de deux saillies coaxiales 10 (Fig. 4) ne doit pas différer de la hauteur en section transversale de l'assemblage articulé des oeillets 7 et 8 des cadres voisins 6. les saillies voisines 10 se trouvant sur les barres transversales des cadres 6 sont,de préférence, reliées entre elles à l'aide de nervures ll, ce qui permet d'éviter la flexion de la bande au cours de son enroulement lorsqu'elle est mise sous tension. Le dispositif de suspension 2 est réalisée sous la forme d'une tige 12 sur laquelle sont engagées les bobines 3, et qui se termine à une extrémité par un disque d'appui -13, et à l'autre extrémité par un oeillet 14, destiné à recevoir u; crochet d'un mécanisme de levage (non représenté) lors de la manutention du dispositif de suspension 2. le réservoir 1 est fermé par un couvercle 15 et il est pourvu de tubulures de mise en communication avec un système de ventilation et avec des moyens de chauffage, de remplissement et de vidange du réservoir l contenant les solutions (non représentés). L'installation selon l'invention, fonctionne de la façon suivante. Avant l'imprégnation la bande 4 et l'élément séparateur 5 sont enroulés ensemble sur une bobine 3, par exemple à l'aide d'un mécanisme à trois arbres dont l'un, au moins, est relié à un dispositif de commande et dont les deux autres sont pourvus de dispositifs de freinage, et l'on fixe les extrémités de la bande 4 et de l'élé- ment séparateur 5 en les nouant au moyen d'une corde, par exemple. les bobines enroulées 3 sont engagées sur la tige 12 après quoi le dispositif de suspension 2 assemblé est introduit dans le réservoir l-contenant une solution active. On effectue l'iraprégnation selon les exigences de la technologie, en disposant le dispositif de suspension 2 successivement dans des solutions actives différentes et en le laissant séjourner dans ces solutions durant le temps requis. Après l'imprégnation, le lavage et le séchage, le dispositif de suspension 2 est démonté, la bande est déroulée des bobines 3 et soumise ensuite aux nettoyages électrochimiques et mécaniques et au formage, conformément à la technologie. l'installation, objet de l'invention, permet de mettre en oeuvre le procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accu mulateurs alcalins d'une faible épaisseur et peu robustes se pré- sentant sous la forme d'une ébauche 4 en bande ce qui devient possible du fait que l'élément séparateur 5 est réalisé à partir de cadres 6 individuels qui peuvent être fabriqués par un procédé de coulée sous pression à partir de matériaux contenant du fluor et en utilisant un équipement à rendement élevé. La réalisation de l'élément séparateur 5 sous la forme de cadres 6 articulés entre eux et formant une chatne de longueur requise permet d'effectuer l'enroulement de la bande 4 et de l'élément séparateur 5 au moyen d'un procédé mécanisé à rendement élevé. La réalisation de l'élément séparateur 5 à partir de cadres 6 constitués par des barres transversales et longitudinales de faible épaisseur et possédant des deux côtés des saillies 10, assure un jeu uniforme entre les spires voisines de la bande 4 indépendamment de son épaisseur et de sa robustesse, tout en n'empêchant pas les solutions actives de circuler entre les spires de la bande 4. - REVENDICBTIONS 1 - Procédé d'imprégnation d'électrodes métallocéramiques pour accumulateurs alcalins au cours duquel une bande frittée est enroulée avec jeu et mise dans des solutions actives, caractérisé en ce que la bande est enroulée ensemble avec un élément séparateur disposé sur toute la longueur et la largeur de la bande et assurant un jeu entre les spires de la bande. 2 - Procédé suivant la revendication l, caractérisé en ce que ledit élément séparateur est réalisé à partir d'un copolymère de tétrafluoréthylène contenant de l'éthylène, de préférence par un procédé de coulée sous pression. 3 - Installation pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1 comportant au moins un réservoir contenant des solutions actives dans lequel est placé un dispositif de suspension pour les ébauches des électrodes, ce dispositif étant réalisé sous la forme d'un ensemble de bobines pour l'enroulement sur chacune d'elles de la bande de façon qu'il y ait un jeu entre les spires, ledit jeu étant assuré par un élément séparateur, caractérisé en ce que l'élément séparateur est réalisé à partir de cadres individuels articulés entre eux et formant une channe de longueur requise, chaque cadre comportant des barres transversales et longitudinales qui sont munies des deux cotés de saillies assurant le jeu pour permettre la circulation des solutions actives entre les spires de la bande.