Brevet FR2388415A1 — publié le 19781117

L'invention concerne un générateur électrochimique cylindrique, ainsi que son procédé de montage, et plus particulièrement le séparateur de ce générateur. Comme on le sait, dans un générateur électrochimique, le séparateur a plusieurs fonctions tout d'abord il isole électroniquement les électrodes de polarités opposées tout en permettant le passage des ions. Pour cela il faut qu'il maintienne un certain écartement entre les électrodes et il est généralement préférable que cet écartement soit constant à la fois dans l'espace et dans le temps. Ensuite, et ceci est en rapport avec sa fonction de conduction ionique, il doit retenir et répartir l'électrolyte dans tout l'espace interélectrodes. Pour cela il doit avoir une porosité donnée qui peut varier dans le sens perpendiculaire à la surface des électrodes, mais qui doit être uniformément répartie parallèlement à cette surface.Enfin il a un roule de rétention de la matière active et pour cela ses pores doivent être de dimensions assez faibles pour empêcher les particules de matière active de se détacher d'une électrode et de migrer vers l'autre. Des tissus, tramés ou non, répondent en général plus ou moins bien à ces diverses exigences. Cependant, dans un générateur de forme cylindrique où les électrodes se présentent comme des cylindres emboîtés de section annulaire (ou circulaire à l'intérieur), il existe quelque difficulté d'obtenir un séparateur d'épaisseur égale sur toute la section de l'intervalle inter-électrodes. En effet, si l'on part d'une feuille de séparateur pour éviter qu'un secteur d'électrode soit dépourvu de séparateur, on est amené à faire se recouvrir les deux extrémités de la feuille enroulée entre les deux électrodes.Il en résulte une surépaisseur qui nuit à l'uniformité de la répartition de l'électrolyte et du courant débité ou reçu par le générateur et peut amener des hétérogénéités dans les réactions des électrodes pouvant nuire à la longévité du générateur. Il a déjà été proposé, par exemple dans le brevet français n0 913.963 du 29 Novembre 1943, d'enfermer la matière active des électrodes dans des sacs de tissus, tricots ou tresses. Cette méthode, destinée particulièrement aux accumulateurs au plomb à électrodes tubulaires, se complète par un traitement thermique de l'ensemble électrode-sac afin d'obtenir la rétractation de ce dernier sur la matière ac e. Il est difficile d'appliquer ce genre de sacs et cette technique à des générateurs où l'électrode n'est pas une matière active pulvérulente que l'on peut tasser dans un sac, mais doit avoir une forme propre telle qu'un cylindre creux ou des sections de cylindres creux. Il n'est pas toujours possible non plus d'appliquer un traitement thermique à l'ensemble sacélectrode sans détériorer la matière active de l'électrode. Enfin il peut être avantageux d'utiliser des fibres autres que les fibres rétractables pour la constitution des séparateurs, par exemple des fibres de-verre, et ce procédé ne peut être appliqué. La présente invention se propose de remédier à ces inconvénients. Elle a pour objet un générateur électrochimique cylindrique comportant une première électrode d'une polarité en forme de cylindre creux, une seconde électrode de polarité opposée extérieurement cylindrique, à ltintérieur de la première électrode, et un séparateur entre les deux électrodes, caractérisé par le fait que ledit séparateur est constitué par une tresse en forme de cylindre creux faite à partir de fils isolants pratiquement inextensibles, tressés ensemble en hélice. De telles tresses se trouvent dans le commerce où elles servent par exemple au revêtement des câbles électriques. La longueur des fils qui les composent étant donnée, les hélices que forment ces fils peuvent prendre une position quelconque entre deux butées pratiques qui sont le coincement des fils l'un contre l'autre, soit au plus grand pas, soit au plus petit pas. Cette variabilité se traduit par une variation du diamètre d'enroulement des fils et de la longueur du cylindre formé par la tresse. Celuici passe donc d'un état de faible longueur et de grand diamètre à un état de grande longueur et de faible diamètre. Le matériau qui constitue la tresse sera choisi tel qu'il ne soit pas attaqué par les matières composant le générateur, et en fonction en particulier de la qualité et de la quantité d'électrolyte qu'il doit porter. Des fils de verre peuvent très bien convenir dans le cas par exemple des piles à électrolytes non aqueux. L'utilisation d'un tel séparateur permet d'avoir un intervalle uniforme entre les électrodes puisqu'il n'y a plus de surépaisseur. Elle permet en outre un montage particulièrement aisé du générateur selon l'invention. Celle-ci a donc encore pour objet un procédé de montage d'un générateur comme décrit ci-dessus, caractérisé par le fait que ladite tresse, dans un état de grand diamètre et de faible longueur, est enfilée sur ladite seconde électrode, puis étirée de manière à s'appliquer étroitement sur la seconde électrode et que ltensemble ainsi constitué est disposé à liiiintérieur de ladite première électrode. I1 n'est donc plus nécessaire de procéder à un traitement thermique pour avoir une étroite application du séparateur sur l'électrode, puisque l'étirement de la tresse suffit pour obtenir ce résultat. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description détaillée, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard du dessin annexé dans lequel: - la figure 1 représente une tresse dans la configuration de plus petit diamètre et de plus grande élongation. - la figure 2 représente une tresse dans la configuration de plus grand diamètre et de plus petite élongation. - la figure 3 représente en coupe partielle un générateur selon l'invention. Sur les figures 1 et 2 on aperçoit une tresse cylindrique 1 dans ses deux états extrêmes ; cette tresse se compose de fils assemblés ou mèches 2 de six fils simples entrelacés de telle sorte que chaque mèche (ou chaque fil) décrive une hélice. Passant de l'état de la figure 1 à l'état de la figure 2 la tresse représentée varie de 100 % quant à son diamètre, mais seulement de 26 % quant à sa longueur. Ces chiffres peuvent varier selon le mode de tressage, et il est donc évident que l'on choisit la tresse voulue en fonction du déplacement que l'on doit faire subir à la tresse pour l'appliquer étroitement sur l'électrode correspondante. Un générateur électrochimique selon l'invention a été représenté sur la figure 3. Il s'agit d'une pile au lithium. Un boîtier métallique 3 est fermé par un couvercle 4 avec interposition d'un joint isolant 5. Une électrode positive 6, ayant la forme d'un cylindre creux, est disposée contre le boîtier 3. Dans l'exemple décrit cette électrode a pour matière active de l'oxyde de cuivre qui est aggloméré par un liant, mais bien entendu une autre matière dépolarisante pourrait remplacer l'oxyde de cuivre. Une électrode négative de lithium 7 est enroulée sur un ressort 9 qui sert en même temps de collecteur. Ce ressort est tel qu'il a été décrit dans la demande de brevet français n0 71 42 494 du 26 Novembre 1971 publiée sous le numéro 2.t61.504. Il est relié électriquement par le conducteur 10 au couvercle 4 qui sert de borne négative.Les électrodes 6 et 7 sont séparées par un séparateur selon l'invention formé par une tresse telle que celle représentée sur les figures 1 et 2 en fibres de verre. Une coupelle isolante 11 sépare l'électrode 7 du boîtier. J a pile est complétée par un électrolyte qui est une solution à une molécule par litre de perchlorate de lithium soit dans le dioxolanne, soit dans un mélange de tétrahydrofuranne et de diméthoxyéthane. Le montage se fait de la façon suivante: On place dans le boîtier 3 l'electrode 6 puis la coupelle 11. L'ensemble du collecteur 9 et de l'électrode de lithium 7 est muni du séparateur 8 qui est mis en place alors qu'il est dans l'état représenté sur la figure 2. I1 est ensuite étiré pour être appliqué étroitement sur l'électrode 7 et l'ensemble est disposé dans le boîtier 3. L'électrolyte est ajouté, puis le couvercle 4 muni du joint 5 est posé sur une gorge 12 pratiquée en haut du boîtier 3 ; le bord du bottier est alors rabattu sur le joint 5 avec écrasement de la gorge selon une technique connue. Bien entendu la description qui précède étant donnée à titre d'exemple, des variantes peuvent être apportées au montage du générateur sans pour autant sortir du domaine de l'invention. C'est ainsi que le couple électrochimique de la pile pourrait être différent, et la pile pourrait avoir un électrolyte aqueux salin ou alcalin. Les électrodes positive et négative pourraient être inversées, l'électrode négative se trouvant au contact du boîtier et l'électrode positive au centre. L'électrode centrale peut avoir la forme d'un cylindre plein. Plusieurs électrodes de même polarité pourraient être alternées avec plusieurs électrodes de polarité opposée, toutes ces électrodes étant emboîtées les unes dans les autres. REVENIBlCATIONS II Générateur électrochimique cylindrique comportant une première électrode die polarité en forme de cylindre creux, une seconde électrode de polarité opposée extérieurement cylindrique, à l'intérieur de la première électrode, et un séparateur entre les deux électrodes, caractérisé par le fait que ledit séparateur est constitué par une tresse en forme de cylindre creux faite à partir de fils isolants pratiquement inextensibles, tressés ensemble en hélice. 2/ Générateur électrochimique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fils isolants sont en verre. 3/ Procédé de- montage d'un générateur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ladite tresse, dans un état de grand diamètre et de faible longueur, est enfilée sur ladite seconde électrode, puis étirée de manière à s'appliquer étroitement sur la seconde électrode et que l'ensemble ainsi constitué est disposé à l'intérieur de ladite première électrode.