Brevet FR2457569A1 — publié le 19801219

PROCEDE DE FABRICATION D'ELECTRODES D'ACCUMULATEUR SE COMPOSANT D UN COLLECTEUR DE COURANT ET D'UNE MATIERE ACTIVE. La pressente invention concerne un procédé de fabrication d'électrodes d'accumulateur se composant diun collecteur de courant et d'une matiere active, lorsque le collecteur de courant est recouvert au moins d'un cte par la matière active. Dans le domaine des sources de courant du type chimique, on a effectue des recherches intensives en vue de pouvoir fabriquer de nouveaux accumulateurs d'une puissance initiale de plus en plus grande et pouvant fournir des énergies spécifiques de plus en plus elevees. Une classe importante d'accumulateurs est constituée par des sources de courant dans lesquelles on utilise un collecteur de courant forme d'un métal, de préférence de plomb ou de nickel, pour l'accumulation du courant. Le collecteur de courant est associe à une matière active, par exemple à une masse formant électrode. Le collecteur de courant peut être agence sous la forme d'un réseau centre, d'une grille ou d'une poche extérieure formant électrode. Les accumulateurs connus de types Pb-PbO2, W -Ni, Fe-Ni, Zn-Ag, Zn-air, etc., sont agences de cette maniere. La caractéristique de ces accumulateurs consiste en ce que la matière active possède une conductivite électrique relativement basse. En conséquence, en vue d'augmenter la capacité de charge et le rendement de ses sources chimiques de courant, il est nécessaire d'établir une resistance électrique aussi faible que possible dans la zone de transition entre la matiere active et le collecteur de courant sur toute leur surface de contact. La surface de la zone de transition détermine la valeur de résistance et, en conséquence, cette zone de transition a une très grande importance dans des accuniulateurs modernes ou les électrodes sont constituees diun certain pourcentage de matière synthétique. On connaît un accumulateur de ce genre d'aprés le brevet des Etats-Unis d'Amerique No. 4 064 331. La surface du collecteur de courant a une influence determinante sur ltetablissement d'une zone de transition de résistance minimale entre, d'une part, la matière active ou la masse d'électrode et, d'autre part, le collecteur de courant. Pour reduire la résistance de transition, on connaît un procédé faisant l'objet du brevet britannique No. 1 197 107. Conformément ce brevet, la surface du collecteur de courant doit être recouverte d'une poudre electri- quement conductrice. Le procédé convient pour la fabrication d'électrodes d'accumulateurs du type Cd-Ni et, en conséquence, il a un domaine d'application limite. Conformément au brevet britannique No. 1 203 391, il est possible d'ame- liorer la liaison électrique entre le collecteur de courant agence sous forme d'une grille et la masse d'électrode par un agencement différent de la grille. Ce procédé convient seulement pour l'amelioration des accumulateurs au plomb, mais on ne peut cependant obtenir, par différents agencements mécaniques, seulement une faible augmentation de surface, et par conséquent, seulement une faible amelioration de la capacité de charge et du rendement. L'invention a en consequence pour but de fournir un procédé permettant de realiser une augmentation importante de la rugosité superficielle du collecteur de courant. Ce problème est résolu selon l'invention en ce que le collecteur de courant est relie à un pôle d'une source de courant, en ce qu'on dispose sur la surface du collecteur de courant qui est en contact avec la matière active une électrode, reliee à l'autre pôle de la source de courant et qui est amenée périodiquement en contact avec ladite surface, et en ce qu'on cree sur la surface, en vue de l'augmentation de son étendue, des parties pointues à liaide d'arcs électriques se produisant au moment dudit contact. Dans une mise en oeuvre avantageuse du procédé selon l'invention, on applique entre le collecteur de courant et l'electrode une tension de 0,1 à 1000 volts. Dans un autre mode avantageux de mise en oeuvre du procédé selon l'in- vention, on immerge l'electrode et le collecteur de courant relies à la source de courant dans un liquide de refroidissement, de preference de l'eau. Lors du contact de la surface du collecteur de courant avec l'electrode, il passe un courant d'une densité de 5 à 1000 A/m2 qui produit de petites parties pointues sur la surface du collecteur de courant, de sorte que la rugosite superficielle dudit collecteur est augmentée d'un ordre de grandeur. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante et des figures jointes, données à titre illustratif mais non limitatif. La Fig. 1 est une vue d'un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention; et la Fig. 2 est une vue laterale du dispositif représenté sur la Fig. 1. Le dispositif comporte un moteur 1 qui entraîne une electrode 2. L'elec- trode entralnee en rotation par le moteur 1 se déplace sur un collecteur de courant 3 de profil réticule, de sorte que ce collecteur de courant est deplace dans la direction de la flèche 8. L'électrode est reliée à un pôle 4 d'une source de courant 6 dont l'autre pôle 5 est connecte au collecteur de courant 3. Il est avantageux de donner l'electrode 2 la forme d'une brosse circulaire. Les aiguilles minces en forme de fils de la brosse entrent en contact avec les éléments de la surface du collecteur de courant et le courant d'alimentation a pour effet de former de petites parties pointues qui ont une hauteur de 0,2 à 0,6 mm. Le grand nombre des parties pointues ainsi formées garantit une liaison efficace et une faible résistance de transition entre le collecteur de courant et la matière active.Par suite de la faible resis- tance de transition, on diminue ce qu'on appelle la résistance interne de ltelectrode par rapport des accumulateurs connus, ce qui se traduit par une meilleure puissance initiale de l'accumulateur, et par une bonne exploi- tation de sa matière active. Dans le cas ou on utilise des métaux de bas point de fusion, par exemple du plomb, il est possible d'immerger dans de l'eau, llelectrode 2 et le collecteur de courant 3 lors de la formation des petites parties pointues et, en conséquence, on ameliore la rugosité superficielle et llefficacite du procédé. L'invention sera d'ailleurs mieux comprise à la lecture des exemples suivants donnes à titre illustratif. EXEMPLE 1 Un réseau de nickel - comportant une surface formee de fils de 1 mm de diamètre délimitant des ouvertures de 3 mm de diamètre - a eté nettoyé de la manière suivante: Après un lavage de 3 mn dans du trichlorethylene, on a seche le réseau et on l'a plonge dans de Diacide nitrique à 25% de concentration pendant 1 mny puis on lia lave dans de l'eau distillée durant 20 mn. Apres ce traitement de surface, on a place le réseau dans un dispositif conforme la Figure 1. L'électrode 2 en forme de brosse a ete entrainée l'aide du moteur électrique 1, une vitesse angulaire de 600 tours/mn. On a utilise une brosse de 40 mm de diamètre et des fils de nickel de 1 mm de diamètre. La source de courant 6 a produit, par l'intermediaire des pôles 4 et 5, une tension de 2 volts. On a réglé la quantité du courant de façon à obtenir une densité de courant de 50 80 A/m2 aux points de contact. On a fait déplacer ltelectrode tournante 2 en forme de brosse le long des deux faces du collecteur de courant 3 en forme de réseau. Sous l'action du courant, il s'est produit un processus de soudage qui a donne lieu à la formation des parties pointues 7. Après que la surface du collecteur de courant 3 a ete ainsi rendue rugueuse, on a comprime une masse, utilisée pour la fabrication des électrodes positives en nickel sous forme de poches, contre la surface du collecteur de courant ainsi rendue rugueuse, en exerçant une pression de 10 000 N/cm=. On a utilise une masse d'électrode contenant environ 10% de polyéthylène, le diamètre des grains ayant une valeur moyenne de 0,15 nm. On a fait intervenir ladite masse en quantité de 0,50 g/cm2. On a fabriqué de la meme manière une électrode -l'aide d'un collecteur de courant 3 classique et non-traite. On a donne aux electrodes un profil connu et on les a soumises à des essais, les résultats de mesure etant indiques dans le Tableau I suivant: TABLEAU I Capacité des électrodes pour différentes densités de courant. Densité de courant, mA/cm2 10 20 50 100 150 Capacité de l'électrode connue, % .... 100 84,4 50,4 27,4 9,4 Capacité de l'électrode fabriquée selon l'invention, % .... 109,8 102,1 95,5 86,7 75,7 On a effectue la décharge dans les deux cas en operant dans une solution de potasse d'une concentration de 21%, enutilisant une électrode de référence HglHgO, jusqu'à ce qu'on atteigne un potentiel de 0,0 Volt. On peut enregistrer des résultats semblables également lorsqu'on utilise des électrodes en titane. EXEMPLE 2 La grille négative d'un accumulateur au plomb du commerce, convenant pour l'alimentation electride de véhicules, et du type III P-250, a ete nettoyée conformément au procède décrit dans l'Exemple 1. et a ete utilise comme collecteur de courant 3 dans le dispositif représenté sur la Figure 1. L'électrode 2 en forme de brosse a ete realisee en plomb et elle a ete im mergee dans de l'eau en même temps que le collecteur de courant 3. Pour rendre rugueuse la surface de la grille on a fait intervenir un courant d'une densite de 40 A/cm2. Après que la surface de la grille a ete ainsi rendue rugueuse, on a de- pose d'une manière connue une matière active sur ladite surface. Par comparaison avec une electrode fabriquée de la manière habituelle, on a enregis tre les résultats consignes dans le Tableau II suivant: TABLEAU II Capacité des éLectrodes pour différentes densités de courant. I Densité de courant. mA/cm2 10 Z0 50 Capacité de l'électrode connue, % .... 100 84 63 Capacité de l'électrode fabriquée selon l'invention, % .... 105 88 71 Les exemples précités et les resultats obtenus mettent en évidence de façon nette les avantages du procédé selon ltinvention. Bien entendu, la présente invention ntest nullement limitee aux exemples et modes de mise en oeuvre décrits ci-dessus; elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées et sans que l'on ne s'écarte de ltesprit de 17invention. REVENDICATION5 1.- Procède de fabrication d'électrodes d'accumulateur se composant d'un collecteur de courant et d'une matière active, lorsque le collecteur de courant est recouvert au moins d'un côté par la matiere active, caractérisé en ce qu'on relie le collecteur de courant (3) avec un pôle (5) d'une source de courant, en ce qu'on dispose sur la surface du collecteur de courant qui est en contact avec la matière active-une électrode (2) reliée l'autre pôle (4) de la source de courant (6) et qui est amenée périodiquement en contact avec ladite surface, et en ce qu'on cree sur cette surface, en vue d'augmenter son étendue, des parties pointues (7) à l'aide des arcs électriques engendres au moment dudit contact. 2.- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on applique entre le collecteur de courant (3) et ltelectrode (2) une tension de 0,1 à 1000 Volts. 3.- Procède selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'elec- trode (2) et le collecteur de courant (3) relies à la source de courant (6) sont immerges dans un liquide de refroidissement, de préférence dans de l'eau. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 3, caractérisé en ce que le collecteurde courant (3) se présente sous la forme d'un réseau, d'une tôle de nickel perforee ou expansée, ou bien est fabrique à partir de fer nickele ou bien de fer pur, et en ce que le collecteur de courant (3) est utilise d'une manière connue pour la fabrication d'accumulateurs au cadmium, d'électrodes en fer, ou bien d'electrodes en zinc. 5.- Procede selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterise en ce que le collecteurde courant (3) est fabrique à partir d'une matière contenant au moins 80% de plomb, et en ce quele collecteur de courant (3) est utilise d'une manière connue pour la fabrication d'accumulateurs au plomb. 6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caracterise en ce que le collecteur de courant (3) est fabrique à partir de titane ou à partir d'un alliage de titane, et en ce que le collecteur de courant (3) est utilise d'une manière connue pour la fabrication de sources de courant pourvues d'un electrolyte contenant un acide ou une substance alcaline.