Brevet FR2460043A1 — publié le 19810116

1. La présente invention concerne une pile plate dans laquelle, une plaque d'électrode d'une certaine polarité est placée entre des plaques d'électrode de polarité opposée, des séparateurs étant respectivement disposés entre plaques, et ces plaques d'électrode sont enfermées dans un logement com- prenant un boîtier extérieur d'une certaine polarité et un boîtier extérieur de l'autre polarité. Dans une pile plate classique du type ci-dessus, l'extrémité d'une pièce conductrice s'étendant depuis le côté îO de la plaque d'électrode d'une première polarité située au centre de la pile est insérée dans une encoche formée dans une plaque isolante placée au-dessous de la surface inté- rieure du boîtier extérieur ayant la première polarité et est mise en contact sous pression avec le boîtier extérieur de la première polarité ou soudée avec celui-ci, ce qui en réalise la connexion. Ainsi, dans une pile plate classique, le mécanisme collecteur permettant la connexion de la plaque d'électrode ayant la première polarité au boîtier extérieur ayant la première polarité est compliquée, et des courts- circuits peuvent se produire dans la pile si la position de la plaque isolante vient à changer. La présente invention prévoit une pile caractérisée en ce qu'une plaque d'électrode ayant une première polarité, située au centre de la pile, est placée entre des première et 2. seconde plaques d'électrode de l'autre polarité, avec des premier et second séparateurs placés respectivement entre elles; une plaque isolante est disposée au-dessous de la sur- face intérieure d'un boîtier extérieur ayant la première po- larité; des trous centraux sont formés dans la plaque isolan- te, la première plaque d'électrode ayant l'autre polarité et le premier séparateur; une tige de collecteur traverse ces trous centraux; un cylindre isolant est disposé à la périphé- rie extérieure de la tige de collecteur; une extrémité de la tige de collecteur est connectée électriquement à la surface in- térieure du boîtier extérieur ayant la première polarité et son autre extrémité à la plaque d'électrode ayant la premiè- re polarité; la seconde plaque d'électrode ayant l'autre po- larité est connectée électriquement à la-première plaque d'électrode ayant l'autre polarité et à la surface intérieu- re d'un boîtier extérieur ayant l'autre polarité, et le boî- tier extérieur ayant l'autre polar'ité estm onté sur le boî- tier extérieur ayant la première polarité par l'intermédiai- re d'une garniture isolante. Dans la pile selon la présente invention, le coefficient d'utilisation de la plaque d'élec- trode est meilleur, ce qui permet d'améliorer les performan- ces de la pile, et le mécanisme collecteur est perfectionné, ce qui permet de faciliter les travaux d'assemblage de la pile. La présente invention sera bien comprise lors de la description suivante faite en liaison avec les dessins ci- joints dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe d'un premier mode de réalisation de la pile selon la présente invention; La figure 2 est une vue en perspective de parties démontées de la pile représentée en figure 1; La figure 3 est une vue-en coupe d'un second mode de réalisation de la pile selon la présente invention; La figure 4 est une vue en perspective de parties de la pile de la figure 3, prises depuis le côté inférieur; La figure 5 est une vue en coupe d'un troisième mo- de de réalisation de pile selon la présente invention; 3. La figure 6 est une vue en perspective de parties de la pile représentée en figure 5; La figure 7 est une vue en coupe d'un quatrième mo- de de réalisationde la pile selon la présente invention; La figure 8 est une vue en perspective, avec des parties en crevé, d'une partie de la pile de la figure 7, prise depuis le côté inférieur; et La figure 9 est une vue en coupe d'un cinquième mo- de de réalisation de la pile selon la présente invention. On notera que les parties identiques des figures 1 à 9 ont le même numéro de référence. La description suivante portera d'abord sur un premier mode de réalisation de la pile selon la présente in- vention, et cela en liaison avec la figure 1. Une plaque 1 formant électrode, ayant une premiè- re polarité et constituant une électrode négative d'une pile, est formée d'une plaque en lithium laminée qui constitue la matière active, et est située au centre de la pile. Une première plaque d'électrode 3 ayant l'autre polarité est placée sur la plaque d'électrode 1, un premier séparateur 2 étant intercalé entre les plaques, et une secon- de plaque d'électrode 5 ayant l'autre polarité est disposée sous la plaque d'électrode 1, un second séparateur 4 étant disposé entre elles. Ces plaques d'électrode ayant l'autre polarité 3 et 5, constituent les plaques positives de la pi- le et sont constituées de bioxyde de manganèse qui forme la matière active. Une plaque isolante 7 est placée au-dessous de la surface intérieure d'un boîtier extérieur 6 ayant la premiè- re polarité et forme simultanément une borne d'électrode né- gative. Des trous centraux sont pratiqués dans la plaque iso- lante 7, la première plaque 3 de l'autre polarité, le premier séparateur 2 et la plaque 1 de première polarité, et ces trous centraux constituent une partie trouée 8. Comme représenté en figure 2, une pluralité de trous 10 sont formés dans une plaque de collecteur 9, et une tige de collecteur 12 ayant un flasque Il à son extrémité in- 4. férieure est insérée dans un trou central 13 formé dans la plaque 9, de sorte que la tige 12 est fixée à la plaque 9 pour constituer un seul ensemble. Un cylindre isolant 14, destiné à éviter les courts-circuits, est inséré sur la périphérie extérieure de la tige 12. La plaque 9 est placée au-dessous de la plaque 1 ayant la première polarité de fa- çon à venir en contact avec celle-ci et la tige 12 est insé- rée dans la partie trouée 8. La tige 12 est en contact à son extrémité supérieure avec la surface intérieure du bottier extérieur 6 ayant la première polarité et est par conséquent connectée électriquement à celui-ci. L'extrémité inférieu- re de la tige 12 est connectée électriquement à la plaque 1, par l'intermédiaire de la plaque 9. Ainsi, la plaque 9 est placée entre la plaque 1 et le second séparateur 4. Une plaque formant collecteur 17, comportant une pluralité de trous 16, est placée sur la surface intérieure d'un bottier extérieur 15 ayant l'autre polarité, formant simultanément une borne positive d'électrode. La surface su- périeure de la plaque 17 vient en contact avec la seconde plaque 5 ayant l'autre polarité. Une partie 18 de la plaque collecteur s'étend à partir du côté de la première plaque 3 ayant l'autre polarité. L'extrémité de la partie 18 est main- tenue entre la surface inférieure de la seconde plaque 5 et la surface intérieure du bottier extérieur 15. Ainsi, les première et seconde plaques d'électrode 3 et 5 ayant l'autre polarité sont connectées électriquement au bottier extérieur ayant l'autre polarité. La périphérie du bottier extérieur 6 ayant la pre- mière polarité est fixée à une garniture isolante 19 par le procédé d'insertion. Le bord périphérique rabattu 20 du bottier extérieur 15 ayant l'autre polarité est mâté sur la surface supérieure de la garniture isolante 19. Ainsi, le bottier extérieur 6 ayant la première polarité est monté sur le bottier extérieur 15 ayant l'autre polarité par l'in- termédiaire de la garniture isolante 19. Comme cela a été décrit précédemment, selon la pi- le du premier mode de réalisation de la présente invention, 5. les plaques formant électrode 3 et 5 ayant l'autre polarité sont disposées au-dessus et au-dessous de la plaque d'élec- trode 1 ayant la première polarité. Par conséquent, par rap- port à une pile classique o une plaque d'électrode ayant une première polarité et une plaque d'électrode ayant l'au- tre polarité sont superposées alternativement l'une sur l'au- tre, la surface de réaction de la plaque d'électrode ayant la première polarité se trouve augmentée dans la présente inven- tion, ce qui permet d'améliorer le coefficient d'utilisation de l'électrode et par conséquent les performances de la pi- le. Dans le cas particulier d'une pile du type lithium- bioxyde de manganèse, o la plaque négative constituée de lithium métallique comme matière active est utilisée en pla- que d'électrode ayant la première polarité et o la plaque positive constituée de bioxyde de manganèse comme matière active est utilisée comme plaque d'électrode ayant l'autre polarité, le lithium des électrodes négatives se diffuse dans un cristal de bioxyde de manganèse de la plaque posi- tive pendant la réaction de décharge. Par conséquent, au fur et à mesure de la décharge, l'épaisseur de chacune des pla- ques positives est amenée à augmenter. Avec une telle aug- mentation de l'épaisseur, la résistance à la diffusion croit également, de sorte que le coefficient d'utilisation de la plaque d'électrode diminue. Au contraire, lorsque deux plaques positives sont utilisées comme dans la présente invention, et que l'épais- seur de ces plaques est réduite de moitié, l'inconvénient ci- té ci-dessus peut être évité. Par conséquent, la caractéris- tique-de décharge de la pile peut être améliorée, ainsi que ses performances. On procèdera maintenant à la description du méca- nisme collecteur de la plaque d'électrode 1 ayant la pre- mière polarité, qui est maintenue entre les première et seconde plaques 3 et 5 ayant l'autre polarité. La tige 12 de collecteur en saillie sur la plaque 1 ayant la première polarité traverse les trous respectifs 6. centraux de la plaque isolante 7 placée au-dessous de la surface intérieure du boîtier extérieur 6 ayant la premiè- re polarité, de la première plaque électrode 3 ayant l'autre polarité, et du premier séparateur 2, et une extrémité de la tige 12 est connectée électriquement à la surface inté- rieure du boîtier extérieur 6 ayant l'autre polarité. Par conséquent, l'assemblage de la pile consiste à superposer simplement les plaques respectives d'électrode et les sépa- rateurs à la suite les uns des autres, de sorte que le tra- vail d'assemblage peut être très simple. La description suivante concerne un second mode de réalisation de pile selon la présente invention, des- cription faite en liaison avec la figure 3. Le second mode de réalisation de la présente inven- tion est différent du premier mode de réalisation représen- té en figure 1 quant aux points suivants: Comme indiqué en figure 4, une plaque isolante 7 placée au-dessous de la surface intérieure d'un boîtier extérieur 6-ayant une première polarité forme un même ensem- ble avec un cylindre isolant 14 disposé à la périphérie ex- térieure d'une tige 12 de collecteur. C'est-à-dire que le cylindre isolant 14 forme une même pièce avec le bord du trou central de la plaque isolante 7. La plaque isolante 7 est fixée à la surface intérieure du boîtier extérieur 6 avec une colle ou par dépôt thermique. Une plaque d'électrode 1 ayant une première polari- té ne comporte aucun trou central et une plaque 9 de collec- teur est disposée sur cette plaque d'électrode 1. Dans la pile de ce second mode de réalisation de la présente invention, comme la plaque isolante 7 est fixée à la surface intérieure du boîtier extérieur 6 ayant la pre- mière polarité, il n'y a aucune possibilité de décalage de la position de la plaque isolante 7. En outre, comme le cylindre isolant 14 forme une même pièce avec le bord du trou central de la plaque isolan- te 7, qu'il traverse le trou central pratiqué dans une pre- mière plaque d'électrode 3 ayant l'autre polarité, et que la 7. tige 12 de collecteur en saillie sur la plaque d'électrode 1 ayant la première polarité est insérée dans le cylindre isolant 14, il est possible d'éviter que la tige 12 ne vien- ne en contact avec la première plaque d'électrode 3 et par conséquent le risque d'un court-circuit interne. La description ci-après portera sur un troisième mode de réalisation de pile selon la présente invention, et cela en liaison avec la figure 5. Le troisième mode de réalisation de la présente invention est différent du premier mode représenté en figure 1 par les points suivants: Comme indiqué en figure 6, un élément élastique 21 est solidaire d'une plaque 17 de collecteur qui est disposée entre la surface intérieure d'un boîtier extérieur 15 Oyant l'autre polarité et une seconde plaque d'électrode 5 ayant cette même polarité et comporte une pluralité de trous 16. C'est-à-dire que l'élément élastique 21 est formé d'une fa- çon telle qu'une partie de la plaque 17 est partiellement découpée et en surélévation. L'élément 21 exerce une charge élastique dirigée vers le haut sur la seconde plaque d'élec- trode 5. La plaque 17 est fixée à la surface intérieure du boîtier extérieur 15 par soudure par points ou par un autre moyen. Selon la pile de ce troisième mode de réalisation de la présente invention, une tige 12 de collecteur est sou- mise à une charge élastique dirigée vers le haut par la for- ce élastique de l'élément 21 de la plaque 17 de collecteur, par l'intermédiaire de la seconde plaque d'électrode 5 et d'un second séparateur 4, de sorte que l'extrémité supérieu- re de la tige 12 est en contact sous pression avec la surfa- ce intérieure d'un boîtier extérieur 6 ayant la première polarité, et cela à_tout moment. Ainsi, la tige 12 et le boîtier extérieur 6 peuvent être connectés électriquement avec facilité et avec sécurité en superposant simplement les plaques d'électrode et les séparateurs à la suite les uns des autres sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un soudage par points. 8. La description suivante concernera un quatrième mo- de de réalisation de pile selon la présente invention, et cela en liaison avec la figure 7. Le quatrième mode de réalisation de la présente in- vention est différent du premier mode représenté en figure 1 sur les points suivants: Aucun trou central n'est formé dans la plaque 9 de collecteur et une tige 12 de collecteur ne traverse pas cet- te plaque. Après insertion d'un cylindre isolant 14 sur la tige 12, celleci est fixée à son extrémité supérieure par soudage par points à la surface intérieure d'un bottier ex- térieur 6 ayant une première polarité, comme cela est repré- senté en figure 8. Une plaque isolante 7, une première pla- que d'électrode 3 ayant l'autre polarité et un premier sé- parateur 2, comportant chacun un trou central, sont insérés sur la tige 12 à la suite-les uns des autres. Une plaque d'électrode 1 ayant une première polarité dont la surface inférieure est fixée à la plaque 9 de collecteur est alors insérée par Bon trou central sur la tige 12. La plaque 9 est comprimée sur l'extrémité inférieure de la tige 12. Des électrodes de soudage étant appliquées au boîtier extérieur 6 et à la plaque 9 de collecteur, l'extrémité inférieure de la tige 12 est fixée par soudage par points à la plaque 9 de collecteur. Dans la pile du quatrième mode de réalisation re- présentée en figure 7, comme la tige 12 est, à l'avance,fi- xée à la surface intérieure du bottier extérieur 6 ayant la première polarité, cette tige peut servir de gabarit de mon- tage.pour l'insertion de la plaque isolante 7, de la premiè- re plaque d'électrode 3 ayant l'autre polarité et du pre- mier séparateur 2, respectivement, et le montage de la pile peut par conséquent être exécuté très facilement. D'autre part, comme l'extrémité inférieure de la tige 12 de collecteur est fixée à la plaque 9 de collecteur par soudage par points, la plaque isolante 7, la première plaque d'électrode 3, le premier séparateur 2, la plaque d'électrode 1 et la plaque 9 de collecteur constituent-un 9. même ensemble dans le boîtier extérieur 6, de sorte qu'une structure unitaire peut être formée, ce qui facilite encore les travaux de montage de la pile. En outre, la connexion électrique entre la plaque 9 de collecteur et la tige 12 de collecteur peut être plus sûre, ce qui permet d'améliorer l'effet du collecteur. Il n'est pas nécessaire que la plaque 9 et la ti- ge 12 de collecteur soient fixées l'une à l'autre, mais il est toujours convenable qu'elles soient en contact sous pres- 1O sion. La description suivante concernera un cinquième mo- de de réalisation de la présente invention, en liaison avec la figure 9. Le cinquième mode de réalisation de la présente in- vention est différent du quatrième mode représenté en figure 7 quant aux points suivants: Une tige 12 de collecteur n'est pas insérée dans le trou central d'une plaque d'électrode 1 ayant une premiè- re polarité. Une plaque 9 de collecteur fixée à la surface supérieure de la plaque d'électrode 1 est en contact avec la surface inférieure d'un premier séparateur 2. Une électro- de de soudage étant appliquée à un boîtier extérieur 6 ayant la première polarité, et une autre électrode de soudage à la plaque 9 de collecteur en passant par le trou central de la plaque d'électrode 1, la tige 12 est fixée par soudure par points à la plaque 9. En fonctionnement, les caractéristiques d'une pile selon le cinquième mode de réalisation de la présente inven- tion sont sensiblement identiques à celles du quatrième mo- de représenté en figure 7. Comme cela a été décrit précédemment, selon la pi- le de la présente invention, le coefficient d'utilisation de la plaque d'électrode peut être renforcé, ce qui permet d'améliorer les performances de la pile, et le mécanisme col- lecteur peut être amélioré, ce qui permet de faciliter les opérations de montage de la pile. 10. La présente invention n'est pas limitée aux exem- ples de réalisation qui viennent d'être décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. l. REVENDICATIONS 1 - Pile, caractérisée en ce qu'elle comprend - une plaque d'électrode (1) ayant une première polarité placée dans la partie centrale de la pile, une première plaque d'électrode (3) ayant l'au- tre polarité, placée sur la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité, un premier séparateur (2) intercalé entre elles, - une seconde plaque d'électrode (5) ayant l'autre polarité, placée au-dessous de la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité, un second séparateur (4) étant intercalé entre elles; - une plaque isolante (7) placée au-dessous de la surface intérieure d'un bottier extérieur (6) ayant la pre- mière polarité, - une tige (12) de collecteur traversant des trous centraux pratiqués dans la plaque isolante (7), la première plaque d'électrode (3) ayant l'autre polarité et le premier séparateur (2), - un cylindre isolant (14) disposé sur la périphé- rie extérieure de la tige (12) de collecteur, et - un boîtier extérieur (6) ayant l'autre polarité; dans laquelle la tige (12) de collecteur est con- nectée électriquement à l'une de ses extrémités à la surface intérieure du bottier extérieur (6) ayant la première polari- té et à son autre extrémité à la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité, - la seconde plaque d'électrode (5) ayant l'autre polarité est connectée électriquement à la première plaque d'électrode (3) ayant l'autre polarité et à la surface inté- rieure du bottier extérieur (15) ayant l'autre polarité; et - le bottier extérieur (15) ayant l'autre polarité est monté sur le bottier extérieur (6) ayant la première po- larité par l'intermédiaire d'une garniture isolante. 2 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité est une plaque constituée de lithium métallique comme matière 12. active, et en ce que les première et seconde plaques d'électrode (3, 5) ayant l'autre polarité sont constituées de bioxyde de manganèse comme matière active. 3 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige (12) de collecteur est fixée à l'une de ses extrémités à une plaque (9) de collecteur dans laquelle est formée une pluralité de trous, et en ce que cette plaque (9) de collecteur est en contact sous pression avec la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité. 4 - Pile selon la revendication 3, caractérisée en ce qu'un trou central est formé dans la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité, en ce que la tige (12) de collecteur est insérée dans le trou central et en ce que la plaque (9) de collecteur est en contact sous pression avec la surface inférieure de la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité. - Pile selon la revendication 3, caractérisée en ce que la plaque (9) de collecteur est en contact sous pres- sion avec la surface supérieure de la plaque d'électrode (1) ayant la première polarité. 6 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que le cylindre isolant (14) disposé à la périphérie ex- térieure de la tige (12) de collecteur est d'une seule piè- ce avec le bord d'un trou central formé dans la plaque iso- lante (7) qui est disposée au-dessous de la surface inté- rieure du bottier extérieur (6) ayant la première polarité. 7 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une plaque (17) de collecteur, fixée par soudage par points à la surface intérieure du boîtier extérieur (15) ayant l'autre polarité, est placée entre la surface infé- rieure de la seconde plaque d'électrode (5) ayant l'autre polarité et le bottier extérieur (15) ayant l'autre polari- té, et en ce que cette plaque (17) de collecteur comporte un élément élastique (21) ayant pour but d'appliquer une char- ge élastique dirigée vers le haut à la seconde plaque d'électrode (5) ayant l'autre polarité. 8 - Pile selon la revendication 7, caractérisée en 13. ce que l'élément élastique (21) est formé d'une façon telle qu'une partie de la plaque (17) de collecteur est partielle- ment découpée et en surélévation. 9 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que la tige (12) de collecteur est fixée à l'une de ses extrémités à la surface intérieure du bottier extérieur (6) ayant la première polarité. - Pile selon la revendication 9, caractérisée en ce que la plaque isolante (12), la première plaque d'électrode (3) ayant l'autre polarité et le premier sépara- teur (2) sont insérés à la suite les uns des autres sur la tige (12) de collecteur. 11 - Pile selon la revendication l0,caractérisée en ce que la tige (12) de collecteur est fixée à son autre ex- trémité par soudage par points à la plaque (9) de collecteur connectée à la plaque d'électrode (1) ayant la première pola- rité.