Brevet FR2471674A1 — publié le 19810619

1. La présente invention concerne une pile plate com- portant des plaques d'électrode enchevêtrées. Il existe dans l'art antérieur des piles dans lesquelles au moins deux pla- ques d'électrode ayant une certaine polarité et au moins une plaque d'électrode ayant la polarité opposée sont alternati- vement superposées, des séparateurs étant intercalés entre les plaques, de façon à former un ensemble d'électrodes qui est logé dans un conteneur constitué d'un bottier métallique extérieur et d'un couvercle métallique de fermeture réuni au boîtier, les plaques d'électrode ayant la première polarité étant connectées électriquement au conteneur et la plaque d'électrode ayant la polarité opposée étant connectée élec- triquement à une tige de collecteur en saillie sur le couver- cle de fermeture après avoir traversé un organe isolant.Dans une pile classique de ce type, la saillie de la tige de collec- teur sur le couvercle de fermeture est réalisée d'une maniè- re telle qu'un trou traversant est formé dans le couvercle et que la tige de collecteur passe, à une de ses extrémités, dans ce trou traversant par l'intermédiaire de l'organe iso- lant et qu'un écrou est vissé dans une gorge filetée formée dans cette partie en saillie de la tige, ce qui a pour ef- fet de fixer la tige de collecteur au couvercle de fermetu- re. Cependant, une telle construction présente l'inconvénient qu'en cas de desserrage de l'écrou, l'étanchéité à l'air du 2. conteneur de la pile ne peut être assurée. En outre, dans une pile classique de ce type, la connexion électrique des plaques d'électrode ayant une cer- taine polarité au boîtier extérieur est exécutée d'une façon telle que les diamètres extérieurs des plaques d'électrode ayant cette polarité sont sensiblement les mêmes que le dia- mètre intérieur du bottier extérieur, de sorte que les pé- riphéries des plaques ayant cette polarité viennent en contact avec la paroi intérieure du bottier extérieur lorsque ces pla- ques sont logées dans le boîtier extérieur. Cependant, un tel agencement nécessite que l'on fasse particulièrement attention à la précision des diamètres extérieurs des plaques d'élec- trode ayant cette première polarité. C'est-à-dire que si les diamètres extérieurs des plaques d'électrode ayant la premiè- re polarité sont relativement petits par rapport au diamètre intérieur du boîtier extérieur, le contact des plaques d'élec- trode ayant la première polarité avec le boîtier extérieur n'est pas suffisant, ce qui a pour effet de réduire l'effet de recueil du courant, bien que les opérations-de montage de la pile soient facilitées. D'autre part, si les diamètres ex- térieurs des plaques d'électrode ayant la première polarité sont relativement grands par rapport au diamètre intérieur du boîtier extérieur, on risque que les périphéries de ces pla- ques d'électrode ne se brisent au moment de l'assemblage et, par conséquent, le montage de la pile devient difficile. Une pile selon la présente invention comprend un ensemble d'électrodes formé en superposant alternativement l'une d'au moins deux plaques d'électrode ayant une première polarité et au moins une plaque d'électrode ayant la polarité opposée avec un séparateur interposé, un conteneur de batte- rie pour loger l'ensemble d'électrodes constitué d'un boîtier métallique extérieur et d'un couvercle métallique de ferme- ture relié au bottier métallique extérieur; une tige de col- lecteur ayant un rebord placé à l'intérieur du couvercle, la tige de collecteur passant dans un trou traversant formé dans le couvercle, à travers un organe isolant de façon qu'une de ses extrémités soit en saillie sur le couvercle; et une 3. bague métallique montée sur la partie en saillie de la tige de collecteur avec un organe isolant disposé entre elle et le couvercle; la tête de la partie en saillie de la tige de collecteur étant écrasée, la partie écrasée étant enfermée dans une partie concave de la surface supérieure de la bague, les plaques d'électrode ayant la première polarité étant con- nectées électriquement au conteneur de batterie, au moins une plaque d'électrode ayant l'autre polarité étant connec- tée électriquement à la tige de collecteur. 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 perspective d'un pre- mier mode de réalisation d'une pile selon la présente inven- tion; La figure 2 est une vue en coupe, en élévation avant, de la pile de la figure 1; La figure 3 est une vue en plan d'une plaque d'électrode ayant la première polarité utilisée dans la pile de la figure 2; La figure 4 est une vue en perspective d'une tige de collecteur et d'un organe isolant élastique utilisé dans la pile de la figure 2; La figure 5 est une vue encoupe, en élévation avant, d'un autre-mode de réalisation de la tige de collec- teur; La figure 6 est une vue en coupe, en élévation avant, d'un second mode de réalisation de la pile selon la pré- sente invention; et La figure 7 est une vue en coupe, en élévation avant, d'un autre exemple de plaque terminale négative utili- sée dans la pile de la présente invention. La description ci-après concernera un premier mo- de de réalisation de la présente invention, description faite en liaison avec les figures 1 à 4. Une enveloppe cylindrique extérieure 1 comportant un fond est réalisée en métal, par exemple en acier inoxydable 4. et constitue en même temps la borne de polarité positive.Un couvercle 2 ferme l'ouverture de l'enveloppe extérieure 1 et est réalisé en métal,par exemple en acier-inoxydable. Des plaques d'électrodes positives 3A, 3B et 3C ont un diamètre extérieur légèrement inférieur au diamètre intérieur de. l'enveloppe 1. Les plaques 3A et 3B sont tra- versées par un trou à leur partie centrale. Des organes-plats formant collecteur 4A, 4B et 4C sont enfermés dans les plaques positives 3A, 3B et 3C, respec- tivement, et sont réalisés en matériau conducteur poreux,par exemple en tamis en acier inoxydable. Parmi les organes 4A, 4B et 4C, au moins l'organe 4B de la plaque d'électrode cen- trale positive 3B a un diamètre supérieur à celui de la pla- que d'électrode positive 3B et est en saillie annulairement sur le bord périphérique de la plaque 3B, comme cela est repré- senté dans la figure 3. Le diamètre extérieur de cette par- tie en saillie 4B' de l'organe 4B a un diamètre légèrement plus grand que le diamètre intérieur de l'enveloppe 1. Les plaques d'électrodes négatives 5A et 5B ont des diamètres inférieurs au diamètre intérieur de l'envelop- pe 1. Une-plaque de collecteur négative 5B' est placée au- dessous de la plaque d'électrode négative inférieure 5B. Les plaques d'électrodes négatives 5A et 5B comportent des trous traversants à leur partie centrale. Des séparateurs 6A, 6B, 6C et 6D imprégnés d'électrolyte sont disposés entre la plaque d'électrode posi- tive et la plaque d'électrode négative, respectivement. A l'exception du séparateur inférieur 6D, les séparateurs 6A, 6B et 6C comportent des trous traversants à leur partie cen- trale. Une tige de collecteur 7 comporte un flasque 8 en une seule pièce avec la tige et une partie 9 sous le flas- que 8. Un organe isolant 10 est monté dans un trou tra- versant formé au centre du couvercle 2. Un organe isolant 11 est placé sur le flasque 8 de la tige 7. Le flasque 8 étant disposé à l'intérieur du couvercle 2, la partie supérieure 5. de la tige 7 traverse le trou des organes isolants 1l et 10. Ainsi, la partie supérieure de la tige 7 est en saillie sur le couvercle 2. Un organe isolant 12 est disposé sur le couver- cle 2 et est traversé par la partie supérieure de la tige 7. Les organes isolants 10, h1 et 12 sont constitués par exem- ple, de polymères de polypropylène, de polyéthylène ou de résines de fluor. Une bague métallique 13 est montée sur la par- tie en saillie 14 de la tige 7 et comporte, à sa surface su- périeure, une partie concave 15 ayant la forme d'un cône ren- versé. La tête de la partie en saillie 14 de la tige 7 est écrasée par la pression exercée par un moyen de gabarit et est enfermée dans la partie concave 15. La partie en saillie 14 et la bague 13 sont ainsi fixées l'une à l'autre. Le cou- vercle 2 est maintenu par le flasque 8 et la bague 13, étant placé entre ceux-ci par l'intermédiaire des organes isolants ,11 et 12; et la tige 7 est fixée au couvercle 2. Un organe isolant élastique 17 est placé, à l'état contracté, dans le trou traversant de la plaque d'élec- trode positive centrale 3B et peut avoir la forme d'une bague en caoutchouc élastique. On procèdera maintenant à la description du mon- tage de la pile décrite précédemment. La plaque d'électrode positive 3C et le sépara- teur 6D sont disposés dans l'enveloppe extérieure 1. Avec la tige de collecteur 7 fixée au couvercle 2,la plaque d'élec- trode positive 3A, le séparateur 6A, la plaque d'électrode né- gative 5A, le séparateur GB et la plaque d'électrode positi- ve 3B sont placés successivement au-dessous du couvercle 2. L'organe isolant élastique 17 est disposé dans le trou de la plaque d'électrode positive 3B. Le séparateur 6C, la plaque d'électrode négative 5B, et la plaque de collecteur négati- ve 5B', sont en outre disposés sous la plaque d'électrode po- sitive 3B. Puis, la plaque de collecteur négative 5B7 est soudée par point à l'extrémité inférieure de la partie 9 du collecteur, de sorte que ces organes constituent une même 6. unité. Cette unité est alors insérée dans l'enveloppe exté- rieure 1, et la périphérie ouverte de l'enveloppe 1 et la périphérie rabattue du couvercle 2 sont réunies l'une à l'au- tre. Cette partie de jonction est rendue étanche par soudage au laser ou par soudage par faisceau d'électrons. A ce moment là, la plaque d'électrode positive la plus en haut 3A est connectée électriquement directement à la surface inférieu- re du couvercle 2, et l'électrode positive médiane 3B est connectée électriquement à l'enveloppe extérieure 1, la par- 1o tie en saillie 4B' de l'organe de collecteur 4B étant en con- tact élastique avec la paroi intérieure de l'enveloppe 1, et la plaque d'électrode positive la plus en bas 3C est connec- tée électriquement directement au fond de l'enveloppe 1. La plaque d'électrode négative supérieure 5A est connectée élec- triquement à la partie 9 de la tige de collecteur 7 insérée dans le trou de la plaque d'électrode négative 5A, ainsi qu'au côté inférieur du flasque 8, et la plaque d'électrode négati- ve inférieure 5B est connectée électriquement à la partie 9 du collecteur insérée dans son trou, ainsi qu'à l'extrémité inférieure de cette partie 9 par l'intermédiaire de la plaque de collecteur négative 5B'. Dans un tel agencement, la partie supérieure de la tige 7 traverse le trou du couvercle 2, par l'intermé- diaire des organes isolants 10, 11 et 12, de sorte qu'une extrémité de cette tige est en saillie sur le couvercle 2. La bague métallique 13 est montée sur la partie en saillie ainsi formée 14 de la tige 7, et la tête de cette partie 14 est écrasée. La partie écrasée 16 est alors enfermée dans la partie concave 15 de la bague 13. La tige 7 est ainsi fixée rigidement au couvercle 2, ce qui assure une étanchéité à l'air élevée du conteneur de pile. La surface supérieure de la bague 13 est polie, de façon à servir de borne de pile. En outre, comme la tige de collecteur 7 a sa partie 9 placée sous le flasque 8, et que cette partie 9 quitraverse le trou de la plaque d'électrode positive média- ne 3B avec un certain jeu est connectée électriquement à la plaque d'électrode- négative inférieure 5B, une pluralité de 7. plaques d'électrodes négatives peuvent être facilement con- nectées électriquement les unes aux autres. En outre,l'organe de collecteur 4B est annulai- rement en saillie sur le bord périphérique de la plaque d'électrode positive médiane 3B entourée de deux plaques d'électrodes négatives 5A et 5B et cette partie en saillie 4B' est en contact sous pression avec la paroi intérieure de l'en- veloppe 1 à laquelle elle est connectée électriquement. Il est par conséquent possible de rendre le diamètre extérieur de la plaque d'électrode positive 3B aussi petit que le dia- mètre intérieur de l'enveloppe 1, ce qui permet de faciliter dans une large mesure les travaux de montage de la pile et de permettre le maintien d'un bon contact électrique entre la plaque d'électrode positive 3B et l'enveloppe 1. Dans le mode de réalisation représenté ci-dessus, on a décrit une enveloppe o l'organe de collecteur 4B est annulairement en saillie sur le bord périphérique de la pla- que d'électrode positive médiane 3B, parmi une pluralité de plaques d'électrodes positives 3A, 3B et 3C. La raison pour laquelle une telle structure est adoptée est que, comme il apparaît dans la figure 2, un côté de la plaque d'électrode positive la plus en haut et de la plaque d'électrode la plus en bas 3A et 3C vient en contact avec l'enveloppe extérieure 1 et avec le couvercle 2,lesquels constituent simultanément les bornes de la pile, sous l'effet de la pression d'empila- ge, ce qui permet d'obtenir un bon contact électrique entre les divers éléments, respectivement. Cependant, si la même structure de collecteur que pour la plaque d'électrode posi- tive médiane 3B est adoptée pour la plaque d'électrode positi- ve la plus en haut et la plaque d'électrode positive la plus en bas 3A et 3C, l'effet de collecte du courant peut être en- core amélioré. En outre, étant donné que l'organe isolant élec- - trique 17 est disposé dans le trou de la plaque d'électrode positive médiane 3B, la force élastique de l'organe isolant 17 s'exerçant dans le sens vertical permet à la plaque d'élec- trode négative supérieure 5A d'être en contact sous pression 8. avec une surface inférieure au flasque 8 de la tige de col- lecteur 7 et permet également à la plaque d'électrode néga- tive inférieure 5B d'être en contact sous pression avec la plaque négative de collecteur 5B', de sorte que l'effet de collecte du courant des plaques d'électrodes négatives 5A et B peut être renforcé. En outre, comme l'extrémité inférieure de la par- tie 9 de la tige de collecteur 7 est soudée à la plaque né- gative de collecteur 5B', le couvercle 2, les plaques d'élec- trodes positives 3A et 3B et les plaques d'électrodes négati- ves 5A et 5B peuvent constituer une même unité, ce qui facili- te les travaux de montage. On procédera ci-après à la description d'un autre exemple de tige de collecteur 7 en liaison avec la figure 5. Dans la figure 5,la tige 7 comporte une saillie annulaire 8' à la face inférieure du flasque 8. Cette sail- lie 8' mord dans la surface supérieure de la plaque d'élec- trode négative 5A, de sorte que l'effet de collecte du cou- rant de la tige 7 peut être renforcé. On procédera maintenant à la description d'un se- cond mode de réalisation de la pile selon la présente inven- tion. Dans la figure 6,les parties identiques à celles de la figure 2 sont représentées par les mêmes numéros de ré- férence. Une plaque terminale négative circulaire 18 ou plaque de borne d'un diamètre supérieur à celui de la bague métallique 13 est soudée par point à la surface supérieure de cette bague. Une bague isolante 19 est disposée à la pé- riphérie de la bague 13, ce qui a pour effet d'assurer l'isolement de la plaque 18 par rapport au couvercle 2. Dans le second mode de réalisation de la pile se- lon la présente invention représenté dans la figure 6, la pla- que d'électrode positive la plus en haut 3A de la figure 2 n'existe pas, mais une plaque isolante 20 est placée entre la plaque d'électrode négative supérieure 5A et le couvercle 2. 9. Une plaque négative de collecteur 5A' disposée au-dessous de la plaque d'électrode négative supérieure 5A est reliée à la surface inférieure du flasque 8 de la tige de collecteur 7. La plaque d'éleCtrode négative 5A est connectée électri- quement à la tige 7 par l'intermédiaire de la plaque négati- ve de collecteur 5A'. La plaque négative de collecteur 5B' pour la pla-:n que d'électrode négative inférieure 5B est disposée sur la plaque d'électrode négative 5B et l'extrémité inférieure de la tige 7 est connectée électriquement à la surface supé- rieure de la plaque négative de collecteur 5B'. En conséquence, dans le second mode de réalisa- tion de la présente invention, étant donné que la plaque né- gative terminale 18 est fixée rigidement à la surface supé- rieure de la bague métallique 13, cette plaque terminale peut être convenablement sélectionnée quant à sa forme et à ses dimensions. Il est par conséquent possible de réaliser une partie terminale ayant une grande surface de contact en fonction des applications et il est également possible d'amé- liorer l'aspect extérieur de la borne, de façon que la va- leur commerciale du produit soit réhaussée. Si une bague métallique de grand diamètre est utilisée comme bague 13, la pression d'assujettissement pour la partie écrasée 16 de la tige de collecteur 7 est disper- sée, de sorte que la tige 7 ne peut être fixée solidement au couvercle 2. Selon le second mode de réalisation représenté en figure 6, une bague métallique 13 de petit diamètre peut être utilisée, ce qui permet d'assurer une telle fixation. De façon à améliorer encore le contact électri- que entre la plaque d'électrode négative inférieure 5B et la tige de collecteur 7, un organe élastique tel qu'un res- sort peut être disposé entre la plaque d'électrode positive la plus basse 3C et la surface inférieure intérieure de l'ea- veloppe 1, de façon à appliquer une charge élastique à l'en- semble des électrodes dirigée vers le haut, ce qui a pour effet de renforcer le contact sous pression de la plaque né- gative de collecteur 5B' avec la tige de collecteur 7. En 10. variante, la plaque négative de collecteur 5B' peut être soudée par point à l'extrémité inférieure de la tige 7. On procèdera ci-après à la description d'un au- tre mode de réalisation d'une plaque terminale négative ou plaque de borne en liaison avec la figure 7. Dans la figure 7, une plaque terminale négative 21 comporte une partie retournée 22 obtenue par rabattement vers le bas de la périphérie circulaire de la plaque 21. L'extrémité inférieure de la partie 22 mord dans une bague isolante 19. Si la plaque terminale est plate comme-cela est représenté en figure 6, on court le risque que sa périphérie se cambre vers le haut et sorte de la bague métallique 13. Mais, la plaque négative terminale 21 représentée en figure 7 peut avantageusement réduire un tel risque. Bien que l'on ait décrit divers modes de réali- sation de la présente invention dans lesquels au moins deux plaques d'électrodes positives-et au moins d'électrode né- gative sont utilisées, on comprendra que la présente inven- tion peut s'appliquer à une pile comportant un ensemble d'électrodes qui est constitué de deux plaques d'électro- de ayant une certaine polarité connectées électriquement au conteneur de batterie et une plaque d'électrode ayant la polarité opposée connectée électriquement à la tige de col- lecteur et placée en sandwich entre deux plaques d'électro- des ayant la première polarité. Dans la pile de la présente invention, la bague métallique 13 est montée sur la partie 14 de la tige de col- lecteur 7 en saillie sur le couvercle 2, la tête de la par- * tie en saillie 14 est écrasée et cette partie écrasée 16 est enfermée dans la partie concave 15 de la bague métallique 13. Par conséquent, la tige de collecteur 7 est fixée rigidement au couvercle 2, ce qui a pour effet d'assurer une étanchéi- té élevée à l'air du conteneur de pile et la surface de la bague métallique 13 peut être aplanie, ce qui en permet l'uti- lisation effective comme partie de borne. En outre, selon la présente invention, une plu- ralité de plaques- d'électrodes peuvent être connectées faci- il. lement et le travail de montage peut être simplifié grâce à la présence de la partie 9 de collecteur sous le flasque 8 de la tige de collecteur 7 et au fait que la partie en saillie 4B' de l'organe collecteur 4B est annulairement en saillie sur le bord périphérique de la plaque d'électrode positive 3B. 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. 12. REVENDICATIONS 1 - Pile, caractérisée en ce qu'elle comprend - un ensemble d'électrodes obtenu en superposant alternativement chacune d'au moins deux plaques -d' électrodes ayant une polarité (3A, 3C) sur au moins une plaque d'électrode ayant la seconde polarité (5A) avec un-séparateur (6A,6B) placé entre les plaques; - un conteneur de pile pour contenir l'ensemble d'électrodes constitué d'une enveloppe métallique extérieure (1) et d'un couvercle métallique (2) réuni à l'enveloppe ex- térieure; - une tige de collecteur (7) comportant un flas- que (8) placé à l'intérieur du couvercle (2), la tige de collecteur (7) passant dans un trou traversant formé dans le couvercle (2), par l'intermédiaire d'un organe isolant (10) de façon qu'une de ses extrémités soit en saillie sur le couvercle (2); et - une-bague métallique (13) montée sur la par- tie en saillie (14) de la tige de collecteur (7) avec un or- gane isolant (12) placé entre la bague (13) et le couvercle (2); - la tête de la partie en saillie (14) de la ti- ge de collecteur (7) étant écrasée; - la partie écrasée (16) étant enfermée dans une partie concave (15) formée dans la surface supérieure de la bague (13), - les deux plaques d'électrodes ayant la premiè- re polarité (3A, 3C) étant connectées électriquement au con- teneur de pile; - la plaque d'électrode ayant l'autre polarité (5A) étant connectée électriquement à la tige de collecteur (7). 2 - Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins deux plaques d'électrode ayant la seconde polarité (5A, 5B) sont disposées, - la tige de collecteur (7) comporte une partie de collecteur en forme de tige (9) sous le flasque (8) qui est 247 1674 13. connectée électriquement à la plaque d'électrode la plus en haut ayant la seconde polarité (5A); - la partie de collecteur (9) est insérée dans un trou traversant formé dans la plaque d'électrode ayant la pre- mière polarité (3B) qui est placée sous la plaque d'électro- de la plus en haut ayant l'autre polarité (5A), un jeu étant formé entre la partie (9) de collecteur et la plaque d'élec- trode ayant la première polarité (3B); et - l'extrémité inférieure de la partie (9) de col- lecteur est connectée électriquement à la plaque d'électrode ayant la seconde polarité (5B) qui est placée sous la plaque d'électrode ayant la première polarité (3B). 3 - Pile selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle comprend en outre un organe collecteur (4B) comportant une partie en saillie (4B') sur le bord périphé- rique de la plaque d'électrode ayant la première polarité (3B) qui est placé entre deux plaques d'électrode ayant la secon- de polarité (5A, 5B), la partie en saillie (4B') de l'organe collecteur (4BY étant en contact sous pression avec la pa- roi intérieure de l'enveloppe extérieure (1), ce qui a pour effet de la connecter électriquement avec celle-ci. 4 - Pile selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'un organe isolant électrique (17) est disposé dans le jeu entre la partie (9) de la tige de collecteur (7) et la plaque d'électrode ayant la première polarité (3B) de sor- te que la force élastique de cet organe (17) provoque le contact sous pression de la plaque d'électrode ayant la secon- de polarit' (5A) située sur la plaque d'électrode ayant la première polarité (3B) avec le côté inférieur du flasque (8) de la tige de collecteur (7), et provoque également le con- tact sous pression de la plaque d'électrode ayant la seconde polarité (5B) située au-dessous de la plaque d'électrode ayant la première polarité (3B) avec une plaque de collecteur (5B') disposée sous la plaque d'électrode citée en dernier et ayant la seconde polarité (5B), la plaque de collecteur (5B') étant connectée électriquement à l'extrémité inférieu- re de la partie (9) de collecteur. 14. - Pile selon la revendication 4,caractérisée en ce que l'extrémité inférieure de la partie (9) de collec- teur de la tige de collecteur (7) est fixée solidement par soudure à la plaque de collecteur (5B'). 6 - Pile selon la revendication 2,caractérisée en ce que la tige de collecteur (7) comporte au côté inférieur de son flasque (8) une saillie annulaire (8') qui mord dans la plaque d'électrode ayant la seconde polarité (5A) située sous le flasque (8). 7 - Pile selon l'une des revendications 1 ou 6, caractérisée en ce qu'une plaque terminale ayant la seconde polarité (18) est fixée à la surface supérieure de la bague métallique (13), cette plaque ayant un diamètre supérieur à celui de la bague (13).