Brevet FR2465321A1 — publié le 19810320

La présente invention se rapporte à un élément galva- nique comprenant un carter fermé de manière étanche, qui contient les électrodes, le séparateur et l'électrolyte et comprend les connexions de pôles. Les bacs ou carters, notamment dans le cas des éléments du type en bouton, sont formés d'un bac en forme d'auge formant simultanément la partie recevant l'électrode posi- tive, ainsi que d'un couvercle adapté qui contient l'électrode négative. Le couvercle et le bac sont assemblés l'un dans l'autre et généralement isolés par un joint annulaire de matière plastique étant donné que les deux parties du bac constituent simultanément les connexions de pôlesde l'élément. En bordant le bord de l'auge contre l'arête du couvercle, le joint annulaire de matière synthétique est déformé si bien qu'il adopte la forme du bord et des irrégularités de surface du bac et doit ainsi assurer l'étanchéité. La réalisation de l'étanchéité de surface métallique, en assurant simultanément une isolation, à l'aide d'une matière synthétique plastique et résistance à la lessive, comme par exemple du polyéthylène haute pression mou ou du polyamide, ne pose aucun problème pour une courte utilisation étant donné que ces matières plastiques répondent à l'exigence d'une grande souplesse d'adaptation. Toutefois, à la longue, les matières s'échappent des arêtes et des surfaces qui exercent la pression, en fluant à froid. Etant donné que la pression d'application se relâche, l'assemblage matière synthétique/métal qui était à l'origine hermétique, se détruit et la surface limite de phase devient, pour l'électrolyte, de plus en plus transparente: l'électrolyte commence alors à fluer. Cet inconvénient concerne particu- lièrement les éléments du type en bouton assez bas dans lesquels la course de fluage est de manière correspondante, courte. En principe, cet inconvénient se rencontre essentiellement avec les éléments galvaniques comprenant des bacs dont l'étanchéité est assurée de manière uniquement mécanique. Aux batteries électriques qui sont par exemple utilisées pour les montres bracelet et les appareils électroniques, on impose de nos jours une durée minimale d'utilisation de ans. Les éléments du type en bouton réalisés suivant le principe de construction connue, ne répondent en général pas à cette exigence étant donné qu'ils perdent prématurément leur électrolyte, la perte de l'étanchéité doit à être considérée comme une fonction de la vitesse de fluage de l'électrolyte. Cette vitesse de fluage est à son tour influencée par de nombreux paramètres, aucun de ces paramè- tres ne pouvant être modifiés de manière quelconque dans le but recherché. Il s'agit notamment de la pression au niveau du joint, de la position potentielle et de l'état de surface des éléments coopérant avec le joint. Les éléments présentant une autre forme extérieure sont en principe construits de la même manière. La présente invention a donc pour but de proposer un élément galvanique comprenant un carter totalement isolé dont les connexions électriques ou les conducteurs de courait sont réalisés de telle manière qu'ils rendent plus difficile une fuite d'électrolyte par le carter, au niveau des emplacements de passage. Conformément à l'invention, ce but est obtenu par le fait que cet élément comprend au moins pour la première polarité d'électorde, d'une part une connexion de pôle interne et d'autre part une connexion de pôle externe et en ce que ces deux connexions sont reliées électriquement l'une à l'autre par une nappe conductrice du type en labyrinthe en matière isolante posée à l'intérieur de la paroi du carter. La matière composant le carter est avantageusement une matière plastique et si l'on utilise une lessive de soude caustique ou de potasse comme électrolyte, il pourra notamment s'agir de polyamide résistant aux lessives. Il est particulièrement avantageux de souder l'une à l'autre sans joint, deux parties de carter si bien que le système électrochimique est enfermé de manière hermétique en étant complètement isolé. On peut également utiliser un cylindre creux de matière synthétique rendu étanche au niveau de ses faces frontales par soudage ou collage d'une plaque de fond et d'un couver- cle mais on peut également avoir recours à un bac en forme d'auge sur lequel est rapporté par soudure un couvercle plan. Suivant la présente invention, dans tous les cas, au moins une paroi du bac entre la connexion de pôle intérieur et la connexion de pôle extérieur est formée de deux couches rendues solidaires l'une de l'autre par collage, pulvérisa- tion, soudage ou pressage, la nappe conductrice en forme de labyrinthe s'étendant dans le plan de contact des couches précitées. La première extrémité de la nappe conductrice est amenée au contact de la connexion de pôle interne par la couche intérieure de paroi du bac et l'autre extrémité est amenée au contact de la connexion de pôle extérieur par la couche externe de paroi dudit bac, les deux extrémités de ladite nappe conductrice pouvant être reliées électrique- ment aux pôles de connexion d'une autre manière. La nappe conductrice s'étend par conséquent à lntérieur du carter sur une longueur qui est égale à un multiple de l'épaisseur de paroi dudit bac. Etant donné que cette nappe est solidement retenue dans la matière formant le bac, on obtient pour la lessive formant l'électrolyte, une course de fluage disproportionnée qui empêche par conséquent pour longtemps une fuite d'électrolyte hors de l'élément. La longueur.de la nappe conductrice ne doit cependant pas entraîner d'augmentation sensible de la résistance interne dans un élément conforme à l'invention par rapport aux valeurs de résistance relevées dans les éléments du type en bouton déjà connus. Ces éléments présentent des résis- tances typiques comprises entre 4 et 50 Ohms. Il est facile de calculer que la résistance ohmique supplémentaire du labyrinthe formant le conducteur résultant de l'augmentation de sa longueur, est négligeable. La surface F d'un élément présentant 7,9 mm de diamètre et 2,0 mm de hauteur est sensiblement égale à 48 mm2 La moitié de cette surface doit être recouverte, àl'intérieur anb-Tgqq.us a. la m ua aloJaAnoo un,p -a oeq unsp 9mJ.o uoTuaAUTaI am. eUojuoo quamI9l un Jaquom e ean2Tj el - : slenbsael sUBp %o uo1Tua.uT,& ap uoTeSTIea ap sapom SJnoTsnId ueUsnIyT aidmaxe,p eaT% %uamanbTun sauuop sxeBuue senbTupmgos suTssap xrne aouea9ja ue aeTej aJATns BA Tnb eAT.uoTldxc uoTd-Tosep el ap s.noo ne %uemaiTelo snld %uoa% -$ejedde To-elleo op se2alueA.& e sBTepp 'aenbTssTJeoeJUo snq saenep a esTdmoo xnteTm euaes uoTueAuT, *%alnoo snld a2enrj op asenoo aun,p en&rtnod eJes 02Y apo.4al091,l enb siole onZuol snId agen1u ap asinoo aun uameoeTdIme aeo e xTo*ad ep sdmea. np %judnTd Tel ns IT 'BanbUelu lueviBeJoj anld.se ouTz ue apo.o0T,9aT op uoTUATJap el 'uz/0ov uamI9T9 untip seo el suep aldemaxea Jud sepoaoelap suoT. UAexTiap seTl %uemaleauuT elsJiu92 e2qa ue enbueqe ATssal eU op aeenlj l anb,uuop %ue2 osq el su.epuemaelTu sTem eTloaeAnoo el SUep %uemeBnes uOU laenIj ap as.mnoo tamoo aoTlonpuoo eddeu ap mo 6 JToAp9Jd Tos ue TT, nbTonb Ined uo '(aToaeanoo + ouq) - 1'0 X Z ap oqaeeTT-Egu e.zTauamgTddns aoueqsTsgJ eun.miod 'TSuTy eoT:%onp Mo 1 6Z OZ ú1 6 -uoo addeu op ananguorI easToqne Z I '0O Z'O I 0 e'aT ".uemTlddne eouesTs99U À.UATne neBelqe aT SUep samu",,lsg 4uos TnbsauepuodselIoO eoTaonpuoo addeuu p sJanet"uoT sel ' sesTmPe 4uos eauTula9paid analeB eun,p eo a %Txonpuoo adduu ap saleteuamUITddns seou"esTsa sep enbsjol 'uBeTqo uo '(m/ ZgZO'O = ejATlno) mm {_0O X OL = d OL = ae eqonoo op naessTedg eun ruquesugad e.AT. no np 'Jnalonpuoo neTa$%,em ammoo eSTTLn uoT TS À am ep l.uenbsuoo jed %se z/& elqesTTTin eoe..rncs Be -addeu aun,nb nane2lT emgm ap selleTAeuT sep aemoj es IT 'seddeu seTpseT aeue,nb uO5ej aTlle. ep eoT ^onpuoo addeu ep 'sToaed sep LúSú9 t, o' G - la figure lb illustre dans une vue de dessus dans le plan A-A le passage de la nappe conductrice en spirale; - la figure 2a montre une double nappe permettant une préfabrication des parois de carter; - la figure 2b illustre un mode de réalisation avec des cylindres creux en matière plastique soudés sur une face frontale à la double nappe conductrice; - la figure 3a illustre un autre mode de réalisation avantageux d'un élément conforme à l'invention dans lequel les connexions de pôles sont disposées sur un côté du bac de l'élément; et - la figure 3b illustre dans une vue de dessus le plan A-A des nappes conductrices. On va maintenant expliquer en référence aux dessins, la fabrication d'un élément conforme à l'invention. Comme le montre la figure la, le couvercle 2 et le bac 3, qui sont tous les deux en matière plastique injectée, constituent les éléments de base de l'élément 1. Ces deux parties sont enduites bilatéralement d'un métal conducteur, notamment de cuivre, sur une épaisseur de couche de par exemple 50 à 100 y. Dans les couches de revêtement exté- rieures on réalise par traitement corrosif respectivement un labyrinthe 4 de nappe conductrice, notamment sous forme d'une spirale, tandis que dans les surfaces intérieures on réalise par le même traitement respectivement une plaque de contact 5. Ceci est réalisé suivant un procédé analogue à celui qui est appliqué pour la fabrication de circuits imprimés. Un contact traversant 6 relie respectivement la première extrémité d'une spirale conductrice 4 avec une 3o plaque de contact 5. Par collage, pulvérisation, soudure ou pressage de plaques de recouvrement 7 sur les surfaces extérieures des parties du bac, on enferme les spirales conductrices 4 entièrement dans la paroi du carter et les plaques de recouvrement 7 sont munies, sur leur face extérieure, de plaques de connexion 8 en métal qui sont mises en contact avec les autres extrémités des spirales conductrices en passant au travers d'orifices 9 dans les plaques de recouvrement 7. 246532'1 Lorsque les parties des bacs ont été enduites pour former les électrodes (le couvercle est par exemple recouvert de poudre de zinc 10 et le bac d'une plaquette 11 de AgO) et lorsqu'on a introduit un séparateur 12 avec une feuille gonflante 13 ainsi que l'électrolyte, qui est par exemple NaOH, les parties de bac qui sont terminées sont assemblées l'une à l'autre et soudées demnière étanche par ultrason le long de leur zone de bord 14. On dispose ainsi d'un agencement dans lequel pour chaque polarité d'électrode, on a prévu deux connexions de pôles, la plaque de contact 5 comme connexion de pôle interne et la plaque de connexion métallique 8 comme connexion de pôle externe; en outre, la paroi du bac entre les connexions de pôles est formée de deux couches qui sont formées ici par le fond d'unepartie de carter 2 ou 3 en forme d'auge et par la plaque de recou- vrement 7, la nappe conductrice 4 s'étendant dans le plan de contact A-A des deux couches précitées. La figure lb illustre dans une vue de dessus suivant le plan A-A, le passage à l'extérieur de la nappe conductrice en spirale 4. Le même principe de construction peut être réalisé, suivant la présente invention, à partir d'éléments fabriqués à la chaîne, comme ceci est indiqué à la figure 2. Pour cela, une nappe d'une feuille mince 2 notamment de polyester, est tout d'abord enduite d'un métal, notamment de cuivre et dans la couche de revêtement, à certains écartements, par exemple par application d'un procédé optique, on réalise par attaque un labyrinthe ou une spirale 4 de nappe conductrice. Au lieu d'une méthode indirecte par attaque, on peut appliquer le labyrinthe de nappe conductrice de manière directe sur la feuille mince 2 par application d'un dépôt par vaporisation. En collant ou en soudant une autre nappe de feuille mince 7, le labyrinthe de nappe conductrice 4 est recouvert, et ensuite à une extrémité du labyrinthe, la feuille de support 2 est traversée commel'estl'autre extrémité du laby- rinthe la feuille de recouvrement 7 pour former des contacts. Avec la double nappe 15 ainsi obtenue, qui doit encore comporter à l'extérieur des plaques de contact non repré- sentées, les parois du bac sont ainsi préfabriquées (figure 2a). Des cylindres creux 16 formés par injection de matière plastique suivant des dimensions souhaitées pour l'élément, sont alors soudés ou collés par l'une de leur face frontale sur la double nappe 15 puis remplis des composants actifs électrochimiques de l'élément et ensuite fermés par une autre double nappe semblable comprenant des conducteurs formant le labyrinthe,-positionnés de manière correspondante, comme ceci est indiqué à la figure 2b. Après découpage des cylindres creux ou séparation des bords dépassant de ces derniers, les éléments sont terminés. Les avantages particuliers de ce procédé de fabrication résident dans le fait que la double nappe supérieure et la double nappe inférieure peuvent être utilisées indépendamment de la dimension et de la hauteur respective des éléments. Le diamètre des éléments-et leur hauteur sont alors définis par les cylindres creux utilisés. Un autre mode de réalisation avantageux d'un élément conforme à l'invention dans lequel les connexions de pôles extérieures de polarité négative et de polarité positive sont disposées sur un côté du bac de l'élément, est illustré à la figure 3. Dans ce cas, les deux dérivations d'électrode sont logées dans la même partie du carter, notamment dans le couvercle d'un accumulateur plat de type Ni/Cd. Pour sa fabrication, on métallise un côté d'une feuille de support 7 en matière plastique (figure 3a), par exemple par calendrage ou dépôt galvanique de cuivre, et dans la couche de métal ainsi formée, on réalise par attaque une paire de nappes conductrices 4, 17 du type en labyrinthe, et compte tenu du fait que la vitesse de fluage del'électro- lyte dépend du potentiel, l'une des nappes conductrices pourra être moins longue que l'autre. Le plan A-A des nappes conductrices est illustré à la figure 3b dans une vue de dessus. Aux deux extrémités des nappes conductrices prévues pour la connexion interne, on rapporte les éléments de contact 16, 18 alors qu'au niveau des deux extrémités prévues pour la connexion externe, on découpe dans la feuille des trous dans lesquels on introduit des rivets de contact 19, 20 comprenant des plaquettes métalli- ques de connexion 8. Le couvercle est complété par pulvérisa- tion ou collage d'une feuille de recouvrement 2 en matière synthéthique. Dans le bac 3 associé du carter qui est également en matière plastique, on a déposé les électrodes avec les queues de conducteur de telle manière qu'à l'application du couvercle, les queues positives soient électriquement reliées au premier contact intérieur et les queues négatives à l'autre contact intérieur. Le couvercle et le bac sont ensuite-soudés en un carter étanche par ultrason. Ce type d'élément convient également à une fabrication en continu dans la mesure o l'on applique les mesures prises pour la feuille précitée à une matière en ruban pour déposer ensuite sur cette dernière les bacs des carters et découper, après soudure, les éléments dans le ruban servant à la fabrication des couvercles. Pour un élément plat d'accumulateur tel qu'illustré à la figure 3 présentant les dimensions suivantes X 40 X 5 mm, on obtient par conducteur, une course de fluage de 17 ou 7 cm environ. Pour une épaisseur de couche de cuivre de 70 pm, le longueur précitée de la nappe conductrice, pour une largeur de 3 mm de la nappe, permet d'obtenir une résistance interne supplémentaire d'environ 30 p ú2, c'est-à-dire une augmen- tation de résistance négligeable pour une telle dimension d'élément. Un avantage général de l'élément galvanique conforme à l'invention réside dans le fait qu'il est possible de réaliser un élément hermétique. Pour cela, il ne faut pas des tolérances très étroites. Le principe de fabrication en série à partir de pièces injectées en matière plastique et d'une matière se présentant sous forme de ruban est parfaitement applicable. Toutefois, en adoptant une cnns- truction du type en sandwich métal-plastique-métal-plastique- métal on obtient une stabilité de forme particulière. Bien entendu l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemples En particulier elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles- ci sont exécutées suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre de la protection comme revendiquée. Tnb. eo lo% IoIo91t o Jneo.eno.eeds et 'sopo.IoeiT set 5ú uaT.uoo Tnb 'aqoue? aeTuJiem ap 9ua..alalo un %ueue dzoo enbTuee.2 luam,9l9 mtp PUOTTUqaj ep P900pooJa ' L *À gTjtlod xnep seap saIQd ap suoTxauuoo seal 'se.xnaeTaxa saouj xnep saes ap eun,- ans aeues9ad aesexo el enb ao ue 9sT,9%oeieo 'ç 1 I Oç suoT.eoTpuaAea sap eunj uoles enbTueAeBS %uuem9- 9 se9%aload MTQd ap suosxauuoo sel senuequoo Iuog settenbset suep. 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Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que les différentes couches des parties (2,3) du carter sont fabriquées à partir de nappes de feuillesmincesen étant découpées dans ces dernières, en ce que lesdites feuilles sont enduites en continu d'une connexion interne de pôle (5), d'une nappe conductrice (4) et d'une connexion de pôle externe (8) et en ce qu'enfin lesdites feuilles sont reliées rigidement l'une à l'autre. 9. Procédé de fabrication d'un élément galvanique selon la revendication 8, caractérisé en ce que les dépôts métalliques sont réalisés par séparation galvanique, dépôt par évaporation, attaque ou traitement corrosif ou par pressage, ou par dépôt métallique.