Brevet FR2499771A1 — publié le 19820813

La présente invention concerne une pile non aqueu- se du type utilisant un métal léger tel que le lithium ou le sodium en tant que substance pour une matière active négati- ve. Du fait de l'avantage de leur tension élevée et de leur densité d'énergie élevée, les piles de ce type ont été employées comme sources d'énergie pour les calculatrices électroniques et les montres électroniques, à la place des piles à l'argent et des piles au mercure. Plus récemment, elles ont été adoptées en tant que sources d'énergie pour des mémoires dans des ci\rcuits électroniques, en particulier en tant que sources d'énergie de secours pour des mémoires dont l'utilisation dolt continuer au cours de pxnnes d'alimenta- tion. Dans ce cas, les piles sont utilisées dans une struc- ture dans laquelle elles sont incorporées dans des cartes de circuit imprimé, comme d'autres composants électroniques. Il est donc nécessaire que des languettes de connexion soient respectivement fixées à chacun des bottiers de bornes posi- tive et négative qui font conjointement fonction de bornes positive et négative. Des piles ayant ce type de structure ont été décrites par exemple dans le brevet U. S. 4 247 603 et le modèle d'utilité JA 159 521/1978. Dans le cas, en particulier, de piles non aqueu- ses telles que des piles non aqueuses du type bouton qui sont construites de façon que l'électrode négative soit fixée par pressage sur la surface intérieure du bottier de borne négative, soit directement soit par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative ayant une bonne conductivité thermique, lorsqu'on soude une extrémité de la languette de connexion sur la surface extérieure du bottier de borne négative, par le procédé par point en série ou par le procédé par point indirect, par exemple, la partie qui est soudée est chauffée à des-températures s'éle- vant jusqu'à 10000C. De ce fait, la chaleur intense fait fondre l'électrode négative à bas point de fusion (1800C pour le lithium et 980C pour le sodium) et, par conséquent, elle fait fondre les séparateurs qui maintiennent les élec- trodes positive et négative séparées, ce qui conduit au résultat défavorable consistant en ce que les piles mani- festent des courts-circuits internes. Compte tenu de la détérioration mentionnée ci-dessus, l'invention vise à éviter que le soudage d'une languette de connexion exerce un effet thermique sur l'électrode négative de la pile. L'invention a pour but de réaliser une pile non aqueuse du type comportant une électrode négative en-un métal léger tel que du lithium ou du sodium, fixée par pressage sur la surface intérieure d'un bottier de borne négative, soit directement soit par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative, et cette pile non aqueuse comporte des moyens qui sont destinés à réduire le transfert de chaleur,,qui sont disposés à l'intérieur du bottier de borne négative et qui permettent de fixer une languette de connexion par soudage d'une extrémité de celle-ci sur la surface extérieure du bottier de borne négative, à une position située face à celle des moyens de réduction'de transfert de chaleur. On utilise ici l'expres- sion "moyens de réduction de transfert de chaleur" pour désigner des moyens qui réduisent le transfert possible vers l'électrode négative, à l'intérieur du bottier de borne négative, de la chaleur qui est appliquée pendant le soudage d'une extrémité de la languette de connexion sur la surface extérieure du bottier de borne négative. Ces moyens sont disposés à l'intérieur du boîtier de borne négative à une position située face à la position sur la surface extérieure du bottier de borne négative à laquelle est soudée une extrémité de la languette de connexion. Plus précisément, ces moyens consistent en un élément d'isolation thermique qui est fixé sur la surface intérieure du bottier de borne négative; en un élément d'isolation thermique qui est dis- posé le long de la surface intérieure du bottier de borne négative ou le long de la surface de l'électrode négative, cette dernière étant fixée par pressage sur la surface inté- rieure du bottier de borne négative, par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative; ou en un vide tampon qui est formé à un emplacement entre le bottier 24 99 7 7 1 de borne négative et l'électrode négative, comme par exemple un trou ou une cavité formé dans l'électrode négative. Du fait que la pile non aqueuse de l'invention comporte de tels moyens de réduction de transfert de chaleur décrits ci-dessus, on évite la possibilité de fusion de l'électrode négative et par conséquent la possibilité de fusion du séparateur,sous l'effet de la chaleur qui est appliquée pendant le soudage de la languette de connexion sur la surface extérieure du bottier de borne négative, ainsi que la possibilité d'apparition d'un court-circuit du fait de la fusion du séparateur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1, 3 et 4 sont des coupes de piles non aqueuses qui représentent divers modes de réalisation de l'invention. La figure 2 est une vue latérale de la pile non aqueuse de la figure 1, insérée dans une plaquette de cir- cuit imprimé. La figure 5 est une coupe d'une électrode négative qui comporte une cavité en tant que moyen de réduction de transfert de chaleur. La figure 1 représente un mode de réalisation pré- féré de la pile non aqueuse de l'invention. La référence 1 désigne un bottier de borne positive qui-est en acier ino- xydable. Sur la surface intérieure du fond de ce bottier de borne positive se trouve une électrode positive 3 qui utili- se par exemple du bioxyde de manganèse en tant que matière active et qui est fixée en position par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode positive 2. La réfé- rence 4 désigne un bottier de borne négative qui est en acier inoxydable. Sur la surface intérieure du fond de ce bottier de borne négative se trouve un collecteur de courant d'électrode négative 5 qui est constitué par un treillis en fil d'acier inoxydable et qui.est fixé en position par sou- dage par points. Une électrode négative 6 de forme détermi- née, obtenue par poinçonnage à partir d'une plaque laminée de lithium, est fixée par pressage sur le collecteur de cou- rant d'électrode négative 5. La référence 7 désigne un sépa- rateur constitué par une toile en polypropylène non tisséset ce séparateur est imprégné d'une quantité déterminée d'un électrolyte non aqueux. La référence 8 désigne une garnitu- re isolante qui a pour fonction d'isoler le bottier de borne positive et le boîtier de borne négative, en étant interca- lée entre eux. La référence 9 désigne un élément d'isolation thermique qui est placé sur une partie de la surface inté- rieure du bottier de borne négative 4 mentionné précédem- ment. Cet élément est formé en revêtant une partie de la surface intérieure du bottier de borne négative avec une couche de résine aux silicones ou de brai d'environ 0,1 mm d'épaisseur, par exemple. Facultativement, on peut interpo- ser entre le bottier dé borne négative 4 et le collecteur de courant d'électrode négative 5 un élément d'isolation thermique en résine à point de fusion élevé, comme par exemple une toile non tissée en polyéthylène ou en polypro- pylène d'environ 0,1 mm d'épaisseur. Les références 10 et 11 désignent des première et seconde languettes de connexion qui sont respectivement fixées par soudage par point aux surfaces extérieures des bottiers de borne positive et négative. Chacune d'elles est constituée par une laine de nickel ou une lame de fer avec un placage de nickel. En particulier, une extrémité de la seconde languette de connexion 11 est fixée en 12, par soudage par point,à la surface extérieure du bottier de borne négative, face à l'élément d'isolation thermique 9 précité. Pour monter la pile de l'invention, construite de la manière décrite ci-dessus, sur une plaquette de cir- cuit imprimé 20, on insère la paire de languettes de con- nexion 10, 11 dans la plaquette de circuit imprimé 20, de la manière représenté sur la figure 2, puis on soude ces languettes à la plaquette, avec d'autres composants. Dans la pile non aqueuse décrite ci-dessus, l'élément d'isolation thermique est disposé sur une partie de la surface intérieure du bottier de borne négative sur lequel l'électrode négative en un métal léger tel que du lithium ou du sodium est fixée par pressage, soit directe- ment soit par l'intermédiaire du collecteur de courant d'électrode négative, et une extrémité de la languette de connexion est fixée par soudage sur la surface extérieure du bottier de borne négative, dans une position située face à l'élément d'isolation thermique. L'élément d'isolation thermique empêche l'apparition de l'effet thermique qui est susceptible de s'exercer sur l'électrode négative pendant le soudage par point de la languette de connexion. Par con- séquent, on évite à la fois la possibilité de fusion du séparateur à cause de la fusion de l'électrode négative, et la possibilité d'apparition d'un court-circuit à cause de la fusion du séparateur. La figure 3 représente un autre mode de réalisa- tion préféré de la pile non aqueuse de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les moyens de réduction de transfert thermique consistent en un élément d'isolation thermique 29 qui est disposé le long d'une partie de la surface de l'électrode négative 26 contiguë au collecteur de courant d'électrode négative 25. Cet élément d'isolation thermique est constitué par une feuille de polypropylène ou une toile de polypropylène non tissée d'environ 0,1 mm d'épaisseur. La structure de cette pile est similaire à tous autres égards à celle du mode de réalisation préféré de la figure 1. Lorsque la pile ne comporte pas le collecteur de courant d'électrode négative 25, l'élément d'isolation thermique 29 est disposé directement le long de la surface intérieure du bottier de borne négative 24. La pile non aqueuse de ce mode de réalisation est également montée sur la plaquette de circuit imprimé de la même manière que sur la figure 2, c'est-à-dire en insérant la paire de languettes de connexion 30, 31 dans la plaquet- te de circuit imprimé et en fixant ensuite la pile à la plaquette par soudage avec les autres composants. Dans la pile non aqueuse décrite ci-dessus, l'élé- ment d'isolation thermique est disposé le long d'une partie de la surface de l'électrode négative contiguë au boîtier de borne négative ou au collecteur de courant d'électrode néga- tive, et une extrémité de la languette de connexion est fixée par soudage à la surface extérieure du bottier de borne négative, face à l'élément d'isolation thermique. Pen- dant la fixation de la languette de connexion par soudage par point, l'effet thermique que le soudage est susceptible d'exercer sur l'électrode négative est supprimé du fait que l'élément d'isolation thermique est intercalé entre l'élec- trode négative et la position située face au point de sou- dage par point. Par conséquent, on supprime à la fois la possibilité de fusion du séparateur sous l'effet de la fusion de l'électrode négative et la possibilité d'appari- tion d'un court-circuit à cause de la fusion du séparateur. La figure 4 représente encore un autre mode de réalisation préféré de la pile non aqueuse de l'invention. Dans ce mode de réalisation, les moyens destinés à réduire le transfert de chaleur consistent en un trou 47 qui est formé dans l'électrode négative 46. La structure de cette pile est identique à tous autres égards à celle du mode de réalisation de la figure 1. La figure 5 représente un autre mode de réalisa- tion de l'électrode négative 46'. Dans ce mode de réalisa- tion, les moyens destinés à réduire le transfert de cha- leur consistent en une cavité 53 qui est formée dans la surface de l'électrode négative, en position contiguë au collecteur de courant d'électrode négative. Dans tous les modes de réalisation décrits ci-dessus, le vide qui est formé dans une partie située entre le boîtier de borne négative et l'électrode négative empêche que la chaleur qui est appliquée pendant le soudage de la languette de connexion soit transférée vers l'électro- de négative. Par conséquent, on peut empêcher l'apparition, par ailleurs possible, d'un court-circuit dans la pile, à cause de la fusion du séparateur qui se produirait en cas de fusion de l'électrode négative. La pile non aqueuse de ce mode de réalisation peut être incorporée dans la plaquette de circuit imprimé de la même manière que sur la figure 2, c'est-à-dire en insérant la paire de languettes de connexion 50, 51 dans la plaquette de circuit imprimé et en fixant ensuite les lan- guettes à la plaquette par soudage avec les autres compo- sants. On va maintenant décrire l'élément d'isolation thermique qui est utilisé en tant que moyens de réduction de transfert thermique dans la pile non aqueuse de l'inven- tion. Chacun des trois éléments d'isolation thermique qui sont envisagés successivement ci-après consiste en une couche d'isolation thermique qui doit être formée et utili- sée sur la surface intérieure du bottier de borne négative dans une position située face à la position à laquelle la languette de connexion est soudée. (I) Couche de résine aux silicones On forme cette couche en appliquant une résine aux silicones sans solvant (d'une viscosité d'environ 70 Pl), en une quantité qui donne une couche d'environ 0,01 à 0,1 mm d'épaisseur à l'état sec, et en laissant reposer et durcir la résine appliquée, à la température ambiante pen- dant 15 à 16 heures. (II) Couche de résine époxyde On forme cette couche en appliquant une solution de résine obtenue en mélangeant un constituant principal de la résine époxyde avec un durcisseur, en une quantité qui donne une couche d'environ 0,01 à 0,1 mm d'épaisseur à l'état sec, et en maintenant la résine appliquée à environ 900C pendant environ 30 minutes, pour qu'elle durcisse. (III) Couche de brai On forme cette couche en dissolvant du brai, qui est une substance visqueuse de poids moléculaire élevé pro- venant du pétrole et consistant essentiellement en asphalte, dans du xylène, en appliquant la solution résultante en une quantité qui donne une couche d'environ 0,01 à 0,1 mm d'épaisseur à l'état sec, et en séchant la couche appliquée pendant 15 à 18 heures à la température ambiante ou pendant 4 à 6 heures à 600C. L'autre élément d'isolation thermique, c'est-à- dire (IV) une feuille ou une toile non tissée d'une résine synthétique telle que du polyéthylène, du polypropylène ou du polyester, est destiné à être utilisé en position intercalaire entre l'électrode négative et la surface inté- rieure du boîtier de borne négative, dans le cas ou l'élec- trode négative est directement fixée par pressage sur la surface intérieure du bottier de borne négative. Lorsque l'électrode négative est fixée par pressage sur la surface intérieure du boîtier de borne négative par l'intermédiaire du collecteur de courant d'électrode négative, on utilise l'élément d'isolation thermique en position intercalaire entre l'électrode négative et le collecteur de courant d'électrode négative ou entre le bottier de borne négative et le collecteur de courant d'électrode négative. Cet élé- ment d'isolation thermique fond mais l'électrode négative ne fond pas lorsque la languette de connexion est fixée par soudage à la surface extérieure du bottier de borne négati- ve. L'épaisseur de l'élément d'isolation thermique décrit ci-dessus est d'environ 0,02 à 0,15 mm. L'aire et la forme de l'élément d'isolation thermique ne sont pas défi- nies de façon spéciale. Il faut simplement qu'elles soient telles que la chaleur appliquée pendant le soudage de la languette de connexion sur la surface extérieure du bottier de borne négative ne puisse pas exercer un effet nuisible sur l'électrode négative. La pile non aqueuse de l'invention est fabriquée de la manière décrite cidessous. La première opération consiste à former de manière préparatoire la couche d'isola- tion thermique décrite ci-dessus en (I), (II) ou (III), sur la surface intérieure du boîtier de borne négative, et à fixer ensuite directement l'électrode négative sur la sur- face intérieure du boîtier de borne négative, par pressage, ou à souder par points le collecteur de courant d'électrode négative sur la surface intérieure du boîtier de borne néga- tive et à fixer ensuite l'électrode négative par pressage sur la surface intérieure du boîtier de borne négative, avec interposition du collecteur de courant d'électrode négative à insérer à titre préparatoire l'élément d'isolation thermi- que décrit en (IV) ci-dessus entre la surface intérieure du bottier de borne négative et le collecteur de courant d'électrode négative, et à souder ensuite par points le collecteur de courant précité à la surface intérieure du bottier de borne négative, puis à fixer par pressage l'élec- trode négative sur la surface intérieure du boîtier de borne négative, par l'intermédiaire du collecteur de cou- rant précité, ou à souder par points le collecteur de cou- rant précité sur la surface intérieure du bottier de borne négative puis à fixer par pressage l'électrode négative sur le collecteur de courant d'électrode négative, avec interpo- sition de l'élément d'isolation thermique, ou bien à fixer directement par pressage l'électrode négative sur la sur- face intérieure du bottier de borne négative, avec interpo- sition de l'élément d'isolation thermique précité; ou, selon une variante, à fixer par pressage l'électrode néga- tive munie du trou ou de la cavité, comme décrit ci-dessus, sur la surface intérieure du bottier de borne négative, soit directement soit par l'intermédiaire du collecteur de courant d'électrode négative. La dernière opération consiste à combiner ce qu'on a obtenu par la première opération avec l'électrode positive, le boîtier de borne positive, le séparateur, la garniture isolante, etc, de façon à assembler la pile non aqueuse, et à souder par point une extrémité de chacune des deux languettes de connexion aux surfaces extérieures du bottier de borne négative et du bottier de borne positive. En ce qui concerne les métaux utilisables pour l'électrode négative dans la pile non aqueuse de l'inven- tion, on peut citer à titre d'exemple le lithium, le sodium, l'aluminium et le magnésium. Lorsque l'un quelcon- que de ces métaux est fixé directement par pressage sur la surface intérieure du bottier de borne négative, il fond lorsque la languette de connexion est fixée par soudage. En ce qui concerne les matières actives utilisables pour l'électrode positive, on peut citer à titre d'exemple le bioxyde de manganèse, le fluorure de carbone et le chromate d'argent. En ce qui concerne les bottiers de borne négative utilisables pour la pile non aqueuse de l'invention, on peut citer par exemple ceux réalisés en acier inoxydable. Pour les bottiers de borne positive utilisables de façon similaire, on peut citer à titre d'exemple ceux réalisés en acier inoxydable. Pour les languettes de connexion utilisa- bles pour la pile non aqueuse de l'invention, on peut citer à titre d'exemple celles consistant en une lame de nickel ou une lame de fer avec un placage de nickel. En ce qui concerne les électrolytes utilisables pour la pile non aqueuse de l'invention, on peut citer à titre d'exemple ceux obtenus en dissolvant du perchlorate de lithium, du borofluorure de lithium, et des substantes analogues dans des solvants organiques tels que le carbonate de propylène, l'éthylène glycol diméthyléther, et la y- butyrolacétone. Parmi les séparateurs utilisables figurent les toiles non tissées de polyéthylène, de polypropylène, de polyester et de fibres de rayonne. Les piles non aqueuses auxquelles l'invention est applicable sont celles qui sont construites de façon que l'électrode négative constituée par un métal léger tel que le lithium ou le sodium, soit fixée par pressage sur la surface intérieure du bottier de borne négative, soit directement soit par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative. Elles ne sont pas limitées à celles qui utilisent les électrolytes liquides mentionnés précédemment mais englobent également celles qui utilisent des électrolytes solides. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pile non aqueuse du type comportant une élec- trode négative (6, 26, 46, 46') en un métal léger tel que du lithium ou du sodium, fixée par pressage sur la surface intérieure d'un boîtier de borne négative (4, 24, 44), soit directement soit par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative (5, 25, 45), caractérisée en ce qu'elle comporte des moyens (9,29,47,53)qui sont destinés à réduire le transfert de chaleur,qui sont disposés à l'in- térieur du bottier de borne négative et qui permettent de fixer par soudage une extrémité d'une languette de conne- xion (11, 31, 51) sur la surface extérieure du bottier de borne négative, dans une position située face à celle des moyens de réduction de transfert de chaleur. 2. Pile non aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de réduction de transfert de chaleur sont formés par un élément d'isolation thermi- que (9, 29). 3. Pile non aqueuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément d'isolation thermique (9, 29) est fixé sur la surface intérieure du bottier de borne négative (4, 24). 4. Pile non aqueuse selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'élément d'isolation thermique (9, 29) est une couche de résine aux silicones, une cou- che de résine époxyde ou une couche de brai. 5. Pile non aqueuse selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément d'isolation thermique (9, 29) est disposé le long de la surface intérieure du bottier de borne négative (4) ou le long de la surface extérieure de l'électrode négative (26) fixée par pressage sur la surface intérieure du bottier de borne négative (24) par l'intermédiaire d'un collecteur de courant d'électrode négative (25). 6. Pile non aqueuse selon la revendication 5, caractérisée en ce que l'élément d'isolation thermique (9, 29) est une toile non tissée ou une feuille en polyé- thylène, polypropylène ou polyester. 7. Pile non aqueuse selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de réduction de transfert de chaleur consistent en un vide tampon (47, 53) qui est formé dans une partie située entre le boîtier de borne négative (44) et l'électrode négative (46, 46'). 8. Pile non aqueuse selon la revendication 7, caractérisée en ce que le vide tampon est un trou (47) ou une cavité (53) formé dans l'électrode négative (46, 46') à une position située face à la position à laquelle la languette de connexion (51) est fixée par soudage sur la surface extérieure du bottier de borne négative (44).