Brevet FR2512592A1 — publié le 19830311

L'invention concerne d'une manière générale les piles électrochimiques, et plus particulièrement des piles utilisant des matières d'isolation et d'étanchéité. L'une des difficultés rencontrées dans la fabrication et l'utilisation de piles alcalines, y compris les piles contenant un électrolyte alcalin, réside dans la possibilité du mouillage de surfaces métalliques par l'électrolyte Cette mouillabilité a été déterminée comme étant l'une des causes principales des fuites des piles alcalines, car l'électrolyte, en mouillant la surface du bottier métallique de la matière électrolytique, peut en fait "suinter" à l'interface du joint qui est classiquement disposé entre le boîtier métallique et les autres surfaces métalliques servant habituellement de contacts pour le courant extérieur de la pile. Diverses matières ont été suggérées dans l'art antérieur pour être utilisées comme compositions d'étan- chéité ou comme joints, et ces matières sont donc disposées entre les surfaces métalliques adjacentes pour assurer à la fois l'isolation électrique entre ces surfaces et former un joint efficace entre les surfaces afin d'empêcher le "suintement" de l'électrolyte alcalin En particulier, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N O 3 922 178 décrit une composition particulière d'étanchéité comprenant un poly- amide gras qui présente un indice d'amine supérieur à en- viron 10, qui est destiné à former un obstacle efficace pour arrêter l'électrolyte alcalin, et qui empêche donc l'apparition du "suintement", ainsi que la dégradation de certains éléments de la pile par contact avec l'électrolyte alcalin. De plus, dans le cas de la fabrication de piles alcalines du type bouton, il est souhaitable que le joint ou la composition d'étanchéité soit pratiquement non poisseux pour faciliter le transport et l'application automatisés pendant la fabrication de la pile. Il est donc souhaitable de développer d'autres joints et matières d'étanchéité à base de polyamide présen- tant les caractéristiques avantageuses de souplesse, d'adhésivité, d'absence pratiquement complète de caractère poisseux, et de résistance au suintement de l'électrolyte, les rendant adaptés à une utilisation dans des piles alca- lines de tous types. L'invention concerne d'une manière générale une pile électrochimique contenant une certaine quantité d'élec- trolyte alcalin et présentant une ou plusieurs surfaces sujettes au mouillage par cet électrolyte, la pile utili- sant, pour ces surfaces, un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8. L'invention concerne plus particulièrement une pile électrochimique comportant un boîtier formant réci- pient, une anode, une cathode et une certaine quantité de matière électrolytique alcaline, au moins un capuchon aligné avec le boîtier, et au moins un isolateur électri- que disposé entre le capuchon de la pile et le boîtier, un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8 cons- tituant l'isolateur électrique ou étant disposé sur les surfaces de cet isolateur en contact avec le boîtier et le capuchon. L'invention concerne également un procédé pour sceller une pile électrochimique telle que décrite ci- dessus, qui consiste, dans une première forme, à utiliser une matière d'étanchéité à proximité immédiate des surfaces sujettes au mouillage par un électrolyte alcalin, cette matière comprenant un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8 Dans une autre forme, dans laquelle la pile électrochimique comprend un isolateur électrique et une matière d'étanchéité, le procédé consiste à revêtir les surfaces de l'isolateur, en contact avec le boîtier et le capuchon de la pile, d'une matière d'étanchéité comprenant un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8 En outre, l'isolateur électrique peut être préparé à partir des polyamides actuels. Des piles préparées conformément à l'invention présentent une plus grande résistance aux fuites et de meilleures caractéristiques d'étanchéité, y compris une résistance au "suintement" de l'électrolyte alcalin. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement limi- tatif et sur lequel la figure unique est une élévation, avec coupe partielle, de la pile électrochimique selon l'invention. Conformément à l'invention, on peut préparer des piles alcalines qui utilisent sur ou dans des surfaces sujettes au mouillage par un électrolyte alcalin, un poly- amide ayant un indice d'amine inférieur à 8. Les polyamides pouvant être utilisés conformé- ment à l'invention comprennent des polyamides gras dont la préparation et les propriétés sont décrites d'une façon générale dans les pages 597 à 615 du volume 10 de "The Encyclopedia of Polymer Science and Technology", Inter- science Publishers (John Wiley & Sons, Inc), New York, Etats-Unis d'Amérique En général, les polyamides sont préparés par réaction d'un polyacide avec une amine poly- fonctionnelle Les polyacides peuvent comprendre des por- tions d'alkyle à chaîne droite et à chaîne ramifiée, com- prenant, par exemple, des acides gras insaturés dérivés d'huiles végétales, et d'autres sources Les présents polyamides peuvent donc comprendre des matières connues sous le nom de polyamides gras ayant à la fois une struc- ture à chaîne droite et une structure à chaîne ramifiée. Les polyamides selon l'invention possèdent avantageusement des indices d'amine compris entre 1 et 8. En particulier, des polyamides convenant à une utilisation dans la présente invention sont commercialisés par la firme HB Fuller Company, Minneapolis, Minnesota, Etats- Unis d'Amérique, sous le nom de résines "FULL-MELT" L'une de ces résines, désignée FM-8200, est un polyamide gras ayant un indice d'amine compris généralement entre environ 6 et environ 7 Une autre résine, désignée FM8050, est également un polyamide gras à terminaison acide et possé- dant un indice d'amine d'environ 1 Bien que les matières précédentes soient indiquées, la présente invention englobe l'utilisation d'autres polyamides disponibles dans le com- merce, ayant des indices d'amine compris dans les plages précitées, tels que le polyamide "Union Camp 2645 " (indice d'amine égal à 8) et le polyamide "Henkel Macro- melt 6239 " (indice d'amine égal à 7). Les polyamides selon l'invention peuvent être utilisés de diverses manières suivant l'application parti- culière souhaitée Ainsi, par exemple, on peut façonner les polyamides pour réaliser des joints, des garnitures ou des canons pouvant être utilisés comme isolateurs électriques dans diverses piles alcalines En variante, le polyamide peut être utilisé comme composition d'étan- chéité ou adhésive, appliquée à de tels garnitures, joints ou canons au moment de leur mise en place entre des surfaces métalliques adjacentes dans ces piles. Les polyamides selon l'invention peuvent être utilisés seuls, ou bien en mélange avec des adjuvants tels que des diluants, des modificateurs et des durcisseurs, comme souhaité, aux fins de modifier les propriétés physi- ques de ces polyamides. Dans le cas o les polyamides selon l'invention sont utilisés comme revêtement, ils peuvent être appliqués par des procédés connus, par exemple à l'état fondu ou en solution dans un solvant tel qu'un mélange alcool/hydrocar- bure aromatique Les procédés d'application des polyamides, tels que ceux suggérés ci-dessus, sont connus et n'entrent pas dans le cadre de l'invention. La figure unique représente un exemple particu- lier et non limitatif de la pile électrochimique selon l'invention La pile représentée sur la figure est une pile-bouton 10 qui représente le type de piles convenant généralement à des appareils auditifs pour mal entendants, des montres et d'autres applications, dans lesquels il est souhaité que la pile fonctionne à un débit continu mais faible La pile comporte une anode métallique 14 communé- ment réalisée à partir de zinc ou de cadmium, la matière anodique préférée étant du zinc amalgamé D'autres matières d'anode peuvent également être utilisées. Un boîtier 12 renferme une cathode 17 communé- ment réalisée à partir d'une matière telle que de l'oxyde mercurique, de l'oxyde d'argent et autres, l'oxyde d'argent étant préféré La cathode 17 est isolée de l'anode 14, dans la forme de réalisation décrite, par un séparateur poreux 16 et une entretoise absorbante 15, l'entretoise 15 conte- nant un électrolyte alcalin tel que de l'hydroxyde de potas- sium (KOH) ou de l'hydroxyde de sodium (Na OH) pour la conductivité ionique Le boîtier 12 fonctionne à la fois comme collecteur de courant de cathode et comme borne positive pour la pile, tandis que le dessus ou le capuchon 11 de la pile, en contact direct avec l'anode 14, fonction- ne comme collecteur de courant d'anode et comme borne néga- tive pour la pile Le dessus 11 de la pile et le boîtier 12 peuvent être réalisés en matières conductrices telles que de l'acier inoxydable, du nickel ou de l'acier nickelé, et les surfaces intérieures du dessus 11 de la pile peuvent être revêtues d'un métal convenable tel que de l'étain, du cuivre, de l'argent ou de l'or. Le dessus 11 de la pile est centré par rapport au bottier 12, comme représenté, mais il en est isolé élec- triquement Un isolateur électrique, tel qu'un canon 13 en matière plastique, emboîté élastiquement en position, peut être prévu, comme représenté et, conformément à l'in- vention, le canon 13 peut être préparé à partir d'un poly- amide ayant un indice d'amine inférieur à 8 Dans ce cas, le canon 13 réalise un joint efficace d'une seule pièce qui empêche tout "suintement" interstitiel de l'électrolyte alcalin entre les surfaces en contact, soit du dessus 11 de la pile et du canon 13, soit du bottier 12 et du canon 13. En plus de l'utilisation de polyamides décrits dans le présent mémoire, comme matière pouvant être utilisée pour la préparation du canon 13, l'invention porte également sur l'utilisation des polyamides cités comme revêtement adhésif appliqué entre le boîtier 12 et le dessus 11 de la pile, soit à la place du canon 13, soit comme revêtement disposé audessus des surfaces du canon 13 qui établissent un contact avec les surfac 2 S adjacentes correspondantes du bottier 12 et du dessus il de la mile Ainsi, comme reprée senté sur la figure, ces surfaces de contact du canon 13 peuvent recevoir une composition d'étanchéité ou une com- position adhésive qui peut être distribuée sous une forme fluide de manière que, lors du positionnement du canon 13 entre les surfaces adjacentes du boîtier 12 et du dessus 11 de la pile, la matière d'étanchéité forme une couche d'arrêt qui est imperméable de manière que l'électrolyte alcalin ne puisse s'y infiltrer ni la détruire. Le polyamide utilisé comme matière d'étanchéité conformément à l'invention peut être employé avec des joints préparés à partir de matières autres que le poly- amide cité Ainsi, par exemple, le canon 13 peut être réalisé en une matière isolante telle que du "Nylon" ou des polyoléfines telles qu'un polyéthylène ou un poly- propylène, et il peut ensuite être utilisé avec la matière d'étanchéité selon l'invention. Comme mentionné précédemment, la classe de polyamides couverte par la présente invention est particu- lièrement utile par le fait que ces polyamides sont prati- quement non poisseux Cette propriété s'est révélée avan- tageuse en cours de traitement, en particulier dans le cas o les canons et les compositions d'étanchéité sont utilisés dans la fabrication automatisée de piles-boutons Le fait que les compositions d'étanchéité ne sont pas poisseuses ou collantes permet de les transporter jusqu'au point d'application au cours de l'assemblage des piles, par des moyens automatisés, car la fréquence des engorgements et des arrêts d'équipement est sensiblement réduite ou éliminée. En outre, l'absence de caractère collant ou poisseux favorise l'obtention de l'uniformité du revête- ment, ce qui, par suite, améliore le contact superficiel entre le métal et l'adhésif avec, pour résultat, une dimi- nution sensible des défauts d'étanchéité. L'invention a-trait également à un procédé pour sceller une pile électrochimique comportant un boîtier, une certaine quantité d'électrolyte alcalin et au moins une surface soumise à un mouillage indésiré par l'électrolyte. Ce procédé consiste à disposer, sur cette surface ou sur les surfaces, une certaine quantité d'un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8 Les surfaces peuvent être revêtues du polyamide, ou bien préparées à partir du poly- amide, dans le cas de joints, de canons et autres. L'invention concerne également un procédé de fabrication de piles électrochimiques consistant à assem- bler le récipient, l'électrolyte alcalin et le capuchon de la pile de manière à placer une matière d'étanchéité ou un isolateur électrique ou les deux entre le capuchon et le boîtier Ce procédé consiste à utiliser un isolateur électrique préparé à partir des polyamides décrits et, dans une forme de réalisation, cet isolateur peut être utilisé seul Dans une autre forme du procédé de l'inven- tion, l'isolateur peut être revêtu d'une certaine quantité d'une composition d'étanchéité comprenant les polyamides selon l'invention, laquelle composition d'étanchéité a été transportée vers le poste d'enduction par un équipement automatique Comme indiqué précédemment, l'assemblage des piles électrochimiques est accéléré par la possibilité des polyamides décrits d'être transportés par des moyens largement automatisés. La façon dont la classe de polyamides décrite est utilisée peut également varier par rapport aux formes de réalisation particulières décrites Ainsi, les poly- amides peuvent être appliqués sur un substrat sous forme de mince revêtement, par pulvérisation, immersion ou autre. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pile décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Procédé pour sceller une pile électrochimique ( 10) comprenant un bottier ( 12) qui contient une certaine quantité d'une matière électrolytique alcaline, et un capu- chon ( 11) de pile centré par rapport au boîtier, le procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à disposer entre le bottier et le capuchon une certaine quantité d'un poly- amide ayant un indice d'amine inférieur à 8. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polyamide est disposé entre le bottier et le capuchon de la pile sous la forme d'un isolateur électri- que préformé ( 13). 3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polyamide est utilisé comme matière d'étan- chéité appliquée sur les surfaces d'un isolateur électrique préformé ( 13) et en contact avec le bottier et le capuchon de la pile. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'isolateur électrique est préparé à partir d'un polyamide ayant un indice d'amine inférieur à 8. Procédé selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé en ce que le polyamide n'est pratiquement pas collant. 6 Pile électrochimique, caractérisée en ce qu'elle comporte un bottier ( 12), une certaine quantité d'électrolyte alcalin disposée dans ce bottier, et au moins une surface sujette au mouillage par l'électrolyte alcalin, au moins une partie de ladite surface ayant une certaine quantité d'un polyamide présentant un indice d'amine infé- rieur à 8. 7 Pile électrochimique selon la revendication 6, caractérisée en ce que la surface est située entre le récipient et un capuchon ( 11) de la pile. 8 Pile électrochimique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le polyamide est disposé sous la forme d'un isolateur électrique préformé ( 13) placé entre le bottier et le capuchon. 22592 9 Pile électrochimique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le polyamide est disposé entre la surface d'un isolateur électrique préformé ( 13), en contact avec le boîtier, et ledit capuchon de la pile. 10 Pile électrochimique selon l'une des reven- dications 8 et 9, caractérisée en ce que le polyamide est à chaine ramifiée. 11 Pile électrochimique selon l'une des reven- dications 8 et 9, caractérisée en ce que le polyamide n'est pratiquement pas collant.