Brevet FR2544135A1 — publié le 19841012

La présente invention est relative à une pile à électrolyte non-aqueux comprenant un ensemble d'électrodes en spirale qui est réalisé en enroulant ensemble une élec- trode négative en forme de bande,en utilisant un métal léger tel que du lithium,du sodium ou autres comme matière active, et une électrode positive en forme de bande,en uti- lisant comme matière active du bioxyde de manganèse, du fluorure de carbone ou autre, au moyen d'un séparateur. Les piles de ce type comportant l'ensemble d'é- lectrodes en spirale ont l'avantage de fournir une déchar- ge de courant élevée par comparaison aux piles du type bouton ou du type plat Cependant, du fait qu'un sépara- teur, interposé entre les électrodes positive et négative esthabituellement formé de matières ayant un point de fu- sion comparativement bas telles que des tissus non tissés ou des feuilles d'unpolypropylène (point de fusion 165 à 170 C) ou d'un polyéthylène (point de fusion 130 à 140 C) résistant à un électrolyte non-aqueux, cette matière peut être fon- due par un dégagement de chaleur dans la pile, provoqué par une décharge élevée de courant ou une mise-en court- circuit extérieure, de sorte qu'un court-circuit intérieur peut se produire. On a décrit dans US-A 3 298 871 une pile comportant un ensemble d'électrodesen spirale, en prefiant-à titre d' exemple une pile au cadmium-nickel qui est préservée d'un court-circuit provoqué par un percement des séparateurs par des bords rugueux ou par des barbes dans l'enroulement en spirale ou par des fissurations des électrodes aux deux bords d'extrémité lors de la fabrication, en recouvrant les deux bords d'extrémité des électrodes sous forme de bandes avec une feuille de cellulose régénérée ou analogue. Cependant, la feuille n'est pas utilisée pour empêcher une mise en courtcircuit qui peut être provoquée par une fusion des séparateurs En particulier, du fait que la cellulose régénérée décrite concrètement est carbonisée par la chaleur et devient conductrice, le court- 2 5 4 4 1 3 5 circuit provoqué par la fusion des séparateurs ne peut pas être empêché. L'invention fournit une pile à électrolyte non- aqueux, qui comprend un ensemble d'électrodes en spirale constitué par un enroulement d'une plaque d'électrode né- gative sous la forme d'une bande d'un métal léger, et d'une plaque d électrode positive sous la forme d'une bande avec un séparateur interposé avec une portion choisie arbitrairement dans laquelle les électrodes positive et négative sont disposées face à face en étant isolées par interposition d'un élément isolant résistant à la chaleur qui est fait d'une matière différente de celle du séparateur. Suivant l'invention, même si le séparateur est fondu par la, chaleur interne de la pile provoquée par une décharge de courant élevée ou une mise en court-circuit extérieure de la pile, la mise en court-circuit interne de la pile peut être empêchée du fait que l'élément iso- lant résistant à la chaleur demeure entre-les électrodes positive et négative. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple et dans lesquels: les Fig 1 à 4 sont des vues en perspective mon- trantles éléments séparés d'un ensemble d'électrodes en, spirale utilisé dans un mode de réalisation d'une pile suivant-l'invention et montrant une électrode négative, un séparateur, un élément isolant résistant à la chaleur-et une électrode positive, respectivement; _ la Fig 5 est une vue en-coupe partielle d'une pile suivant un mode de réalisation de l'invention; la Fig 6 est une vue en coupe suivant la ligne A-A' de la Fig 5; - la Fig 7 est une vue en perspective d'un élément isolant résistant à la chaleur suivant un autre mode de réalisation, utilisé dans une pile de l'invention; les Fig 8 et 9 sont des vues en perspective d'électrodes qui sont pourvues d'un élément isolant résis- tant à la chaleur sur la surface latérale, dans plusieurs modes de réalisation d'une pile suivant l'invention. En tant qu'élément résistant à la chaleur on peut utiliser suivant l'invention des feuilles ou des éléments moulés de résines ayant un point de fusion élevé et fournies par des résines contenant du fluor tel- les que du polytétrafluoroéthylène (point de fusion 3270 C), ou autres, des résines silicones (point de fusion supérieur à 2001 C), et autres. Dans la pile suivant l'invention, une partie choisie arbitrairement dans laquelle les plaques d'élec- trodes positive et négative sont disposées face à face est isolée par l'interposition d'un élément isolant résistant à la chaleur qui est fait d'une matière différente de cel- le du séparateur Cette portion peut être entièrement en- tre l'électrode positive et l'électrode négative mais est - mieux placée en un point de ces électrodes o dans une région o estatteinte la température la plus élevée De façon pratique, il existe une position donnée de départ d'enroulement qui correspond à un centre d'une électrode spirale dans-laquelle il est difficile de dissi- per la chaleur, et/ou une portion voisine d'un conducteur d'une électrode qui présente une densité de courant éle- vée. L'élément isolant peut être utilisé sous la feuil- le, d'une feuille en forme de U obtenue par pliage d'une feuille, ou encore d'une colonne comportant une gorge dans sa surface latérale Plus particulièrement il peut être utilisé en liant la feuille à un séparateur au moyen d'un agent adhésif, en recouvrant soit l'électrode positive soit l'électrode négative avec la feuille en forme de U, ou en recouvrant l'électrode ayant un séparateur sur ses deux surfaces au moyen de l'élément en feuille en forme de U. De plus, on peut également utiliser un élément isolant résistant à la-chaleur formé d'un corps moulé en forme de colonne comportant une gorge dans sa surface latérale Cet 2 élément peut être utilisé en plaçant dans la gorge une par- tie de commencement de l'enroulement qui comprend une par- tie o se recouvrent une électrode et un séparateur. On décrira maintenant l'invention d'un mode de réalisation ci-dessous d'une pile à électrolyte non-aqueux. En se référant aux Fig l à 6, la référence 1 dé- signe une électrode négative sous forme d'une bande formée d'une plaque de lithium enroulée Un filet ou réseau col- lecteur négatif 2 est pressé sur une surface latérale de l'électrode négative 1 et une tige collectrice négative 3 servant également de mandrin d'enroulement est fixée sur une partie d'extrémité découverte du réseau collecteur né- gatif La référence 4 désigne un séparateur constitué d'une feuille de polypropylène poreux qui est pliée en double et recouvre l'électrode négative 1 en lithium. La référence 5 désigne un élément isolant résis- tant à la chaleur formé d'une feuille de polytétrafluoro- éthylène en forme de U et qui est prévu sur le séparateur 4 de façon à être disposé à-l'extérieur du séparateur 4 entourant l'électrode négative. La référence 6 désigne une électrode positive en forme de bande formée d'une matière positive contenant du bioxyde de manganèse en tant que matière active (bioxyde de manganèse: graphite en tant que matière conductrice: porytétràfluoroéthylène en tant que liant = 85:10:5 par- ties en poids) Une âme de l'électrode est découverte-à sa partied'extrémité et un conducteur positio 7 est fixé sur la partie découverte. L'électrode positive -6 est disposée sur une sur- face latérale de l'élément isolant 5 résistant à la chaleur et ces éléments sont enroulés en utilisant la tige collec- trice négative 3 comme âme d'enroulement, réalisant ainsi un ensemble d'électrodes en spirale - Cet ensemble d'électrodesen spirale est ensuite dis- posé dans une enveloppe 8 servant de borne positive Le conducteur positif 7 est soudé par points sur la surface interne de l'enveloppe 8 et une borne négative 10 est fixée dans un trou central d'une plaque isolante 9 de fer- meture et est reliée électriquement à la tige collectrice négative 3 par l'intermédiaire d'un conducteur négatif 11. Ensuite le bord de l'ouverture de l'enveloppe 8 est serré sur la plaque 9 d'isolation et de fermeture afin d'obte- nir la pile finie représentée à la Fig 5. On utilise par exemple comme électrolyte une so- lution préparée en dissolvant du perchlorate de lithium à une concentration de 1 mol dans un mélange solvant de carbonate de carbonate de propylène et de diméthoxyéthane en volume égaux. La Fig 7 montre l'élément isolant 5 ' résistant à la chaleur en forme de colonne, en polytétrafluoroéthy- lène suivant un autre mode de réalisation de l'invention. L'élément-5 ' est utilisé en disposant dans la gorge 12 une portion de commencement d'enroulement qui comprend une portion de l'électrode et du séparateur se recouvrant. Les F Ig 8 et 9 montrent d'autres modes de réa- lisation dans lesquels chacun des conducteurs positifs 17 et 27 est disposé au milieu de chacune des électrodes po- sitives 16 et 26 Un élément isolant résistant à la cha- leur, représenté à la F Ig 8, désigné par la-référence 15, est constitué d'une feuille repliée deux fois, et qui dans cet-exemple recouvre le voisinage du conducteur positif 17. La F Ig 9 montre un exemple d'un élément isolant résistant à la chaleur dans lequel le conducteur positif 27 pénètre- à travers la-partie repliée de l'élément isolant 25 résis- tant à la chaleur replié deux fois de façon à recouvrir le voisinage du conducteur 27. Comme on l'a décrit plus haut, du- fait que la partie choisie arbitrairement dans laquelle les électrodes positive et négative se font face est isolée par l'inter- position de l'élément isolant résistant à la chaleur, la mise en court-circuit interne de la pile peut être em- pêchée en raison du fait que l'élément isolant demeure entre les électrodes positive et négative même si le sépa- rateur est fondu sous l'action de la chaleur interne de la batterie provoquée par une forte décharge de courant par une mise en court-circuit à l'extérieur de la pile. Malgré que la partie puisse correspondre à la totalité de la surface des électrodes, le but est suffisamment atteint si cette partie est la partie de commencement d'enroulement de l'ensemble d'électrodes dans laquelle la température monte facilement, et/ou est une partie voisine du conduc- teur de l'électrode qui supporte un courant à haute densi- té, comme représenté dans les différents modes de réalisa- tion. REVENDICATIONS 1 Pile à électrolyte non-aqueuxj caractérisée en ce qu'elle comprend un ensemble d'électrodes en spirale formé par enroulement d'une plaque d'électrode négative(l) sous forme d'une bande d'un métal léger, et une plaque d'électrode positive ( 6) avec interposition d'un sépara- teur ( 4), et une portion choisie de façon arbitraire dans laquelle lesdites électrodes positive et négative sont disposées face à face tout en étant isolées l'une de l'au- tre par l'interposition d'un élément-isolant ( 5,5 ',15) résistant à la chaleur qui est fait d'une matière diffé- rente de celle dudit séparateur ( 4). 2 Pile suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite portion choisie de façon arbitraire est une partie de commencement d'enroulement desdites élec trodes positive et négative ( 6,1), et/ou est une portion voisine d'un conducteur ( 7,17,27) de l'une desdites électrodes. 3 Pile suivant l'une ou l'autre des revendica- tions 1 et 2, caractérisée en ce que l'élément isolant résistant à la chaleur est constitué par une feuille, ou par une feuille en U ( 5,15) obtenue par pliage d'une feuil- le qui est utilisée pour recouvrir ladite_ partie de commen- cement d'enroulement desdites électrodes positive et néga- tive ( 6,1), et/ou la partie voisine d'un conducteur ( 7,17, 27) de l'une desdites électrodes. 4 Pile suivant l'une quelconque des revendica- tions 1 et 2, caractérisée en ce que ledit élément isolant résistant à la chaleur est constitué par une colonne-( 5 ') comportant une gorge ( 12) dans sa surface latérale 9 qui est utilisée pour placer une partie de commencement d'en _ roulement qui comprend une portion dans laquelle une élec- trode et le séparateur se recouvrent dans ladite gorge.