Brevet FR2540677A1 — publié le 19840810

La présente invention se rapporte à une pile cylin- drique assemblée de manière à avoir des électrodes cylindri- ques positive et négative disposées concentriquement au travers d'un séparateur (par exemple une pile à électrolyte organique, une pile alkaline au zinc ou similaire, et se rapporte particulièrement à une pile cylindrique de structure améliorée pour empêcher la diminution de la capacité due à l'auto-décharge. Une réduction de la capacité de ce type de pile due à l'auto-décharge a pour cause, dans la plupart des cas, un phénomène dû à ce qu'une électrode gonfle et se désintègre partiellement pour déposer une poudre du matériau constituant l'électrode pendant l'utilisation de la pile et à ce que la poudre entre en contact avec l'autre électrode à travers le bord d'extrémité d'un séparateur disposé entre les élec- trodes positive et négative,lorsque la pile est soumise à un choc ou à une oscillation ou lorsqu'elle est utilisée à l'envers. Pour éviter une telle réduction de la capacité de la pile, différentes solutions ont été apportées jusqu'ici. Une pile à électrolyte organique, est décrite dans le modèle d'utilité japonais No 51495/1982 Dans la présente demande de brevet on trouve des exemples classiques sur les Fig 1 à 3 des dessins annexés et un exemple selon ce modèle d'u- tilité sur sa Fig 4 Sur les Fig 1 à 4, l A, 1 B, 1 C, et 1 D désignent les électrodes positives cylindriques obtenues par moulage d'un matériau d'électrode positive; 2 A, 2 B, 2 C et 2 D désignent des boitiers de pile agissant aussi comme bornes d'électrode positive, les électrodes positives cylin- driques mentionnées ci-dessus étant disposées à l'intérieur des boitiers; 3 A, 3 B, 3 C et 3 D désignent les séparateurs cylindriques; 4 A, 4 B, 4 C et 4 D désignent les électrodes négatives disposées dans les zones évidées des électrodes positives mentionnées ci-dessus à travers les séparateurs cylindriques; 5 A, 5 B, 5 C et 5 D désignent les cylindres de réception des électrodes négatives; 6 A, 6 B, 6 C et 6 D dési- gnent les collecteurs d'électrode négative; 7 A, 7 B, 7 C et 7 D désignent les couvercles de boitier de pile agissant aussi comme bornes d'électrode négative et étant reliés électri- quement aux électrodes négatives mentionnées ci-dessus par l'intermédiaire des cylindres de réception d'électrode né- gative et des collecteurs d'électrode négative, et 8 A, 8 B, 8 C et 8 D désignent les garnitures isolantes annulaires ser- vant à isoler les boitiers de pile et les couvercles de boitier de pile. La pile représentée sur la figure 1 est munie d'une rondelle isolante 9 disposée sur une extrémité supérieure de l'électrode cylindrique positive 1 A, dont le but est d'empêcher une réduction de la capacité de la pile due à l'auto-décharge causée par le fait que la poudre de maté- riau d'électrode provenant d'une électrode positive par désintégration partielle de la dite électrode entre en con- tact avec le côté d'électrode négative 4 A Cependant, lors- que l'électrode positive 1 A est gonflée par la décharge, la rondelle isolante 9 est facilement poussée vers le haut, d'o il résulte qu'un déplacement de la poudre ne peut être complètement empêché De plus, du fait que la rondelle isolante 9 et la garniture isolante 8 A sont faites séparé- ment le travail d'assemblage est plus compliqué et il y a une perte en volume pour la rondelle isolante dans la pile. Dans la pile représentée sur la Fig 2, une rondel- le isolante 10 est espacée de l'extrémité supérieure de l'é- lectrode positive cylindrique 1 B et est en contact avec la surface inférieure de la garniture isolante 8 B Dans ce cas cependant, la garniture isolante 8 B ne peut pas être fixée solidement, ce qui peut provoquer une fuite. De plus, du fait que la rondelle isolante 10 et la garniture isolante 8 B sont faites séparément, le travail d'assemblage est plus compliqué et il y a une perte en vo- lume pour la rondelle isolante dans la pile, comme dans le cas de la Fig 1. La pile représentée sur la Fig 3 est munie d'un séparateur 3 C qui s'étend jusqu'à venir en contact avec le 254 0677 couvercle de boitier de pile 7 C Cependant, il est difficile de garder le bord périphérique d'extrémité supérieure du séparateur 3 C totalement en contact avec la surface infé- rieure du couvercle de boitier de pile 7 C, de sorte que la poudre de matériau d'électrode positive ne peut' être complètement empêchée de parvenir jusqu'à l'électrode néga- tive. La pile représentée sur la Fig 4 comprend la gar- niture isolante 8 D munie d'un collier 11, et l'extrémité supérieure du séparateur 3 D est insérée dans un trou formé par un bord circulaire 12 du collier Il et dont le diamètre est inférieur au diamètre extérieur de l'extrémité supé- rieure du séparateur Dans ce cas, cependant, l'extrémité supérieure du séparateur 3 D est retrécie ce qui produit des irrégularités sur-le côté d'o il résulte des difficultés de contact étroit avec le bord circulaire'12. Ainsi, la poudre de matériau'd'électrode positive ne peut être complètement empêchée de parvenir jusqu'à l'électrode négative, comme précédemment. Cette invention a pour but de'remédier aux problè- mes mentionnés ci-dessus. L'invention a pour objet une pile cylindrique com- prenant un boîtier de pile constituant la-borne de l'une des polarités et dans laquelle est placée une électrode cylindrique de cette polarité, et une borne de polarité opposée reliée électriquement par une patte conductrice à une électrode de polarité opposée disposée par l'in- termédiaire d'un séparateur cylindrique dans une cavité de l'électrode de la première polarité, caractérisée en ce qu'il comprend une garniture isolante annulaire qui - est destinée à isoler ledit boîtier de ladite borne de polarité opposée, cette garniture comprenant une colle- rette qui s'étend vers le bas à partir de la face infé rieure de la garniture et qui est ajustée dans le bord intérieur de l'ouverture supérieure du séparateur. Comme mentionné ci-dessus, la pile selon l'inven- tion présente en outre la caractéristique selon laquelle la paroi annulaire s'étendant-à partir de la surface infé- rieure de la garniture isolante annulaire est ajustée étroi tement sur l'ouverture supérieure -délimitée par le bord péri- phérique intérieure du séparateur cylindrique. D'autres caractéristiques de l'invention appa- raîtront au cours de la description qui va suivre Aux dessins annexés: les Fig 1 à 4 sont des vues en coupe longitu- dinale de plusieurs types classiques de piles cylindriques; les Fig 5, 6 et 9 sont des vues en coupe longi- tudinale de piles conformes à l'invention la Fig 8 est une vue agrandie d'un détail de la pile, une paroi s'étendant vers le bas d'une garniture iso- lante de la pile selon l'invention étant placée contre le bord périphérique intérieur de l'ouverture supérieure du séparateur,; les Fig 7 et 10 sont des vues en perspective d'un exemple d'électrode négative utilisée dans la pile suivant l'invention; les Fig 11 et 12 sont des vues en coupe partielle illustrant comment une garniture isolante utilisée pour un exemple de pile selon l'inventionest montée. Une pile à électrolyte organique prise comme exem- ple d'une pile de cette invention sera maintenant décrite tout en se référant aux dessins annexés. La Figure 5 est une vue en coupe longitudinale d'une pile réalisée selon l'invention Sur cette figure 13 désigne un boîtier de pile constituant également la borne d'électrode positive Sur sa surface intérieure, est dis- posée une électrode positive cylindrique 14 obtenue par mou- lage d'un matériau d'électrode positive qui comporte du dioxyde de manganèse comme matériau actif ( par exemple une composition de dioxyde de-manganése,de graphite conducteur et d'une résine de polytétrafluoroéthylène en tant que liant dans des proportions en poids de 85:10:5) 15 désigne l'électrode négative au lithium disposée dans une zone évidée de l'électrode positive 14 par l'intermédiaire d'un séparateur cylindrique 16 (qui présente une structure non tissée en fibre de polypropylène, par exemple), et une ex- trémité d'une patte conductrice d'électrode négative 15 ' est fixée, par soudage par points, sur la surface infé- rieure d'un couvercle de bottier de pile 17 constituant l'électrode négative Une solution préparée en dissolvant du perchlorate de lithium ( concentration l M) dans un mé- lange à volumes égaux de carbonate de propylène et de di- méthoxyéthane, est utilisée comme électrolyte pour la pile. 18 désigne une garniture isolante annulaire (polypropylène, copolymère de propylène-éthylène, caoutchouc synthétique dur ou équivalent) servant à isoler le boîtier de pile 13 qui constitue la borne d'électrode positive, de la borne d'élec- trode négative 17, une collerette 18 ' s'étendant vers le bas à partir de sa surface inférieure La collerette 18 ' est placée contre le bord périphérique intérieur dans l'ouverture supérieure du séparateur cylindrique 16. La figure 6 est une vue en coupe longitudinale d'une pile selon une autre forme de réalisation de l'inven- tion Les différences par rapport à la pile de la Fig 5, sont qu'un boîtier de pile 21 et un couvercle de boîtier 21 ' sont fixés à un bord d'extrémité 27 par soudage au laser, et qu'une borne d'électrode négative 25 est encas- trée dans un trou central du couvercle de boîtier 21 ', au moyen d'une garniture annulaire isolante 26 formée par mou- lage Une collerette 26 ' s'étend vers le bas à partir de la surface inférieure de la garniture isolante annulaire 26, et cette collerette est placée en contact étroit contre le bord périphérique intérieur de l'ouverture supérieure du séparateur cylindrique 24 comme dans le cas de la pile de la Fig 5 22, 23, 23 'désignent respectivement une électrode positive, une électrode négative et une patte conductrice d'électrode négative, comme dans le cas de la pile de la Fig 5. On va maintenant décrire un procédé d'assemblage d'une pile selon l'invention conforme à la Fig 6. La borne d'électrode négative 25 est fixée dans le couvercle de bottier 21 ' par l'intermédiaire dela garni- ture isolante annulaire 26, la collerette 26 ' étant formée et fixée par moulage dans le trou central du couvercle de boîtier 21 ' Puis, la surface inférieure de la borne 25 et l'électrode négative cylindrique 23 sont connectées l'une à l'autre par l'intermédiaire de la patte conductrice d'é- lectrode négative 23 ' Ensuite,une pièce d'électrode néga- tive 30 représentée sur la Fig 7 est fabriquée en y fixant le séparateur selon les deux méthodes suivantes. (i) une feuille de séparation de largeur plus grande que la longueur de l'électrode négative est enroulée sur l'extérieur de l'électrode négative 23 et de la paroi de la collerette 26 ', et les deux bords d'extrémité sont placés l'un sur l'autre. Ensuite,-le chevauchement est thermiquement soudé pour obtenir une forme cylindrique et l'extrémité inférieure est déformée pour obtenir une forme en sac, ce qui donne naissance à une pièce d'électrode négative 30 Sur la Fig 7, 27 désigne un bord d'extrémité de la feuille de séparation, et 28 indique une ligne de soudure Puis l'ex- trémité supérieure du chevauchement de séparation est soudée sur la collerette 26 ' Ce soudage peut facilement être ef- fectué du fait qu'il est réalisé sur la face extérieure de la feuille de séparation qui est maintenue contre la collerette dure 26 ' et l'électrode négative 23. (ii) La pièce d'électrode négative 30 est fabriquée en insérant l'électrode négative 23 et la collerette 26 ' dans l'ouverture supérieure du séparateur à qui on a préalablement donné la forme d'un sac Dans ce cas, ces deux éléments peuvent être étroitement ajustés l'un sur l'autre par in- sertion, le diamètre extérieur de la collerette 26 ' étant choisi un peu plus grand que le diamètre intérieur du séparateur cylindrique 24 De plus, l'extrémité inférieure de la collerette 26 ' a une forme en arc circulaire du côté o elle est placée contre la surface intérieure du sépara teur cylindrique 24 a, ainsi que le représente la Fig 8, qui est disponible pour insérer la collerette 26 'a dans une ouverture du séparateur cylindrique 24 a. La pièce d'électrode positive préparée comme ci- dessus est insérée dans la zone évidée de l'électrode po- sitive cylindrique 22 installée dans le boîtier de pile 21 et, une quantité nécessaire d'électrolyte y est préalable- ment versée Le bord d'extrémité 27 est alors soudé et ren- du hermétiquement étanche. Dans les piles de la Fig 5 et de la Fig 6, l'élec- trode-positive est partiellement désintégrée par gonflage pendant l'utilisation de la pile et est capable de produire une poudre de matériau d'électrode positive Cependant, du fait que la collerette s'étendant à partir de-la surface inférieure de la garniture isolante est étroitement appuyée contre le bord périphérique intérieur de l'ouverture supé- rieure du séparateur cylindrique comme décrit ci-dessus, la poudre est empêchée d'entrer en contact avec l'électrode négative à travers le bord d'extrémité supérieur du sépa- rateur cylindrique lorsque la pile est soumise à un choc ou lorsqu'elle est utilisée à l'envers_,et ainsi une réduc- tion de la capacité due à l'auto-décharge peut être empê- chée. A cet égard, on peut noter que l'on peut utiliser pour le séparateur cylindrique un matériau permettant de faire passer des gaz et des liquides tout en empêchant to- talement ou presque le passage de poudre constituant la ma- tière d'électrode positive. la Fig 9 est-une vue en coupe longitudinale d'une pile selon une autre forme de réalisation de l'invention. La différence par rapport à celle de la Fig 6 est que dans la pile de la Fig 9, le séparateur cylindrique 34 et la colle- rette 36 ' s'étendant à partir de la surface inférieure de la garniture isolante 36 se recouvrent sur une partie 39 par soudage thermique Cette pile peut être assemblée selon les procédés (i) et (ii) décrits ci-dessus, et une vue en pers- pective d'une pièce d'électrode négative 40 fabriquée selon le procédé (i) est représentée sur la Fig 10. Dans le cas'de la pile de cette forme de réalisa- tion, la collerette 36 'de la garniture isolante et le sé- parateur cylindrique 34 sont fixés suffisamment solidement l'une à l'autre pour que l'électrode positive et l'électro- de négative puissent être parfaitement isolées l'une de l'autre dans la pile, et qu'un déplacement de la poudre de matériau d'électrode positive jusqu'à l'électrode négative puisse être efficacement supprimé, et qu'ainsi une réduc- tion de la capacité due à l'auto-décharge puisse être em- pêchée Comparé à une pile classique, le nombre de pièces nécessaires peut être diminué, et le travail d'assemblage de la pile peut être simplifié. Il est préférable que la partie en chevauche- ment soit continue sous la forme d'un anneau comme le montre la Fig 10 Cependant, selon une variante elle peut être fixée de distance en distance, et même dans ce dernier cas, le déplacement de la poudre de matériau d'électrode négative peut être tout à fait empêché. La Fig 11 représente une autre forme de réalisa- tion d'une garniture isolante annulaire 46 encastrée par moulage dans le trou central d'un couvercle de boîtier 41 ' tandis qu'une borne d'électrode négative 45 est fixée dans _ cette garniture La différence par rapport à la pile de la Fig 6 est que la garniture a un ou plusieurs orifices de purge de gaz 49,49 ', 49 " prévus dans la zone o la collerette 46 ' de la garniture est en contact avec le sépara- teur cylindrique 44 La pile de ce mode de réalisation, qui est identique à celle de la Fig 6 mis à part l'utilisation de la garniture isolante 46, procure des avantages simi- laires aux piles des Fig 5 et 6 en comparaison avec la pile classique et est aussi avantageuse quant à l'assem- blage de la pile. Cette pile peut aussi être assemblée selon un procédé similaire aux deux procédés décrits pour la-pile de la Fig 6 Selon le orocédé (i) par exemple, une pièce d'électrode négative similaire à la pièce d'électrode néga- tive 30 de la Fig 7 est d'abord fabriquée de façon simi- laire, mise à part l'utilisation d'une-garniture isolante 46 de la Fig 11 Une électrode positive cylindrique est ins- tallée dans le boîtier à pile, une quantité nécessaire d'électrolyte étant versée dans sa cavité, puis la pièce d'électrode négative est insérée dans cette cavité Lors de l'insertion, le gaz contenu dans l'électrode négative s'échappe par les trous de la partie en chevauchement avec le séparateur et est rapidement évacué dans l'espace exté- rieur à l'électrode négative, de sorte que l'espace inter- ne du séparateur peut être saturé sans à-coups avec une électrolyte organique, et ainsi l'électrolyte organique est rapidement fournie du côté de l'électrode négative placée dans la zone évidée du séparateur, ce qui permet de diminuer le temps d'immersion et aussi d'améliorer l'effi- cacité du travail d'assemblage. La Fig 12 représente une autre forme de réali- sation d'une garniture isolante annulaire 56 ayant des en- coches 59,59 ' au lieu des trous représentés sur la Fig ll. Cette garniture 56 a le même effet que la garniture 46 de la Fig 11. REVENDICATIONS 1 Pile cylindrique comprenant un boîtier de pile ( 13) constituant la borne de l'une des polarités et dans laquelle est placée une électrode cylindrique ( 14) de cette polarité, et une borne( 17)de polarité opposée reliée élec- triquement par une patte conductrice( 15 ')à une électrode ( 15) de polarité opposée disposée par l'intermédiaire d'un séparateur cylindrique ( 16) dans une cavité de l'électrode ( 14) de la première polarité, caractérisée en ce qu'il com- prend une garniture isolante ( 18) annulaire qui est destinée à isoler ledit boîtier ( 13) de ladite borne ( 17) de polarité opposée, cette garniture comprenant une collerette ( 18 ') qui s'étend vers le bas à partir de la face inférieure de la garniture et qui est ajustée dans le bord intérieur de l'ou- verture supérieure du séparateur. 2 Pile suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite collerette ( 18 ') est fixée totalement o U partiellement sur le séparateur ( 16). 3 Pile suivant la revendication 1 ou 2, caracté- risée en ce qu'une ou plusieurs trous ou encoches ( 49,49 ', 49 ") sont formés dans la zone de la collerette ( 46 ')placée contre le bord périphérique intérieur de l'ouverture su- périeure du séparateur cylindrique ( 44).