Brevet FR2559961A1 — publié le 19850823

La présente invention concerne les piles primai- res unicellulaires étanches aux gaz, comprenant un bottier qui renferme la masse active de la pile et qui est formé d'un couvercle métallique dans l'ensemble plan, d'une cu- vette métallique dans l'ensemble plane et d'une bague d'étanchéité et d'isolation qui est maintenue sous précon- trainte mécanique entre ce couvercle et cette cuvette. Il est habituel, dans les piles primaires étan- ches aux gaz, plus particulièrement celles ayant la forme de piles rondes, d'utiliser aussi bien pour des éléments d'étanchéité et que pour d'autres éléments d'isolation, des matériaux à base de matière plastique déformables ai- sément à froid. On peut obtenir l'étanchéité aux gaz de la pile à l'aide d'un sertissage du couvercle sur le bol- tier. On peut monter aisément, et de. diverses manières, des éléments uniques de ce type en cascades d'éléments multiples, et les confectionner en vue de différentes uti- lisations. L'étanchéité et l'isolation classique que l'on réalise pratiquement sans problème, présentent toutefois l'inconvénient que les piles primaires ainsi équipées ne conviennent pas pour un fonctionnement et un stockage de longue durée. L'effet en est négatif dans les cas o l'on devrait s'attendre à une longue durée de vie pour une char- ge la plus faible possible, notamment dans les piles à den- sité d'énergie élevée, comme par exemple les piles Lithium- oxyde anganique, les piles à l'oxyde de mercure ou d'ar- gent, etc. La perte d'électrolyte par fuites survenant mê- me lorsque des matières résistant de manière absolue aux produits chimiques sont utilisées pour la cuvette, le cou- vercle et le dispositif d'étanchéité et d'isolation ne con- duit pas seulement à une réduction du rendement qu'est sus- ceptible d'offrir la masse active de la pile. Lors de phé- nomènes d'oxydation, les trajets externes de courant de fuites superficielles peuvent provoquer la décharge de la pile. En outre, l'appareil dans lequel la pile est incor- porée peut également se trouver endomnmagé par la sortie des produits chimiques. C'est pourquoi le but de l'invention est de four- nir une pile primaire à élément unique comportant un bol-. tier dont le dispositif d'étanchéité et d'isolation d'une part soit suffisamment élastique pour absorber sans en- dommagement les efforts de fermeture qui sont crées méca- niquement entre les bords du couvercle et de la cuvette de la pile, mais, d'autre part, soit capable de développer une résistance à la déformation assez élevée pour que cet effort de fermeture permette d'obtenir effectivement une obturation étanche aux gaz entre les zones latérales du couvercle et de la cuvette, sans toutefois que l'écart en- tre ces zones latérales soit rendu dépendant de l'effort de fermeture appliqué. Le problème à résoudre consiste es- sentiellement à permettre la fabrication de piles primai- res étanches aux gaz, unicellulaire, qui présentent des dimensions petites à très petites et dont la stabilité d'isolation des pôle ne puisse pas être modifiée, c'est- à-dire rendue plus mauvaise, du fait des propriétés d'écou- lement plastique de l'organe d'étanchéité. A cet effet, l'invention a pour objet une pile dans laquelle aussi bien le couvercle que la cuvette com- portent une collerette latérale sensiblement perpendicu- laire à leur partie plane, la bague d'étanchéité et d'iso- lation est réalisée dans un matériau qui est sensiblement stable dimensionnellement sous une contrainte de compres- sion, et a une section droite approximativement en forme de L dont l'aile orientée radialement sert d'organe de maintien d'un écartement axiale entre le couvercle et la cuvette, tandis que l'aile orientée axialement sert d'or- gane de maintien d'un écartement radial entre ces mêmes couvercle et cuvette, les collerettes latérales du couver- cle et de la cuvette se verrouillent sur cette aile orien- tée axialement, la première du côté intérieur, dans le sens radial, de la bague d'étanchéité et d'isolation, et la seconde du côté extérieur, dans ce même sens radial, l'extrémité de la collerette de la cuvette s'étendant de manière au moins sensiblement cylindrique à son extrémité supérieure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, d'un mode de réalisation donné à titre d'exemple non limitatif et re- présenté aux dessins annexés sur lesquels: - la Fig. 1 représente, partiellement en coupe, une pile en cours de fabrication, immédiatement avant sa fermeture; - la Fig. 2 représente la pile de la Fig. 1 à l'état fini. Sur ces dessins 1 désigne le couvercle du boîtier d'une pile ronde à élément unique, le boîtier qui constitue en même temps la plaque polaire positive (+) et est réalisé en un matériau résistant à la corrosion, par exemple en a- cier inoxydable ou rendu inoxydable par traitement de sur- face. La plaque polaire négative (-), pour l'essentiel pla- ne, est constituée par le fond de la cuvette 2. Les polari- tés peuvent également être choisies de manière inverse. Le couvercle dans l'ensemble plan 1 porte à sa périphérie une collerette latérale 3 sur l'extrémité exté- rieure de laquelle est formé un bourrelet extrême 4 qui en fait le tour et est orienté radialement. Ce dernier s'en- clenche dans une gorge de verrouillage 5 d'une bague d'é- tanchéité et d'isolation 6 ayant une section droite appro- ximativement en forme de L avec des ailes pratiquement à la même épaisseur. Ce bourrelet extrême 4 et cette gorge de verrouillage 5 sont adaptés l'un à l'autre en ce qui concerne leur section et sur le plan fonctionnel, de telle sorte que, dans une première opération de montage, la ba- gue d'isolation 6 peut être montée sur la collerette 3 du couvercle de manière serrée dans une position bien déter- minée. Une première mesure de sécurité permettant d'opti- miser l'étanchéité aux gaz entre le couvercle 1 et la ba- gue d'isolation 6 est constituée par un revêtement d'émail de finition 7 disposé entre le bourrelet 4 et l'aile ra- diale ou section de base 6.1 de la bague d'étanchéité et d'isolation 6. Cette section de base 6.1 constitue, de plus, un organe de protection pour la collerette 3 par rapport au fond de la cuvette 2, tandis que sa surface extrême située radialement vers l'intérieur, 6.1', sert en même temps de zone de limitation pour le matériau (9) de la cathode faisant partie de la masse active de la pi- le, qui se dilate lorsque la pile se décharge. La bague d'étanchéité et d'isolement 6 est de préférence réalisé en une matière plastique thermoplasti- o10 que injectable. Comme caractéristiques essentielles pour les matériaux qui sont utilisés pour cette bague 6, on peut citer la stabilité à l'égard d'un agent électrolyte, - dans le cas des électrolytes de piles au lithium, par exemple le diméthoxy-1,2 éthane (DME) ou le carbonate de propylène (PC)-, une faible absorption de l'eau, une cons- tante diélectrique élevée et de faibles propriétés d'écou- lement plastique à froid ou une résistance élevée à la compression. A cet égard, un point de fusion élevé présen- te également une importance certaine, étant donné que, dans les matériaux classiques, la résistance à la compres- sion décroît rapidement lorsque la température croit. Des matières de ce type sont, pour les matières plastiques, par exemple les polyéthers polymères ou aromatiques. L'u- tilisation d'un polyéther-éthercétone (PEEK) s'est avérée particulièrement avantageuse, ce matériau étant fourni par la Division Matières Plastiques de ICI. Lors de la fabrication de la pile représentée sur les dessins, on engage, tout d'abord, en l'élargissant élastiquement, la bague d'étanchéité et d'isolation 6 sur le bourrelet 4, jusqu'à ce que ce dernier s'enclenche dans la gorge 5. On procède alors au dépôt du revêtement d'é- mail de finition 7. Il peut être avantageux de mettre en place ce revêtement 7 avant l'introduction de la bague 6 dans la gorge 4 afin de s'assurer que l'effet d'étanchéité - soit obtenu également dans la zone de cette gorge. Comme représenté, un excès d'émail de finition se dépose alors en avant de l'arrondi du bourrelet. Apres le remplissage du couvercle 1 qui dans ce but est posé sur son fond, à l'aide du matériau de cathode 9 faisant partie de la masse active de la pile, la mise en place du séparateur et d'une réserve éventuelle d'électrolyte, ainsi que l'introduction du matériau d'anode 8, on enfonce la cu- vette 2 par-dessus la bague d'isolation 6 de manière à obtenir l'état semi-fini représenté sur la Fig. 1. La fa- ce inférieure du fond de la cuvette s'appuie alors à fond, du fait d'une pression de fermeture A appliquée sur la fa- ce supérieure du couvercle, sur la face extérieure de l'ai- le ou section de base 6.1, tandis que la collerette latéra- le 11 de la cuvette repousse Plastiquement vers l'inté- rieur, dans le sens radial, la partie cylindrique 6.2, si- tuée au-dessous de la bague d'étanchéité 6 contre la col- lerette latérale 3 du couvercle. On atteint ainsi déjà dans une phase préparatoir des conditions optimales d'obturation car le matériau de la bague 6 qui a une résistance à la compression relativement élevée, ainsi que sa faible ten- dance à l'écoulement plastique à froid, fournissent des conditions idéales pour un effet d'étanchéité avantageux. En maintenant la pression de fermeture A, on com- prime ou sertit alors radialement et vers l'intérieur l'ex- trémité distale 11' de la collerette 11 qui dépasse l'aile cylindrique ou tronçon 6.2 de la bague 6, de telle sorte que cette extrémité vient s'appliquer étroitement sur l'é- paulement de serrage 6.3 de la bague 6, en étant orientée d'abord de manière conique vers l'intérieur, puis de maniè- re cylindrique vers le haut. Il en résulte l'obturation de pile à stabilité mécanique élevée représentée sur la gau- che de la Fig. 2 dans laquelle l'extrémité 11' de la colle- rette de la cuvette s'étend de manière au moins sensible- ment cylindrique à son extrémité supérieure, et délimitée ainsi par rapport à la collerette 3 du couvercle un inter- valle d'isolation 12 de largeur pratiquement constante sur tout ce pourtour. On dépose enfin une couche de vernis de finition 13 dans cet intervalle d'isolation 12 de manière à constituer un élément d'étanchéité supplémentaire et à réduire les emplacements d'accumulation de poussière entre les collerettes 3 et 11 qui conduisent le potentiel total de la pile, cette couche 13 empêchant, de plus, également la pénétation d'humidité sur les surfaces de la bague d'é- tanchéité et d'isolation qui sans cela seraient exposées. La structure de la pile conforme à la description qui a été faite, permet notamment la fabrication de piles de haute capacité présentant un faible diamètre et une fai- ble épaisseur pour une durée de vie relativement longue. Les diamètres courants sont de 6 à 12 mm pour des épais- seurs de 1 à 3 mm. De telles piles conviennent particuliè- rement pour les montres ultra-plates, notamment de brace- lets-montres, ainsi que les appareils auditifs et autres appareils miniaturisés. On peut atteindre, par rapport aux piles connues de même volume, des quantités d'énergie plus élevées de 15 à 15 %. REVENDICATIONS 1. Pile primaire unicellulaire, étanche aux gaz, comprenant un bottier qui renferme la masse active (8, 9) de la pile et qui est formé d'un couvercle métallique (1) sensiblement plan, d'une cuvette métallique (2) sensible- ment plane et d'un anneau d'étanchéité et d'isolation (6) qui est maintenu sous précontrainte mécanique entre ce couvercle et cette cuvette, caractérisée en ce que aussi bien le couvercle (1) que la cuvette (2) comportent une collerette latérale (3, 11) sensiblement perpendiculaire à leur partie plane, en ce que la bague d'étanchéité et d'isolation (6) est réalisée dans un matériau qui est sensiblement stable dimensionnellement sous une contrainte de compression, et a une section transversale approximati- vement en forme de L dont l'aile orientée radialement (6. 1) sert d'organe de maintien d'un écartement axial entre le couvercle (1) et la cuvette (2), tandis que l'aile orientée axialement (6.2) sert d'organe de maintien d'un écartement radial entre ces mêmes couvercle et cuvette, et en ce que les collerettes latérales (3.11) du couvercle (1) et de la cuvette (2) se verrouillent sur cette aile orientée axialement (6.2), la première du côté intérieur, dans le sens radial, de la bague d'étanchéité et d'isola- tion (6), et la seconde du côté extérieur, dans ce même sens radial, l'extrémité (11') de la collerette (11) de la cuvette étant au moins sensiblement cylindrique à son ex- trémité supérieure. 2. Pile primaire selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la collerette latérale (3) du couver- cle comporte à son extrémité extérieure un bourrelet ex- trême (4) qui est orienté radialement vers l'extérieur, tandis que l'aile orientée axialement (6.2) de la bague comporte, sur son côté inférieur, une gorge (5) qui en fait le tour et qui sert à l'enclenchement du bourrelet (4). 3. Pile primaire selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que l'aile orientée axialement (6.2) de la bague d'étanchéité et d'isolation (6) comporte un épaulement de serrage (6.3) situé à l'extérieur et en retrait vers l'intérieur dans le sens radial, tandis que l'extrémité distale (11') de la collerette latérale (11) de la cuvette est déformée radialement vers l'intérieur par-dessus cet épaulement de serrage (6.3). 4. Pile primaire selon la revendication 2, ca- ractérisée en ce que le bourrelet extrême (4) est agencé en tant que zone d'appui de la collerette latérale (3) du couvercle sur l'aile radiale (6.1). 5. Pile primaire selon la revendication 4, ca- ractérisée en ce qu'une étanchéité supplémentaire du bourrelet extrême (4) dans la gorge (5) qui s'étend tout autour du côté intérieur de la bague est assurée par un revêtement d'émail de finition (7). 6. Pile primaire selon la revendication 3, ca- ractérisée en ce qu'une étanchéité supplémentaire de l'intervalle d'isolation (12) existant à l'extrémité ex- térieure de l'aile axiale (6.2), est assurée par une cou- che d'émail de finition (13). 7. Pile primaire selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la bague d'étanchéité et d'isolation (6) est réalisée en une matière plastique polymère, notam- ment en un polyéther aromatique. 8. Pile primaire selon la revendication 7, ca- ractérisée en ce que la matière plastique est un poly- éther-éthercétone. 9. Pile primaire selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la surface limite intérieure radiale (6.1') de l'aile orientée radialement (6.1) sert de limi- tation radiale pour les constituants (8) de la masse ac- tive de la pile qui sont introduits dans la cuvette (2).