Brevet FR2597263A1 — publié le 19871016

La présente invention est relative à un procédé et à un appareil de calibrage des séparateurs de piles galvaniques. Bien que les fabricants des piles galvaniques aient essayé, depuis de nombreuses années, de produire une meilleure pile 5 d'une plus longue durée, d'une intensité plus élevée de courant et d'un plus grand débit en améliorant un ou plusieurs éléments de la pile, un domaine qui n'est toujours pas totalement satisfaisant est la construction du séparateur utilisé dans la pile galvanique. Dans les piles sèches traditionnelles au MnO2, de 10 type alcalin, la structure de la pile comprend généralement un boîtier métallique, normalement en acier, une masse ou un mélange de MnO2 et de graphite, moulé à l'intérieur du boîtier métallique, un séparateur adjacent de la masse de MnO2, et une matière formant électrolyte et anode, prévue à l'intérieur du séparateur. Le séparateur sert à 15 la fois de barrière contre la migration du mélange dépolarisant et de l'anode. Antérieurement, on a trouvé commode et pratique d'utiliser un séparateur à base de cellulose, tel qu'un séparateur réalisé en papier, carton-bois, alphacellulose, acétate de cellulose, carton kraft collé, pellicule de méthyl cellulose et papier non tissé de fibres de cellulose 20 stratifiées sur une matte similaire de fibres vinyliques. Plus récemment, on a utilisé des feuilles d'acétate de polyvinyle à titre de matière de séparateur en raison de leur aptitude à empêcher une migration du dépolarisant et à assurer une stabilité des dimensions. Déposé par courrier express (reçu n B25065340) le 10 avril 1986 suivant la règle 25 37 CFR 1.10. Traditionnellement, on a réalisé les séparateurs en enveloppant le séparateur autour des côtés d'une bobine et en repliant ce séparateur en travers du fond de cette bobine avant de l'introduire à l'intérieur de la pile. Habituellement, on a utilisé une ou plusieurs 30 -2 rondelles à la base de la bobine pour bloquer les bords repliés du séparateur contre le fond de la pile. Cependant, des séparateurs de ce type de construction présentent de nombreux désavantages. Ces séparateurs, du fait qu'ils sont enveloppés autour de la bobine avant l'intro5 duction à l'intérieur de la pile, ont tendance à se relâcher. Comme le séparateur doit être étanche en vue de contenir les particules du mélange dépolarisant, une migration de ces particules est sujette à se produire. Un autre désavantage est que le fond replié du séparateur, même lorsqu'on utilise des rondelles pour bloquer les bords repliés, 10 est volumineux et occupe un certain espace à l'intérieur de la pile. Pour disposer d'un plus grand espace à l'intérieur de la pile, on a développé, suivant la technique antérieure, un procédé de formage d'un séparateur par introduction de force d'une bande de matière de séparateur à travers une matrice à l'intervention d'un poinçon, et d'introduction du séparateur ainsi conformé dans le boîtier de la pile, qui est monté sur la matrice de formage. Un procédé de ce genre a été décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3.089.914 de Carmichael et col. Bien que de tels procédés suivant la technique anté20 rieure donnent des résultats raisonnablement satisfaisants avec des séparateurs en papier, on a constaté que, lorsque les séparateurs sont construits en des matières résilientes, relativement rigides, les parois du séparateur, du fait de la résilience de la matière employée, ont tendance à se contracter ou à s'enrouler vers l'intérieur, en direction 25 du centre de la pile, ce qui réduit ainsi les dimensions de l'ouverture par laquelle la matière d'anode est déversée durant l'opération de remplissage. Ceci soulève de sérieux problèmes dans l'assemblage à vitesse élevée des piles alcalines, car l'orifice rétréci réduit l'espace libre disponible pour la matière d'anode, en donnant de la sorte une 30 pile d'une durée raccourcie, et provoque un débordement de la matière d'anode sur la cathode avec un court-circuit résultant et un rejet de la pile. Un but de la présente invention est, par conséquent, de prévoir une structure améliorée de séparateur pour pile galvanique. 35 -3 Un autre but est de prévoir un procédé et un appareil pour le formage du séparateur en place à l'intérieur de l'enveloppe de la pile galvanique. Suivant la présente invention, on prévoit un procédé 5 amélioré de construction de séparateur pour pile galvanique, comportant au moins deux garnissages de séparateur en forme de coupelle, dont chacun est constitué par un fond circulaire et par des parois latérales cylindriques formées de deux segments de paroi semi-cylindriques se recouvrant, ce procédé comprenant l'utilisation d'une matière de 10 séparateur thermoplastique qui, lors de la transformation en un séparateur, est calibrée à l'intérieur de la pile grâce à un poinçon de calibrage, à une température et pendant une période de temps suffisantes pour déformer la matière plastique contre la matière de cathode et pour faire fondre ses joints sans dégradation de l'intégrité mécanique 15 et des propriétés de résistance à la migration et d'isolation du séparateur. L'invention sera plus complètement décrite encore ci-après avec référence aux dessins non limitatifs annexes. La Figure I est une vue développée de la structure de séparateur suivant l'invention, avant calibrage. La Figure 2 est une vue développée de la structure de séparateur suivant l'invention, après le calibrage. La Figure 3 est une vue en coupe d'un type de pile matérialisant l'invention. La Figure 4 est une vue en coupe verticale de l'ap25 pareil à poinçon, avant l'introduction dans le séparateur. La Figure 5 est une vue en coupe verticale de l'appareil à poinçon, cette vue montrant le poinçon mis en place à l'intérieur du séparateur de la pile. Si on se reporte aux dessins, on a illustré, sur la 30 Figure 1, une vue développée d'une structure de séparateur suivant l'invention, qui comprend des garnissages de séparateur en forme de coupelle, extérieur et intérieur 12, 12', faits de préférence d'une matière thermoplastique, telle que de l'acétate de polyvinyle. Les garnissages de séparateur 12, 12' sont formés l'un à l'intérieur de 35 l'autre et ensuite disposés dans le boîtier d'une pile galvanique, telle -4 que la pile illustrée par la Figure 3. Comme illustré par la Figure 3, une pile alcaline 20 du type de structure pour laquelle l'invention convient bien comprend normalement un boîtier en acier 22 qui sert de réceptacle pour la 5 pile, une cathode 24 consistant en MnO2, un séparateur 26, une anode 28 contenant du KOH et du zinc amalgamé, et une pointe conductrice d'anode 29. Suivant la présente invention, une pile alcaline telle qu'illustrée par la Figure 3 peut comporter une structure de séparateur 10 10, comprenant des garnissages de séparateur en forme de coupelle, extérieur et intérieur 12, 12', de préférence en acétate de polyvinyle, qui sont conformés en place à l'intérieur du boîtier métallique contenant la matière de cathode préformée. Les garnissages de séparateur 12, 12', si on se reporte 15 à nouveau à la Figure 1, sont chacun conformés au départ d'un seul flan de matière de séparateur et comprennent un fond circulaire, désigné par 30, et des parois latérales cylindriques formées de deux segments de paroi semicylindriques 31, 32 et 31', 32', présentant, dans chaque cas, des bords se recouvrant, respectivement 34, 35 et 20 34', 35'. La matière de séparateur en excès, au bord inférieur de chaque garnissage de séparateur 12, 12', est rassemblée convenablement sous forme de pattes 36 qui sont repliées contre les parois latérales cylindriques. Les pattes 36 des garnissages de séparateur 12, 12' sont destinées à empêcher les bords latéraux à recouvrement 34, 35 et 34', 35', de 25 se séparer mais, du fait de la rigidité de la matière de séparateur thermoplastique, ces bords ne s'adaptent pas de manière compacte contre les parois latérales. La fusion de la matière de séparateur thermoplastique permet la formation d'un fond hémisphérique, les pattes susdites étant scellées étroitement sur les parois latérales 30 cylindriques des garnissages de séparateur, de la façon illustrée par la Figure 2. Les bords latéraux à recouvrement 34, 35 et 34', 35' de chaque garnissage de séparateur 12, 12' occupent respectivement des positions radiales espacées tout autour de la circonférence des parois latérales cylindriques de la structure de séparateur. Les bords 35 à recouvrement sont scellés à chaud grâce à l'action du poinçon chauffé , en assurant ainsi un volume accru pour l'anode et en empêchant une migration des particules du mélange dépolarisant et de la matière d'anode à travers les bords latéraux à recouvrement 34', 35' du garnissage de séparateur intérieur 12'. L'appareil pour la mise en oeuvre du procédé illustré par les Figures 4 et 5 comprend un poinçon de calibrage chauffé cylindrique 40 et un bloc chauffant 42. Le poinçon de calibrage est chauffé dans le bloc chauffant, la température étant réglée par un thermocouple 44. Comme on peut le voir sur la Figure 4, le poinçon de calibrage chauffé 40 est disposé axialement à l'intérieur d'un passage axial existant dans le bloc chauffant 42, qui est constitué par un corps en laiton 46 entouré par une bande chauffante d'une conception traditionnelle (non représentée) reliée à une source d'énergie électrique. 15 Le poinçon chauffé 40 est déplacé suivant son axe par un cylindre pneumatique à course contrôlée (non représenté) qui élève et abaisse le poinçon. Lorsque le séparateur et l'assemblage de pile avec cathode sont mis en alignement en dessous du poinçon chauffé 40, un régulateur (non illustré) signale à un système pneumatique qu'il y a lieu d'assurer 20 le déplacement du poinçon vers l'intérieur de l'assemblage de pile et hors de celui-ci. Le poinçon chauffé, suivant l'allure de la chaîne d'assemblage, peut être assemblé en pièces multiples, de préférence des multiples comportant quatre poinçons chauffés par poste. On a constaté que, lorsque le poinçon chauffé 40 25 présente un fond hémisphérique, le fond du séparateur se conforme étroitement à la base de la cavité de cathode préformée 43 et réduit au minimum des renflements dans les plis et le gaspillage résultant d'espace. Dans la mise en oeuvre du procédé de la présente 30 invention, les garnissages de séparateur 12, 12' sont conformés par des méthodes bien connues en pratique, et le séparateur conformé est introduit à l'intérieur de l'enveloppe de la pile. Le poinçon chauffé 40 est descendu depuis le bloc chauffant 42 dans la cavité centrale formée par les parois cylindriques de séparateur 12, 12' en poussant les parois latérales et le fond de la structure de séparateur d'une -6 manière étroite contre la cathode préformée. Le poinçon chauffé 40 est maintenu à une température et pendant une période de temps suffisantes pourdéformer le séparateur thermoplastique sans le dégrader. Lorsqu'on utilise de l'acétate de polyvinyle comme matière de séparateur, 5 le poinçon chauffé sera maintenu à une température inférieure à environ 82 C, de préférence à une température d'environ 57 C à environ 71 C, et plus particulièrement à une température d'environ 60,5 C. La période de temps pendant laquelle le poinçon chauffé 40 reste en contact avec la matière de séparateur variera avec la composition de la matière 10 thermoplastique et avec la température du -poinçon. Toutefois, dans tous les cas, la période et la température doivent être telles qu'elles évitent une dégradation de la matière de séparateur. Lorsqu'on utilise de l'acétate de polyvinyle, la période de temps pendant laquelle le poinçon chauffé est maintenu en contact avec le séparateur sera infé15 rieure àO0, 2 seconde, de préférence inférieure à 0,1 seconde. Il sera évident que la longueur et le diamètre du poinçon chauffé peuvent varier, et ce suivant le diamètre et la longueur de la pile dans laquelle la matière de séparateur doit être calibrée. -7 REVENDICATIONS 1. Procédé de formage de batteries alcalines, dans lesquelles une cathode est isolée et séparée de la matière d'anode grâce à un separateur, caractérisé en ce qu'il comprend l'introduction 5 d'un séparateur conformé, présentant une cavité centrale et construit en une matière thermoplastique, dans une pile partiellement assemblée, comprenant le boîtier et la matière de cathode, l'introduction d'un poinçon de calibrage chauffé dans la cavité centrale susdite de la structure de séparateur, le maintien de ce poinçon chauffé dans cette 10 cavité pendant une période de temps et à une température suffisantes pour déformer la matière plastique susdite et pour faire fondre les joints du séparateur précité sans dégrader l'intégrité mécanique et les propriétés d'isolation et de barrière de cette matière de séparateur, et l'enlèvement du poinçon de calibrage chauffé hors du séparateur 15 calibré. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière de séparateur thermoplastique est formée d'une matière en feuille thermoplastique, dont la proportion majeure est constituée d'acétate de polyvinyle. 3. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un poinçon de calibrage maintenu à une température inférieure à environ 82'C est introduit dans la matière de séparateur conformée et y est maintenu pendant moins d'environ 0,1 seconde, afin de calibrer ainsi ce séparateur contre la cathode préformée susdite et de sceller 25 les joints latéraux et le fond de ce séparateur. 4. Procédé suivant la revendication 2, caractérisé en ce qu'un poinçon de calibrage maintenu à une température d'environ 57 C à environ 71 C est introduit dans la matière de séparateur conformée pendant moins d'environ 0,1 seconde, en calibrant ainsi ce sépa30 rateur contre la cathode préformée et en scellant les joints latéraux et le fond de ce séparateur. 5. Appareil de calibrage des séparateurs thermoplastiques cLe batteries, renfermés dans une pile partiellement assemblée, caractérisé en ce qu'il comprend un long poinçon de calibrage cylindrique 35 (40), apte à une conduction thermique et présentant un diamètre qui permet l'introduction de ce poinçon dans une pile (22) d'un diamètre prédéterminé, contenant un séparateur thermoplastique (26) et une cathode préformée (24), de manière que ce séparateur soit ainsi conformé contre la paroi interne de la cathode préformée. 6. Appareil suivant la revendication 5, caractérisé en ce que le poinçon de calibrage (40) est localisé axialement dans un passage d'un bloc chauffant (42), en étant en contact de glissement avec les parois latérales de ce bloc chauffant, et en étant relié à des moyens opérants pour élever et abaisser ce poinçon de calibrage 10 à l'intérieur de ce passage. 7. Appareil suivant l'une ou l'autre des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le poinçon de calibrage présente une extrémité hémisphérique.