Brevet FR2600213A1 — publié le 19871218

L'invention concerne les piles électrochimiques étanches à électrodes enroulées en spirale. L'invention concerne plus particulièrement un procédé et un article perfectionnés pour réaliser un contact mécanique 5 et électrique avec une électrode qui est constituée d'une mince feuille métallique, ainsi qu' une pile électrochimique utilisant l'article perfectionné. Il est de pratique classique dans la fabrication des piles de fixer une ou plusieurs pièces ou 10 languettes conductrices, en matière électriquement conductrice, à chacune des électrodes. Tandis qu'une extrémité de la languette est connectée à une électrode, l'autre extrémité de la languette est connectée à l'emplacement de borne approprié sur le boîtier de la pile. Les piles électrochimiques à haute énergie volumique utilisent des électrodes longues et minces qui sont enroulées ensemble en spirale, a la façon de roulés. L'une de ces électrodes est souvent constituée d'une mince feuille de métal. Par exemptle, dans une pile au Li/MnO2, l'électrode en lithium est simplement une bande mince de lithium ayant généralement une épaisseur comprise entre 0,13 et 0,51 mm. Etant donné que ces métaux sont conducteurs du courant électrique, il est en général inutile d'utiliser un support métallique 25 conducteur tel que celui utilisé avec des électrodes en poudre comprimée ou avec des électrodes frittées poreuses. Il est souvent souhaitable de connecter une languette en matière électriquement conductrice 30 à ces électrodes à mince feuille métallique pour établir un contact avec la borne appropriée située sur le boîtier de la pile électrochimique. Divers moyens peuvent être utilisés pour relier la languette à l'électrode. Ces moyens comprennent le soudage, le brasage ou le soudage 35 à froid. Lorsque la mince feuille est en un métal tel que le lithium, le soudage n'est pas très souhaitable. Etant donné que le lithium fond à 186 C, il est difficile de souder un métal de point de fusion plus élevé, tel que de l'acier inoxydable ou du nickel. Un brasage n'est 5 pas non plus très souhaitable du fait du risque de contamination par le métal d'apport. Le soudage à froid est peut-être le meilleur choix du moyen de fixation. Cependant, le problème posé par le soudage à froid, en particulier avec des anodes à mince feuille métallique, est 10 que la languette risque de se séparer de l'anode durant une décharge à débit élevé. Si une languette est juste soudée à froid sur la surface, elle risque de s'en séparer lorsque la matière d'anode située autour et audessous d'elle est utilisée pendant la décharge. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique N 4 049 882 décrit une conception de languette pour le soudage à froid de languettes sur des électrodes en poudre comprimée ou sur des électrodes frittées poreuses. Ce brevet décrit l'utilisation de perforations 20 circulaires dans la matière des languettes, chaque perforation étant entourée d'un collier de saillies pointues. Ces saillies sont conçues pour s'imprimer dans une électrode en poudre comprimée et entrer en contact avec la grille de support. Cependant, cette conception pré25 sente des inconvénients pour établir un contact avec une électrode à feuille mince. Etant donné que les électrodes à feuille mince de l'invention ne comportent pas de grille de support, rien n'empêche ces saillies de traverser complètement en les perforant les électro30 des à feuille mince. Si ceci se produit, chaque jeu de ces saillies découpe par poinçonnage un cercle dans la feuille mince et la languette peut être aisément arrachée. En outre, les saillies risquent d'effectuer une perforation traversant à la fois l'électrode à feuil35 le mince et le séparateur et donc d'établir un court- circuit avec l'autre électrode. L'invention propose' une conception perfectionnée de languette qui peut être reliée fermement à une électrode à feuille mince. D'une façon générale, 5 l'invention propose une pièce ou languette conductrice comportant des dents de forme régulière dans une zone prédéterminée, lesquelles dents ont une longueur supérieure à l'épaisseur de l'électrode à feuille mince. Dans une forme de réalisation, ces dents sont conçues 10 de façon à traverser en la perforant l'électrode à feuille mince, puis à se recourber les unes vers les autres lorsqu'elles sont comprimées entre des plaques jusqu'à une butée fixe. Le résultat final est que les dents sont courbées de façon à affleurer la surface de l'élec15 trode et, dans le processus, elles accrochent en fait la mince feuille de métal par derrière. De cette manière, les languettes ainsi conçues réalisent un contact électrique avec les deux faces de la mince feuille métallique d'anode et elles restent donc en contact avec l'anode 20 durant toute la décharge, ce qui élimine le problème associé aux languettes soudées à froid sur les anodes à mince feuille métallique. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemple nullement 25 limitatif et sur lequel: la figure 1 est une vue de dessus d'une languette présentant un ensemble d'ouvertures rectangulaires dans une zone prédéterminée, formée conformément à l'invention; la figure 2 est une vue partielle en perspective du dessous de la languette, montrant comment les dents font saillie des extrémités opposées de chacune des ouvertures; la figure 3 est une vue de dessus d'une 35 forme de réalisation d'une anode à mince feuille métal- lique, montrant comment une languette réalisée conformément à l'invention est positionnée sur la surface d'une anode; et la figure 4 est une coupe partielle suivant 5 la ligne 4-4 de la figure 3, montrant comment les dents sont recourbées les unes vers les autres et comment elles affleurent à la surface arrière de l'anode. En référence à présent à la figure 1, une bande de matière 1 pour la formation de languette pré10 sente de nombreux trous rectangulaires 2. Une dimension de ces trous rectangulaires est établie de façon à être supérieure au double de l'épaisseur de la mince feuille de métal sur laquelle la languette doit être fixée. Un procédé actuellement préféré pour former les ouver15 tures consiste à utiliser un outil à poinçon et matrice de manière que deux dents, 2a et 2b, rectangulaires ou autres, soient formées dans la matière poinçonnée, à partir de chaque trou, comme montré sur la figure 2. Cette forme de réalisation donne des dents ayant 20 des longueurs dont la somme est approximativement égale à la longueur de l'ouverture. Chaque dent doit être d'une longueur supérieure à l'épaisseur de la mince feuille de métal et doit s'étendre à partir du substrat de la languette en formant un angle ne dépassant pas 25 90 avec le substrat 3. Les deux dents font saillie de la même face de la bande, chacune d'elles étant reliée par sa base à l'une des extrémités opposées de l'ouverture. Bien que la forme de réalisation décrite soit actuellement préférée, il est possible de former plus 30 d'une dent à chacune des extrémités opposées de l'ouverture. Les dents sont situées sur une première zone prédéterminée de la languette, tandis qu'une seconde zone prédéterminée de la languette, dépourvue de dents, est utilisée pour être soudée au boîtier de la pile. La bande de matière 1 de la languette présentant des trous rectangulaires et des dents peut être positionnée avantageusement sur la surface de l'anode 4 à mince feuille métallique de la manière montrée sur la figure 3. Il est avantageux que les dents soient d'abord poussées à travers la languette, puis rabattues en une seule opération. Lors de l'opération, la languette est placée sur la surface de la mince feuille, les dents étant tournées vers le bas. Cet ensemble est ensuite 10 comprimé entre deux plaques jusqu'à une butée fixe. La distance de butée fixe n'est avantageusement pas supérieure à l'épaisseur de la mince feuille augmentée de l'épaisseur de la languette. Si la butée fixe est à une distance inférieure à cette valeur, la languette 15 est en fait imprimée dans la feuille mince, ce qui en réduit encore l'épaisseur de façon défavorable. La figure 4 est une coupe transversale de deux dents de-la languette 1, montrant comment elles agrippent l'anode 4 après avoir été compriméesjusqu'à une butée fixe. Bien que les figures représentent un ensemble d'ouvertures agencées en trois rangées de quatre ouvertures chacune et que cet agencement convienne particulièrement à la fixation appropriée d'une languette à une mince feuille d'anode en lithium, le nombre et 25 la disposition des saillies peuvent être modifiés suivant la nature particulière de l'anode et suivant les matières et les dimensions particulières de la languette. Elles peuvent être agencées en un ensemble rectangulaire comme montré sur la figure 1 ou suivant toute disposition 30 pouvant être mieux adaptée à une application donnée. En outre, les dents peuvent avoir une forme autre que rectangulaire tout en convenant à une utilisation dans le cadre de l'invention. Par exemple, on pourrait former des dents de profil triangulaire qui pourraient même être préférables pour traverser en les perçant des métaux plus durs que le lithium. On peut déterminer l'efficacité de la connexion de la languette sur l'anode en déchargeant la pile et en observant son profil de tension. Si la connexion est bonne, la décharge est régulière, sans aucune 5 interruption ou discontinuité brusque. Si la connexion n'est pas bonne, la languette peut se dégager de l'anode pendant la décharge, auquel cas le profil de tension présente une brusque rupture ou discontinuité. On a testé de cette manière l'efficacité de la languette 10 conçue selon l'invention et cette efficacité est commentée en détail dans l'exemple suivant. EXEMPLE On réalise une languette d'anode conforme à l'invention, dans une feuille de nickel de dureté 15 3/4. La languette présente une longueur de 3 mm, une largeur de 6,4 mm et une épaisseur de 0,05 mm. Un ensemble de 3 x 12 trous rectangulaires est réalisé par poinçonnage dans la languette. Les dimensions de chaque trou sont de 0,64 mm-x 0,64 mm. Les dents formées ont 20 une longueur de 0,32 mm et elles forment un angle de avec le substrat de la languette. L'espace compris entre les extrémités en saillie des dents est de 0,20 mm. La languette est imprimée dans une anode à feuille mince de lithium ayant pour dimensions 260 mm de longueur, 25 22,9 mm de largeur et 0,15 mm d'épaisseur. La languette décrite ci-dessus est imprimée sur l'anode jusqu'à une butée fixe située à 0,20 mm. A cet effet, on place la mince feuille de lithium sur une surface d'acier lisse. Puis on place la languette sur -le dessus de la mince 30 feuille de lithium de façon que les saillies en forme de dents soient tournées vers la feuille de lithium. La languette est ensuite- pressée vers le bas par une plaque métallique plate jusqu'à ce que la distance comprise entre la surface de l'acier et la plaque soit 35 de 0,20 mm. L'intervalle entre les saillies en forme de dents se referme pour passer de la valeur initiale de 0,20 mm, avant compression, à une valeur finale d'environ 0,10 mm. L'anode à mince feuille de lithium, à laquel5 le est fixée la languette décrite ci-dessus, est combinée à une cathode en MnO2 et à un séparateur en polypropylène microporeux. L'anode et la cathode sont enroulées ensemble en spirale, le séparateur étant intercalé entre elles. Cet ensemble enroulé en spirale est inséré dans 10 un boîtier métallique et l'extrémité en saillie de la languette de l'anode est soudée au boîtier. La pile est remplie d'un électrolyte non aqueux et un couvercle est fixé sur le dessus de la pile. Quatre piles sont réalisées comme décrit 15 ci-dessus. Elles sont déchargées chacune à travers une résistance de 8 ohms en donnant des profils de tension présentant des courbes régulières et uniformes, ce qui démontre que la languette est restée en bon contact électrique pendant toute la décharge. Bien que cet exemple décrive des dents ayant une largeur supérieure à la longueur, d'autres largeurs et longueurs peuvent être utilisées sans affecter les possibilités d'utilisation de l'invention. Dans certains cas, il peut être souhaitable que la longueur des dents 25 soit supérieure à leur largeur. De plus, cet exemple décrit des dents dont la somme des longueurs est égale à la longueur de l'ouverture. Il peut être souhaitable d'utiliser des dents plus courtes, afin que la somme de leurs longueurs soit inférieure à la longueur de 30 l'ouverture. Bien que l'exemple décrive une languette présentant 36 ouvertures, il est possible d'utiliser un nombre beaucoup plus faible d'ouvertures. Il est également possible que, pour certaines applications, une seule ouverture présentant des dents suffise à la 35 formation d'une liaison mécanique et électrique. Bien que cet exemple décrive l'utilisation d'une seule languette fixée à l'anode, il est possible de fixer plusieurs languettes à cette anode. Bien qu'il soit mentionné dans l'exemple une anode constituée de.5 lithium, d'autres électrodes à mince feuille convenable pourraient être constituées en aluminium, en sodium, en potassium, en magnésium, en calcium, en d'autres métaux alcalins ou alcalino-terreux et en leurs alliages. Bien que cet exemple décrive une pile utili10 sant une cathode constituée de MnO2, d'autres matières peuvent être utilisées pour la cathode. Des matières convenant à la cathode comprennent les CFx, V205, WO3, MoO3, MoS2, oxydes de plomb, oxydes de cobalt, oxydes de cuivre, CuS, CuS2, In203, sulfures de fer, NiS, Ag2CrO4, Ag3PO4, TiS2, des polysulfures de métaux de transition et leurs mélanges. La languette peut être réalisée en matières convenables autres que le nickel, ces matières comprenant de l'acier, de l'acier inoxydable, de l'aluminium, 20 du cuivre ou du titane. 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. Pile électrochimique, caractérisée en ce qu'elle comporte un bottier métallique comprenant une borne positive et une borne négative convenablement 5 isolées électriquement l'une de l'autre, le bottier renfermant deux électrodes, un séparateur interposé entre les électrodes, un électrolyte et des moyens destinés à coupler électriquement l'une (4) des électrodes à l'une des bornes, ces moyens comprenant au moins un 10 élément électriquement conducteur (1) présentant un ensemble d'ouvertures (2) et couplé à une zone prédéterminée de l'électrode (4), chaque ouverture comportant au moins deux dents opposées (2a, 2b) reliées chacune par sa base à l'une des extrémités opposées de l'ouver15 ture, chaque dent faisant saillie du même côté de l'élément conducteur et ayant une longueur supérieure à l'épaisseur de l'électrode, les dents de chaque ouverture pénétrant dans l'épaisseur de l'électrode et faisant chacune saillie de l'élément conducteur sous un angle 20 tel qu'elle ne s'étend pas au-delà de la surface opposée de l'électrode, de manière qu'un bon contact électrique soit établi et maintenu. 2. Pile électrochimique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'électrode à laquelle 25 l'élément conducteur est couplé comprend une mince feuille de métal. 3. Pile électrochimique selon la revendication 2, caractérisée en ce que les dents sont de forme rectangulaire. 4. Pile électrochimique selon la revendication 3, caractérisée en ce que la longueur d'une dent n'est pas supérieure à la moitié de la longueur de l'ouverture. 5. Pile électrochimique selon la revendi35 cation 4, caractérisée en ce que l'électrode à mince feuille de métal est choisie dans le groupe constitué de métaux alcalins, de métaux alcalino-terreux, d'aluminium et de leurs alliages. 6. Pile électrochimique selon la revendi5 cation 4, caractérisée en ce que l'électrode à mince feuille de métal est en lithium. 7. Pile électrochimique selon la revendication 6, caractérisée en ce que les dents forment un angle de 80 avec l'élément conducteur, ce dernier étant 10 en une matière choisie dans le groupe constitué du nickel, de l'acier, de l'acier inoxydable, de l'aluminium, du -cuivre et du titane. 8. Procédé pour réaliser un contact électrique avec une électrode (4) à mince feuille d'une pile 15 électrochimique, caractérisé en ce qu'il consiste à réaliser par poinçonnage un ensemble d'ouvertures (2) dans une zone prédéterminée d'un élément conducteur (1) de forme rectangulaire, à former au moins deux dents opposées (2a, 2b) avec la matière dégagée par poinçon20 nage de chaque ouverture afin que les dents fassent saillie du même côté de l'élément conducteur, aient une longueur supérieure à l'épaisseur de l'électrode à feuille mince et soient dirigées l'une vers l'autre, à comprimer les dents de l'élément conducteur d'abord 25 sur et à travers une première surface de l'électrode à feuille mince et dans l'épaisseur de cette électrode, de façon à obliger la matière de l'électrode à feuille mince à fluer au-delà et en arrière des dents pour maintenir l'élément conducteur en bon contact électrique 30 et mécanique avec l'électrode. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que les dents sont simultanément pressées à travers l'électrode à feuille mince et recourbées par compression de l'ensemble formé par l'élément conduc35 teur et l'électrode à feuille mince métallique entre 1 1 Il des plaques métalliques, jusqu'à une distance de butée fixe. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la distance de butée fixe est égale 5 à la somme des épaisseurs de l'électrode à feuille mince et de l'élément conducteur.