Brevet FR2621740A1 — publié le 19890414

-1- SUPPORT D'ELECTRODE A STRUCTURE FIBREUSE La présente invention concerne un support d'électrode à structure fibreuse sur lequel sont soudées ou brasées des pattes de sortie de courant en tôle pour une électrode à support fibreux pour cellules secondaires alcalines, notamment pour des cellules au nickel/ hydrogène. Pour assurer une liaison de supports d'électro- des à structure fibreuse avec des pattes de sortie de courant, il est connu de fendre le bord du support d'électrode, d'engager dans cette fente la patte de sortie de courant et de souder ensuite le support d'é- lectrode avec la patte de sortie de courant. Une telle possibilité est cependant très coûteuse et ne peut être réalisée que pour un petit nombre de pièces. Pour de grands nombres de pièces, la patte de sortie de courant est placée sur le bord du support d'électrode à structure fibreuse et elle est soudée avec celui-ci sous pression. Pour obtenir une tenue suffisante, il est généralement nécessaire de renforcer galvaniquement le bord du sup- port d'électrode, comme cela est décrit par exemple dans le brevet en République Fédérale d'Allemagne 31 42 091. La tenue de telles liaisons peut encore être améliorée si l'on munit la patte de sortie de courant, sur le côté qui s'applique contre le support fibreux, de gradins diminuant son épaisseur ou bien d'un chanfrein sans gradins, comme cela est décrit dans les brevets allemands n 36 32 351 et 36 32 352. Pour de longues zones de liaison sur des plaques rectangulaires de batteries prismatiques comportant des pattes relativement épaisses, les moyens précités suffisent également pour des élec- trodes de grande surface car leur liaison entre patte et support n'est sollicitée en traction qu'en direction de la surface de plaque. Pour une petite zone de liaison, 262 1740 -2- notamment dans un trou central ou bien sur le bord d'électrodes circulaires pour des cellules au nickel/ hydrogène, les moyens précités ne suffisent cependant pas ou bien, à cause de la forme des électrodes ou bien, à cause du grand nombre de liaisons qui sont imposées, en relation avec la capacité, par la petite surface des électrodes, ils sont trop coûteux. L'invention a en conséquence pour but de créer une liaison simple, aussi stable que possible et facile à réaliser entre le support d'électrode à structure fibreuse et la patte de sortie de courant, cette liaison ne nécessitant aucun renforcement galvanique de la plaque et permettant de former la patte de sortie de courant en tôle relativement mince. Ce problème est résolu, pour un support d'élec- trode à structure fibreuse sur lequel est soudée ou brasée une patte de sortie de courant en tôle pour une électrode à support fibreux pour cellules secondaires alcalines, notamment pour des cellules au nickel/hydro- gène, en ce que la patte de sortie de courant est divisée, sur le côté dirigé vers le support fibreux, au moyen d'encoches ou d'entailles, en au moins trois languettes dont au moins une sur deux est sortie du plan de la patte par pliage simple ou formant un coude de telle sorte qu'elle forme avec les autres languettes - en considérant la direction de la rangée de languettes et le plan de la patte - une ouverture en forme d'embouchure dans laquelle est maintenu le support fibreux. La longueur des languettes doit de préférence s'élever à environ 3 à 20 mm. Si la longueur de languet- tes est plus courte que 3 mm, le support d'électrode à structure fibreuse ne peut déjà souvent plus être main- tenu correctement entre les languettes. Si on dépasse une longueur de 20 mm pour les languettes, il ne se produit généralement aucune amélioration de la liaison -3- entre la patte de sortie de courant et le support d'é- lectrode à structure fibreuse mais cela réduit simple- ment la surface utile du support d'électrode. Il est recommandé d'utiliser dé courtes languettes dans le cas de supports d'électrode à structure fibreuse très minces et des languettes plus longues dans le cas de supports d'électrode épais. La largeur des languettes peut varier dans de larges limites. Généralement, on obtient de bons résultats quand la largeur des languettes rentre également dans la plage comprise entre 3 et 20 mm. Les languettes sont pliées alternativement d'un côté ou des deux côtés à partir du plan de la patte et elles forment, en considérant la direction de la rangée de languettes et le plan de la patte, une ouverture en forme d'embou- chure dans laquelle est engagé le bord du support d'électrode. Les languettes sont ensuite reliées avec le bord du support d'électrode à structure fibreuse par soudage, par exemple par soudage par points, par soudage au laser, etc., ou bien par brasage. On obtient des liaisons particulièrement bonnes quand le support d'électrode à structure fibreuse est écrasé par compression dans la région de la zone de contact. Il est recommandé d'écraser le support d'élec- trode jusqu'à environ 20 à 35% de l'épaisseur initiale de la plaque. Pour des supports d'électrode particuliè- rement avantageux qui sont formés à partir de substrats textiles métallisés, notamment nickelés, on obtient lors de ces écrasements une porosité résiduelle d'environ % ou moins dans la zone de contact écrasée. Il est avantageux d'effectuer l'écrasement du support d'électrodes à structure fibreuse dans une région de la zone de contact de telle sorte que la surface soumise à écrasement soit légèrement plus grande que la surface utilisée comme surface de contact des lan- guettes. On obtient ainsi un établissement de contact -4- particulièrement uniforme et plus sûr. La transition avec la surface écrasée du support d'électrode à struc- ture fibreuse est avantageusement réalisée de telle sorte qu'il n'existe aucune arête vive de transition entre la surface écrasée et la surface non écrasée car de telles arêtes de transition favoriseraient la formation de fissures dans le support d'électrode. L'angle de sortie des différentes languettes par rapport au plan de la patte est avantageusement choisi de telle sorte que le bord du support d'électrode à structure fibreuse puisse être engagé facilement entre les deux rangées de languettes. Un angle trop grand présente un inconvénient car, lors du soudage des languettes avec les deux côtés du support d'électrode, les languettes sont à nouveau repliées en direction du plan de la patte. Il s'est avéré qu'il était particuliè- rement avantageux que les languettes fassent entre elles un angle d'environ 5 à 20 . Avec de tels angles, on obtient de très bonnes liaisons pour les valeurs indi- quées des longueurs de languettes et des épaisseurs classiques de plaque. Il est particulièrement avantageux, notamment pour des supports d'électrode à structure fibreuse ayant sur le bord une épaisseur à partir d'environ 1 mm, que les languettes ne soient pas simplement sor- ties du plan de la patte par pliage simple mais qu'elles soient coudées en formant un décrochement, et notamment avec une valeur de décrochement, entre elles, corres- pondant à l'épaisseur du support d'électrode dans la zone de contact. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: -5- les figures 1 à 4 sont des vues en coupe res- pectives, faites dans la direction de la rangée de languettes et dans le plan de patte, à travers différen- tes pattes de sortie de courant, la figure 5 est une vue en plan d'un support d'électrode à structure fibreuse, avec établissement du contact sur la périphérie extérieure, les figures 6 à 8 représentent, respectivement en vue en plan et en coupe, un support d'électrode à structure fibreuse avec établissement du contact sur la périphérie intérieure. La Figure 1 représente une vue d'une patte de sortie de courant, cette vue étant faite dans la direc- tion de la rangée de languettes et dans le plan de la patte. Les languettes sont sorties du plan de la patte, des deux côtés, par pliage simple selon un angle d'en- viron 5 à 10 . Elles créent ainsi une ouverture en forme d'embouchure dans laquelle le bord du support d'électrode à structure fibreuse peut être engagé en vue du soudage. La Figure 2 représente une patte de sortie de courant dans laquelle une rangée de languettes reste dans le plan de la patte et seulement l'autre rangée de languettes est sortie du plan de la patte par pliage simple. Dans ce cas, avantageusement l'angle de sortie de la rangée de languettes par rapport au plan de la patte est choisi plus grand. La Figure 3 représente une patte de sortie de courant pour laquelle les languettes sont pliées, en forme de coude définissant un décrochement, alternati- vement des deux côtés à partir du plan de la patte. L'angle que font les languettes avec le plan de patte s'élève respectivement à environ 5 à 10 . La valeur du décrochement entre les languettes correspond à l'épais- seur du support fibreux à fixer entre les languettes. La Figure 4 représente une réalisation analogue à la figure 2 mais cependant la rangée de languettes faisant -6- saillie du plan de la patte est coudée de telle sort9 qu'il se forme un décrochement d'une largeur qui cor- responde à l'épaisseur de la zone écrasée du support d'électrode à structure fibreuse. Les languettes, pliées de 5 à 10 à partir du plan de patte, facilitent l'engagement de la patte sur la zone écrasée de la plaque. La Figure 5 représente un support d'électrode 21 à structure fibreuse qui est circulaire, avec éta- blissement du contact sur la périphérie extérieure. Le support 21 est pourvu d'une zone écrasée 22. Dans la région de la zone écrasée 22, une partie du cercle est découpée pour former un bord droit servant à la fixation de la patte de sortie de courant 23. La patte de sortie de courant 23 est pourvue de languettes de contact 24, 24', 24", qui sont en contact avec la zone écrasée 22 au-dessus du plan de plaque, et elle est pourvue de languettes de contact 25, 25' et 25" qui sont en contact avec les zones écrasées en dessous du plan de contact. La longue extrémité de la patte de contact 23 est pliée perpendiculairement vers le bas à partir du plan de plaque et en conséquence elle n'est pas visible, tandis que les différentes languettes de contact sont respectivement reliées avec la zone écrasée 22 par soudage par points. Sur la figure 5, la patte de sortie de courant comporte au total six languettes. Le nombre de languettes dépend de la longueur de la zone de contact mais cependant on ne devrait pas dépasser un nombre de languettes égal à trois car, dans le cas de seulement deux languettes, il se produit déjà une nette altération de la tenue de la liaison. Le nombre de languettes peut être augmenté par formation de languettes plus étroites. Un nombre excessif de languettes étroites augmente cependant le coût de fabrication de la patte de sortie de courant et peut conduire à des difficultés lors de la liaison du support d'électrode avec la patte de sortie -7- de courant quand par exemple, lors du transport ou du stockage de la patte de sortie de courant, une des languettes trop minces a été endommagée par un pliage non intentionnel. Les Figures 6 à 8 représentent un support d'électrode 31 à structure fibreuse en forme de disque circulaire, comportant un trou central et pour lequel l'établissement du contact est effectué sur la périphérie intérieure du support d'électrode. La patte de sortie de courant 33 se compose de deux parties soudées l'une avec l'autre, à savoir une courte patte auxiliaire 35, qui porte également les languettes de contact, et la partie extrême plus longue 36 soudée sur la patte. Les languettes de contact 34, 37 et 37' sont fixées par soudage par points dans la zone écrasée 32 du spport d'électrode 31. La languette de contact 34 est alors placée d'un côté de la zone écrasée 32, et les languettes de contact 37 et 37' de l'autre côté. La Figure 7 repré- sente une vue en coupe faite selon la ligne A-A de la Figure 6. On peut voir nettement la zone écrasée 32, à l'intérieur de laquelle le contact avec le support d'é- lectrode est établi par les languettes de contact 34 et 37 de la patte 33. La languette 34 est pliée en for- mant un coude à partir du plan de patte de façon à former un décrochement dont la valeur correspond à l'épaisseur de la zone écrasée 32. Lors de la fabrication du support d'électrode à structure fibreuse, on opère avantageuse- ment de telle sorte qu'initialement la patte auxiliaire soit fixée par les languettes de contact 34 et 37 dans la zone écrasée 32 par soudage par points, par bra- sage ou par un procédé analogue et qu'ensuite la partie de patte 36 soit reliée à la patte auxiliaire 35. La position de la patte 33 après la liaison de la patte auxiliaire 35 avec la partie de patte 36 est représentée en trait mixte. Dans une cellule de batterie, la patte 262 1740 -8- de sortie de courant 33 se trouve dans la position re- présentée en trait plein, ce qui peut être obtenu par un pliage correspondant à partir de la position repré- sentée en trait mixte. La Figure 8 représente une vue en coupe de la zone de contact, faite selon la ligne B-B et à échelle agrandie. On peut voir que la zone écrasée 32 du support d'électrode 31 à structure fi- breuse est plus fortement écrasée dans la zone des languettes de contact 34, 37 et 37' car, pendant le processus de soudage par points, les languettes compri- ment encore plus, par action de pression et de chaleur, le support fibreux écrasé par compression dans la zone de contact 32. Une compression particulièrement forte se produit pendant le soudage, surtout dans la zone 38 des bords de languettes mutuellement adjacents. Exemple: Des supports d'électrode à structure fibreuse circulaires, à établissement de contact central, d'un diamètre extérieur de 86,5 mm et comportant un trou central de 20 mm de diamètre, une épaisseur de plaque de 2,3 mm et une porosité de 83%, ont été mis en contact avec des pattes d'électrode au moyen de liaisons de forme différente et on a mesuré la résistance de la liaison. Comme patte, on a utilisé à chaque fois une bande de tôle de nickel de 0, 2 mm d'épaisseur, de 10 mm de largeur et de 150 mm de longueur. Le substrat textile de plaque était formé de fibres de polyoléfine et comportait un dépôt de nickel de 0,15 g/cm2. La géométrie de disposi- tion de la patte et de la plaque correspondait à peu près à la représentation de la Figure 6. Des liaisons diffé- rentes entre une patte et une plaque ont été réalisées comme suit: a) parallèlement aux faces de la plaque, on a formé par entaillage central dans la plaque une fente située d'un côté du trou central et ayant une largeur -9- d'environ 15 mm et une profondeur d'environ 5 mm et on a engagé dans cette fente une extrémité de la patte sur une profondeur d'environ 5 mm et on a assuré sa fixation par soudage par points. b) une surface de 7 x 12 mm2 a été écrasée sur le bord du trou intérieur d'une épaisseur de 2,3 mm jusqu'à une épaisseur de 0,8 mm à l'aide de poinçons de compression comportant des bords arrondis de telle sorte que la porosité résiduelle du support s'élève encore à peu près à 50% dans cette zone. Une extrémité de la patte a été placée sur la surface écrasée avec un recouvrement de 5 mm et elle a été fixée par soudage par points. c) dans l'extrémité de la patte, on a formé deux encoches parallèles de 5 mm de profondeur et espa- cées chacune de 3 mm du bord de la patte de telle sorte qu'on obtienne au centre une languette de 4 x 5 mm2 et extérieurement deux languettes de 3 x 5 mm. La languette centrale a été pliée en formant un coude à partir du plan de la patte d'une manière analogue à celle de la figure 4 et la patte a été fixée sur une zone écrasée, indiquée en b, de la plaque. Les languettes ont été fixées par soudage par points. Les pattes fixées conformément à a), b) et c) ont été ensuite, comme indiqué sur la Figure 7, cintrées avec un rayon de 5 mm jusque dans une position perpendi- culaire à la surface de plaque. A l'aide d'une machine de traction, on a déterminé la force d'arrachement des pattes. A cet effet, les plaques ont été serrées hori- zontalement sur leur bord et on a exercé une traction à l'extrémité des pattes perpendiculaires. Les forces d'arrachement suivantes ont été mesurées: fixation conforme à a): 28 N disposition conforme à b): 87 N disposition conforme à c): 105 N 2 6 2 1 7 4 0 -10- Les résultats montrent de façon nette la forte amélioration de résistance de l'agencement indiqué en c), réalisé conformément à l'invention. 262 1740 -11- REVENDICATIONS 1. Support d'électrode à structure fibreuse sur lequel sont soudées ou brasées des pattes de sortie de courant en tôle pour une électrode à support fibreux pour cellules secondaires alcalines, notamment pour des cellules au nickel/hydrogène, caractérisé en ce que la patte de sortie de courant est divisée, sur le côté dirigé vers le support fibreux, au moyen d'encoches ou d'entailles, en au moins trois languettes dont au moins une sur deux est sortie du plan de la patte par pliage simple ou formant un coude de telle sorte qu'elle forme avec les autres languettes - en considérant la direction de la rangée de languettes et le plan de la patte - une ouverture en forme d'embouchure dans laquelle est main- tenu le support fibreux. 2. Support d'électrode à structure fibreuse selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est écrasé dans la région de la zone de contact jusqu'à 20 à 35% de l'épaisseur initiale de plaque. 3. Support d'électrode à structure fibreuse selon une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les languettes ont une longueur de 3 à 20 mm. 4. Support d'électrode à structure fibreuse selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les languettes sont coudées en formant un décrochement jusqu'à une valeur de décrochement entre elles qui correspond à l'épaisseur du support d'électrode à structure fibreuse dans la zone de contact.