Brevet FR2628570A1 — publié le 19890915

I) Contexte de l'invention Cette invention concerne un séparateur pour piles alcalines rechargeables ou non rechargeables et son procédé de fabrication. Elle consiste plus précisément en un type spécial de séparateur laminé, composé d'une feuille résistante à l'électrolyte qui absorbe l'électrolyte et présente une porosité suffisante pour permettre le libre passage des ions de l'électrolyte et d'une couche constituée d'un film adhérent à la feuille dont le rôle est celui d'une barrière entre les deux pôles de la pile. La feuille peut être une feuille de non-tissé, constituée de fibres hydrophiles comme décrit dans les brevets US NO 3 915 750 ou une feuille intrinsèquement non mouillable, rendue mouillable par un traitement ultérieur décrit dans le brevet US N0 3 154 436. Le film adhérent est un film à haute résistance chimique et cependant à basse résistance électrique ; il doit être soluble dans l'eau à des températures supérieures à 10 degrés, et insensible aux solutions alcalines. Les caractéristiques principales du film peuvent être améliorées par des traitements ultérieurs (liaison chimique ou thermique, exposition aux ultra-violets) qui sont bien connus des fabricants compétents en la matière. Des exemples de post-traitement sont donnés dans les brevets US NO 4 217 404, NO 4 359 510 et 4 122 133, où sont décrits des procédés pour améliorer la mouillabilité de film de polyoléfine et diminuer la résistance électrique, ou dans le NO 4 277 572 pour l'amélioration de la cristallinité de membranes d'alcool polyvinylique. Comparé à ces deux types de séparateurs, le séparateur laminé a le double avantage d'être constitué, d'une part, d'une feuille mouillable, jouissant de hautes propriétés d'absorption et de rétention de l'électrolyte et, d'autre part, d'un film qui empêche la migration des ions métalliques et la formation de dendrites de zinc qui peuvent former un pont entre les électrodes provoquant un court-circuit de la pile. Le problème des dendrites de zinc est pour l'instant un problème important dans les piles non rechargeables ; ceci devient critique pour les piles rechargeables du fait de la redéposition de zinc pendant les periodes de charge de la pile qui augmentent considérablement la formation des dendrites diminuant ainsi la vie des piles alcalines. L'objectif de la présente invention est de proposer un séparateur fabriqué en une seule étape, utilisant pour les raisons mentionnées ci-dessus, une feuille mouillable et un film laminé sans adhésif, l'adhésif étant susceptible de diminuer les performances électriques de la pile. Selon cette invention, ceci peut être obtenu par le fait que le film est composé d'un matériel soluble dans l'eau. Dans le cas présent, on utilise un film d'alcool -polyvinylique soluble dans l'eau. L'alcool polyvinylique soluble dans l'eau sous la forme de fibres a déjà été utilisé dans les piles alcalines (voir par exemple les brevets US 3 915 750) mais seulement pour la fabrication de non-tissés composes de mélanges de fibres de rayonne et de fibres d'alcool polyvinylique soluble dans l'eau. A l'opposé, l'invention présentée est basée sur l'utilisation d'un film d'alcool polyvinylique soluble dans l'eau et utilise la propriété de solubilité dans l'eau du film pour en faire un film adhérent à la feuille, ce qui constitue une méthode radicalement différente des méthodes connues jusqu'à présent. Dans un premier exemple, le film d'alcool polyvinylique est la qualité IT 700, fabriquée par NEDI (Saint MAMMES 77 FRANCE). Ce film est soluble dans l'eau à des températures supérieures à 70 degrés et est résistant aux alcalis. Dans un second exemple, le film d'alcool polyvinylique est la qualité 1000, fabriquée par MONO-SOL (indiana, USA) qui est un film soluble dans l'eau à des températures supérieures à 71 degrés C et qui résiste à la plupart des solvants organiques. 2) DescríDtion du procédé de fabrication Pour fabriquer le séparateur, nous utilisons de préférence un procédé qui comporte les étapes suivantes: - mouillage d'une face de la feuille de non-tissé par de l'eau, - application du film contre cette face, - immédiatement après, chauffage de la feuille sur la face opposée pour éliminer l'excès d'eau et obtenir l'adhérence du film sur le papier. Le procédé peut comporter en outre une ou plusieurs des particulari tés avantageuses suivantes - utilisation de 1 à 500 mi, mais préférentiellement de 2 à 100 ml et même mieux, approximativement 10 ml d'eau par m2 de feuille, - la feuille et le film sont déroulés et mis en contact et le séparateur obtenu est enroulé de manière continue, - le chauffage de la feuille est appliqué en une ou plusieurs étapes selon la vitesse d'enroulage du séparateur, - le séparateur est enroulé au contact d'un cylindre chauffant afin de chauffer la face opposée de la feuille, au cours de la phase de chauffage, - la température de surface du cylindre est ajustée entre 110 et 170 degrés C préférentiellement entre 130 et 140 degrés C au moment du contact avec la feuille, - une pression est appliquée sur le séparateur pendant la phase de chauffage, - la pression est ajustée à une valeur de 10 à 100 kg par cm linéaire ou mieux à une valeur d'environ 30 kg par cm linéaire, -la force d'écrasement est appliquée en faisant passer le séparateur entre le cylindre chauffant et un autre cylindre. On décrit ci-après des dispositifs pour la fabrication d'un séparateur, mettant en oeuvre le procédé de l'invention en se référant aux dessins joints dont - la figure I est un schéma d'un premier dispositif - la figure 2 est un schéma d'une variante de ce dispositif. Le procédé présenté sur la figure I comprend un cylindre chauffant rotatif (I) et deux cylindres de contre-pression rotatifs (2-3), appliquéS sur le cylindre chauffant en deux endroits opposés. La feuille et le film "F" viennent des bobines respectivement nommées (4 et 5), et des moyens symbolisés par des galets (6) imposant, à la nappe et au film, des parcours de défilement au cours desquels ils sont appliqués l'un contre l'autre puis passent ensemble autour du cylindre chauffant (I) contre lequel ils sont appliqués sous la pression des cylindres de contre-pression (2 et 3). En amont du point où la feuille et le film sont appliqués l'un contre l'autre, le procédé comprend une rampe de pulvérisation (7) ou un moyen équivalent pour pulvériser l'eau sur la face NI de la feuille qui sera en contact avec le film. Le parcours du séparateur est tel que la deuxième face N2 de la feuille sera en contact avec le cylindre chauffant. Le séparateur est enroulé en une bobine (8). Les mouvements de la feuille, du film et du séparateur sont obtenus par les moyens appropriés. Le procédé décrit sur la figure 2 est différent du premier décrit sur la figure 1 par le fait qu'il comprend deux cylindres chauffants (1 et 1') et un cylindre de contre-pression (3) commun aux deux cylindres chauffants. 3 Exemples Le séparateur de piles est préparé par lamination d'une feuille constituée de fibres mouillables avec un film NEDI IT 700 suivant le procédé décrit ci-dessus avec les caractéristiques suivantes - vitesse de défilement d'au moins 50 mètres/mn - une quantité d'eau de 10 ml par m2 de feuille - température de 130 à 140 degrés C sur le cylindre chauffant au contact avec la feuille, - pression de contact de 30 kg par cm linéaire, - cylindre chauffant d'un diamètre de 500 mm (ou deux cylindres plus petits), - film d'alcool polyvinylique soluble dans l'eau d'une épaisseur de 30 microns, - feuille constituée d'un non-tissé voie humide fabriqué à partir d'un mélange 15 à 25% de fibres de viscose, de 20 à 30% de fibres d'alcool polyvinylique solubles dans l'eau et 45 à 60% de fibres d'alcool polyvinylique insolubles dans l'eau avec une épaisseur de 140 à 160 microns. En variante,-la feuille est un non-tissé, composé de viscose, de coton, d'alcool polyvinylique ou de fibres de polyester ou un mélange de quelques unes de ces fibres. Il doit être entendu que l'invention concerne d'une part le séparateur pour piles alcalines qui vient d'être décrit, d'autre part le procédé de fabrication qui vient d'être décrit, et enfin les piles alcalines-rechargeables ou non incorporant un tel séparateur. REVENDICATIONS 1. Séparateur pour piles alcalines comprenant une feuille non tissée, fabriquée à partir de fibres hydrophiles et de fibres non mouillables, suivies d'un traitement ultérieur, aptes à absorber ltélectrolyte, résistantes à cet électrolyte et suffisamment poreuses pour laisser passer les ions de l'électrolyte et comprenant un film adhérent contre une face de la feuille, ce film étant apte à arrêter les ions métalliques et non soluble dans l'électrolyte, caractérisé en ce que le film est dans un matériau soluble dans liteau à des températures supérieures à 10 degrés C. 2. Séparateur pour piles alcalines selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le film est composé d'alcool polyvinylique soluble dans l'eau. 3. Séparateur pour piles alcalines, comme décrit dans les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que la feuille est un non-tissé, composé de viscose, de coton, d'alcool polyvinylique ou de fibres de polyester ou un mélange de quelques unes de ces fibres. 4. Procédé de fabrication d'un séparateur selon l'une des revendications 1 à 3 comprenant les étapes suivantes - mouillage d'une des deux faces de la feuille par de l'eau, - application du film contre cette face, - chauffage immédiat de la feuille sur la face opposée pour éliminer l'eau en excès et obtenir une adhérence correcte du film sur la feuille. 5. Procédé selon la. revendication 4, caractérisé par l'utilisation de 1 à 500 ml, de préférence 2 à 100 ml et encore mieux approximativement 10 ml d'eau par m2 de feuille. 6. Procédé selon les revendications 4 et 5, caractérisé par le défilement de la feuille et du film mis en contact et par l'enroulage du séparateur ainsi obtenu de manière continue. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé par le chauffage de la feuille réalisé en une ou plusieurs étapes en fonction de la vitesse d'enroulage du séparateur. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé par l'enroulage du séparateur au contact d'un cylindre chauffant afin de chauffer la face opposée de la feuille pendant la phase de chauffage. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé par le réglage de la température de surface du cylindre entre 110 et 170 degrés C et préférentiellement entre 130 et 140 C au moment du contact avec la feuille. 10. Procédé selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par une force d'écrasement appliquée sur le séparateur pendant la phase de chauffage. Il. Procédé selon la revendication 10, caractérisé par une force d'écrasement ajustée à une valeur comprise entre 10 et 100 kg par cm linéaire ou mieux à une valeur d'approximativement 30 kg par cm linéaire. 12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé par une force d'écrasement appliquée pendant l'enroulage du séparateur entre le cylindre chauffant et un autre cylindre. 13. Pile alcaline rechargeable ou non rechargeable, caractérisée en ce qu'elle comprend un séparateur selon l'une des revendications I à 3 ou fabriqué par un procédé selon l'une des revendications 4 à 12.