Brevet FR2655479A1 — publié le 19910607

La présente invention concerne une pile au lithium de forte puissance présentant une capacité de l'ordre de 5 Ah, ou supérieure à cette valeur. Il s'agit par exemple, mais non exclusivement de piles au lithium/chlorure de thionyle, de modules CC, D, DD, F (normes ANSI), présentant des tensions nominales de 3,5 volts, et dont les électrodes sont spiralées. Lorsqu'une pile de ce genre est exposée à un court-circuit externe, le courant traversant la pile est très important, de l'ordre de plusieurs dizaines d'ampères, et génère un échauffement interne qui risque de détériorer la pile. La présente invention a pour but d'améliorer la sécurité du personnel manipulant la pile lors des opérations de finition ou d'assemblage, et la sécurité de l'utilisateur. La présente invention a pour objet une pile au lithium de forte puissance, présentant une capacité de l'ordre de 5 Ah, ou supérieure à cette valeur, caractérisée par le fait qu'elle comporte une connexion interne entre une électrode d'une polarité et la borne de la polarité correspondante, formée d'un conducteur métallique dont la section est choisie pour jouer le rôle de fusible au-delà d'un courant prédéterminé, ce conducteur étant physiquement isolé de l'électrolyte qui l'entoure par une gaine isolante en un matériau chimiquement stable dans cet électrolyte. Ce matériau peut être par exemple choisi parmi l'éthylène-propylène fluoré (FEP), le polytétrafluoréthylène (PTFE) ou les copolymères éthylène/fluoréthylène (TEFZEL). L'électrolyte d'une telle pile est choisi de préférence parmi ceux qui sont décrits dans les brevets français n0 2 574 223 et 2 578 686. Les électrodes sont enroulées en spirale. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif. Dans le dessin annexé - La figure 1 est une vue schématique en élévation d'une pile selon l'invention. - La figure 2 est une coupe partielle longitudinale d'une pile selon l'invention. - La figure 3 montre le comportement d'une pile selon l'invention lorsqu'elle subit un court-circuit externe (courant débité I en fonction du temps t). - La figure 4 montre le comportement d'une pile selon l'invention lorsqu'elle est déchargée avec des courants de décharge décroissants (tension V en fonction du temps t). On voit dans les figures 1 et 2 une pile au lithium/chlorure de thionyle de module F (norme ANSI), c'est-à-dire présentant une hauteur de l'ordre de 83 mm, un diamètre de l'ordre de 32 mm. Une telle pile, de tension nominale 3,5 volts, présente une capacité nominale de 16 Ah ; le courant maximum d'utilisation recommandé est de 7A. Cette pile contient dans un godet 1 en acier inoxydable un bobineau 10 d'électrodes enroulées en spirale. Ce bobineau est constitué d'une feuille de lithium 2 et d'un collecteur de courant cathodique 5 avec des séparateurs 3 et 4 interposés. Ces derniers sont constitués de fibres de verre. Le collecteur de courant cathodique 5 est formé d'un mélange à base de carbone et de téflon appliqué sur une feuille de métal perforée 6. L'électrolyte est du type de ceux décrits dans les brevets français 2 574 223 et 2 578 686. Il est constitué dans le cas présent de - LiAlCl4 à la concentration de : 1,35 mole/litre S02 à la concentration de : 0,55 mole/litre - LiAl(S03Cl)4 à la concentration de : 0,5 % en poids d'électrolyte. 3 4 Le collecteur de courant cathodique 5 est relié au pion positif 7 par une connexion 20 selon l'invention. Il s'agit d'un fil de nickel de diamètre 0,32 mm recouvert d'une gaine en FEP, présentant un diamètre extérieur de 1 mm. Cette connexion constitue un fusible pour les courants supérieurs à 6 ampères. L'électrode de lithium est connectée par une connexion 9 au godet 1 qui constitue la borne négative de la pile. Le godet 1 est fermé par une coupelle en acier 11 fixée par soudage et un anneau métallique central 12. Un joint de verre 13 isole ce dernier du pion positif 7. Une couche isolante 14 en polypropylène recouvre les bords du godet 1 et de la coupelle 11, ainsi que ceux d'un capot central 15 bloqué sur le pion 7. La coupelle 11 est munie de deux affaiblissements faisant office de soupapes de sécurité qui s'ouvrent lorsque la pression interne de l'élément dépasse une valeur préétablie par construction. On montre dans la figure 3 une courbe C illustrant le comportement de la pile selon l'invention, lorsque l'on court-circuite la pile des figures 1 et 2 sur un shunt de 2,5 m0hm. L'intensité I (en ampères) du courant débité par la pile varie en fonction du temps t (en secondes). Au point R apparaît la rupture du fusible interne 20. Dans un autre test, on décharge la pile selon l'invention avec des courants de décharge croissants. On a reporté en ordonnées la tension V (en volts) aux bornes de la pile en fonction du temps t (en secondes), pour des courants de 2 ampères, 3 ampères, 5 ampères, 6 ampères (portions 2A, 3A, 5A, 6A de la courbe). Au delà de 6 ampères, le fusible 20 fonctionne (point R' de la courbe). En cas d'excès de courant le fusible selon l'invention fonctionne pour une valeur bien déterminée. Si la pile change de position et que le fusible émerge partiellement, il demeure fiable. Par ailleurs il tient aux vibrations et aux chocs. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. La connexion interne faisant office de fusible peut être une connexion située entre l'anode de lithium et la borne négative. L'invention n'est pas limitée aux piles au lithium/chlorure de thionyle, mais elle s'applique à toute pile de puissance élevée. REVENDICATIONS 1/ Pile au lithium de forte puissance présentant une capacité de l'ordre de 5 Ah, ou supérieure à cette valeur, caractérisée par le fait qu'elle comporte une connexion interne entre une électrode d'une polarité et la borne de la polarité correspondante, formée d'un conducteur métallique dont la section est choisie pour jouer le rôle de fusible au-delà d'un courant prédéterminé, ce conducteur étant physiquement isolé de l'électrolyte qui l'entoure par une gaine isolante en un matériau chimiquement stable dans cet électrolyte. 2/ Pile au lithium selon la revendication 1, caractérisée par le fait que ledit conducteur est en nickel. 3/ Pile au lithium selon l'une des revendications précédentes, caractérisée par le fait que le matériau de ladite gaine isolante est choisi parmi l'éthylène-propylène fluoré (FEP), le polytétrafluoréthylène (PTFE) et les copolymères éthylène/fluoréthylène (TEFZEL).