Brevet FR2711015A1 — publié le 19950414

COLLECTEUR COMPOSITE POUR ELECTRODE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL COLLECTEUR La présente invention se rapporte à un collecteur composite pour électrode du type présentant une structure tridimensionnelle à porosité ouverte, appelée souvent collecteur tridimensionnel" ou collecteur d'électrode, associée à une structure plane, désignée souvent par collecteur plan" ou collecteur principal". Elle concerne ainsi, par exemple mais non exclusivement, les collecteurs pour électrodes bipolaires. L'invention se rapporte également à la fabrication d'un tel collecteur. Dans un certain nombre de réalisations concernant, par exemple, les accumulateurs alcalins Ni-Cd, Ni-hydrures, Ni-Zn, etc..., il peut être nécessaire de raccorder des collecteurs tridimensionnels à porosité ouverte (mousses ou feutres) qui sont remplis de la matière active, avec un collecteur plan (feuille ou feuillard métallique). Ce type de raccordement ou de liaison peut être effectué, par exemple, lorsqu'on veut réaliser des électrodes de capacité surfacique élevée. Dans ce cas, on cherchera à connecter une mousse (par exemple en nickel) sur chaque face d'un feuillard métallique perforé (nickel ou acier nickelé dans le cas, par exemple, d'électrodes positives pour accumulateurs alcalins), les mousses étant par la suite remplies de matière électrochimiquement active. On conçoit qu'en fonction de la capacité des électrodes et du régime de charge et décharge, il convienne de définir un nombre suffisant de points de liaison, de telle façon que le drainage des charges soit satisfaisant, n'entraînant pas de chutes ohmiques importantes et assurant une bonne homogénéité du champ électrique en fonctionnement. Ces problèmes se posent également lorsque l'on veut réaliser des électrodes bipolaires, dont l'une au moins des polarités intéresse une électrode comportant un collecteur tridimensionnel de type mousse ou feutre. Le problème est particulièrement délicat dans le cas, par exemple, de la réalisation d'un accumulateur Ni-Cd à électrodes bipolaires, car il faut mettre en oeuvre des mousses de masse surfacique faible (pour l'obtention de caractéristiques massiques intéressantes), et par conséquent, les caractéristiques mécaniques sont médiocres. Les difficultés rencontrées tiennent à ce que si on effectue une soudure par points (uniformément répartis sur toute la surface de l'électrode) des mousses sur un feuillard, on constate en premier lieu qu'il est difficile d'obtenir des soudures de bonne qualité, ceci étant dû au caractère très aéré des structures du type mousse. En deuxième lieu, les structures mousses vont être ensuite remplies, le plus souvent par voie mécanique, de la matière active. I1 est alors obligatoire de procéder à un compactage des matières actives dans les mousses. Ce compactage peut être effectué par passage sous une presse ou par laminage. Après ces opérations, dans le cas de points de soudure répartis sur toute la surface de l'électrode, on observe très souvent une rupture de brins constitutifs de la mousse dans les zones proches des points de soudure. Dans le cas où le feuillard constituant par exemple la paroi bipolaire, est de faible épaisseur (par exemple 5/100 mm), il a été également observé une fissuration de celui-ci. Afin de remédier aux inconvénients précités, il a été mis au point un collecteur composite comprenant une structure tridimensionnelle à porosité ouverte et une structure plane. La structure tridimensionnelle présente des zones écrasées et c'est au niveau des zones écrasées que la structure plane est raccordée par soudure à la structure tridimensionnelle. Une forme d'exécution avantageuse et de mise en oeuvre aisée est le cas où les zones écrasées se présentent sous forme de bandes parallèles. Dans une variante préférée, les bandes parallèles ont avantageusement une largeur comprise entre 4 et 12 mm, par exemple, de l'ordre de 8 mm. Alors, le collecteur composite se présente comme une alternance de bandes parallèles écrasées, séparées les unes des autres par des bandes non écrasées, la largeur des bandes non écrasées étant avantageusement comprise entre 12 et 50 mm. Le collecteur principal peut être un feuillard perforé, ou un feuillard non perforé destiné à constituer, par exemple, une paroi bipolaire. Quand les électrodes sont des électrodes pour accumulateur alcalin, les feuillards sont avantageusement en nickel ou acier nickelé. Les structures tridimensionnelles peuvent être des mousses ou des feutres, par exemple des mousses ou feutres de nickel. L'invention se rapporte également à un procédé qui donne toute satisfaction dans la réalisation du raccordement entre une structure tridimensionnelle servant de collecteur d'électrode et une feuille métallique servant de collecteur principal, le terme "raccordement" impliquant aussi bien le raccordement physique que le raccordement électrique, assurant une connexion électrique aussi parfaite que possible. Ce procédé se caractérise en ce qu'on comprime la structure tridimensionnelle sur une partie de sa surface pour y former des zones écrasées, puis qu'on raccorde la feuille métallique à la structure tridimensionnelle au moyen de lignes de soudure ou de successions de points de soudure au niveau des zones écrasées. De préférence, les lignes de soudure ou les successions de points de soudure sont situées sensiblement dans la partie médiane des zones écrasées. L'invention sera mieux comprise en référence à l'exemple suivant, donné à titre purement illustratif et non limitatif. EXEMPLE Avant leur fixation sur le feuillard, les structures tridimensionnelles (mousses ou feutres), sont préalablement écrasées pour y former des bandes dont la largeur est très supérieure au diamètre des points de soudure (donc généralement supérieure à 4 mm). Il s'ensuit que les bandes écrasées vont se trouver séparées les unes des autres par des bandes non écrasées ayant de préférence une largeur comprise entre 12 et 50 mm, par exemple, de l'ordre de 35 mm, bandes qui seront par la suite remplies de matière active et constitueront du point de vue électrique les bandes "actives". Le choix de la largeur des bandes actives dépend évidemment aussi de la capacité surfacique des électrodes et des régimes de charge et décharge. Par exemple, pour une capacité surfacique de l'ordre de 45 mAh/cm2 et un régime n'excédant pas 2 C, la largeur des bandes actives (avant remplissage) sera de l'ordre de 40 mm. On procède alors à la soudure des bandes de mousse écrasées sur le feuillard en réalisant une ligne de soudure ou une succession de points de soudure, qui seront effectuées dans la zone médiane des bandes écrasées. Après remplissage des mousses par la matière active, on pourra sans difficulté procéder au compactage des électrodes. Cette opération peut avantageusement être effectuée, notamment pour l'obtention de l'épaisseur finale de l'électrode, par laminage. Dans ce cas, le sens de laminage sera avantageusement perpendiculaire à la longueur des bandes. On constate, après compactage, que la matière active occupe une surface supérieure à la surface non écrasée des mousses avant compactage. L'existence d'une zone initialement non remplie par les matières actives, permet aux contraintes induites par le compactage de se libérer dans les zones déformables comprises entre la ou les soudures et le remplissage des matières actives. REVENDICATIONS 1. Collecteur composite comprenant une structure tridimensionnelle à porosité ouverte et une structure plane ou collecteur principal, caractérisé en ce que la structure tridimensionnelle présente des zones écrasées et en ce que le collecteur principal est raccordé à la structure tridimensionnelle par soudure au niveau des zones écrasées. 2. Collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones écrasées se présentent sous forme de bandes parallèles. 3. Collecteur composite selon la revendication 2, caractérisé en ce que les bandes parallèles ont une largeur comprise entre 4 et 12 mm. 4. Collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé par des bandes écrasées séparées les unes des autres par des bandes non écrasées. 5. Collecteur composite selon la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur des bandes non écrasées est comprise entre 12 et 50 mm. 6. Collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que la structure tridimensionnelle est une mousse ou un feutre de nickel. 7. Collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur principal est un feuillard perforé. 8. Collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur principal est un feuillard non perforé destiné à constituer une électrode bipolaire. 9. Procédé de fabrication d'un collecteur composite selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on comprime la structure tridimensionnelle sur une partie de sa surface pour y former des zones écrasées, puis qu'on raccorde le collecteur principal à la structure tridimensionnelle au moyen de lignes de soudure ou de successions de points de soudure au niveau des zones écrasées. 10. Procédé de fabrication selon la revendication 9, caractérisé en ce que les lignes de soudure ou les successions de points de soudure sont situées sensiblement dans la partie médiane des zones écrasées. 11. Utilisation du collecteur selon la revendication 1 dans la fabrication d'électrodes par laminage, caractérisée en ce que le compactage des électrodes est tel que le sens du laminage est perpendiculaire à la longueur des bandes écrasées. 12. Utilisation selon la revendication 11 dans la fabrication d'électrodes pour accumulateur alcalin, caractérisée en ce que le collecteur principal est en nickel ou acier nickelé.