Brevet FR2831330A1 — publié le 20030425

PILE BOUTON ALCALINE SANS MERCURE La présente invention concerne des piles boutons alcalines sans mercure. Plus particulièrement, mais non exclusivement, l'invention concerne des piles boutons alcalines au zinc/manganèse et au zinc/argent-manganèse sans mercure. Les piles boutons connues contiennent du zinc. On ajoute du mercure pour empêcher le zinc de venir au contact d'un autre matériau (en particulier de métaux), de façon à réduire ainsi le gonflement qui résulterait d'un dégagement de gaz. En ce qui concerne la protection de l'environnement, toutefois, on a progressivement adopté les piles à noyau énergétique sans mercure. Le gonflement résultant d'un dégagement de gaz peut être ignoré pour les piles AA et AAA, puisque leurs dimensions sont importantes et qu'il y a suffisamment de place pour accepter le gaz. Toutefois, la dimension des piles boutons à noyau énergétique est relativement petite, et il n'y a pas d'espace additionnel pour recevoir le gaz dégagé. Par conséquent, il faut ajouter du mercure dans une pile bouton pour empêcher le zinc de venir au contact d'un autre matériau ou métal, afin d'empêcher une distorsion du profil résultant du gaz dégagé. Par conséquent, on a fortement besoin d'une pile bouton sans mercure qui soit écologique. L'objet de la présente invention est de mettre à disposition une pile bouton alcaline au zinc/manganèse et/ou au zinc/argent-manganèse sans mercure. On décrit ici une pile bouton sans mercure, comprenant : un boîtier d'anode, une plaque d'anode située à l'intérieur du boîtier d'anode, un capuchon de cathode assujetti au boîtier d'anode, un joint de scellement scellant le capuchon de cathode au boîtier d'anode, une pâte contenant du zinc comprenant de l'indium située à l'intérieur du boîtier d'anode entre la plaque d'anode et le capuchon de cathode, une membrane entre la plaque d'anode et la pâte de zinc, la pile étant caractérisée en ce que : une couche d'indium ou d'étain est plaquée sur la plaque de cathode, et de l'indium est incorporé dans la pâte de zinc. De préférence, le capuchon de cathode est fait en une plaque de fer ou d'acier inoxydable. De préférence, la plaque d'anode est une plaque de manganèse. De préférence, la plaque d'anode est une plaque en oxyde d'argent ou une plaque composite en oxyde d'argent et oxyde de manganèse. On décrit ici en outre une pile bouton comprenant une plaque de cathode ayant une couche d'indium ou d'étain. Ceci peut empêcher le contact entre le zinc et la plaque de cathode dû à un gonflement de gaz, si bien qu'il n'est pas nécessaire d'ajouter du mercure pour empêcher le gonflement, et la demande de protection de l'environnement est réalisée. De préférence, la plaque de cathode est faite de métal, puis du nickel ou du cuivre est plaqué dessus, opération suivie d'un placage d'une couche d'indium ou d'étain. De préférence, la plaque de cathode est faite de fer ou d'acier inoxydable. De préférence, le procédé comprend le placage d'une couche de nickel ou de cuivre sur la plaque de cathode, puis le placage dessus d'une couche d'indium ou d'étain. En variante, le procédé comprend le placage d'une couche de nickel ou de cuivre sur une plaque métallique enroulée, opération suivie d'un placage dessus d'une couche d'indium ou d'étain. L'indium ou l'étain peut être plaqué sur une surface de la plaque métallique. Il peut ensuite être mis en oeuvre pour former une plaque de cathode. De préférence, la surface qui est plaquée d'indium ou d'étain vient au contact d'une pâte au zinc de cathode. Conformément aux procédés conventionnels pour produire des piles boutons, on peut produire des piles boutons alcalines au zinc/manganèse sans mercure par intégration de la plaque de cathode avec une pâte au zinc de cathode disponible, un joint de scellement, un boîtier d'anode, une membrane et une plaque au manganèse d'anode. Les avantages sont les suivants. La pâte au zinc de cathode est facilement disponible et peut par exemple être celle vendue par Shanghai Bai Luo Da Metal Co., Ltd., Shanghai, Chine. Sa composition est la suivante : Plage d'utilisation Teneur Elément Spécification (ppm) (ppm) Fe 3 ppm 0, 9 Pb 500 ppm 450-550 483 In 500 ppm 400-600 494 Al 100 ppm 70-130 98 Dans un autre mode de réalisation, on peut produire des piles boutons alcalines au zinc/argent-manganèse sans mercure avec une plaque en oxyde d'argent ou une plaque en oxyde composite d'argent et de manganèse à la place de la plaque de manganèse susmentionnée. Les pâtes au zinc de cathode dans toutes les piles boutons alcalines au zinc/manganèse et au zinc/argentmanganèse disponibles dans le commerce contiennent du mercure. Toutefois, conformément à la présente invention, le mercure est avec succès remplacé par addition d'indium dans la pâte de zinc et par placage d'une couche d'indium ou d'étain sur la plaque de cathode. Par comparaison avec la technique antérieure, l'avantage des piles boutons alcalines au zinc/manganèse et au zinc/argent-manganèse est qu'elles sont sans mercure. Elles ne polluent pas l'environnement avec du mercure durant la production des piles, ce qui répond aux demandes pour la protection de l'environnement. On va maintenant décrire une forme préférée de la présente invention, à titre d'exemple, par référence aux dessins joints, dans lesquels : la Figure 1 est une vue en coupe schématique d'une pile bouton alcaline au zinc/manganèse et au zinc/argentmanganèse sans mercure ; la Figure 2 est une vue en coupe schématique du capuchon de cathode d'une pile bouton alcaline au zinc/manganèse et au zinc/argent-manganèse sans mercure ; la Figure 3 montre le temps de service moyen estimé d'une pile bouton AG10, où le système de pile est du zinc/dioxyde de manganèse, et il est évalué sous une charge de 10 000 Q à 210C dans les 30 jours après production ; et la Figure 4 montre le temps de servie moyen estimé d'une pile bouton AG3/LR41, où le système de pile est du zinc/dioxyde de manganèse, et il est évalué sous une charge de 15 000 Q à 210C dans les 30 jours après production. Exemple 1 Conformément à des procédés conventionnels, on plaque une plaque de cathode faite de métal avec une couche de nickel ou de cuivre, puis on la plaque avec une couche d'indium au moyen d'un procédé de placage par laminage. Les modes opératoires du procédé de placage d'indium par laminage sont les suivants. On place une plaque de cathode, plaquée d'une couche de nickel ou de cuivre, sur un rouleau dans une solution de placage au sulfate d'indium ayant un pH de 3. Puis on applique une différence de potentiel de 7 volts. Après 60 minutes de placage par laminage, on retire la plaque de cathode et on la rince immédiatement à l'eau. Après l'avoir placée dans un séchoir pour la sécher à l'air chaud, on prépare une plaque de cathode utilisée pour produire des piles boutons alcalines au zinc/manganèse et au zinc/argent-manganèse sans mercure. Conformément aux procédés conventionnels pour produire des piles boutons, on peut produire des piles boutons alcalines au zinc/manganèse sans mercure avec une plaque de cathode plaquée d'indium par intégration de la plaque de cathode obtenue ci-dessus avec la pâte au zinc de cathode disponible dans le commerce, un joint de scellement, un boîtier d'anode, une membrane et une plaque au manganèse d'anode. Exemple 2 On répète les mêmes modes opératoire que dans l'Exemple 1 pour produire des piles boutons alcalines au zinc/manganèse sans mercure ayant une plaque de cathode plaquée d'étain, sauf qu'on remplace l'indium par de l'étain. Exemple 3 On répète les mêmes modes opératoire que dans l'Exemple 2 pour produire des piles boutons alcalines au zinc/manganèse sans mercure ayant une plaque de cathode plaquée d'étain, sauf qu'on remplace la plaque de manganèse par une plaque en oxyde d'argent ou une plaque composite en oxyde d'argent et oxyde de manganèse. Comme le montre la Figure 1, la poudre de zinc est enveloppée dans la pile à noyau énergétique et vient directement au contact de la plaque de cathode, sur laquelle est plaqué de l'indium ou de l'étain. Les résultats des tests sont présentés dans le Tableau 1. Tableau 1 Résultats (%) Spécification Pile bouton Pile bouton 98/101/EEC Eléments testés AG10 AG13 (%) Teneur en mercure 0,0004 0, 0003 2 Teneur en cadmium 0,002 0, 002 0,025 Teneur en plomb 0,01 0, 01 0, 4 Comme on peut le voir d'après le Tableau 1, la teneur en mercure, la teneur en cadmium et la teneur en plomb des piles boutons AG10 et AG13 sont toutes inférieures aux valeurs maximales autorisées prescrites dans la norme 98/101/EEC concernant les piles boutons. Les résultats des tests sur des piles boutons alcalines AG3, obtenus par un spectromètre à plasma couplé par induction à un spectromètre de masse, sont présentés dans le Tableau 2. Tableau 2 Paramètre testé Résultats (mg/kg) (ppm) Teneur en plomb * 32 Teneur en cadmium 0,05 Teneur en mercure * 0, 26 Limite de test = 0,1 mg/kg * Valeur moyenne de deux résultats de tests Les résultats de tests ci-dessus montrent que la teneur en mercure dans les piles boutons n'est que de 0,26 mg/kg (ppm), ce qui satisfait aux normes de protection de l'environnement, et on peut les commercialiser en tant que piles"sans mercure". Sur la Figure 1 est représentée schématiquement, en forme découpée, une pile bouton comprenant un capuchon de cathode 1, une pâte au zinc de cathode 2, un joint de scellement 3, et un boîtier ajouté 4, une membrane 5 et une plaque au manganèse d'anode 6. La Figure 2 montre une couche d'indium 10 plaquée sur le capuchon de cathode. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Pile bouton sans mercure, comprenant : un boîtier d'anode (4), une plaque d'anode (6) située à l'intérieur du boîtier d'anode, un capuchon de cathode (1) assujetti au boîtier d'anode, un joint de scellement (3) scellant le capuchon de cathode au boîtier d'anode, une pâte contenant du zinc (2) comprenant de l'indium, située à l'intérieur du boîtier d'anode entre la plaque d'anode et le capuchon de cathode, et une membrane (5) entre la plaque d'anode et la pâte de zinc, la pile étant caractérisée par : une couche d'indium ou d'étain (10) plaquée sur la plaque de cathode. 2. Pile bouton selon la revendication 1, caractérisée en ce que le capuchon de cathode est fait en une plaque de fer ou d'acier inoxydable. 3. Pile bouton selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la plaque d'anode est une plaque en manganèse. 4. Pile bouton selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisée en ce que la plaque d'anode est une plaque en oxyde d'argent ou une plaque composite en oxyde d'argent et oxyde de manganèse. 5. Pile bouton comprenant une plaque de cathode caractérisée par une couche d'indium ou d'étain. 6. Procédé de fabrication de la pile de la revendication 5, caractérisé en ce que la plaque de cathode est faite d'un métal, puis du nickel ou du cuivre est plaqué dessus, opération suivie d'un placage dessus d'une couche d'indium ou d'étain. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la plaque de cathode est faite en fer ou en acier inoxydable. 8. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en outre par le placage d'une couche de nickel ou de cuivre sur la plaque de cathode, puis le placage dessus d'une couche d'indium ou d'étain. 9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en outre par le placage d'une couche de nickel ou de cuivre sur une plaque métallique enroulée, suivi d'un placage dessus d'une couche d'indium ou d'étain. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que de l'étain est plaqué sur une surface de la plaque métallique. 11. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce que la surface qui est plaquée d'indium ou d'étain vient en contact avec une pâte au zinc de cathode dans la pile finie.