Brevet FR2853764A1 — publié le 20041015

Raccordement électrique d'une connexion à un faisceau électrochimigue La présente invention se rapporte à un système de raccordement électrique entre une connexion reliée électriquement à une sortie de courant et un 5 faisceau électrochimique. Elle s'étend en outre au procédé de réalisation de ce raccordement. Un générateur électrochimique comprend un faisceau électrochimique comportant une alternance d'électrodes positives et négatives encadrant un séparateur imprégné d'électrolyte. Chaque électrode est le plus souvent composée 1o d'un collecteur de courant métallique supportant sur au moins une de ses faces la matière électrochimiquement active. L'électrode est connectée électriquement à une sortie de courant qui assure la continuité électrique entre l'électrode et l'application extérieure à laquelle le générateur est associé. Cette sortie de courant peut être le conteneur du générateur ou une borne de sortie de courant. Il existe plusieurs façons de raccorder électriquement une électrode à une borne de sortie de courant. L'une de ces façons est l'utilisation d'une connexion plane qui est appliquée sur les collecteurs juxtaposés des électrodes d'une même polarité. Selon le document EP-0 029 925, le raccordement électrique s'effectue 20 par l'intermédiaire d'un disque plein disposé puis soudé sur la tranche de l'enroulement des électrodes spiralées. Par exemple le document US-4,009,053 décrit un générateur à électrolyte alcalin et à électrodes spiralées. Il montre une connexion plane circulaire portant des fentes radiales ayant la forme de crevés, dont les bords rabattus servent à 25 établir le contact électrique avec le collecteur de l'électrode spiralée. Dans les générateurs électrochimiques à électrolyte aqueux, comme les générateurs Ni-Cd, le support d'électrode est un feuillard en acier nickelé d'environ 0,2 mm d'épaisseur. Il n'y a pas de difficultés particulières à souder directement sur la tranche du feuillard une pièce reliée électriquement à la borne. En revanche, 30 dans les générateurs électrochimiques à électrolyte organique concernés par l'invention, comme les générateurs au lithium ou les supercondensateurs, le support de l'électrode positive est généralement un feuillard d'aluminium mince d'épaisseur inférieure à 50im et celui de l'électrode négative est un feuillard de cuivre mince d'épaisseur inférieure à 50pm. De telles minceurs n'offrent pas la résistance mécanique nécessaire à la réalisation de soudures fiables sur la tranche des électrodes. En ce qui concerne des techniques développées dans le cadre d'électrodes 5 planes (non spiralées), le document FR-2 748 606 propose par exemple un procédé de connexion par foisonnement. Les rives des électrodes sont rassemblées en deux demi-faisceaux raccordés horizontalement à une borne de sortie de courant. La présente invention a pour but d'éliminer les inconvénients de l'art 10 antérieur et, en particulier, de proposer une solution, qui soit facilement industrialisable. Plus précisément l'invention a pour but de proposer un système de raccordement électrique par soudure d'une connexion plane sur la tranches d'électrodes d'une même polarité d'une manière plus simple que les systèmes 15 décrits dans l'art antérieur. L'objet de la présente invention est un système de raccordement électrique d'une connexion plane aux électrodes d'une même polarité d'un faisceau électrochimique comprenant une alternance d'au moins une électrode positive et d'au moins une électrode négative encadrant un séparateur, chaque électrode 20 comprenant un feuillard métallique d'épaisseur inférieure à 50pm, servant de collecteur de courant, dont au moins une face est revêtue de matière électrochimiquement active, les feuillards des électrodes de chaque polarité comprenant une bande latérale non revêtue émergeant respectivement des extrémités opposées dudit faisceau, caractérisé en ce que les feuillards d'une 25 même polarité sont repliés dans une direction sensiblement perpendiculaire à leur direction initiale d'une hauteur au moins égale à la distance les séparant des feuillards voisins de la même polarité de manière à former un socle sensiblement plan et continu sur lequel est soudée ladite connexion plane. Selon un mode de réalisation préféré, les bandes latérales sont repliées 30 d'une hauteur comprise entre 3 et 4mm. Ainsi l'espace se trouvant entre deux feuillards successifs se trouve recouvert et obturé par la partie pliée, empêchant toute intrusion de matière à l'intérieur du faisceau électrochimique. L'invention a donc comme avantage de réduire considérablement les risques de courts-circuits entre les électrodes de polarité opposée. Afin de leur permettre de se plier de la manière souhaitée, les feuillards ne doivent pas dépasser 50pm d'épaisseur. Cependant pour des raisons de tenue mécanique et de résistance à la manipulation, les feuillards ont de préférence une épaisseur minimum de 15pm. Selon une première variante, la connexion est reliée électriquement à une sortie de courant. Selon une deuxième variante, la connexion constitue une sortie de courant. Selon un mode de réalisation particulier, le faisceau électrochimique 1o comprend une électrode positive et une électrode négative, encadrant un séparateur, qui sont spiralées pour former un bobineau. Dans ce cas la partie non revêtue du feuillard positif se projettera hors de l'une des sections circulaire et celle du feuillard négatif de manière symétrique hors de l'autre section. De préférence la bande latérale de l'électrode positive a une hauteur 15 comprise entre 13mm et 1 7mm. De préférence la bande latérale de l'électrode négative a une hauteur comprise entre 8mm et 1 2mm. La présente invention a aussi pour objet un générateur électrochimique comportant un système de raccordement électrique tel que décrit précédemment. 20 Le générateur électrochimique selon l'invention peut comporter des électrodes planes ou des électrodes spiralées. Ce générateur peut aussi être un générateur au lithium, notamment un générateur rechargeable par exemple du type "Lithium-ion", ou un supercondensateur. Dans le cas o le générateur électrochimique est du type Lithium-ion, il 25 comporte une électrode négative dans laquelle la matière active est un matériau carboné susceptible d'insérer du lithium dans sa structure choisi notamment parmi le graphite, le coke, le noir de carbone et le carbone vitreux. Il comporte aussi une électrode positive dans laquelle la matière active est choisie parmi un oxyde de métaux de transition, un sulfure, un sulfate et leurs mélanges. Dans le cas o le générateur considéré est supercondensateur, les électrodes ont comme matière active du charbon actif. La présente invention à encore pour objet un procédé de raccordement électrique d'une connexion plane aux électrodes d'une même polarité d'un faisceau électrochimique en vue d'obtenir le système précédemment décrit, comprenant les étapes suivantes: - on réunit au moins une électrode positive, au moins une électrode négative et au moins un séparateur pour former un faisceau électrochimique de manière à laisser 5 dépasser la bande latérale des électrodes de polarité opposées respectivement aux extrémités opposées du faisceau, - on exerce une pression sur la tranche des bandes latérales des électrodes d'une même polarité afin de les replier, - on soude une connexion sur le socle constitué par les bande latérales repliées. Selon une première variante de réalisation, la connexion plane est soudée au laser avec apport de matière sur les bandes repliées. Selon une deuxième variante de réalisation, ladite connexion plane est soudé au laser par transparence sur les bandes repliées. La présente invention à encore pour objet un procédé de fabrication d'un 15 générateur électrochimique comprenant le système de raccordement électrique d'une connexion plane aux électrodes d'une même polarité d'un faisceau électrochimique précédemment décrit. La présente invention a comme avantage de réduire de manière importante la durée de l'étape de raccordement de la connexion. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages et particularités apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif, mais nullement limitatif, accompagnée des dessins annexés parmi lesquels - la figure 1 montre une électrode, - la figure 2 représente schématiquement en coupe une partie du faisceau 25 électrochimique, - la figure 3 montre une vue en coupe d'un générateur au cours de l'opération de pliage des bandes latérales non revêtues, - la figure 4 montre en coupe un faisceau électrochimique après pliage des bandes non revêtues, - la figure 5 est une vue de dessus du faisceau muni de sa connexion, - la figure 6 représente en coupe schématique un générateur électrochimique selon l'invention. La figure l représente l'extrémité d'une électrode 1 de largeur totale L sur laquelle on distingue la couche 2 de matière active occupant la plus grande partie de la surface de l'électrode et une bande latérale 3 de hauteur H constituée du seul feuillard, qui n'a pas été recouvert de matière active. Des électrodes du type représenté sur la figure 1 et portant respectivement des matières actives positive et négative sont assemblées en faisceau. Une partie de faisceau électrochimique, comprenant une électrode positive 10 et une électrode négative 11 entre lesquelles sont intercalés des séparateurs 12, est représentée sur la figure 2. L'électrode positive 10 comporte un feuillard 13 10 recouvert d'une couche 14 contenant la matière active positive. A l'une des extrémités du feuillard 13 a été réservé une bande latérale 15 qui ne porte pas de matière active. Cette bande 15 dépasse du faisceau et a une hauteur H' comprise entre 13mm et 17mm. L'électrode négative 11 comporte un feuillard 16 recouvert d'une couche 17 contenant la matière active positive. A l'une des extrémités du 15 feuillard 16 a été réservée une bande latérale 18 qui ne porte pas de matière active. Cette bande 18 se projette à l'extrémité du faisceau opposée à celle o se situe la bande 15. Elle a une hauteur H comprise entre 8mm et 12mm. Les séparateurs 12 débordent légèrement de la partie des électrodes revêtue de matière active de manière à éviter les courts-circuits Le faisceau électrochimique 30 une fois constitué est maintenu dans un outil de centrage 31, comme le montre la figure 3, et les bandes latérales dépassantes non revêtues 32 sont recourbées à l'aide d'un outil 33, comme par exemple un marteau d'un diamètre de 15 à 20mm. Le marteau 33 se déplace de haut en bas avec une course de 3mm, puis se déplace vers le centre du faisceau 25 dans le sens indiqué par la flèche 34 après chaque tour de rotation de celui-ci. On obtient un ensemble de feuillards pliés 35 sur une hauteur H' d'environ 3 à 4mm. La figure 4 montre l'aspect du faisceau d'électrodes 30 après cette opération sur laquelle on voit les bandes latérales pliées 35 formant un socle plan 30 et continu. Ce socle 35 reçoit une connexion 36 qui est soudée au laser, avec apport de matière ou par transparence, de manière à former deux cordons 37 parallèles visibles sur la figure 5. La figure 6 représente un générateur électrochimique 60 de forme 35 cylindrique d'axe 61 comportant un conteneur 62 en aluminium dans lequel a été introduit un faisceau 63 comprenant une électrode positive et une électrode négative spiralées. La connexion positive 64 plane en aluminium est d'une part soudée par soudure au laser sur les bandes 65 non revêtues du feuillard en aluminium de l'électrode négative, préalablement rabattues de la manière décrite 5 précédemment. La connexion positive 64 est d'autre part soudée sur le fond 66 du conteneur 62 par soudure laser ou par soudure électrique, les deux types de soudure étant étanches. La connexion négative 67 plane, en cuivre ou en cuivre nickelé, est soudée de la même manière sur les bandes 68 non revêtues du feuillard en cuivre de l'électrode positive,préalablement rabattues de la manière 1o décrite précédemment. La connexion négative 67 est d'autre part soudée sur une borne 69 de sortie de courant par soudure au laser ou soudure par ultrasons. La borne 69 de polarité négative est fixée sur un couvercle 70 qui est soudé ou serti sur le conteneur 62. La borne 69 est isolée électriquement du couvercle 70 par un joint isolant 71. REVENDICATIONS 1. Système de raccordement électrique d'une connexion plane aux électrodes d'une même polarité d'un faisceau électrochimique comprenant une alternance d'au moins une électrode positive et d'au moins une électrode négative encadrant 5 un séparateur, chaque électrode comprenant un feuillard métallique d'épaisseur inférieure à 50pm, servant de collecteur de courant, dont au moins une face est revêtue d'une pâte contenant la matière électrochimiquement active, les feuillards des électrodes de chaque polarité comprenant une bande latérale non revêtue émergeant respectivement des extrémités opposées dudit faisceau, caractérisé en 10 ce que les feuillards d'une même polarité sont repliés dans une direction sensiblement perpendiculaire à leur direction initiale d'une hauteur au moins égale à la distance les séparant des feuillards voisins de la même polarité de manière à former un socle sensiblement plan et continu sur lequel est soudée ladite connexion plane. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel lesdites bandes latérales sont repliées d'une hauteur comprise entre 3 et 4mm. 3. Système selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel lesdits feuillards ont une épaisseur minimum de 1 5pm. 4. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite connexion 20 plane est soudé au laser avec apport de matière sur lesdits feuillards repliés. 5. Système selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite connexion plane est soudé au laser par transparence sur lesdits feuillards repliés. 6. Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite connexion est reliée électriquement à une sortie de courant. 7. Système selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel ladite connexion constitue une sortie de courant. 8. Système selon l'une des revendications précédentes, dans lequel ledit faisceau électrochimique comprend une électrode positive et une électrode négative, encadrant un séparateur, qui sont spiralées pour former un bobineau. 9. Système selon la revendication 4, dans lequel ladite bande latérale de l'électrode positive a une hauteur comprise entre 1 3mm et 1 7mm. 10. Système selon la revendication 4, dans lequel ladite bande latérale de l'électrode négative a une hauteur comprise entre 8mm et 1 2mm. 11. Générateur électrochimique comportant un système de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 10, comportant des électrodes planes. 12. Générateur électrochimique comportant un système de raccordement électrique selon l'une des revendications 1 à 10, comportant des électrodes 10 spiralées. 13. Générateur selon l'une des revendications 1 1 et 12, choisi parmi les générateurs au lithium et les supercondensateurs. 14. Procédé de raccordement électrique d'une connexion plane aux électrodes d'une même polarité d'un faisceau électrochimique en vue d'obtenir un système de 15 raccordement selon l'une des revendications 1 à 10, comprenant les étapes suivantes: - on réunit au moins une électrode positive, au moins une électrode négative et au moins un séparateur pour former un faisceau électrochimique de manière à laisser dépasser la bande latérale desdites électrodes de polarité opposées 20 respectivement aux extrémités opposées dudit faisceau, - on exerce une pression sur la tranche desdites bandes latérales des électrodes d'une même polarité afin de les replier, - on soude une connexion plane sur le socle constitué par lesdites bande latérales repliées. 15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ladite connexion plane est soudé au laser avec apport de matière sur lesdites bandes repliés. 16. Procédé selon la revendication 14, dans lequel ladite connexion plane est soudé au laser par transparence sur lesdites bandes repliés.