Brevet FR2893449A1 — publié le 20070518

DOMAINE TECHNIQUE GENERAL La présente invention concerne un procédé de compression d'un empilement d'électrodes d'un accumulateur, comportant une étape consistant à placer l'empilement à l'intérieur d'un bac de l'accumulateur. L'invention concerne également un accumulateur correspondant. ETAT DE L'ART II est connu d'exercer une force de compression sur un empilement d'électrodes d'un accumulateur, utilisé par exemple dans le domaine automobile, pour améliorer les performances de l'accumulateur, notamment son endurance en cyclage. Une telle méthode et un tel accumulateur sont connus de WO 95/15584 par exemple. Ils sont repris schématiquement à la figure 1. La figure 1 représente un accumulateur connu comportant un bac 40 contenant un empilement 48 d'une pluralité d'électrodes 24 et 28. Chaque couple d'électrodes 24 et 28 est compris dans une cellule, et l'empilement 48 est constitué d'une pluralité cellules. L'accumulateur comporte en outre deux bornes, chaque borne étant située à une extrémité de l'empilement 48 d'électrodes 24 et 28. La figure 2 représente schématiquement un exemple d'une cellule de l'empilement 48 d'un accumulateur. Chaque cellule comporte une plaque bipolaire 20 sur laquelle vient prendre appui une électrode positive 28, un séparateur 30, une électrode négative 24 et à nouveau une plaque bipolaire 20. Le séparateur peut généralement être composé d'une couche de polyéthylène (PE) microporeux pour les batteries dites ouvertes , ou être composé d'une couche de feutre de laine de verre imbibé ( glass mat selon la terminologie anglaise) ou encore être un écarteur ondulé perforé en polychlorure de vinyle (PVC) pour les batteries à recombinaison dites étanches . Il existe également moins généralement des combinaisons de séparateurs combinant plusieurs de ces matériaux ; par exemple des feuilles de PE combinées à des couches de laine de verre, ou une combinaison selon la figure 2. Sur la figure 2, le séparateur 30 est composé d'une couche 31 constituée d'une feuille plane de polyéthylène microporeux sur laquelle est posé un écarteur ondulé perforé 32. L'écarteur ondulé 32 supporte à son tour une couche 33 de laine de verre. Le séparateur 30 permet de séparer mécaniquement les électrodes positives 28 et négatives 24 tout en permettant une jonction électrolytique. La figure 1 illustre une méthode de disposition de l'empilement d'électrodes 48 dans le bac 40, pour exercer une force de compression constante et uniforme entre les plaques bipolaires 20 et des séparateurs 30 constituant l'empilement 48. L'empilement 48 d'électrodes est lié à une première plaque d'extrémité 41 formant collecteur de courant et une deuxième plaque d'extrémité 42 formant également collecteur de courant. La première plaque 41 est fixe par rapport au bac 40. La deuxième plaque d'extrémité 42 est supportée par une pluralité de ressorts 44 qui fournissent une force de compression de l'empilement 48. Les ressorts 44 permettent d'exercer une force de compression, notamment sur les séparateurs 30. Dans le mode de réalisation connu de la figure 1, la borne reliée à la plaque 42 sollicitée par les ressorts 44 glisse dans des moyens de scellage 20 47 du bac. Le dispositif de compression comportant des ressorts 44 selon la figure 1 présente des inconvénients. Un tel dispositif est encombrant, et sa mise en place dans un bac d'un accumulateur se fait au détriment du nombre de cellules dans 25 l'empilement. Il est notamment difficile de mettre en place un tel dispositif de compression dans un accumulateur traditionnel non bipolaire comportant un bac 40 divisé en plusieurs compartiments et comportant un empilement 48 dans chaque compartiment, comme cela est représenté schématiquement à 30 la figure 3. En effet, un espace 5 entre un empilement 48 et des parois latérales 3 ou internes 6 délimitant les compartiments du bac 40 est souvent inférieur à 5 mm. L'espace 5 n'est pas suffisant pour permettre l'installation du dispositif de compression de la figure 1 ou alors il faut supprimer des cellules de l'empilement. De plus, la mise en place d'un dispositif selon la figure 1 dans un bac 40 selon la figure 3 provoque des difficultés d'insertion. Ladite insertion est 5 contraignante et coûteuse pour la fabrication industrielle. Une adaptation du bac est nécessaire pour le montage d'un dispositif 47 de scellage visible à la figure 1. Le dispositif 47 est difficile à réaliser techniquement, et est donc onéreux. Enfin, une pression s'applique sur la paroi 41 du bac, et le bac peut 10 subir une déformation. PRESENTATION DE L'INVENTION L'invention propose de pallier au moins un des inconvénients cités précédemment. A cet effet, on propose selon l'invention un procédé de compression 15 d'un empilement d'électrodes d'un accumulateur, comportant une étape consistant à placer l'empilement à l'intérieur d'un bac de l'accumulateur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à comprimer l'empilement grâce à au moins une pince de compression, de sorte que la pince de compression ne prenne aucun appui sur le bac pour exercer une 20 force de compression élastique. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : -on comprime l'empilement avant le placement de l'empilement à 25 l'intérieur du bac ; - on comprime l'empilement grâce à au moins une pince en forme de U comportant des bras, l'empilement étant placé entre les bras du U ; - on écarte la pince grâce à un écarteur pour placer l'empilement entre les bras du U ; 30 - on place au moins une cale entre la pince et l'empilement ; - on place des séparateurs entre les électrodes de l'empilement, les séparateurs étant composés d'une superposition d'une couche de feutre collée sur couche nervurée. L'invention concerne également un accumulateur correspondant. L'invention présente de nombreux avantages. Elle permet notamment le montage facile et peu onéreux d'un dispositif de compression dans un bac d'un accumulateur. Le bac de l'accumulateur reste standard et n'a besoin d'aucune adaptation. Le bac ne nécessite aucun renforcement de son épaisseur ni aucun ajout d'un système extérieur de maintien des côtés. L'invention permet l'obtention d'une force de compression élastique constante. La variation du volume de l'empilement d'électrodes est donc permise, ce qui limite un fluage et permet un meilleur rendement dans les cycles de l'accumulateur. PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la 15 description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1, déjà commentée, représente schématiquement une coupe d'un accumulateur connu comportant un seul empilement d'électrodes, et un procédé pour appliquer une force de compression audit empilement ; 20 - la figure 2, déjà commentée également, représente schématiquement un couple d'électrodes connues, séparées par un séparateur connu ; - la figure 3, déjà commentée aussi, représente un bac connu d'un accumulateur comportant une pluralité de compartiments, chaque compartiment comportant un empilement d'électrodes ; 25 - la figure 4 représente schématiquement un accumulateur selon la figure 3 comportant des pinces de compression selon l'invention ; - la figure 5 représente une vue de profil d'un empilement compressé par une paire de pinces selon l'invention ; - les figures 6a et 6b représentent schématiquement des vues d'une pince 30 selon la figure 5, respectivement de derrière et de profil ; et - la figure 7 représente schématiquement en coupe un séparateur pouvant être avantageusement mis dans un empilement d'électrodes. Sur l'ensemble des figures, les éléments similaires portent des références numériques identiques. DESCRIPTION DETAILLEE La figure 4 illustre schématiquement un exemple d'un procédé de 5 compression mis en oeuvre dans un accumulateur comportant au moins un empilement 48 d'électrodes 24 et 28, disposés en cellules. Dans l'exemple de la figure 4, l'accumulateur comporte un bac 40 avec des parois externes longitudinales 3 et des parois externes transverses 2. 10 Le bac 40 comporte par exemple six compartiments, recevant chacun un empilement 48. Les compartiments sont délimités par une paroi interne longitudinale médiane 6 intersectant des parois internes transverses 7. Bien entendu, on peut aussi envisager des bacs en ligne, et l'exemple de bac de la présente 15 description n'est pas limitatif. On référence par 10 et 11 les faces longitudinales des empilements 48. Des cadres 8 perpendiculaires aux faces 10 et 11 permettent de maintenir les électrodes 24 et 28 ensemble. Les cadres 8, qui assurent la 20 connexion électrique entre les électrodes 24 et 28, sont reliés à une partie 9 (soudure inter éléments) qui permet la connexion électrique entre les différents éléments de la batterie. Les empilements 48 sont supportés dans chaque compartiment par les cadres 8 et la partie 9. Comme le montre la figure 4, un procédé de compression de 25 l'empilement 48 d'électrodes 24 et 28 comporte une étape consistant à comprimer l'empilement 48 grâce à au moins une pince 440 de compression. La pince de compression ne prend aucun appui sur le bac pour exercer une force de compression élastique. Très avantageusement, on place deux pinces sur chaque 30 empilement, une sur chaque petit côté des faces 10 et 11. Avantageusement, on comprime l'empilement 48 avant le placement de l'empilement à l'intérieur du bac 40. Il est facile de placer l'empilement 48 dans le bac 40, du fait qu'il est comprimé par la pince. Avantageusement encore, on comprime l'empilement grâce à au moins une pince 440 en forme de U comme le montre plus précisément les figures 5, 6a et 6b. La pince en forme de U comporte ainsi une base 446 et deux bras 5 445, avantageusement venus de matière sur la base 446. La base 446 peut comporter des renforts longitudinaux ou transversaux (non représentés sur les figures). Préférentiellement, les bras 445 sont légèrement inclinés vers l'intérieur par rapport à la base 446, de sorte qu'un angle interne 0 entre la 10 base 446 et un des bras 445 soit inférieur à 90 . La valeur de cet angle permet d'exerce une force de compression lorsque l'empilement 48 est placé entre les bras 445 du U comme le montre la figure 5 notamment. On comprend que d'autres formes sont possibles, en fonction des différents critères liés à l'encombrement, un revêtement, la mise en place, la 15 masse et le coût de la pince. La force de compression élastique s'exerce sur l'empilement, pour un meilleur rendement et de meilleures performances de l'accumulateur, notamment son endurance en cyclage. L'invention permet un accroissement d'un facteur compris entre 5 et 10 environ sur l'endurance en 20 cyclage. La pression exercée par la pince 440 correspond à une pression de 0,1 à 1 kg/cm2, soit 0,01 à 0,1 MPa. Afin de pouvoir placer l'empilement entre les bras 445 du U formant la pince 440, notamment avant le placement de l'empilement 48 dans le bac 25 40, on écarte la pince grâce à un écarteur. Avantageusement, on place au moins une cale 12 entre la pince 440 et l'empilement 48. Une telle cale permet la répartition des efforts sur l'ensemble des faces 10 et 11 de l'empilement. Avantageusement, chaque pince 440 est en matériau métallique. On 30 peut par exemple prendre pour la fabrication de la pince 440 de l'acier inoxydable, préférentiellement austénitique du type 301, car cet acier est disponible dans une large gamme d'épaisseurs et un travail à froid est possible. Bien entendu, le choix du matériau pour la pince 440 peut être différent, en fonction de la dimension de l'empilement 48, de la masse souhaitée de la pince, de son coût de fabrication souhaité, etc. L'accumulateur est soumis à des conditions de température très variables. Globalement, le matériau des pinces 440 de compression et des cales 12, ainsi que leurs caractéristiques, doivent être stables pour une gamme de températures comprises entre -20 C et +80 C. Les pinces 440 et les cales 12 sont de plus plongées dans une solution d'acide sulfurique dont la concentration varie de 0,5 à 5 mol/L. Les pinces 440 et les cales 12 doivent donc être stables en milieu d'acide sulfurique. Elles doivent également garder l'ensemble de ces propriétés pour une durée équivalente à la durée de vie calendaire de l'accumulateur, soit plus de cinq ans pour une température moyenne de l'ordre de 25 C. Par conséquent, la pince 440 est avantageusement recouverte d'un revêtement de protection du matériau métallique contre la corrosion et/ou l'attaque par un acide. Le revêtement doit être stable dans une solution d'acide sulfurique dont la concentration varie de 0,5 à 5 mol/L. Le mode d'application du revêtement sur la pince ne doit pas modifier les propriétés mécaniques de la pince, sachant que certaines pinces subissent des traitements thermiques - par exemple, l'acier inox 301 subit un traitement thermique à 400 C. Lors de la mise en place de la pince sur l'empilement, ainsi qu'au cours du cyclage de la batterie (charge/décharge), la pince subit des contraintes mécaniques importantes. Le revêtement doit donc avoir des propriétés élastiques suffisantes pour suivre les déformations de la pince sans modification de son pouvoir couvrant. Par exemple lors de la mise en place de la pince sur l'empilement, le 30 revêtement est soumis à des contraintes du type frottement et/ou écrasement qui ne devront pas l'endommager. Avantageusement, le revêtement est du type polymère. Le polymère est par exemple un polymère polypropylène/polytétrafluoroéthylène pulvérisé sur la pince chaude ou par bain fluidisé. L'épaisseur du revêtement est préférentiellement de l'ordre de 0.5 mm. Avantageusement, les cales 12 sont en plastique dur, par exemple du type polycarbonate, ou en verre. Comme pour les pinces, d'autres matériaux sont bien entendu possibles pour le revêtement et les cales 12. La figure 7 montre des séparateurs 30 avantageux placés entre les électrodes 24 et 28 de l'empilement différents de ceux de la figure 2. Chaque séparateur 30 est composé d'une superposition d'une couche de feutre 301 collée sur une couche nervurée 302. Avantageusement, la couche de feutre 301 est de la laine de verre et la couche nervurée 302 est en polyéthylène. La couche nervurée 302 comporte une plaque 304 comportant des nervures 303 régulièrement espacées. La distance 306 entre chaque nervure est préférentiellement comprise entre 3,5 et 4 mm. La plaque 304 a une épaisseur 305 de l'ordre de 0,5 mm. La hauteur totale des nervures 303 par rapport à la base de la plaque 304 est une hauteur 308 de l'ordre de 1,5 à 1,75 mm. L'épaisseur 309 de la couche 301 de feutre est de l'ordre de 0,7 mm. L'épaisseur 307 totale du séparateur 30 est de l'ordre de 2,2 à 2,45 mm. Bien entendu, les dimensions précédentes sont données à titre d'exemples non limitatifs. Les figures 5, 6a et 6b montrent un mode préféré de réalisation de l'invention. Dans ce mode de réalisation, l'empilement 48 comporte sept électrodes positives 28 et huit électrodes négatives 24, pour des faces 10 et 11 ayant une longueur de 153 mm et une largeur de 86 mm. La hauteur de l'empilement 48, avec les séparateurs et avant compression, est de 74 mm environ. La hauteur 443 des bras 445 est environ égale à la moitié de la largeur 442 de la base 446. La valeur maximale pour la dimension 442 est de l'ordre de 74 mm, et par conséquent la dimension 443 a une valeur de l'ordre de 35 mm. L'écartement 441 entre les bras 445 peut être variable en fonction de la force de compression à exercer. La longueur 447 de la pince 440 est égale à 86 mm. L'épaisseur 444 de la pince 440 est égale à 1.2 mm environ. Les cales 12 ont des épaisseurs comprises entre 1 mm et 3 mm, par exemple 2 mm. Dans ces conditions, l'empilement à une hauteur de 62.5 mm pour une force de compression de 0,7 kg/cm2 (0,07 MPa). La figure 4 montre un exemple d'accumulateur comportant six compartiments, mais le nombre de compartiments peut être quelconque. REVENDICATIONS 1. Procédé de compression d'un empilement (48) d'électrodes (24, 28) d'un accumulateur, comportant une étape consistant à placer l'empilement à l'intérieur d'un bac (40) de l'accumulateur, caractérisé en ce qu'il comporte une étape consistant à comprimer l'empilement (48) grâce à au moins une pince (440) de compression, de sorte que la pince de compression ne prenne aucun appui sur le bac pour exercer une force de compression élastique. 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on comprime l'empilement (48) avant le placement de l'empilement à l'intérieur du bac (40). 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on comprime l'empilement grâce à au moins une pince (440) en forme de U comportant des bras (445), l'empilement étant placé entre les bras (445) du U. 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on écarte la pince grâce à un écarteur pour placer l'empilement entre les bras du U. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on place au moins une cale (12) entre la pince (440) et l'empilement (48). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on place des séparateurs (30) entre les électrodes (24, 28) de l'empilement, les séparateurs étant composés d'une superposition d'une couche de feutre (301) collée sur couche nervurée (302). 7. Accumulateur comportant un bac (40) et au moins un empilement (48) d'électrodes (24, 28), l'empilement étant placé à l'intérieur du bac, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une pince de compression (440) 30comprimant l'empilement (48), de sorte que la pince (440) exerce une force de compression élastique sur l'empilement (48) en ne prenant aucun appui sur le bac (40). 8. Accumulateur selon la revendication précédente, dans lequel la pince est en forme de U comportant des bras (445), l'empilement étant placé entre les bras (445) du U. 9. Accumulateur selon la revendication précédente, dans lequel les bras 10 (445) du U sont inclinés vers l'intérieur. 10. Accumulateur selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel la pince (440) est en matériau métallique. 15 11. Accumulateur selon la revendication précédente, dans lequel la pince est recouverte d'un revêtement de protection du matériau métallique contre la corrosion et/ou l'attaque par un acide. 12. Accumulateur selon l'une des cinq revendications précédentes, 20 comportant au moins une cale (12) entre la pince (440) et l'empilement (48). 13. Accumulateur selon l'une des six revendications précédentes, dans lequel l'empilement comporte des séparateurs (30) entre les électrodes (24, 28), les séparateurs étant composés d'une superposition d'une couche de 25 feutre (301) collée sur couche nervurée (302).