Brevet FR2892565A1 — publié le 20070427

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 et un sachet mis dans un tel accumulateur. ETAT DE L'ART Il 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 20 plaque 42 sollicitée par les ressorts 44 glisse dans des moyens de scellage 47 du bac. Le dispositif de compression selon la figure 1 comportant des ressorts 44 présente des inconvénients. Un tel dispositif est encombrant, et sa mise en place dans un bac 25 d'un accumulateur se fait au détriment du nombre de cellules dans 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 30 dans chaque compartiment, comme cela est représenté schématiquement à 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 5 40 selon la figure 3 provoque des difficultés d'insertion. Ladite insertion est 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. 10 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 d'un empilement d'électrodes d'un accumulateur, comportant une étape 15 consistant à placer l'empilement à l'intérieur d'un bac de l'accumulateur, caractérisé en ce qu'il comporte en outre les étapes consistant à : - placer un matériau élastique, comprimé dans un sachet, entre au moins une paroi du bac et l'empilement ; - former une ouverture dans le sachet de sorte que le matériau initialement 20 comprimé dans le sachet se dilate et exerce une force de compression sur l'empilement en prenant appui sur la paroi du bac. L'invention est avantageusement complétée par les caractéristiques suivantes, prises seules ou en une quelconque de leur combinaison techniquement possible : 25 - on place, entre la paroi et l'empilement, un matériau poreux comprimé sous vide ou mécaniquement dans le sachet, le sachet étant initialement hermétique aux gaz ; - on forme une ouverture en détériorant le sachet en le déchirant, le coupant au moins en partie ou en le perçant ; 30 - on rescelle le sachet après sa détérioration ; - 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 ; - on place une cale entre le sachet et la paroi ou entre le sachet et l'empilement. L'invention concerne également un accumulateur et un sachet de compression correspondants. 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 hormis un renforcement de son épaisseur ou l'éventuel ajout 10 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. 15 PRESENTATION DES FIGURES D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la 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 20 accumulateur connu comportant un seul empilement d'électrodes, et un procédé pour appliquer une force de compression audit empilement ; - 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 25 accumulateur comportant une pluralité de compartiments, chaque compartiment comportant un empilement d'électrodes ; - la figure 4 représente schématiquement un accumulateur selon la figure 3 comportant un sachet de compression selon l'invention ; - la figure 5 représente une vue de profil d'un sachet selon l'invention ; 30 - les figures 6a et 6b représentent schématiquement une coupe transversale d'un sachet selon la figure 5, respectivement dans une position comprimée et dans une position dilatée ; 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 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 10 avec des parois externes longitudinales 3 et des parois externes transverses 2. Le bac 40 comporte par exemple six compartiments, recevant chacun un empilement 48. Les compartiments sont délimités par une paroi interne longitudinale 15 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 description n'est pas limitatif. On référence par 10 et 11 les faces longitudinales des empilements 48. 20 Des cadres 8 perpendiculaires aux faces 10 et 11 permettent de maintenir les électrodes 24 et 28 ensemble. Les cadres 8, qui assurent la 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 25 chaque compartiment par les cadres 8 et la partie 9. Comme le montre la figure 4, un procédé selon l'invention consiste à placer au moins un matériau élastique 441, comprimé dans un sachet 440, entre une paroi du bac 40 et l'empilement 48. Le sachet 440 est scellé et maintien le matériau dans un état comprimé. 30 Préférentiellement, on place un tel sachet 440 entre une face 10 et une paroi externe 3 et une face 11 de l'empilement et une paroi interne 6. Il est facile de placer le matériau élastique entre la paroi et l'empilement, du fait qu'il est comprimé dans un sachet. On peut insérer le sachet dans un espace inférieur à 5 mm. Une fois le sachet 440 en place entre au moins une paroi et 5 l'empilement, on forme une ouverture dans le sachet. Par exemple, on détériore le sachet 440. En formant une ouverture, on détériore l'étanchéité par exemple du sachet 440. lin gaz ou un liquide peut ainsi pénétrer dans le sachet et permettre au matériau de se dilater et exercer une force de compression sur 10 l'empilement 48 en prenant appui sur la paroi du bac. La pression exercée par le matériau correspond à une pression de 0,1 à 1 kg/cm2, soit 0,01 à 0,1 MPa. Une fois le sachet 440 ouvert ou détérioré, la dilatation du matériau 441 permet à la force de compression élastique de s'exercer sur 15 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 cyclage. De façon préférentielle, le matériau élastique est un matériau poreux 20 initialement comprimé sous vide ou mécaniquement dans un sachet dont les faces sont initialement hermétiques aux gaz. On comprime ainsi le matériau et on scelle le sachet avant son placement dans le bac. Les figures 5, 6a et 6b représentent un mode préférentiel de réalisation d'un sachet selon l'invention. 25 Le sachet 440 comporte des faces 442 hermétiques aux gaz mais dans lesquelles on peut former une ouverture. Les faces 442 sont par exemple aptes à être détériorées. Le sachet comporte un matériau 441 élastique comprimé sous vide ou mécaniquement sur la figure 6a, par exemple un matériau poreux. La 30 figure 6b montre que le matériau 441 est apte à se dilater après formation d'une ouverture, par détérioration par exemple des faces 442 du sachet. On peut également former une ouverture par d'autres moyens, sans détérioration des faces. Une détérioration des faces du sachet peut s'effecteur en déchirant, en coupant au moins en partie ou en perçant le sachet. On rompt ainsi par exemple l'étanchéité du sachet. Avantageusement, le sachet comporte une languette 443 facilitant la 5 déchirure des faces du sachet et leur éventuel rescellage comme on le verra par la suite. L'accumulateur est soumis à des conditions de température très variables. Globalement, le matériau de compression et ses caractéristiques doivent être stables pour une gamme de températures comprises entre - 10 20 C et +80 C. Il est plongé dans une solution d'acide sulfurique dont la concentration varie de 0,5 à 5 mol/L. Le matériau de compression doit donc être stable en milieu d'acide sulfurique. Le matériau de compression doit également maintenir l'ensemble de ces propriétés pour une durée équivalente à la durée de vie 15 calendaire de l'accumulateur, soit plus de cinq ans pour une température moyenne de l'ordre de 25 C. Le matériau 441 est avantageusement choisi parmi une mousse de polyuréthane réticulé, une mousse ouverte d'un élastomère ou d'un caoutchouc, ou une structure en nid d'abeilles d'un matériau précité, à 20 savoir un polyuréthane réticulé, un élastomère ou un caoutchouc. D'autres matériaux sont également possibles. On scelle de nouveau le sachet après sa détérioration si le matériau 441 est moyennement stable en milieu acide sulfurique. On évite ainsi tout contact du matériau avec l'acide sulfurique. On peut également refermer 25 l'ouverture formée dans le sachet. Avantageusement, les faces du sachet sont en polypropylène et/ou polyéthylène, stable en milieu acide sulfurique. 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. 30 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. Comme le montre la figure 4, il est possible d'améliorer le calage ou la pré-compression de l'empilement d'électrodes en plaçant une cale 12, soit entre un sachet 440 et une paroi 3 ou 6, soit entre un sachet et un empilement 48. On évite aussi par la cale 12 la déformation d'un bac non renforcé. 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 en outre les étapes consistant à : - placer un matériau élastique (441), comprimé dans un sachet (440), entre au moins une paroi (3, 6) du bac (40) et l'empilement (48) ; - former une ouverture dans le sachet (440) de sorte que le matériau initialement comprimé dans le sachet se dilate et exerce une force de compression sur l'empilement (48) en prenant appui sur la paroi (3, 6) du bac (40). 2. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on place, entre la paroi (3, 6) et l'empilement (48), un matériau (441) poreux comprimé sous vide ou mécaniquement dans le sachet (440), le sachet étant initialement hermétique aux gaz. 3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on 20 forme une ouverture en détériorant le sachet (440) en le déchirant, le coupant au moins en partie ou en le perçant. 4. Procédé selon la revendication précédente, dans lequel on rescelle le sachet après sa détérioration. 5. 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). 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on place une cale (12) entre le sachet (440) et la paroi (3, 6) ou entre le sachet et l'empilement. 25 30 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 un sachet (440) contenant un matériau élastique (441) entre une paroi (3, 6) du bac (40) et l'empilement (48), de sorte que le matériau exerce une force de compression sur l'empilement (48) en prenant appui sur la paroi (3, 6) du bac (40). 8. Accumulateur selon la revendication précédente, dans lequel le sachet 10 (440) est en polypropylène et/ou polyéthylène. 9. Accumulateur selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel le matériau (441) est un matériau poreux. 15 10. Accumulateur selon la revendication précédente, dans lequel le matériau poreux (441) est choisi parmi une mousse de polyuréthane réticulé, une mousse ouverte d'un élastomère ou d'un caoutchouc, ou une structure en nid d'abeilles de polyuréthane réticulé, d'un élastomère ou d'un caoutchouc. 20 11. Accumulateur selon l'une des quatre 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 feutre (301) collée sur couche nervurée (302). 12. Accumulateur selon l'une des cinq revendications précédentes, comportant une cale (12) entre le sachet (440) et la paroi (3, 6) ou entre le sachet et l'empilement. 30 13. Sachet destiné à la compression d'un empilement (48) d'électrodes (24, 28) d'un accumulateur, comportant des faces (442) dans lesquelles on peut former une ouverture, caractérisé en ce qu'il comporte un matériau 25élastique (441) comprimé, le matériau étant apte à se dilater après formation d'une ouverture dans les faces (442) du sachet. 14. Sachet selon la revendication précédente, dans lequel le matériau est 5 comprimé sous vide ou mécaniquement. 15. Sachet selon l'une des deux revendications précédentes, dans lequel les faces (442) sont initialement hermétiques aux gaz, mais sont aptes à être détériorées pour la formation de l'ouverture, de sorte que la 10 détérioration des faces rompe une étanchéité du sachet. 16. Sachet selon l'une des trois revendications précédentes, dans lequel les faces (442) sont en polypropylène et/ou polyéthylène, et le matériau est un matériau poreux qui est choisi parmi une mousse de polyuréthane réticulé, 15 une mousse ouverte d'un élastomère ou d'un caoutchouc, ou une structure en nid d'abeilles de polyuréthane réticulé, d'un élastomère ou d'un caoutchouc. 17. Sachet selon l'une des quatre revendications précédentes, comportant 20 une languette (443) facilitant la formation de l'ouverture dans les faces (442) ou le rescellage des faces.