Brevet FR2906648A1 — publié le 20080404

STRUCTURE DE NOYAU POUR UNE BATTERIE SECONDAIRE CARREE AU LITHIUM La présente invention porte sur une structure de noyau pour une batterie secondaire au lithium, carrée ou plate, et plus particulièrement sur l'agencement d'une structure de connexion conductrice pour un noyau d'une batterie secondaire au lithium. La plupart des batteries secondaires carrées au lithium sont de faible capacité et rechargeables. Par exemple, le brevet américain US n 6 844 109 divulgue une batterie secondaire carrée au lithium de type à faible capacité couramment utilisée, comme représenté sur la Figure 1, dans laquelle l'ensemble de noyau 10 comprend principalement : un ensemble d'électrodes 11, plusieurs conducteurs positifs et négatifs 121, 122, et deux manchons conducteurs 13. L'ensemble d'électrodes 11 comprend généralement une couche positive, une couche de séparation et une couche négative qui sont superposées les unes sur les autres. L'électrode est une structure multi-couches formée par un procédé de superposition ou d'enroulement, et plusieurs conducteurs positifs et négatifs s'étendent à partir des couches respectives positive et négative, et enfin deux pièces de compression conductrices sont utilisées comme conducteur intégral pour les conducteurs respectifs positifs ou négatifs. La batterie secondaire au lithium mentionnée ci-dessus est très simple, mais sa structure est trop faible, et est uniquement appropriée pour être utilisée comme structure d'une batterie de faible capacité mais non pas pour une batterie dynamique de capacité élevée. Comme représenté sur les Figures 2 et 3, un ensemble d'électrodes 20 pour une batterie carrée divulguée dans le brevet 2906648 2 taïwanais n 1 233 227 comprend une couche positive, une couche de séparation et une couche négative qui sont superposées les unes sur les autres. L'ensemble d'électrodes 20 est une structure multi-couches en spirale 5 s'enroulant autour d'une plaquette de base 21. Une zone non revêtue 22 est formée sur un côté de chacune des couches positive et négative, et ensuite plusieurs espaceurs principaux 23 et sous-espaceurs 24 sont disposés sur les zones non revêtues 22 des couches respectives de 10 l'ensemble d'électrodes 20, et enfin plusieurs broches de fixation 25 sont introduites à travers les espaceurs principaux 23, les sous-espaceurs 24 et la plaquette de base 21, formant ainsi une structure de connexion électrique intégrée de l'ensemble d'électrodes. 15 Il est à noter que non seulement la plaquette de base améliore la résistance structurale de la structure de la batterie mais encore les multiples couches positives ou négatives peuvent être enroulées fermement autour de la plaquette de base, il en résulte que l'agencement est 20 approprié pour une utilisation dans une batterie de capacité élevée. On peut omettre les conducteurs classiques en connectant les espaceurs principaux et les sous-espaceurs directement aux couches respectives de l'ensemble 25 d'électrodes, et ainsi on peut omettre le procédé pour souder ou pour former les conducteurs. Cependant, dans cette structure de batterie, chacune des couches de l'ensemble d'électrodes doit être équipée d'un espaceur principal et d'un sous-espaceur. Si le nombre de couches 30 est important, le nombre des espaceurs principaux et des sous-espaceurs augmentera en conséquence, et ceci conduira non seulement à une augmentation du coût de production mais encore à une complication du procédé d'assemblage. Et de 2906648 3 façon plus importante, les espaceurs principaux disposés dans les couches respectives de l'ensemble d'électrodes augmenteront la résistance interne (résistance de contact) de la structure de noyau de la batterie, ce qui conduira à 5 des problèmes d'augmentation de température et de gaspillage d'énergie. Et dans le procédé de charge et de décharge d'une batterie de capacité élevée, une résistance de contact élevée conduira à une oxydation, provoquée par la température élevée, de la zone non revêtue de l'ensemble 10 d'électrodes. Le principal objectif de la présente invention est de proposer une structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au lithium. Les couches respectives des zones conductrices positive et négative sont serrées 15 ensemble par les pièces de compression conductrices, d'où il résulte que la structure de la présente invention est simple. De plus, les couches respectives des zones conductrices positive et négative sont pressées contre et en contact électrique entre elles directement, d'où il 20 résulte que si on la compare à la structure classique, la résistance interne de la structure de la présente invention est relativement faible et est appropriée pour une utilisation dans le boîtier de batterie de capacité élevée. Un objectif secondaire de la présente invention 25 est de proposer une structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au lithium. Les couches respectives des zones conductrices positive et négative sont serrées ensemble par les pièces de compression conductrices ; étant donné que la structure de la présente invention est simple, 30 le coût résultant et la complexité du procédé d'assemblage seront sensiblement réduits. La présente invention a donc pour objet une structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au 2906648 4 lithium, caractérisée par le fait qu'elle est disposée dans un boîtier de batterie et connectée électriquement à des bornes conductrices positive et négative du boîtier de batterie par deux éléments de connexion, la structure de 5 noyau comprenant : une plaquette de base isolante disposée dans le boîtier de batterie ; un ensemble d'électrodes comprenant au moins une couche positive, une couche de séparation et une 10 couche négative, dans lequel la couche positive, la couche de séparation et la couche négative sont superposées les unes sur les autres et ensuite s'enroulent autour de la plaquette de base, une zone non revêtue est formée sur un côté de la couche 15 positive pour une utilisation comme zone conductrice positive, et la couche négative comporte, sur un autre côté de celle-ci opposé à la couche positive, une zone non revêtue pour une utilisation comme zone conductrice négative, les zones conductrices positive 20 et négative font saillie des deux côtés de l'ensemble d'électrodes ; deux ensembles de fixation conducteurs, chacun comprenant au moins un élément de fixation et une pièce de compression conductrice, dans lesquels les 25 pièces de compression conductrices sont disposées à l'extérieur de la zone conductrice positive ou de la zone conductrice négative, l'élément de fixation est introduit à travers un trou traversant de l'une des pièces de compression conductrices, est fixé sur la 30 plaquette de base, de telle sorte que la pièce de compression conductrice est fermement pressée contre la zone conductrice positive ou la zone conductrice négative, et la zone conductrice positive ou la zone 20 2906648 5 conductrice négative est maintenue en contact électrique serré avec la pièce de compression conductrice, les ensembles de fixation conducteurs sont connectés électriquement à la borne conductrice 5 positive ou à la borne conductrice négative par les éléments de connexion. L'une et l'autre des extrémités de la plaquette de base peuvent être recouvertes d'un manchon conducteur, lorsque la pièce de compression conductrice est pressée 10 contre la zone conductrice positive ou la zone conductrice négative, le manchon conducteur étant apte à améliorer la connexion électrique entre les surfaces de compression de la zone conductrice positive et de la zone conductrice négative. 15 Les éléments de connexion conducteurs peuvent être un câble flexible. Pour mieux illustrer l'objet de la présente invention, on va maintenant en décrire un mode de réalisation particulier avec référence aux dessins annexés. Sur les dessins : la Figure 1 est une vue illustrative d'une structure de noyau classique pour une batterie secondaire au 25 lithium divulguée dans le brevet américain US n 6 844 109 ; la Figure 2 est une vue éclatée d'une structure de noyau classique pour une batterie secondaire au 30 lithium divulguée dans le brevet taïwanais n 1 233 227 ; 5 2906648 6 la Figure 3 est une vue d'ensemble d'une structure de noyau classique pour une batterie secondaire au lithium divulguée dans le brevet taïwanais n 1 233 227 ; la Figure 4 est une vue en perspective montrant une structure de noyau pour une batterie secondaire au lithium conforme à la présente invention ; 10 la Figure 5 est une vue d'ensemble montrant la structure de noyau pour une batterie secondaire au lithium conforme à la présente invention ; la Figure 6 est une vue en coupe montrant la structure 15 de noyau pour une batterie secondaire au lithium conforme à la présente invention ; la Figure 7 est une vue éclatée conformément à la présente invention montrant la structure de noyau pour 20 une batterie secondaire au lithium avant son installation dans le boîtier de batterie ; la Figure 8 est une vue en coupe conformément à la présente invention montrant la structure de noyau pour 25 une batterie secondaire au lithium après son installation dans le boîtier de batterie ; la Figure 9 est une vue en coupe conformément à la présente invention montrant l'intérieur du boîtier de 30 batterie, dans lequel la structure de noyau est en outre dotée de manchons conducteurs. 2906648 7 La présente invention ressortira davantage à la lecture de la description suivante considérée conjointement avec les dessins annexés, qui montrent, dans un but uniquement illustratif, le mode de réalisation préféré 5 conforme à la présente invention. Si l'on se réfère aux Figures 4 à 7, on peut voir qu'une structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au lithium conforme à un mode de réalisation préféré de la présente invention comprend : une plaquette de base 10 40, un ensemble d'électrodes 50 et deux ensembles de fixation conducteurs 60. La structure de noyau est disposée dans un boîtier de batterie carré 30, et les bornes conductrices positive et négative 31, 32 sur les deux extrémités du boîtier de batterie 30 sont connectées 15 électriquement par deux éléments de connexion 70. La plaquette de base 40 est disposée dans le boîtier de batterie 30. L'ensemble d'électrodes 50 comprend au moins une couche positive 51, une couche de séparation 52 et une 20 couche négative 53 qui sont superposées les unes sur les autres et qui ensuite s'enroulent autour de la plaquette de base 40. Les surfaces des couches d'électrode positive et négative 51, 53 sont revêtues par respectivement une matière d'électrode positive et une matière d'électrode 25 négative. La couche de séparation 52 est située entre les couches d'électrode positive et négative 51, 53. Une zone non revêtue est formée sur un côté de la couche positive 51 pour une utilisation comme zone conductrice positive 511, et la couche négative 52 comporte, sur un autre côté de 30 celle-ci opposé à la couche positive 51, une zone non revêtue pour une utilisation comme zone conductrice négative 531. Les zones conductrices positive et négative 511 et 531 font saillie des deux côtés de l'ensemble de 2906648 8 couche positive 51, de couche de séparation 52 et de couche négative 53. Après que l'ensemble d'électrodes 53 a été formé par l'enroulement de la couche positive 51, de la couche de séparation 52 et de la couche négative 53 autour 5 de la plaquette de base 40, les zones conductrices positive et négative 511 et 531 font saillie des deux extrémités de l'ensemble d'électrodes 50. Chacun des ensembles de fixation conducteurs 60 comprend un élément de fixation 61 et deux pièces de 10 compression conductrices 62. Chaque pièce de compression conductrice 62 est dotée d'un trou traversant 621 et est disposée à l'extérieur de la zone conductrice positive 511 ou de la zone conductrice négative 531. L'élément de fixation peut être un boulon et est introduit à travers le 15 trou traversant 621 de l'une des pièces de compression conductrices 62, la plaquette de base 40, et le trou traversant 621 d'une autre pièce de compression conductrice 62, de telle sorte que les deux pièces de compression conductrices 62 sont fixées sur la plaquette de base 40 et 20 sont fermement pressées contre la zone conductrice positive 511 ou la zone conductrice négative 531, et la zone conductrice positive 511 ou la zone conductrice négative 531 est maintenue en contact électrique serré avec les pièces de compression conductrices 62. 25 Chacun des éléments de connexion 70 est une structure flexible conductrice et incurvée ayant une extrémité connectée électriquement aux pièces de compression conductrices 62 de l'ensemble d'électrodes 50 et une autre extrémité connectée électriquement à la borne 30 conductrice positive 31 ou à la borne conductrice négative 32. La structure de noyau et la relation de disposition des composants de celle-ci sont mentionnées ci- 2906648 9 dessus. La présente invention vise en outre à améliorer l'agencement de la structure de noyau et à utiliser l'élément de connexion comme une connexion conductrice de l'électricité pour connecter les pièces de compression 5 conductrices à la zone conductrice positive ou à la zone conductrice négative, et l'élément de connexion est une structure flexible incurvée. Par de telles dispositions, même s'il y a une erreur de dimension dans le noyau ou dans le boîtier, elle peut être surmontée par la déformation de 10 l'élément de connexion, et ainsi la batterie peut être assemblée avec succès. Si l'on se réfère encore aux Figures 4 à 8, on peut voir que les zones conductrices 511 et 531 non revêtues, de grande dimension, sont laissées sur l'ensemble 15 d'électrodes 50, et les zones conductrices positive et négative 511, 531 sont une structure multi-couches. Les pièces de compression conductrices 62 des ensembles de fixation conducteurs 60 sont fixées à l'extérieur des zones conductrices positive et négative 511, 531, et l'élément de 20 fixation 61 passe à travers le trou traversant 621 de la pièce de compression conductrice 62 et la plaquette de base 40 et est fixé à celle-ci, de telle sorte qu'une partie des pièces de compression conductrices 62 est fermement pressée contre les couches respectives des zones conductrices 25 positive et négative 511, 531. De cette manière, la puissance électrique de l'ensemble d'électrodes 50 peut être émise sans problème à partir des pièces de compression conductrices 62 par l'intermédiaire des zones conductrices positive et négative 511, 531. 30 Il est à noter que les couches respectives des zones conductrices positive et négative 511, 531 sont serrées ensemble par les pièces de compression conductrices 62, la structure de la présente invention étant par 2906648 10 conséquent simple. De plus, les couches respectives des zones conductrices positive et négative 511, 531 sont pressées contre et en contact électrique serré les unes avec les autres directement. Par conséquent, si on la 5 compare avec celle de la structure classique faite d'espaceurs principaux et sous-espaceurs, la résistance interne de la présente invention est manifestement faible et est appropriée pour une utilisation dans un boîtier de batterie de capacité élevée. 10 De plus, comme représenté sur la Figure 9, l'une et l'autre des extrémités de la plaquette de base 40 peuvent être recouvertes d'un manchon conducteur 80, lorsque les pièces de compression conductrices 62 sont pressées contre les zones conductrices positive et négative 15 511, 531, le manchon conducteur 80 peut améliorer la connexion électrique entre les surfaces de compression des zones conductrices positive et négative 511, 531, permettant ainsi d'augmenter le trajet du courant pendant le procédé de charge et décharge de la batterie, et de 20 réduire la résistance de la batterie. REVENDICATIONS 1 - Structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au lithium, caractérisée par le fait qu'elle est disposée dans un boîtier de batterie (30) et connectée électriquement à des bornes conductrices positive et négative (31, 32) du boîtier de batterie (30) par deux éléments de connexion (70), la structure de noyau comprenant : - une plaquette de base (40) isolante disposée dans le boîtier de batterie (30) ; - un ensemble d'électrodes (50) comprenant au moins une couche positive (51), une couche de séparation (52) et une couche négative (53), dans lequel la couche positive (51), la couche de séparation (52) et la couche négative (53) sont superposées les unes sur les autres et ensuite s'enroulent autour de la plaquette de base (40), une zone non revêtue est formée sur un côté de la couche positive (51) pour une utilisation comme zone conductrice positive (511), et la couche négative (53) comporte, sur un autre côté de celle-ci opposé à la couche positive (51), une zone non revêtue pour une utilisation comme zone conductrice négative (531), les zones conductrices positive et négative (511, 531) font saillie des deux côtés de l'ensemble d'électrodes (50) ; - deux ensembles de fixation conducteurs (60), chacun comprenant au moins un élément de fixation (61) et une pièce de compression conductrice (62), dans lesquels les pièces de compression conductrices (62) sont disposées à l'extérieur de la zone conductrice positive (511) ou de la zone conductrice négative (531), l'élément de fixation (61) est introduit à 2906648 12 travers un trou traversant (621) de l'une des pièces de compression conductrices (62), est fixé sur la plaquette de base (40), de telle sorte que la pièce de compression conductrice (62) est fermement pressée 5 contre la zone conductrice positive (511) ou la zone conductrice négative (531), et la zone conductrice positive (511) ou la zone conductrice négative (531) est maintenue en contact électrique serré avec la pièce de compression conductrice (62), les ensembles 10 de fixation conducteurs (60) sont connectés électriquement à la borne conductrice positive (31) ou à la borne conductrice négative (32) par les éléments de connexion (7 0) . 2 - Structure de noyau pour une batterie 15 secondaire carrée au lithium, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'une et l'autre des extrémités de la plaquette de base (40) sont recouvertes d'un manchon conducteur (80), lorsque la pièce de compression conductrice (62) est pressée contre la zone 20 conductrice positive ou la zone conductrice négative, le manchon conducteur (80) étant apte à améliorer la connexion électrique entre les surfaces de compression de la zone conductrice positive (511) et de la zone conductrice négative (531). 25 3 - Structure de noyau pour une batterie secondaire carrée au lithium, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que les éléments de connexion conducteurs (70) sont un câble flexible.