Brevet FR3089688A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Empilage d'électrodes de pile galvanique Domaine de l'invention [0001] La présente invention sc rapporte à un empilage d'électrodes d'une pile galvanique et un procédé d'isolation d'un empilage d'électrodes de pile galvanique. Etat de la technique [0002] Un élément important dans la réussite des motorisations électriques et de nombreuses autres applications est un système d'accumulateur efficace et robuste. En plus de la technique lithium-ion très largement répandue, les systèmes PLIT (technique post Li-ion) sont de plus en plus importants. [0003] Selon le document DE 10 2016 203918 Al on connaît un procédé de réalisation d'un empilage d'électrodes 10 pour une pile de batterie. [0004] Lc document DE 11 2011 105 286 T5 décrit une batterie solide, bipolaire avec une couche de renforcement réalisée à la surface du collecteur de courant. [0005] Exposé et avantages de l'invention [0006] La présente invention a pour objet un empilage d'électrodes pour une pile galvanique comprenant une feuille d'électrode, caractérisé en cc que la région de la couche de cathode de la feuille d'électrode, située au bord de l'empilage d'électrodes est isolée électriquement. [0007] En d'autres termes, l'invention a pour objet un empilage d'électrodes pour une pile galvanique, notamment une batterie solide ; l'empilage d'électrodes comprend au moins une électrode ou une feuille d'électrode, de préférence une feuille de cathode et une feuille d'anode. Une région de la couche d'électrodes, notamment de la couche support de la feuille d'électrode aux bords de l'empilage d'électrodes est munie d'une isolation électrique. [0008] On réalise ainsi l'isolation électrique de la région dans laquelle le risque de court- circuit est le plus grand. On réduit le contact direct métal-métal qui pourrait générer des situations de risque pour la pile. [0009] La conductivité électrique des régions critiques avec risque de court-circuit est ainsi réduite. Si la région isolée a une résistance électrique suffisamment grande, on arrive à la passivation électrique du revêtement. [0010] Le dépassement de l'anode par rapport à la surface de la cathode permet de passiver la région du bord. Cela se réalise notamment en supprimant la liaison électrique entre la couche de support et le revêtement. [0011] Cette solution a des avantages, notamment pour : [0012] la conception de l'empilage : on peut réaliser une anode active surdimensionnée avec 2 des feuilles d'anode et de cathode de même taille car la région du bord de la cathode est passivéc, [0013] le procédé de fabrication : des feuilles d'électrodes de même dimension réduisent les conditions limites pour le procédé de fabrication car la conception de la pile permet des butées mécaniques, [0014] le coût : des procédés de fabrication réduits, diminuent le temps de passage, ce qui se répercute de manière positive sur le coût d'une pile. De plus, on réduit également les investissements en machines. [0015] Suivant une caractéristique particulièrement préférentielle, la couche de cathode, notamment le film support de la cathode d'une combinaison de cathodes est isolé par anodisation dans la région du bord de l'empilage d'électrodes dans le cas de cathodes en aluminium, notamment par le procédé Eloxal (oxydation électrolytique d'aluminium). Cela permet une isolation particulièrement efficace et fiable qui s'intègre dans les procédés de fabrications usuels. [0016] Suivant une variante préférentielle, l'isolation électrique se fait par l'application d'une matière isolante sur la couche d'électrodes dans la région du bord de l'empilage d'électrodes. Ce procédé peut également se compléter efficacement dans le cadre de procédés de fabrication usuels. [0017] De façon plus détaillée, l'empilage d'électrodes est caractérisé en ce que la feuille d'électrode est une feuille de cathode, notamment une combinaison de cathode et la couche d'électrodes est une couche de cathode, notamment un film support de cathode de la feuille de cathode. [0018] La couche de cathode peut notamment comporter de l'aluminium. [0019] L'isolation se fait par oxydation ou réduction ou encore par anodisation ou par le procédé Eloxal. [0020] Suivant une autre caractéristique, l'isolation se fait l'application d'une matière isolante. [0021] Suivant une autre caractéristique, pour l'isolation de la région de la couche d'électrode à un bord de la feuille d'électrode, on applique une matière isolante sur la surface de la couche d'électrode. [0022] Dans ces conditions, la matière isolante est appliquée à la limite d'une couche de cathode pour revêtir la couche de cathode. [0023] L'empilage d'électrodes se caractérise en ce que la pile galvanique est une batterie solide. [0024] L'invention a également pour objet un procédé d'isolation d'un empilage d'électrodes de pile galvanique comportant un film d'électrode. Ce procédé est caractérisé en ce qu'on isole électriquement la région de la couche d'électrode de la feuille d'électrode au bord de l'empilage d'électrodes. 3 100251 Suivant une autre caractéristique du procédé, la feuille d'électrodes est une feuille de cathode et la couche d'électrodes est une couche de cathode, notamment un film de support de cathode. [0026] L'isolation est faite par oxydation ou réduction, notamment par anodisation. [0027] Enfin, l'isolation peut se faire par l'application d'une matière isolante. Présentation des dessins [0028] La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation d'un empilage d'électrodes représentés dans les dessins annexés dans lesquels : [0029] [fie.1] schéma d'un exemple d'empilage d'électrodes, [0030] [fig.2] schéma d'un exemple d'une succession de couches d'un empilage d'électrodes avec des pattes de cathode, [0031] [fig.3] schéma d'une succession de couches dans la zone du bord d'un empilage d'électrodes, [0032] [fig.4] schéma d'un exemple d'empilage d'électrodes avec une zone de bord isolée d'une couche de cathode, et [0033] [fig.5] schéma d'un exemple d'empilages d'électrodes avec une matière isolante appliquée sur le bord d'une couche de cathode. [0034] Description du mode de réalisation de l'invention [0035] La combinaison d'électrodes dans les piles galvaniques, en particulier les accu- mulateurs tels que les cellules PLIT correspond habituellement à un empilage d'électrodes. H sc compose d'une succession continue de couches d'anode, de couches séparatrices et de couches de cathode. Comme la réalisation d'un séparateur distinct est difficile, on relie habituellement une couche séparatrice à l'une des électrodes. [0036] La figure 1 montre un empilage d'électrodes 1 en vue de côté. Les pattes de cathode 11 et les pattes d'anode 12 dépassent de l'empilage d'électrodes. On rencontre des problèmes d'isolation, par exemple, dans la région des pattes d'électrode comme cela est indiqué par la référence 13 ; on peut également rencontrer de telles difficultés au bord inférieur ou aux bords latéraux de l'empilage d'électrodes comme cela est indiqué à titre d'exemple sous la référence 14. [0037] A la liaison de la couche séparatrice et de la couche d'anode, on a également un risque de court-circuit qui peut résulter d'une couverture insuffisante du séparateur. La même difficulté existe également dans un empilage d'électrodes dans lequel la cathode est l'électrode la plus grande, notamment dans la région de la patte d'anode et là encore, près des bords. [0038] La figure 2 montre schématiquement un exemple d'empilage d'électrodes 2 comme celui indiqué en vue en coupe à titre d'exemple à l'endroit portant la référence 13 à la figure 1. L'empilage d'électrodes 2 comporte une combinaison de cathode comprenant une couche de cathode 22, notamment un film support de cathode, par exemple, en aluminium avec une patte de cathode 221 et des revêtements de cathode 21 et 23. En outre, l'empilage d'électrodes 2 comprend la couche séparatrice 24 reliée à la combinaison de cathode, par exemple, un électrolyte solide qui sépare la combinaison de cathode d'une couche d'anode 25, par exemple un film de lithium. [0039] La couche séparatrice 24 ne chevauche pas la couche d'anode 25 car son extension est limitée en dimensions par son application à la combinaison de cathode qui est plus petite. Cela peut entraîner des problèmes d'isolation, en particulier dans la région de la patte de cathode 221 comme l'indique la flèche 201. [0040] La figure 3 montre, à titre d'exemple, un empilage d'électrodes 3 comme, par exemple, sur la vue en coupe de l'emplacement portant la référence 14 à la figure 1. L'empilage d'électrodes 3 comprend une combinaison de cathode avec une couche de cathode 32, notamment un film support de cathode, par exemple, en aluminium ainsi que des revêtements de cathode 31 et 33. En outre, l'empilage d'électrodes 3 comprend la couche séparatrice 34 reliée à la combinaison de cathode, par exemple, un électrolyte solide qui sépare la combinaison de cathode de la couche d'anode 35, par exemple un film de lithium. [0041] Dans ce cas, on peut rencontrer des difficultés d'isolation à cause des problèmes d'empilage et des tolérances, du fait de la proximité de l'arête de l'anode et de l'aluminium dégagé, en particulier entre les couches 32 et 35, comme l'indique la flèche 301. [0042] Le risque d'un court-circuit est occasionné ou amplifié, par exemple, dans les cas suivants : [0043] les particules électro-conductrices peuvent mettre en contact les films métalliques, [0044] un développement de dendrites de lithium sur un bord ou une arête, [0045] l'aluminium dégagé, peut être rabattu autour de la feuille séparatrice. [0046] La figure 4 montre schématiquement un exemple d'empilage d'électrode 4 comme dans la vue en coupe de la région portant la référence 14 à la figure 1. L'empilage d'électrode 4 comporte une combinaison de cathode avec une couche de cathode 42, notamment un film support de cathode, par exemple en aluminium ainsi que des revêtements de cathode 41 et 43. Au bord de l'empilage d'électrode, la couche de cathode 42 est travaillée dans la zone de bord 401 de façon à avoir une isolation électrique qui, dans cet exemple, est obtenue, notamment par anodisation de l'aluminium. Le procédé éloxal réalise la couche de surface, non conductrice, aux bords de la couche de cathode 42. [0047] La figure 5 montre schématiquement un exemple d'empilage d'électrodes 5 comme la vue en coupe de la région 14 de la figure 1. L'empilage d'électrodes 5 a une com- hinaison de cathode comprenant une couche de cathode, notamment un film support de cathode, par exemple en aluminium ainsi que des revêtements de cathode 51 et 53. Au bord de l'empilage d'électrodes 5, la couche de cathode 52 dans sa zone de bord, à la limite de la couche de cathode 52, a des revêtements 51 et 53 en un matériau isolant 501. [0048] De façon préférentielle, la matière isolante est appliquée sur la couche d'aluminium avant que celle-ci ne reçoive les revêtements 51 et 53. De façon préférentielle, la matière isolante est appliquée sur la couche d'aluminium seulement aux endroits qui, après empilage, se trouvent au bord de l'empilage d'électrode. De préférence on découpe la feuille de cathode, après avoir revêtu la couche de cathode 52. [0049] Selon une forme de réalisation préférentielle, les moyens présentés peuvent être combinés à d'autres moyens pour accentuer ou garantir l'isolation souhaitée. C'est ainsi que, par exemple, au niveau du bord de l'empilage d'électrodes on peut appliquer une couche séparatrice, si celle-ci a un congé obtenu par une découpe appropriée. On peut également appliquer en plus, un procédé consistant à plonger la pile d'électrode dans une solution de polymère ou à la pulvériser avec une telle solution et sécher ensuite. On peut également appliquer des rubans adhésifs, isolants, sur les feuilles d'électrode, notamment dans la région des pattes des électrodes. Comme dernière variante, on peut notamment compléter les moyens d'isolation par un empilage d'électrode dont le bord est isolé par anodisation. [0050] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0051] 1- Empilage d'électrodes [0052] 11 Patte de cathode [0053] 12 Patte d'anode [0054] 13 Repère d'un emplacement [0055] 14 Repère d'un emplacement [0056] 2 Empilage d'électrodes [0057] 200 Flèche [0058] 22 Couche de cathode [0059] 221 Patte de cathode [0060] 23 Couche de cathode [0061] 24 Couche séparatrice [0062] 25 Couche d'anode [0063] 3 Empilage d'électrodes [0064] 31 Revêtement de cathode [0065] 33 Revêtement de cathode [0066] 34 Couche séparatrice [0067] 35 Couche d'anode 6 [0068] 4 Empilage d'électrodes [0069] 401 Région de bord [0070] 41 Revêtement de cathode [0071] 42 Couche de cathode [0072] 43 Revêtement de cathode [0073] 5 Empilage d'électrodes [0074] 501 Matière isolante [0075] 51 Revêtement de cathode [0076] 52 Couche de cathode [0077] 53 Revêtement de cathode 7 [Revendication 1] [Revendication 2] [Revendication 3] [Revendication 4] [Revendication 5] [Revendication 6] [Revendication 7] [Revendication 8] [Revendication 9] [Revendication 10] [Revendication 11] [Revendication 12]