Brevet FR3089692A1 — publié le 20200612

Description Titre de l'invention : Empilage d'électrodes, cellule galvanique et procédé de réalisation DOMAINE DE L'INVENTION [0001] La présente invention se rapporte à un empilage d'électrodes de cellule galvanique ainsi qu'un procédé de réalisation ou de traitement d'un empilage d'électrodes de cellule galvanique. ETAT DE LA TECHNIQUE [0002] Un élément important de réussite des entrainements électriques et de nombreuses autres applications est le système de stockage efficace et robuste. A côté de la technique lithium-ion déjà développée, les cellules de batterie solide ou cellules de batterie à corps solide gagnent en importance. [0003] Selon le document DE 10 2016 203 918 Al on connaît un procédé de réalisation d'un empilage d'électrodes pour une cellule de batterie. [0004] Selon le document DE 11 2004 000 171 B4 on connaît une plaque de collecteur de branchement d'un empilage de pile à combustible, électrochimique. [0005] EXPOSE ET AVANTAGES DE L'INVENTION [0006] La présente invention a pour objet un empilage d'électrodes de cellule galvanique, comportant une feuille d'électrode ayant une couche d'électrode et un revêtement de couche d'électrode appliqué sur la couche d'électrode, [0007] cet empilage d'électrodes étant caractérisé en ce que [0008] le bord de l'empilage d'électrodes a une couche passivée. [0009] Le bord avec la couche passivée peut être enveloppant. Il peut également s'agir d'une couche passivée seulement partielle, prévue par exemple sur un, deux ou trois côtés, en particulier si les autres côtés débordement de l'électrode par d'autres moyens (par exemple un relief géométrique). [0010] La passivation du revêtement de cathode a comme avantage entre autres : [0011] la conception de l'empilage : une anode active surdimensionnée est réalisable avec des feuilles d'anode et de cathode de mêmes dimensions car la zone du bord de la cathode est passivée c'est-à-dire inactive, [0012] le procédé de réalisation : les feuilles d'électrode de mêmes dimensions réduisent les conditions limites pour le procédé de fabrication par exemple parce que la conception de la cellule permet une réalisation avec des butées mécaniques, [0013] le coût : les procédés de réalisation étroits, réduisent le temps de passage ce qui se répercute de façon positive sur le coût des cellules. De plus on peut également réduire les investissements en machines. 2 100141 Selon un développement particulièrement préférentiel, la feuille d'électrode est une feuille de cathode, la couche d'électrode est une couche de cathode notamment un revêtement de base en aluminium et les revêtements d'électrode sont des revêtements cathodiques qui correspondent notamment à des matières actives et à une matière pour augmenter la conductivité électrique et/ou une matière conductrice d'ions. [0015] La passivation résulte selon, un développement préférentiel, d'un traitement thermique notamment avec laser infrarouge. De façon préférentielle le traitement se fait à une température dans la plage de traitement, supérieure à 450° C. [0016] Selon un développement alternatif préférentiel, la passivation résulte d'un traitement chimique local. Brève description des dessins [0017] La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple d'empilage d'électrodes et de son procédé de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : [0018] [fig.1] schéma d'un exemple d'empilage de couches d'un empilage d'électrodes, et [0019] [fig.2] schéma d'un exemple de détail d'une succession de couches d'un empilage d'électrodes. [0020] DESCRIPTION D'UN MODE DE REALISATION [0021] La combinaison d'électrodes dans les cellules galvaniques en particulier dans les ac- cumulateurs tels que des cellules de batteries à corps solide correspond habituellement à un empilage d'électrode (piles). Il sc compose d'une succession de couches d'anode, de séparateur et de cathodes. Habituellement la feuille cathodique est plus étroite que la feuille anodique. L'anode plus grande réduit les risques d'un vieillissement accéléré de l'anode au bord ainsi que le développement des dendrites au bord et l'assistance de propriétés d'isolation entre un potentiel positif et un potentiel négatif [0022] La figure 1 montre schématiquement un exemple d'un empilage d'électrodes 1 avec la succession de couches suivantes : feuille d'anode 11, séparateur 12, revêtement de cathode 13, couche de cathode 14, revêtement de cathode 15, séparateur 16, feuille d'anode 17, séparateur 18, revêtement de cathode 19, couche de cathode 20, revêtement de cathode 21, séparateur 22. [0023] Les couches de cathode 14 et 20 sont notamment des couches porteuses. [0024] Dans une telle cellule de batterie à corps solide, les combinaisons de cathode peuvent également être réalisées en une couche d'aluminium 14, 20 qui est revêtue d'une couche de cathode 13, 15, 19, 20 formée d'un mélange de matières actives (LPF, NCM etc.) ainsi que de graphite pour la conductivité électrique et/ou de matières à conduction ionique et le cas échéant d'un liant (par exemple PVdF). Comme matière d'anode des couches d'anode 11, 17 on utilise par exemple du lithium. 3 [0025] Selon une variante de réalisation, dans un tel empilage d'électrodes, les couches sé- paratrices sont, selon le procédé de fabrication, de mêmes dimensions que les couches d'anode ou les couches de cathode. [0026] La figure 1 montre une feuille d'anode en une matière active pure par exemple, en lithium métal. De façon analogue, les moyens proposés conviennent également pour une combinaison d'anode formée d'une couche de support et de deux revêtements anodiques. Il peut s'agir par exemple de la structure (Si+C+liant+Li-conducteur)/(Cu)/(Si+C-Fliant+Li-conducteur) ou de la composition (C+liant+Li-conducteur)/(Cu)/(C+Iiant+Li-conducteur). [0027] La figure 2 montre schématiquement un exemple d'une combinaison de cathode 2 comme détail, issu d'un empilage d'électrodes. Lc revêtement de cathode 13, la couche de cathode 14, le revêtement de cathode 15 correspondent aux couches déjà décrites à la figure 1 ; les revêtements de cathode 13, 15 présentent une couche de passivation 201 sur le bord de l'empilage d'électrodes ; la couche de passivation 201 a de préférence une épaisseur d'au moins 10 microns notamment d'au moins 20 microns. [0028] La passivation ou désactivation de la couche 201 se fait notamment par la destruction ou la réduction de sa conductivité ionique ou électronique. [0029] Selon un développement préférentiel, la passivation se fait par traitement thermique, local, du revêtement par exemple par irradiation avec un laser infrarouge. Alors que ce traitement permet de brûler des matières de revêtement telles que le graphite, un catholyte-polymère et/un liant, cela se traduit par la passivation. Dans le cas d'un catholyte céramique par exemple de préférence, il faut atteindre une température supérieure à 450°C. A partir de cette température, la céramique et les ions lithium se perdent et la conductivité ionique est réduite par la décomposition à la transition de phase. Plus la température est élevée, plus le traitement thermique doit se faire de manière suffisamment rapide pour les pertes d'ions. [0030] Selon une variante de réalisation préférentielle, la passivation se fait par un traitement chimique local par exemple dans le cas de la dissolution de sels de lithium à partir d'un catholyte-polymère. [0031] NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX [0032] 1 Empilage d'électrodes [0033] 2 Combinaison de cathode [0034] 11, 17 Feuille d'anode [0035] 12, 16 Séparateur [0036] 13, 15 Revêtement de cathode [0037] 14, 20 Couche de cathode [0038] 18, 22 Séparateur [0039] 19, 21 Revêtement de cathode [0040] 201 Couche pas vée 5