Brevet FR3122606A1 — publié le 20221111

L'invention concerne un procédé et un système de fabrication d'une cellule de batterie. Le procédé comprend les étapes suivantes : - fournir un premier film d'électrode (10) ; - marquer le premier film d'électrode (10) au niveau de points de marquage désignés (1a), de telle sorte qu'une première électrode (1) soit délimitée entre deux points de marquage consécutifs (1a), et de telle sorte que les points de marquage (1a) soient destinés à devenir des points de flexion lorsque le premier film d'électrode (10) est plié ; - fournir, entre deux points de marquage consécutifs (1a), des secondes électrodes (2) ; - former des assemblages d’électrodes ; - former, dans un poste d'empilage (700), un empilement d'ensembles d'électrodes, chaque ensemble d'électrodes étant formé avant l'introduction dudit ensemble d'électrodes dans le poste d'empilage (700). Figure 1 Système et procédé de fabrication d'une cellule de batterie Domaine technique de l'invention L'invention concerne le domaine technique de fabrication d'une cellule de batterie. En particulier, l'invention concerne un procédé de fabrication d'une cellule de batterie et un système de fabrication d'une cellule de batterie. Art antérieur Il est connu de fabriquer un module de batterie lithium-ion avec plusieurs cellules de batterie. Chaque cellule de batterie comprend un empilement d'électrodes séparées par un film séparateur interposé entre deux électrodes. Pour obtenir un tel empilement, il est connu de traiter une par une chaque couche de l’empilement, ladite couche étant choisie parmi : une électrode positive, une électrode négative, un film séparateur ; ceci n'est pas satisfaisant car la fabrication d'un tel empilement demande beaucoup de temps. Pour améliorer la vitesse de fabrication, il est connu d’utiliser un film séparateur qui est intégré dans l’empilement en pliant ledit film séparateur en accordéon ; ainsi, le même film séparateur est disposé pour séparer chaque couple d’électrodes adjacentes dans l’empilement. À cet effet, à chaque pli du film séparateur ajouté à l’empilement, une électrode choisie parmi une électrode positive et une électrode négative est ajoutée sur une portion du film séparateur précédemment ajouté à l'empilement. Cependant, dans certains cas, un problème se pose : le pliage du séparateur peut générer des plis dudit séparateur et causer des dommages mécaniques à la cellule de la batterie. En outre, en raison de la demande croissante de cellules de batterie, un autre problème à résoudre est celui de l'accélération du processus de fabrication des cellules de batterie. Pour tenter de résoudre les problèmes susmentionnés, la demande de brevet US 2015/0263375 A1 décrit un dispositif avec lequel, pendant la production d'un empilement d'électrodes, un film séparateur est plié alternativement sur les deux côtés d'un empilement d'électrodes. Ce dispositif utilise des supports, qui sont mis en place aussi près que possible du pli à former, immobilisent le matériau à plier pour la séparation sur toute sa largeur, et une formation de poche se produit grâce à un flux de gaz provenant d’un module de surpression sur toute la largeur du film séparateur, ce qui permet un pliage en accordéon sans dommage et harmonieux. Cependant, la solution décrite dans le document US 2015/0263375 A1 repose sur un dispositif de guidage pour le pliage en accordéon du film séparateur, ainsi que sur au moins une pince pour la prise et la dépose des électrodes et un module de surpression, ce qui suggère que le procédé est coûteux à mettre en œuvre et que le mouvement des différents éléments utilisés ralentit le processus de fabrication de la cellule de batterie. L’objet de la présente invention est de fournir une cellule de batterie fabriquée à un rythme rapide sans pli dans le séparateur. À cet effet, la présente invention concerne, dans un premier aspect, un procédé de fabrication d’une cellule de batterie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir un premier film d'électrode ayant un premier côté et un second côté opposé au premier côté ; - fournir un premier film séparateur sur le premier côté du premier film d'électrode et un second film séparateur sur le second côté du premier film d'électrode ; - marquer le premier film d'électrode à des points de marquage désignés, de telle sorte qu'une première électrode soit délimitée entre deux points de marquage consécutifs, et de telle sorte que les points de marquage soient destinés à devenir des points de flexion lorsque le premier film d'électrode est plié - fournir, entre deux points de marquage consécutifs, des secondes électrodes alternativement sur le premier film séparateur et le second film séparateur de telle sorte que chaque seconde électrode fasse sensiblement face à l'une des premières électrodes, - former des ensembles d'électrodes de telle sorte que chaque ensemble d'électrodes comprenne l'une des premières électrodes, l'une des secondes électrodes et une partie de séparation du premier film séparateur ou du second film séparateur, ladite partie de séparation du premier film séparateur ou du second film séparateur étant interposée entre ces première et seconde électrodes ; - former, dans un poste d'empilage, un empilement d’ensemble d'électrodes, cette étape comprenant le pliage multiple du premier film d'électrode et du premier film séparateur et du second film séparateur ; chaque ensemble d'électrodes étant formé avant l'introduction dudit ensemble d'électrodes dans le poste d'empilage. Le procédé peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Avantageusement, pour chaque ensemble d'électrodes introduit dans le poste d'empilage après un ensemble d'électrodes précédemment introduit dans le poste d'empilage, l'étape de formation d’empilement d'ensemble d'électrodes comprend : - un premier pliage du premier film séparateur et des seconds films séparateurs dans une première direction de pliage, - un premier pliage du premier film d'électrode dans la première direction de pliage, le premier pliage du premier film d'électrode entraînant une première flexion du premier film d'électrode au niveau d'un premier point de marquage, - un second pliage du premier film séparateur et des seconds films séparateurs dans une seconde direction de pliage, - un second pliage du premier film d'électrode dans la seconde direction de pliage, le second pliage du premier film d'électrode résultant en un second pliage du premier film d'électrode au niveau d'un second point de marquage consécutif au premier point de marquage, le premier et le second pliages du premier film d'électrode résultant en l'obtention de la première électrode à partir du premier film d'électrode, les premier et second sens de pliage étant opposés, le premier et le second pliages du premier film séparateur et du second film séparateur et le premier et le second pliages du premier film d'électrode étant destinés à permettre l'empilement de l'ensemble d'électrode introduit avec un ensemble d'électrode correspondant précédemment introduit. Avantageusement, l’étape de formation de l’empilement est telle que chaque couple d’ensembles d’électrodes adjacents dans l’empilement d’ensembles d’électrodes comprend deux ensembles d’électrodes respectivement appelés premier ensemble d’électrodes et second ensemble d’électrodes, le premier ensemble d’électrodes et le second ensemble d’électrodes étant empilés avec interposition d’une portion séparatrice inter-ensembles, ladite portion séparatrice inter-ensembles étant formée par une partie correspondante du premier ou du second film séparateur, et étant reliée à la portion séparatrice du second ensemble d’électrodes par une portion de liaison de séparateur. Avantageusement, pour chaque ensemble d’électrodes introduit dans le poste d’empilage après un ensemble d’électrodes précédemment introduit dans le poste d’empilage, l’étape de formation de l’empilement d’ensembles d’électrodes comprend un déplacement dudit ensemble d’électrodes précédemment introduit pour permettre l’empilage dudit ensemble d’électrodes introduit avec l’ensemble d’électrodes précédemment introduit. Avantageusement, le poste d’empilage comprend une plateforme d’empilage configurée pour effectuer un mouvement linéaire dans une direction sensiblement parallèle à une direction d’empilage des ensembles d’électrodes dans le poste d’assemblage et configurée pour supporter l’ensemble d’électrodes, et dans lequel chaque déplacement est effectué par le mouvement linéaire de la plateforme d’empilage, la vitesse du mouvement linéaire de la plateforme d’empilage étant adaptée à la vitesse de défilement du premier film d’électrode. Avantageusement, l’étape de formation d’ensembles d’électrodes comprend, pour chaque ensemble d’électrodes à former, une étape de laminage de la seconde électrode dudit ensemble d’électrodes sur le premier ou le second film séparateur, de sorte que ladite seconde électrode est solidaire du premier ou du second film séparateur à la fin de ladite étape de laminage. Avantageusement, le procédé décrit est tel qu’après l’achèvement de l’empilement d’ensembles d’électrodes, le premier film séparateur et le second film séparateur sont découpés pour permettre d’obtenir, à partir du poste d’empilage, la cellule de batterie comprenant l’ensemble d’électrodes empilées. Avantageusement, le procédé est tel que, le marquage du premier film d'électrode est réalisé par gravure laser et les points de marquage désignés sont des trous gravés au laser. Avantageusement, le procédé est tel que le marquage du premier film d'électrode est réalisé par un revêtement de motif du premier film d’électrode avec un motif prédéfini, et les points de marquage désignés sont des zones inter-motifs séparant deux motifs consécutifs. Dans un second aspect, l’invention concerne également un système de fabrication d’une cellule de batterie, ledit système comprenant : - un poste de fourniture d'un premier film d'électrode qui fournit un premier film d'électrode ayant un premier côté et un second côté opposé au premier côté ; - un poste de fourniture d'un premier film séparateur fournissant un premier film séparateur sur le premier côté du premier film d'électrode et un poste de fourniture d'un second film séparateur fournissant un second film séparateur sur le second côté du premier film d'électrode ; - un poste de marquage dans lequel le premier film d'électrode est marqué au niveau de points de marquage désignés, de sorte qu'une première électrode est délimitée entre deux points de marquage consécutifs, les points de marquage étant destinés à devenir des points de flexion lorsque le premier film d'électrode est plié ; - un poste de fourniture de seconde électrode fournissant alternativement, entre deux points de marquage consécutifs, des secondes électrodes alternativement sur le premier film séparateur et les seconds films séparateurs de sorte que chaque seconde électrode fait sensiblement face à une première électrode ; - un poste d'assemblage d'électrodes, dans lequel les assemblages d'électrodes sont formés de telle sorte que chaque assemblage d'électrodes comprend une première électrode, une seconde électrode et une portion séparatrice du premier film séparateur ou du second film séparateur, ladite portion séparatrice du premier film séparateur ou du second film séparateur étant interposée entre ladite première électrode et ladite seconde électrode ; - un poste d'empilage, dans lequel un d’empilement d'ensemble d'électrodes est destiné à être formé par pliage multiple du premier film d'électrode et du premier film séparateur et du second film séparateur ; - le système étant configuré pour permettre au premier film séparateur et au second film séparateur de se déplacer depuis le poste de fourniture du premier film d'électrode jusqu'au poste d'empilage, le poste d'assemblage d'électrodes étant disposé de manière à être traversé par le premier film séparateur et les seconds films séparateurs entre le poste de fourniture du premier film séparateur et le poste de fourniture du second film séparateur et le poste d'empilage. Avantageusement, le système est tel que le poste de marquage comprend un appareil de gravure au laser qui grave au laser le premier film d'électrode, et dans lequel les points de marquage désignés sont des trous gravés au laser. Avantageusement, le système est tel que le poste de marquage comprend un appareil de revêtement de motif qui revêt le premier film d'électrode d'un motif prédéfini et dans lequel les points de marquage désignés sont des zones inter-motifs séparant deux motifs consécutifs. Avantageusementle système est tel que le poste d'empilage comprend une plateforme d'empilage configurée pour effectuer un mouvement linéaire dans une direction sensiblement parallèle à une direction d'empilage des ensembles d'électrodes dans le poste d'empilage et configurée pour supporter les ensembles d'électrodes empilés, le mouvement linéaire de la plateforme d'empilage étant commandé de manière à dépendre de la vitesse du premier film d’électrode. Avantageusement, le système est tel que le poste d’assemblage d’électrodes est configuré pour mettre en œuvre un laminage tel que, pour chaque ensemble d’électrodes à former, la portion séparatrice du premier ou du second film séparateur dudit ensemble d’électrodes est laminée avec la seconde électrode dudit ensemble d’électrodes. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description détaillée qui suit. L’invention va maintenant être décrite, à titre d’exemple seulement, en référence aux dessins ci-joints, dans lesquels : La est une représentation schématique d’un système de fabrication d’une cellule de batterie selon un premier mode de réalisation d’un procédé de fabrication d’une cellule de batterie. La est une représentation schématique d’un système de fabrication d’une cellule de batterie selon un second mode de réalisation du procédé de fabrication décrit d’une cellule de batterie. La est une vue détaillée du poste d’empilage du système présenté aux figures 1 et 2. Dans ces figures, les mêmes chiffres de référence sont utilisés pour désigner les mêmes éléments. Pour des raisons de clarté, les figures ne sont pas nécessairement reproduites à l'échelle. Procédé de fabrication d’une cellule de batterie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir un premier film d'électrode (10) ayant un premier côté et un second côté opposé au premier côté ; - fournir un premier film séparateur (20a) sur le premier côté du premier film d'électrode (10) et un second film séparateur (20b) sur le second côté du premier film d'électrode (10) ; - marquer le premier film d'électrode (10) à des points de marquage désignés (1a), de telle sorte qu'une première électrode (1) soit délimitée entre deux points de marquage consécutifs (1a), et de telle sorte que les points de marquage (1a) soient destinés à devenir des points de flexion lorsque le premier film d'électrode (10) est plié ; - fournir, entre deux points de marquage (1a) consécutifs, des secondes électrodes (2) alternativement sur le premier film séparateur (20a) et le second film séparateur (20b) de telle sorte que chaque seconde électrode (2) fasse sensiblement face à l'une des premières électrodes (1) ; - former des ensembles d'électrodes de telle sorte que chaque ensemble d'électrodes (4) comprenne l'une des premières électrodes (1), l'une des secondes électrodes (2) et une portion séparatrice (3) du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b), ladite portion séparatrice (3) du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b) étant interposée entre ces première électrode (1) et seconde électrode (2) ; - former, dans un poste d'empilage (700), un empilement (5) d'ensembles d'électrodes, cette étape comprenant le pliage multiple du premier film d'électrode (10) et du premier film séparateur (20a) et du second film séparateur (20b) ; chaque ensemble d'électrodes (4) étant formé avant l'introduction dudit ensemble d'électrodes (4) dans le poste d'empilage (700). Procédé selon la revendication 1, dans lequel, pour chaque ensemble d'électrodes (4) introduit dans le poste d'empilage (700) après un ensemble d'électrodes précédemment introduit dans le poste d'empilage (700), l'étape de formation de l’empilement (5) d'ensemble d'électrodes (4) comprend : - un premier pliage du premier film séparateur (20a) et des seconds films séparateurs (20b) dans une première direction de pliage, - un premier pliage du premier film d'électrode (10) dans la première direction de pliage, le premier pliage du premier film d'électrode (10) entraînant une première flexion du premier film d'électrode (10) au niveau d'un premier point de marquage, - un second pliage du premier film séparateur (20a) et des seconds films séparateurs (20b) dans une seconde direction de pliage, - un second pliage du premier film d'électrode (10) dans la seconde direction de pliage, le second pliage du premier film d'électrode (10) entraînant une seconde flexion du premier film d'électrode (10) au niveau d'un second point de marquage consécutif au premier point de marquage, la première et la seconde flexion du premier film d'électrode (10) entraînant l'obtention de la première électrode (1) à partir du premier film d'électrode (10), les première et seconde directions de pliage étant opposées, les premier et second pliages du premier film séparateur (20a) et du second film séparateur (20b) et les premier et second pliages du premier film d'électrode (10) étant destinés à permettre l'empilement de l'ensemble d'électrodes introduit (4) avec un ensemble d'électrodes correspondant introduit précédemment. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel l’étape de formation de l’empilement (5) est telle que chaque couple d’ensembles d’électrodes adjacents dans l’empilement (5) d’ensembles d’électrodes comprenne deux ensembles d’électrodes respectivement appelés premier ensemble d’électrodes (4a) et second ensemble d’électrodes (4b), le premier ensemble d’électrodes (4a) et le second ensemble d’électrodes (4b) étant empilés avec interposition d’une portion séparatrice inter-ensembles (3a), ladite portion séparatrice inter-ensembles(3a) étant formée par une partie correspondante du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b), et étant reliée à la portion séparatrice (3) du second ensemble d’électrodes (4b) par une portion de liaison de séparateur (3b). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pour chaque ensemble d’électrodes (4) introduit dans le poste d’empilage (700) après un ensemble d’électrodes précédemment introduit dans le poste d’empilage (700), l’étape de formation de l’empilement (5) d’ensembles d’électrodes comprend un déplacement dudit ensemble d’électrodes précédemment introduit pour permettre l’empilage dudit ensemble d’électrodes introduit avec ledit ensemble d’électrodes précédemment introduit. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le poste d’empilage (700) comprend une plateforme d’empilage (701) configurée pour effectuer un mouvement linéaire (F) dans une direction sensiblement parallèle à une direction d’empilage des ensembles d’électrodes dans le poste d’assemblage (500) et configurée pour supporter l’ensemble d’électrodes (4), et dans lequel chaque déplacement est effectué par le mouvement linéaire (F) de la plateforme d’empilage (701), la vitesse du mouvement linéaire (F) de la plateforme d’empilage (701) étant adaptée à la vitesse de défilement du premier film d’électrode (10). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5 dans lequel l’étape de formation d’ensembles d’électrodes comprend, pour chaque ensemble d’électrodes (4) à former, une étape de laminage de la seconde électrode (2) dudit ensemble d’électrodes (4) sur le premier ou le second film séparateur (20a, 20b), de sorte que ladite seconde électrode (2) est solidaire du premier ou du second film séparateur (20a, 20b) à la fin de ladite étape de laminage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel après achèvement de l’empilement (5) de l’ensemble d’électrodes, le premier film séparateur (20a) et le second film séparateur (20b) sont découpés pour permettre d’obtenir, à partir du poste d’empilage (700), la cellule de batterie comprenant l’empilement (5) de l’ensemble d’électrodes. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le marquage du premier film d'électrode (10) est réalisé par gravure laser et les points de marquage désignés (1a) sont des trous gravés au laser. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le marquage du premier film d'électrode (10) est réalisé par un revêtement de motif du premier film d'électrode (10) avec un motif prédéfini (1b) et les points de marquage désignés (1a) sont des zones inter-motifs séparant deux motifs consécutifs (1b, 1c). Système pour la fabrication d’une cellule de batterie, ledit système comprenant : - un poste de fourniture d'un premier film d'électrode (100) qui fournit un premier film d'électrode (10) ayant un premier côté et un second côté opposé au premier côté ; - un poste de fourniture d'un premier film séparateur (201) fournissant un premier film séparateur (20a) sur le premier côté du premier film d'électrode (10) et un poste de fourniture d'un second film séparateur (202) fournissant un second film séparateur (20b) sur le second côté du premier film d'électrode (10) ; - un poste de marquage (300) dans lequel le premier film d'électrode (1) est marqué au niveau de points de marquage désignés (1a), de sorte qu'une première électrode (1) est délimitée entre deux points de marquage consécutifs, les points de marquage (1a) étant destinés à devenir des points de flexion lorsque le premier film d'électrode (10) est plié ; - un poste de fourniture de secondes électrodes (400) fournissant alternativement, entre deux points de marquage consécutifs, des secondes électrodes (2) alternativement sur le premier film séparateur (20a) et les seconds films séparateurs (20b) de sorte que chaque seconde électrode (2) fait sensiblement face à une première électrode (1) ; - un poste d'assemblage d'électrodes (500), dans lequel des assemblages d'électrodes sont formés de telle sorte que chaque assemblage d'électrodes (4) comprend une première électrode (1), une seconde électrode (2) et une portion séparatrice (3) du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b), ladite portion séparatrice (3) du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b) étant interposée entre ladite première électrode (1) et ladite seconde électrode (2) ; - un poste d'empilage (700), dans lequel un empilement (5) d'ensemble d'électrodes est destiné à être formé par pliage multiple du premier film d'électrode (10) et du premier film séparateur (20a) et du second film séparateur (20b) ; - le système (1 000) étant configuré pour permettre au premier film séparateur (20a) et au second film séparateur (20b) de se déplacer depuis le premier poste de fourniture de film d'électrode (100) jusqu'au poste d'empilage (700), le poste d'assemblage d'électrode (500) étant agencé de manière à être traversé par le premier film séparateur (20a) et les seconds films séparateurs (20b) entre le premier poste de fourniture de film séparateur (201) et le second poste de fourniture de film séparateur (202) et le poste d'empilage (700). Système selon la revendication 10, dans lequel le poste de marquage (300) comprend un appareil de gravure au laser (301, 302) qui grave au laser le premier film d'électrode (10), et dans lequel les points de marquage désignés (1a) sont des trous gravés au laser. Système selon la revendication 10, dans lequel le poste de marquage (300) comprend un appareil de revêtement de motif (303) qui revêt le premier film d'électrode (10) d'un motif prédéfini (1b) et dans lequel les points de marquage désignés (1a) sont des zones inter-motifs séparant deux motifs consécutifs (1b, 1c). Système selon l’une quelconque des revendications 10 et 11 ou 10 et 12, dans lequel le poste d’empilage (700) comprend une plateforme d’empilage (701) configurée pour effectuer un mouvement linéaire (F) dans une direction sensiblement parallèle à une direction d’empilage des ensembles d’électrodes dans le poste d’empilage (700) et configurée pour supporter les ensembles d’électrodes empilés (4), le mouvement linéaire (F) de la plateforme d’empilage (701) étant commandé de manière à dépendre de la vitesse de défilement du premier film d’électrode (10). Système selon l’une quelconque des revendications 10, 11 et 13 ou 10,12 et 13 dans lequel le poste d’assemblage d’électrodes (500) est configuré pour mettre en œuvre un laminage tel que, pour chaque ensemble d’électrodes à former, la portion séparatrice (3) du premier film séparateur (20a) ou du second film séparateur (20b) dudit ensemble d’électrodes est laminée avec la seconde électrode (2) dudit ensemble d’électrodes (4).