Brevet FR3125640A1 — publié le 20230127

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, le procédé de fabrication comprenant une étape de formation (E30) dans laquelle un premier empilement de bandes compressé (15) et un deuxième empilement de bandes compressé (25) distincts l’un de l’autre sont formés chacun par la solidarisation d’une bande d’anode (11), d’une première bande de séparateur (13), d’une bande de cathode (21) et d’une deuxième bande de séparateur (23) ; et une étape d’enroulement (E60) dans laquelle le premier empilement de bandes compressé (15) et le deuxième empilement de bandes compressé (25) sont enroulés ensemble. L’invention concerne également une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique obtenue par un tel procédé. Figure 1 Cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique et procédé de fabrication d’une telle cellule Domaine technique de l’invention La présente invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique. L’invention concerne aussi une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique obtenu par un tel procédé. Etat de la technique Dans le domaine du stockage d’énergie électrique, il est connu d’utiliser une ou plusieurs cellules de batterie, par exemple montées en série, pour stocker ou alternativement fournir de l’énergie électrique. Ce type de dispositif est utilisé dans des domaines d’application très variés comme par exemple celui des téléphones mobiles, des dispositifs électroniques portables, des véhicules électriques etc. Ces dernières années, la demande en dispositifs de stockage d’énergie électrique dans ces domaines a drastiquement augmenté, nécessitant une augmentation des capacités de production de ces dispositifs, et donc des cellules les composant. Par exemple, il est connu de l’état de la technique d’utiliser des cellules de batteries ayant une forme cylindrique. Ce type de batterie comprend généralement un empilement sous forme de bande qui est enroulé sur lui-même pour former la cellule de batterie. Un tel empilement comprend classiquement une bande d’anode, une bande de cathode, et deux bandes de séparateur séparant les bandes d’anode et de cathode. Ces bandes de séparateur sont indispensables à la formation de la cellule car elles permettent d’isoler électriquement et chimiquement la bande d’anode de la bande de cathode pour qu’elles ne soient pas en contact direct l’une avec l’autre. Ainsi, si un défaut d’alignement entre les bandes de séparateur et les bandes d’électrodes est présent, un court-circuit peut se produire à l’intérieur d’une cellule. Dans une production à grande échelle notamment, il est possible de constater un désalignement entre les différentes bandes constitutives de la cellule, ce qui peut rendre possible le contact direct entre l’anode et la cathode. Pour éviter cela, il est connu d’utiliser des moyens de contrôle des cellules au cours du procédé de fabrication, mais également d’instrumenter la ligne de production avec des capteurs d’alignement pour améliorer l’alignement entre les bandes. Toutefois, malgré ces précautions, des problèmes de fabrication persistent et conduisent généralement à la mise au rebus de la cellule de batterie quand le défaut est identifié lors de la fabrication. Dans d’autres cas plus problématiques, ces défauts de fabrication peuvent mener à la destruction de la batterie lors de son utilisation. Ces désagréments peuvent être causés par une mauvaise adhésion mécanique entre les couches, ou par une mauvaise stabilité thermique. En effet, les bandes de séparateur comprenant généralement des matériaux polymères, elles peuvent se dilater ou se contracter lors du procédé de fabrication, ou lors de l’utilisation de la cellule de batterie, notamment lorsqu’elle monte en température. Objet de l’invention La présente invention a pour but de proposer une solution qui réponde à tout ou partie des problèmes précités : Ce but peut être atteint grâce à la mise en œuvre d’un procédé de fabrication d’une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique, le procédé de fabrication comprenant : une étape de fourniture d’une bande d’anode, d’une bande de cathode, d’une première bande de séparateur et d’une deuxième bande de séparateur ; une étape de formation dans laquelle un premier empilement de bandes compressé et un deuxième empilement de bandes compressé distincts l’un de l’autre sont formés chacun par la solidarisation de la bande d’anode, de la première bande de séparateur, de la bande de cathode et de la deuxième bande de séparateur, ladite étape de formation comprenant une étape de compression dans laquelle la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur sont superposées et compressées ensemble, de manière à former chacun desdits premier et deuxième empilements de bandes compressé ; une étape d’enroulement dans laquelle le premier empilement de bandes compressé et le deuxième empilement de bandes compressé sont enroulés ensemble, en se superposant l’un sur l’autre, autour d’un même mandrin d’enroulement entraîné en rotation autour d’un axe d’enroulement durant l’étape d’enroulement. Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un procédé de fabrication permettant de superposer par enroulement, au moins deux empilements de bandes compressés de manière à former rapidement une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique, typiquement une cellule de forme cylindrique. Par comparaison avec un procédé de fabrication formant une cellule par un enroulement d’un seul empilement de bandes, l’enroulement simultané de plusieurs empilements de bandes déjà préformés par compression permet à la fois : de limiter la longueur des bandes à enrouler pour obtenir ladite cellule de dispositif de stockage d’énergie électrique, permettant ainsi de limiter le phénomène d’ondulation des bandes dans leur largeur ; d’augmenter la vitesse de formation de chaque cellule de dispositif de stockage d’énergie électrique pour une même vitesse de rotation du mandrin d’enroulement ; et d’améliorer le contrôle de l’alignement des bandes avant l’étape d’enroulement. En réduisant la longueur des bandes à enrouler, il devient plus aisé de contrôler l’alignement des électrodes et/ou des séparateurs entre eux. En effet, en augmentant la longueur des feuilles d’électrodes, on augmente la probabilité d’un défaut d’alignement. Il est bien compris que l’utilisation des termes « premier » et « deuxième » n’est pas limitative et que selon le mode de réalisation, il peut y avoir au moins un empilement de bandes compressé supplémentaire de même nature que les premier et deuxième empilements de bandes compressés et pour lequel les mêmes principes qu’eux s’appliquent. De la même manière, les termes « premier », « deuxième », ne sont pas limitatifs, et permettent de distinguer les bandes de séparateur les unes des autres. Le procédé de fabrication peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. Selon un mode de réalisation, l’étape d’enroulement permet de former une cellule de batterie en forme de poche, dite « Pouch Cell » selon la dénomination anglo-saxonne consacrée. Selon un mode de réalisation, la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode, et la deuxième bande de séparateur présentent une forme générale de film. Par forme de film, on entend qu’un élément présente une épaisseur très largement inférieure, voire négligeable, par rapport à sa largeur ou à sa longueur. Selon un mode de réalisation, la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode, et la deuxième bande de séparateur présentent chacune une largeur comprise entre 40 mm et 120 mm, et plus particulièrement comprise entre 60 mm et 100 mm. Selon un mode de réalisation, la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode, et la deuxième bande de séparateur présentent ensemble une épaisseur totale comprise entre 100 micromètres et 650 micromètres. Selon un mode de réalisation, une largeur de la bande de cathode, comptée le long de l’axe d’enroulement, est strictement inférieure à une largeur de la bande d’anode comptée le long de l’axe d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape de formation comprend, pour chacun du premier empilement de bandes compressé et du deuxième empilement de bandes compressé, une étape d’introduction dans laquelle, pour chacun du premier empilement de bandes compressé et du deuxième empilement de bandes compressé, une bande d’anode libre, une première bande de séparateur libre, une bande de cathode libre et une deuxième bande de séparateur libre sont introduits dans un guide d’empilement de manière à former l’empilement de bandes compressé correspondant, au sein duquel la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur coopèrent entre elles pour former cet empilement de bandes compressé. Il est donc bien compris que la bande d’anode libre forme la bande d’anode après son introduction dans le guide d’empilement, que la bande de cathode libre forme la bande de cathode après son introduction dans le guide d’empilement, que la première bande de séparateur libre forme la première bande de séparateur après son introduction dans le guide d’empilement, et que la deuxième bande de séparateur libre forme la deuxième bande de séparateur après son introduction dans le guide d’empilement. Selon un mode de réalisation, le guide d’empilement est configuré pour mettre en contact chaque bande libre introduite dans le guide d’empilement avec au moins une autre bande libre introduite dans le guide d’empilement. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est mise en œuvre au niveau du guide d’empilement. Selon un mode de réalisation, la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur sont solidaires suite à leur introduction dans le guide d’empilement. Par exemple, lesdites bandes peuvent coopérer entre elles par adhésion. Selon un mode de réalisation, au moins une bande de séparateur choisie parmi la première bande de séparateur et la deuxième bande de séparateur comprend un agent de liaison réparti sur tout ou partie d’une surface de contact de ladite au moins une bande de séparateur. Ledit agent de liaison étant configuré pour faire adhérer ladite au moins une bande de séparateur avec la bande de cathode ou avec la bande d’anode au sein du premier empilement de bandes compressé ou du deuxième empilement de bandes compressé, notamment lors de l’étape de formation. De manière générale, la première bande de séparateur comprend un film de base en polyoléfine comme le polypropylène « PP », le polyéthylène « PE » ou équivalent. Selon un mode de réalisation, l’agent de liaison peut comprendre un composé céramique ou un polymère, comme par exemple l’aramide, le polyfluorure de vinylidène « PVDF », ou un copolymère comme le Poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) « PVDF-HFP ». Selon un mode de réalisation, l’étape de fourniture d’une bande d’anode libre, d’une bande de cathode libre, d’une première bande de séparateur libre et d’une deuxième bande de séparateur libre comprend le déroulement d’une bobine associée à chaque bande libre. Selon un mode de réalisation, chacun des premier et deuxième empilements de bandes compressés est maintenu tendu entre le guide d’empilement et le mandrin d’enroulement. De cette manière, il est possible de limiter la création de défaut lors de l’étape d’enroulement. En particulier, le fait de maintenir en tension les empilements de bandes compressés permet de maintenir un alignement entre deux empilements de bandes compressés, et d’améliorer l’adhésion entre les deux empilements de bandes compressés. Selon un mode de réalisation, des organes de mise en tension sont disposés entre la presse à rouleaux et le mandrin d’enroulement, lesdits organes de mise en tension étant configurés pour maintenir au moins un empilement de bandes compressé choisi parmi le premier empilement de bandes compressé et le deuxième empilement de bandes compressé entre le guide d’empilement et le mandrin d’enroulement. Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape d’alignement primaire, mise en œuvre avant l’étape de formation, dans laquelle la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur sont alignées les unes par rapport aux autres latéralement le long de l’axe d’enroulement. Il est donc bien compris que l’étape d’alignement primaire est mise en œuvre avant la mise en œuvre de l’étape de compression. Selon un mode de réalisation, l’étape d’alignement primaire est mise en œuvre par un ajustement de la position de chaque bande par rapport aux autres bandes, par exemple par un décalage latéral d’une ou plusieurs des bandes le long de l’axe d’enroulement. Selon un mode de réalisation, le décalage latéral est déterminé par l’intermédiaire d’un capteur d’alignement. Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape d’alignement secondaire dans laquelle lesdits premier empilement de bandes compressé et deuxième empilement de bandes compressé sont alignés l’un par rapport à l’autre latéralement le long de l’axe d’enroulement, ladite étape d’alignement secondaire étant mise en œuvre avant l’étape d’enroulement, et après l’étape de compression. Selon un mode de réalisation, l’étape d’alignement secondaire est mise en œuvre par un ajustement de la position de chaque empilement de bandes compressé par rapport à l’autre empilement de bandes compressé ou aux autres empilements de bandes compressés s’il est prévu au moins un troisième empilement de bandes compressé de même nature que les premier et deuxième empilements de bandes compressés, par exemple par un décalage latéral d’un empilement de bandes compressé le long de l’axe d’enroulement. Selon un mode de réalisation au moins une étape d’alignement parmi l’étape d’alignement primaire et l’étape d’alignement secondaire comprend la mesure d’un décalage latéral entre le premier empilement de bandes compressé et le deuxième empilement de bandes compressé par exemple par un capteur d’alignement, l’alignement du premier empilement de bandes compressé et du deuxième empilement de bandes compressé étant mis en œuvre par un décalage latéral du deuxième empilement de bandes compressé par rapport au premier empilement de bandes compressé de manière à maintenir une valeur dudit décalage latéral inférieure à 5 mm, et notamment inférieure à 2 mm, et plus particulièrement inférieure à 1mm. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est mise en œuvre par l’introduction desdits premier empilement de bandes compressé et deuxième empilement de bandes compressé dans une presse à rouleaux. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux est configurée pour presser au moins un empilement de bandes compressé parmi le premier empilement de bandes compressé et le deuxième empilement de bandes compressé pour atteindre une épaisseur maximale de cet empilement comprise entre 100 µm et 650 µm. Selon un mode de réalisation, le guide d’empilement comprend la presse à rouleaux. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est mise en œuvre par la compression simultanée des premier et deuxième empilements de bandes compressés. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est mise en œuvre par la compression séquentielle des premier et deuxième empilements de bandes compressés. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression comprend une première étape de compression mise en œuvre au niveau d’une première presse à rouleaux de manière à former le premier empilement de bandes compressé, et une deuxième étape de compression distincte de la première étape de compression, et mise en œuvre au niveau d’une deuxième presse à rouleaux, distincte de la première presse à rouleaux, de manière à former le deuxième empilement de bandes compressé. Selon un mode de réalisation, l’étape d’alignement primaire comprend une première étape d’alignement primaire mise en œuvre au niveau de la première presse à rouleaux, et une deuxième étape d’alignement primaire mise en œuvre au niveau de la deuxième presse à rouleaux. De cette manière, il est possible d’obtenir un procédé de fabrication plus compact tout en permettant un alignement plus précis des bandes au niveau de chaque presse à rouleaux. Selon un mode de réalisation, la première presse à rouleaux et la deuxième presse à rouleaux sont décalées spatialement par rapport au mandrin d’enroulement, de sorte qu’une première distance entre la première presse à rouleaux et le mandrin d’enroulement soit strictement supérieure à une distance entre la deuxième presse à rouleaux et le mandrin d’enroulement. Les dispositions précédemment décrites permettent de répartir spatialement les presses à rouleaux, de manière à optimiser l’empreinte au sol d’un équipement permettant de mettre en œuvre le procédé de fabrication. Selon un mode de réalisation, la première presse à rouleaux et la deuxième presse à rouleaux sont disposées l’une au-dessus de l’autre, et au-dessus du mandrin d’enroulement dans le sens de la gravité universelle. Ainsi, et de manière synergique, il est possible de limiter l’empreinte au sol, tout en permettant l’introduction du premier empilement de bandes compressé et du deuxième empilement de bandes compressé au niveau du mandrin d’enroulement par simple gravité. De plus, il est possible de limiter le dépôt de poussières sur la surface des empilements de bandes compressés avant de réaliser l’étape d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape de formation comprend en outre une étape de chauffage dans laquelle la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur sont chauffées à une température d’assemblage. De cette manière, la solidarisation de la bande d’anode, de la première bande de séparateur, de la bande de cathode et de la deuxième bande de séparateur est améliorée. Selon un mode de réalisation, la température d’assemblage est strictement supérieure à 10°C. Selon un mode de réalisation, la température d’assemblage est strictement supérieure à une température ambiante normale. Selon un mode de réalisation, la température d’assemblage est comprise entre 10°C et 150°C lors de l’étape de chauffage. Le but de l’invention peut également être atteint grâce à la mise en œuvre d’une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique obtenue par un procédé de fabrication du type d’un de ceux décrits précédemment. Description sommaire des dessins D’autres aspects, buts, avantages et caractéristiques de l’invention apparaîtront mieux à la lecture de la description détaillée suivante de modes de réalisation préférés de celle-ci, donnée à titre d’exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : La est une vue schématique d’un procédé de fabrication selon un mode de réalisation particulier de l’invention. Procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, le procédé de fabrication comprenant : une étape de fourniture (E10) d’une bande d’anode (11), d’une bande de cathode (21), d’une première bande de séparateur (13) et d’une deuxième bande de séparateur (23) ; une étape de formation (E30) dans laquelle un premier empilement de bandes compressé (15) et un deuxième empilement de bandes compressé (25) distincts l’un de l’autre sont formés chacun par la solidarisation de la bande d’anode (11), de la première bande de séparateur (13), de la bande de cathode (21) et de la deuxième bande de séparateur (23), ladite étape de formation (E30) comprenant une étape de compression (E33) dans laquelle la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23) sont superposées et compressées ensemble, de manière à former chacun desdits premier et deuxième empilements de bandes compressé (15, 25) ; une étape d’enroulement (E60) dans laquelle le premier empilement de bandes compressé (15) et le deuxième empilement de bandes compressé (25) sont enroulés ensemble, en se superposant l’un sur l’autre, autour d’un même mandrin d’enroulement (7) entraîné en rotation autour d’un axe d’enroulement durant l’étape d’enroulement (E60). Procédé de fabrication selon la revendication 1, dans lequel l’étape de formation (E30) comprend, pour chacun du premier empilement de bandes compressé (15) et du deuxième empilement de bandes compressé (25), une étape d’introduction (E31) dans laquelle, pour chacun du premier empilement de bandes compressé (15) et du deuxième empilement de bandes compressé (25), une bande d’anode (11) libre, une première bande de séparateur (13) libre, une bande de cathode (21) libre et une deuxième bande de séparateur (23) libre sont introduits dans un guide d’empilement (4) de manière à former l’empilement de bandes compressé correspondant, au sein duquel la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23) coopèrent entre elles pour former cet empilement de bandes compressé. Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel chacun des premier et deuxième empilements de bandes compressés (15, 25) est maintenu tendu entre le guide d’empilement (4) et le mandrin d’enroulement (7). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, comprenant en outre une étape d’alignement primaire (E20), mise en œuvre avant l’étape de formation (E30), dans laquelle la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23) sont alignées les unes par rapport aux autres latéralement le long de l’axe d’enroulement. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre une étape d’alignement secondaire (E50) dans laquelle lesdits premier empilement de bandes compressé (15) et deuxième empilement de bandes compressé (25) sont alignés l’un par rapport à l’autre latéralement le long de l’axe d’enroulement, ladite étape d’alignement secondaire (E50) étant mise en œuvre avant l’étape d’enroulement (E60) et après l’étape de compression (E33). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de compression (E33) est mise en œuvre par l’introduction desdits premier empilement de bandes compressé (15) et deuxième empilement de bandes compressé (25) dans une presse à rouleaux (2a, 2b). Procédé de fabrication selon la revendication 6, dans lequel l’étape de compression (E33) comprend une première étape de compression (E33a) mise en œuvre au niveau d’une première presse à rouleaux (2a) de manière à former le premier empilement de bandes compressé (15), et une deuxième étape de compression (E33b) distincte de la première étape de compression (E33a), et mise en œuvre au niveau d’une deuxième presse à rouleaux (2b), distincte de la première presse à rouleaux (2a), de manière à former le deuxième empilement de bandes compressé (25). Procédé de fabrication selon les revendications 4 et 7, dans lequel l’étape d’alignement primaire (E20) comprend une première étape d’alignement primaire (E21) mise en œuvre au niveau de la première presse à rouleaux (2a), et une deuxième étape d’alignement primaire (E23) mise en œuvre au niveau de la deuxième presse à rouleaux (2b). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 7 ou 8, dans lequel la première presse à rouleaux (2a) et la deuxième presse à rouleaux (2b) sont décalées spatialement par rapport au mandrin d’enroulement (7), de sorte qu’une première distance entre la première presse à rouleaux (2a) et le mandrin d’enroulement (7) soit strictement supérieure à une distance entre la deuxième presse à rouleaux (2b) et le mandrin d’enroulement (7). Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel la première presse à rouleaux (2a) et la deuxième presse à rouleaux (2b) sont disposées l’une au-dessus de l’autre, et au-dessus du mandrin d’enroulement (7) dans le sens de la gravité universelle. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel l’étape de formation (E30) comprend en outre une étape de chauffage (E35) dans laquelle la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23) sont chauffées à une température d’assemblage.