Brevet FR3122607A1 — publié le 20221111

Procédé de fabrication d'une cellule de batterie L’invention concerne un procédé et un système (1000) pour fabriquer une cellule de batterie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir un film séparateur (103) ; - former des ensembles d’électrodes de telle sorte que chaque ensemble d’électrodes (3) comprenne une première électrode (1), une seconde électrode (2) et une portion du film séparateur (103), ladite portion étant interposée entre lesdites première (1) et seconde (2) électrodes ; - former, dans un poste d’empilage (300), un empilement d'ensembles d'électrodes (3). Figure 1 Procédé de fabrication d'une cellule de batterie Domaine technique de l’invention L'invention concerne le domaine technique de la 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. Etat de la technique Il est connu de fabriquer une batterie lithium-ion avec une cellule de batterie comprenant un empilement, ledit empilement comprenant des électrodes positives et des électrodes négatives et dans lequel les électrodes sont séparées deux par deux 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 placés 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 en douceur. 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. Objet de l’invention L’objet de la présente invention est de fournir une cellule de batterie fabriquée à un rythme rapide. À cet effet, la présente invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule de batterie, ledit procédé comprenant les étapes suivantes : - fournir un film séparateur ; - former des ensembles d’électrodes de telle sorte que chaque ensemble d’électrodes comprenne une première électrode, une seconde électrode et une portion du film séparateur, ladite portion du film séparateur étant interposée entre ladite première électrode et ladite seconde électrode ; - former, dans un poste d’empilage, un empilement d’ensembles d’électrodes, l’étape de formation de l’empilement comprenant un pliage multiple du film séparateur ; chaque ensemble d’électrodes étant formé avant l’introduction dudit ensemble d’électrodes dans le poste d’empilage. En particulier, il peut être compris que chaque ensemble d’électrodes comprend sa propre portion du film séparateur, ladite propre portion étant différente de la portion du film séparateur comprise dans chacun des autres ensembles d'électrodes. Avantageusement, le procédé décrit permet un empilement à grande vitesse et une manipulation moindre du film séparateur, ce qui se traduit par un empilement plus rapide des ensembles d’électrodes et donc par une accélération de la fabrication des cellules de batterie. Avantageusement, le procédé décrit permet d’obtenir un alignement satisfaisant des électrodes au sein de l’ensemble d’électrodes car l’ensemble d’électrodes est formé avant d’introduire l’ensemble d’électrodes dans l’empilement d'ensembles d'électrodes, ce qui permet d'améliorer l'alignement global des électrodes au sein de la cellule de batterie. Pour chaque ensemble d'électrodes, la première électrode et la seconde électrode peuvent être choisies parmi une cathode et une anode. Ainsi, dans ce cas, chaque ensemble d'électrodes comprend une anode et une cathode. À titre d'exemple, la première électrode est une anode pour une cellule de batterie et la seconde électrode est une cathode pour la cellule de batterie. Le procédé peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon une caractéristique, le procédé est tel que les premières électrodes de la cellule de batterie à fabriquer sont positionnées séquentiellement sur le film séparateur, chaque première électrode positionnée sur le film séparateur étant destinée à être associée à l’une des secondes électrodes de la cellule de batterie à fabriquer pendant l’étape de formation des ensembles d'électrodes, ledit procédé comprend, pour chaque couple de premières électrodes consécutives positionnées sur le film séparateur, une étape de vérification de distance afin de déterminer si la distance entre les deux premières électrodes consécutives dudit couple a ou non une valeur prédéfinie. Selon une caractéristique, le procédé peut comprendre une étape consistant à couper le film séparateur après l’achèvement de l’empilement d’ensembles d’électrodes, pour permettre d’obtenir, à partir du poste d’empilage, la cellule de batterie comprenant l’ensemble d'électrodes empilées. Avantageusement, la découpe du film séparateur après l’achèvement de l’empilement d’ensembles d’électrodes facilite l’obtention de la cellule de batterie à partir du poste d’empilage. Selon une caractéristique, l’étape de formation de l’empilement peut être 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 partie d’une portion de liaison, ladite portion de liaison étant formée par une partie correspondante du film séparateur et reliant la portion du film séparateur dudit premier ensemble d’électrodes à la portion du film séparateur dudit second ensemble d'électrodes. Avantageusement, l’interposition de la partie de la portion de liaison entre le premier ensemble d’électrodes et le second ensemble d’électrodes permet d’isoler chaque ensemble d’électrodes adjacent dans l’empilement ainsi que la première et la seconde électrode de chaque ensemble d'électrodes en utilisant le même film séparateur. Selon une caractéristique, 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 peut comprendre un premier pliage du film séparateur dans une première direction de pliage et un second pliage du film séparateur dans une seconde direction de pliage pour permettre l’empilage dudit ensemble d’électrodes introduit avec l’ensemble d’électrodes correspondant précédemment introduit, la première et la seconde directions de pliage étant opposées. Avantageusement, le premier et le second pliage du film séparateur dans des directions opposées permettent d'isoler des ensembles d'électrodes au sein de l'empilement et de limiter la dimension d'une partie correspondante du film séparateur entre deux ensembles d'électrodes empilés. Selon une caractéristique, 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 ledit ensemble d’électrodes précédemment introduit. Avantageusement, le déplacement dudit ensemble d'électrodes précédemment introduit permet d'éviter les plis du film séparateur. Selon une caractéristique, le poste d’empilage comprend une plate-forme 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 plate-forme d’empilage, la vitesse du mouvement linéaire de la plate-forme d’empilage étant adaptée à la vitesse de défilement du film séparateur. Avantageusement, un tel mouvement linéaire de la plate-forme d’empilage permet d’imposer le déplacement dudit ensemble d’électrodes précédent pour permettre l’empilage de l’ensemble d’électrodes nouvellement introduit dans le poste d'empilage. Selon une caractéristique, l’étape de formation des ensembles d’électrodes comprend une étape de contrôle de l’assemblage telle que, pour chaque ensemble d’électrodes, un alignement entre la première électrode et la seconde électrode dudit ensemble d’électrodes est contrôlé de manière à vérifier si l’une desdites première et seconde électrodes recouvre ou non entièrement l’autre desdites première et seconde électrodes. Avantageusement, l'étape de contrôle de l'assemblage permet de vérifier l'alignement des électrodes afin de maximiser la capacité de la cellule de la batterie. Selon une caractéristique, l’étape de formation de l’empilement d’ensembles d’électrodes peut comprendre une étape de contrôle de l’empilement telle que, pour chaque ensemble d’électrodes introduit dans le poste d’empilage, l’alignement entre la première électrode et la seconde électrode est contrôlé de manière à vérifier si l’une desdites première et seconde électrodes recouvre ou non entièrement l’autre desdites première et seconde électrodes après que l’une desdites première ou seconde électrodes ait été maintenue et transportée par un dispositif porte-électrode vers le poste d’empilage. Avantageusement, l’étape de contrôle de l’empilement permet de déterminer si la seconde électrode a ou non glissé de sa position et a donc rompu l’alignement entre la première et la seconde électrode. Selon une caractéristique, l’étape de formation d’ensembles d’électrodes peut comprendre, pour chaque ensemble d’électrodes à former, une étape de laminage de la première électrode dudit ensemble d’électrodes sur le film séparateur, de sorte que ladite première électrode est solidaire du film séparateur à la fin de ladite étape de laminage. Avantageusement, le laminage de la première électrode permet de fixer la première électrode sur le film séparateur afin de fabriquer l'ensemble d'électrodes. Selon une caractéristique, après l’achèvement de l’empilement d’ensembles d’électrodes, le film séparateur est coupé pour permettre d’obtenir, à partir du poste d’empilage, la cellule de batterie comprenant l’ensemble d’électrodes empilées. Avantageusement, la découpe du film séparateur permet d’obtenir le cellule de batterie. L’invention concerne également un système de fabrication d’une cellule de batterie, ledit système comprenant : - un poste de fourniture de film séparateur ; - un poste d’assemblage d’électrodes configuré pour former des ensembles d’électrodes de telle sorte que chaque ensemble d’électrodes comprenne une première électrode, une seconde électrode et une portion du film séparateur, ladite portion du film séparateur étant interposée entre ladite première électrode et ladite seconde électrode ; et - un poste d’empilage dans lequel un empilement d’ensembles d’électrodes est destiné à être formé par pliage multiple du film séparateur ; ledit système étant configuré pour permettre au film séparateur de défiler du poste de fourniture au poste d’empilage, le poste d’assemblage d’électrodes étant disposé de manière à être traversé par le film séparateur entre le poste de fourniture de film séparateur et le poste d'empilage. Avantageusement, le système permet d'améliorer l'efficacité du processus de fabrication des cellules de batterie. Le système peut en outre comprendre une ou plusieurs des caractéristiques suivantes. Selon une caractéristique, le système comprend : - un dispositif de vision de l’assemblage configuré pour contrôler, pour chaque ensemble d’électrodes, un alignement entre la première électrode et la seconde électrode dudit ensemble, de manière à vérifier si l’une desdites première et seconde électrodes recouvre ou non entièrement l'autre desdites première et seconde électrodes. Avantageusement, le dispositif de vision de l’assemblage permet de vérifier l’alignement de la première et de la seconde électrode afin de maximiser la capacité de la cellule de la batterie. Selon une caractéristique, le dispositif de vision de l'assemblage peut comprendre une caméra à rayons X. Selon une caractéristique, le poste d'empilage peut comprendre une plate-forme 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 plate-forme d'empilage étant commandé de manière à dépendre de la vitesse de défilement du film séparateur. Avantageusement, le mouvement linéaire de la plate-forme d'empilage permet d'éviter les plis du film séparateur. Selon une caractéristique, le poste d’assemblage d’électrodes est configuré pour mettre en œuvre un laminage telle que, pour chaque ensemble d’électrodes à former, la portion du film séparateur dudit ensemble d’électrodes est laminée avec la première électrode dudit ensemble d’électrodes. Avantageusement, le laminage de la première électrode sur le film séparateur permet de fixer la première électrode sur le film séparateur afin de générer l'ensemble d'électrodes. Selon une caractéristique, le poste de laminage pourrait comprendre un laminateur à rouleaux chauffés comprenant des rouleaux chauffés. Avantageusement, le laminateur à rouleaux chauffés permet de fixer la première et la seconde électrode sur le film séparateur afin de former un ensemble d'électrodes correspondant. D'autres avantages et caractéristiques apparaîtront dans la description détaillée qui suit. Description sommaire des dessins 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 permettant la mise en œuvre selon un mode de réalisation d’un procédé de fabrication d’une cellule de batterie. La est une vue détaillée du poste d’empilage du système présenté à la . 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 film séparateur (103) ; - former des ensembles d’électrodes de telle sorte que chaque ensemble d’électrodes (3) comprenne une première électrode (1), une seconde électrode (2) et une portion (104) du film séparateur (103), ladite portion (104) du film séparateur (103) étant interposée entre ladite première électrode (1) et ladite seconde électrode (2) ; - former, dans un poste d’empilage (300), un empilement (305) d’ensemble d’électrodes (3), l’étape de formation de l’empilement comprenant un pliage multiple du film séparateur (103) ; chaque ensemble d'électrodes (3) étant formé avant l'introduction dudit ensemble d'électrodes (3) dans le poste d'empilage (300). Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape de formation de l’empilement est telle que chaque couple d’ensembles d’électrodes adjacents (303, 304) à l’intérieur de l’empilement (305) d’ensembles d’électrodes comprenne deux ensembles d’électrodes respectivement appelés premier ensemble d’électrodes (303) et second ensemble d’électrodes (304), le premier ensemble d’électrodes (303) et le second ensemble d’électrodes (304) étant empilés avec interposition d’une partie (306) d’une portion de liaison (302), ladite portion de liaison (302) étant formée par une partie correspondante du film séparateur (103) et reliant la portion (104) du film séparateur (103) dudit premier ensemble d’électrodes (303) à la portion (104) du film séparateur (103) dudit second ensemble d’électrodes (304). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, dans lequel, pour chaque ensemble d’électrodes (3) introduit dans le poste d’empilage (300) après un ensemble d’électrodes précédemment introduit dans le poste d’empilage (300), l’étape de formation de l’empilement d’ensembles d’électrodes comprend un premier pliage du film séparateur (103) dans une première direction de pliage et un second pliage du film séparateur (103) dans une seconde direction de pliage pour permettre l’empilage dudit ensemble d’électrodes (3) introduit avec l’ensemble d’électrodes correspondant précédemment introduit, la première et la seconde directions de pliage étant opposées. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel, pour chaque ensemble d’électrodes (3) introduit dans le poste d’empilage (300) après un ensemble d’électrodes précédemment introduit dans le poste d’empilage (300), l’étape de formation de l’empilement (305) 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 la revendication 4, dans lequel le poste d’empilage (300) comprend une plate-forme d’empilage (301) configurée pour effectuer un mouvement linéaire (F1) dans une direction sensiblement parallèle à une direction d’empilage des ensembles d’électrodes dans le poste d’assemblage (300) et configurée pour supporter l’ensemble d’électrodes (3), et dans lequel chaque déplacement est effectué par le mouvement linéaire (F1) de la plate-forme d’empilage (301), la vitesse du mouvement linéaire (F1) de la plate-forme d’empilage (301) étant adaptée à la vitesse de défilement du film séparateur (103). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel les premières électrodes (1) de la cellule de batterie à fabriquer sont positionnées séquentiellement sur le film séparateur (103), chaque première électrode (1) positionnée sur le film séparateur (103) étant destinée à être associée à l’une des secondes électrodes (2) de la cellule de batterie à fabriquer pendant l’étape de formation des ensembles d’électrodes (3), ledit procédé comprend, pour chaque couple de premières électrodes (1) consécutives positionnées sur le film séparateur (103), une étape de vérification de distance afin de déterminer si la distance entre les deux premières électrodes consécutives dudit couple a ou non une valeur prédéfinie. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de formation des ensembles d’électrodes comprend une étape de contrôle de l’assemblage telle que, pour chaque ensemble d’électrodes, un alignement entre la première électrode (1) et la seconde électrode (2) dudit ensemble d’électrodes (3) est contrôlé de manière à vérifier si l’une desdites première électrode (1) et seconde électrode (2) recouvre ou non entièrement l’autre desdites première électrode (1) et seconde électrode (2). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’étape de formation de l’empilement d’ensembles d’électrodes comprend une étape de contrôle de l’empilement telle que, pour chaque ensemble d’électrodes (3) introduit dans le poste d’empilage (300), l’alignement entre la première électrode (1) et la seconde électrode (2) est contrôlé de manière à vérifier si l’une desdites première électrode (1) et seconde électrode (2) recouvre ou non entièrement l’autre desdites première électrode (1) et seconde électrode (2) après que l’une desdites première ou seconde électrodes (1, 2) ait été maintenue et transportée par un dispositif porte-électrode (602) vers le poste d’empilage (300). Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l’étape de formation d’ensembles d’électrodes comprend, pour chaque ensemble d’électrodes (3) à former, une étape de laminage de la première électrode (1) dudit ensemble d’électrodes (3) sur le film séparateur (103), de sorte que ladite première électrode (1) est solidaire du film séparateur (103) à la fin de ladite étape de laminage. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel, après achèvement de l’empilement d’ensembles d’électrodes, le film séparateur (103) est découpé pour permettre d’obtenir, à partir du poste d’empilage (300), la cellule de batterie comprenant l’empilement (305) d’ensembles d'électrodes. Système (1000) pour la fabrication d’une cellule de batterie, ledit système (1000) comprenant : - un poste de fourniture de film séparateur (100) ; - un poste d’assemblage d’électrodes (200) configuré pour former des ensembles d’électrodes de telle sorte que chaque ensemble d’électrodes (3) comprenne une première électrode (1), une seconde électrode (2) et une portion du film séparateur (103), ladite portion (104) du film séparateur (103) étant interposée entre ladite première électrode (1) et ladite seconde électrode (2) ; et - un poste d’empilage (300) dans lequel un empilement d’ensembles d’électrodes est destiné à être formé par pliage multiple du film séparateur (103) ; ledit système (1000) étant configuré pour permettre au film séparateur (103) de défiler du poste de fourniture (100) au poste d’empilage (300), le poste d’assemblage d’électrodes (200) étant disposé de manière à être traversé par le film séparateur (103) entre le poste de fourniture (100) de film séparateur (103) et le poste d’empilage (300). Système (1000) selon la revendication 11, dans lequel il comprend un dispositif de vision de l’assemblage (502) configuré pour contrôler, pour chaque ensemble d’électrodes (3), un alignement entre la première électrode (1) et la seconde électrode (2) dudit ensemble (3), de manière à vérifier si l’une desdites première électrode (1) et seconde électrode (2) recouvre ou non entièrement l’autre desdites première électrode (1) et seconde électrode (2). Système (1000) selon l’une quelconque des revendications 11 à 12, dans lequel le poste d’empilage (300) comprend une plate-forme d’empilage (301) configurée pour effectuer un mouvement linéaire (F1) dans une direction sensiblement parallèle à une direction d’empilage des ensembles d’électrodes dans le poste d’empilage (300) et configurée pour supporter les ensembles d’électrodes empilés, le mouvement linéaire (F1) de la plate-forme d’empilage (301) étant commandé de manière à dépendre de la vitesse de défilement du film séparateur(103). Système (1000) selon l’une quelconque des revendications 11 à 13, dans lequel le poste d’assemblage d’électrodes (200) est configuré pour mettre en œuvre un laminage tel que, pour chaque ensemble d’électrodes (3) à former, la portion du film séparateur (103) dudit ensemble d’électrodes (3) est stratifiée avec la première électrode (1) dudit ensemble d’électrodes (3).