Brevet FR3125642A1 — publié le 20230127

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, le procédé comprenant une étape de formation (E30) dans laquelle un premier empilement de bandes (15) et un deuxième empilement de bandes (25) distincts l’un de l’autre sont formés, chacun des premier et deuxième empilements de bandes (15, 25) comprenant la superposition 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 (15) et le deuxième empilement de bandes (25) sont enroulés ensemble, en se superposant l’un sur l’autre, autour d’un même mandrin d’enroulement (7). L’invention concerne également une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique obtenue par un tel procédé de fabrication. 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 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 et un deuxième empilement de bandes distincts l’un de l’autre sont formés, chacun des premier et deuxième empilements de bandes comprenant la superposition de la bande d’anode, de la première bande de séparateur, de la bande de cathode, et de la deuxième bande de séparateur ; une étape d’enroulement dans laquelle le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes 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 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 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 ; et 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 ; 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 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 supplémentaire de même nature que les premier et deuxième empilements de bandes et pour lequel les mêmes principes qu’eux s’appliquent. Le procédé de fabrication peut en outre présenter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises seules ou en combinaison. 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 fourniture de la bande d’anode, de la bande de cathode, de la première bande de séparateur, et de la deuxième bande de séparateur comprend respectivement le déroulement d’une bobine de bande d’anode libre, d’une bobine bande de cathode libre, d’une bobine de première bande de séparateur libre et d’une bobine de deuxième bande de séparateur libre. Selon un mode de réalisation, l’étape de formation comprend une étape de compression dans laquelle lesdits premier empilement de bandes et deuxième empilement de bandes sont compressés, par introduction dans une presse à rouleaux. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux est configurée pour presser au moins l’un parmi le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes pour atteindre une épaisseur maximale de cet empilement de bandes comprise entre 100 µm et 650 µm. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est réalisée par la compression simultanée des premier et deuxième empilements de bandes. Selon un mode de réalisation, l’étape de compression est mise en œuvre avant l’étape d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape de formation comprend une étape d’assemblage dans laquelle pour chacun du premier empilement de bandes et du deuxième empilement de bandes, une bande d’anode libre, une première bande de séparateur libre, une bande de cathode libre et une deuxième bande de séparateur libre sont assemblées dans un guide d’empilement de manière à former l’empilement de bandes 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. Il est donc bien compris que lors de l’étape de formation, le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes sont préassemblés avant l’étape d’enroulement. 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, la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur sont solidaires suite à leur assemblage 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 ou du deuxième empilement de bandes, 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, chacun des premier et deuxième empilements de bandes 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 permet de maintenir un alignement entre deux empilements de bandes, et d’améliorer l’adhésion entre les deux empilements de bandes. 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 choisi parmi le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes entre le guide d’empilement et le mandrin d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape d’enroulement comprend en outre une étape d’introduction dans laquelle les premier et deuxième empilements de bandes sont agencés respectivement au niveau d’emplacements d’introduction distincts agencés sur une surface externe du mandrin d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape d’introduction comprend : une première étape d’introduction dans laquelle le premier empilement de bandes est agencé au niveau d’un premier emplacement disposé sur la surface externe du mandrin d’enroulement, et une deuxième étape d’introduction dans laquelle le deuxième empilement de bandes est agencé au niveau d’un deuxième emplacement disposé sur la surface externe du mandrin d’enroulement, le premier emplacement étant strictement différent du deuxième emplacement. Il est donc bien compris que le mandrin comprend au moins deux emplacements distincts, à partir desquels la cellule de batterie sera formée par enroulement du premier empilement de bandes et du deuxième empilement de bandes. Selon un mode de réalisation, au moins un empilement de bandes, choisi parmi le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes, est introduit au-dessus du mandrin d’enroulement dans le sens de la gravité lors de l’étape d’introduction. De cette manière, il est possible de limiter le dépôt de poussières sur la surface des empilements de bandes avant de réaliser l’étape d’enroulement. Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape d’alignement secondaire mise en œuvre avant l’étape d’enroulement, dans laquelle lesdits premier enroulement et deuxième enroulement sont alignés l’un par rapport à l’autre latéralement le long de l’axe d’enroulement. 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 par rapport à l’autre empilement de bandes ou aux autres empilements de bandes s’il est prévu au moins un troisième empilement de bandes de même nature que les premier et deuxième empilements de bandes, par exemple par un décalage latéral d’un empilement de bandes le long de l’axe d’enroulement. Selon un mode de réalisation, l’étape d’alignement secondaire comprend la mesure d’un décalage latéral entre le premier empilement de bandes et le deuxième empilement de bandes, l’alignement du premier empilement de bandes et du deuxième empilement de bandes étant mis en œuvre par un décalage latéral du deuxième empilement de bandes par rapport au premier empilement de bandes 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, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de découpe comprenant la coupe des premier et deuxième empilements de bandes avant leur enroulement autour du mandrin d’enroulement. Selon un mode de réalisation, le mandrin d’enroulement présente une géométrie de cylindre autour de l’axe d’enroulement, l’étape d’enroulement étant mise en œuvre de manière à enrouler les premier et deuxième empilements de bandes autour du mandrin d’enroulement de manière à former une cellule de forme cylindrique présentant une face interne tournée vers le mandrin d’enroulement et une face externe opposée à la face interne. 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 de l’invention. Procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, le procédé 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 (15) et un deuxième empilement de bandes (25) distincts l’un de l’autre sont formés, chacun des premier et deuxième empilements de bandes (15, 25) comprenant la superposition 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) ; une étape d’enroulement (E60) dans laquelle le premier empilement de bandes (15) et le deuxième empilement de bandes (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 une étape de compression (E33) dans laquelle lesdits premier empilement de bandes (15) et deuxième empilement de bandes (25) sont compressés, par introduction dans une presse à rouleaux (2). Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel l’étape de compression (E33) est réalisée par la compression simultanée des premier et deuxième empilements de bandes (15, 25). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 2 ou 3, dans lequel l’étape de compression (E33) est mise en œuvre avant l’étape d’enroulement (E60). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape de formation (E30) comprend une étape d’assemblage (E31) dans laquelle pour chacun du premier empilement de bandes (15) et du deuxième empilement de bandes (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 assemblées dans un guide d’empilement (4) de manière à former l’empilement de bandes 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. Procédé de fabrication selon la revendication 5, dans lequel chacun des premier et deuxième empilements de bandes (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 6, dans lequel l’étape d’enroulement (E60) comprend en outre une étape d’introduction (E61) dans laquelle les premier et deuxième empilements de bandes (15, 25) sont agencés respectivement au niveau d’emplacements d’introduction (63, 65) distincts agencés sur une surface externe du mandrin d’enroulement (7). Procédé de fabrication selon la revendication 7, dans lequel au moins un empilement de bandes, choisi parmi le premier empilement de bandes (15) et le deuxième empilement de bandes (25), est introduit au-dessus du mandrin d’enroulement (7) dans le sens de la gravité lors de l’étape d’introduction (E61). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, comprenant en outre une étape d’alignement secondaire (E50) mise en œuvre avant l’étape d’enroulement (E60), dans laquelle lesdits premier enroulement et deuxième enroulement sont alignés l’un par rapport à l’autre latéralement le long de l’axe d’enroulement. Procédé de fabrication selon la revendication 9, dans lequel l’étape d’alignement secondaire (E50) comprend la mesure d’un décalage latéral entre le premier empilement de bandes (15) et le deuxième empilement de bandes (25), l’alignement du premier empilement de bandes (15) et du deuxième empilement de bandes (25) étant mis en œuvre par un décalage latéral du deuxième empilement de bandes (25) par rapport au premier empilement de bandes (15) 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 Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, comprenant en outre une étape de découpe (E70) comprenant la coupe des premier et deuxième empilements de bandes avant leur enroulement autour du mandrin d’enroulement (7). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel le mandrin d’enroulement (7) présente une géométrie de cylindre autour de l’axe d’enroulement, l’étape d’enroulement (E60) étant mise en œuvre de manière à enrouler les premier et deuxième empilements de bandes (15, 25) autour du mandrin d’enroulement (7) de manière à former une cellule (1) de forme cylindrique présentant une face interne tournée vers le mandrin d’enroulement (7) et une face externe opposée à la face interne.