Brevet FR3125641A1 — publié le 20230127

L’invention concerne un procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, ledit procédé de fabrication comprenant une étape de formation (E20) d’un empilement de bandes laminé (15) dans laquelle une bande d’anode (11), une première bande de séparateur (13), une bande de cathode (21) et une deuxième bande de séparateur (23) sont solidarisées ensemble, l’étape de formation (E20) comprenant une étape de chauffage (E25) et une étape de compression (E23), de manière à former ledit empilement de bandes laminé (15). 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, ledit procédé de fabrication comprenant : une étape de fourniture d’une première bande de séparateur, d’une deuxième bande de séparateur, d’une bande d’anode, et d’une bande de cathode, une étape de formation d’un empilement de bandes laminé dans laquelle ladite bande d’anode, ladite première bande de séparateur, ladite bande de cathode et ladite deuxième bande de séparateur sont solidarisées ensemble, l’étape de formation d’un empilement de bandes laminé comprenant d’une part une étape de chauffage dans laquelle ladite bande d’anode, ladite première bande de séparateur, ladite bande de cathode et ladite deuxième bande de séparateur sont chauffées à une température d’assemblage, et d’autre part une étape de compression dans laquelle ladite bande d’anode, ladite première bande de séparateur, ladite bande de cathode et ladite deuxième bande de séparateur sont superposées et compressées ensemble, de manière à former ledit empilement de bandes laminé, et une étape d’enroulement dans laquelle l’empilement de bandes laminé est enroulé autour d’un 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 d’une cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique amélioré. L’étape de formation de l’empilement de bandes laminé permet d’améliorer la cohésion mécanique entre toutes les bandes constitutives de l’empilement de bandes laminé, d’améliorer la stabilité thermique et donc de rendre la cellule fabriquée plus fiable et sécurisée. De manière avantageuse, 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 avant leur enroulement lors de l’étape d’enroulement, permet de limiter les risques de dilatation des première et deuxième bandes de séparateur, tout en minimisant les problèmes d'alignement des bandes. Par ailleurs, les dispositions précédemment décrites permettent de former directement un empilement de bandes laminé en une seule étape de procédé. La cellule pour dispositif de stockage d’énergie électrique est donc fabriquée plus rapidement et de manière plus fiable. Enfin, et de manière synergique, la formation d’un seul empilement de bande laminé permet d'utiliser qu'une seule fente d'un mandrin d’enroulement plutôt que quatre fentes séparées pour mettre en œuvre l’étape d’enroulement. 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 µm et 650µm. Selon un mode de réalisation, une largeur de la bande de cathode, mesurée le long de l’axe d’enroulement, est strictement inférieure à une largeur de la bande d’anode mesurée le long de l’axe d’enroulement. Selon un mode de réalisation, la première température d’assemblage est strictement supérieure à 10°C. Selon un mode de réalisation, la première 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, et préférentiellement entre 50°C et 100°C, lors de l’étape de chauffage. Selon un mode de réalisation, l’étape de fourniture consiste à délivrer une bande d’anode libre, une bande de cathode libre, une première bande de séparateur libre, et une deuxième bande de séparateur libre, l’étape de formation d’un empilement de bandes laminé comprenant ensuite une étape d’assemblage dans laquelle ladite bande d’anode libre, ladite première bande de séparateur libre, ladite bande de cathode libre et ladite deuxième bande de séparateur libre sont introduites dans un guide d’empilement, de manière à fournir la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur. 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 première bande de séparateur libre forme la première bande de séparateur 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, 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 fourniture d’une bande d’anode, d’une bande de cathode, d’une première bande de séparateur, et d’une deuxième bande de séparateur comprend le déroulement d’une bobine associée à chaque bande libre. Les dispositions précédemment décrites permettent de proposer un procédé de fabrication adapté à une production à grande échelle. Selon un mode de réalisation, l’étape d’assemblage est mise en œuvre avant les étapes de chauffage et de compression. De cette manière, les bandes destinées à constituer l’empilement de bande laminé sont assemblées préalablement à la mise en œuvre de l’étape de chauffage et de l’étape de compression. 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 l’empilement de bandes laminé 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. De cette manière, le procédé de fabrication permet de former une cellule de batterie en forme de cylindre. Selon un mode de réalisation, le procédé de fabrication comprend en outre une étape de découpe comprenant la coupe de l’empilement de bandes laminé avant son enroulement autour du 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 de l’empilement de bandes laminé, 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 avec les autres latéralement. Par « latéralement » on entend que les bandes sont alignées les unes avec les autres dans le sens de leur largeur. 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, par exemple par un décalage latéral d’une bande dans le sens de sa largeur. Selon un mode de réalisation, l’étape d’alignement primaire comprend la mesure d’un décalage latéral entre deux bandes superposées, l’alignement desdites deux bandes superposées étant mis en œuvre par un décalage latéral d’une bande desdites deux bandes superposées par rapport à l’autre 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 de la bande d’anode, de la première bande de séparateur, de la bande de cathode et de la deuxième bande de séparateur dans une presse à rouleaux. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux est configurée pour presser la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur pour atteindre une épaisseur maximale de l’empilement bandes laminé comprise entre 8 µm et 10 µm, et de préférence entre 6 µm et 8 µm. Selon un mode de réalisation, l’étape de chauffage et l’étape de compression sont mises en œuvre successivement, l’étape de chauffage étant réalisée avant l’étape de compression. Selon un mode de réalisation, l’étape de chauffage est mise en œuvre après l’étape de compression. De cette manière, il est possible d’adapter le procédé de fabrication pour améliorer l’adhérence mécanique entre les bandes, en fonction du type bande utilisé. Selon un mode de réalisation, l’étape de chauffage et l’étape de compression sont mises en œuvre simultanément. Ainsi, le procédé de fabrication est plus rapide. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux est disposée à l’intérieur d’une enceinte d’un four d’assemblage de sorte à mettre en œuvre les étapes de chauffage et de compression. Les dispositions précédemment décrites permettent de contrôler les paramètres de chauffage par le four d’assemblage, et de contrôler les paramètres de compression par les rouleaux de laminage. Par ailleurs, ce mode de réalisation permet de mettre en œuvre les étapes de chauffage et de compression simultanément ou non. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux est configurée pour compresser la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur, à une pression linéaire de laminage comprise entre 1N/mm et 50N/mm, et plus particulièrement entre 2N/mm et 20 N/mm. De manière avantageuse, l’utilisation de telles gammes de pression linéaires de laminage permettent d’éviter la migration d’un éventuel agent de liaison entre les bandes comprises dans le premier empilement de bandes compressé. Selon un mode de réalisation, ledit four d’assemblage est configuré pour placer ladite enceinte à la température d’assemblage. Selon un mode de réalisation, la presse à rouleaux comprend des rouleaux de laminage chauffants configurés pour chauffer et compresser la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur, de manière à mettre en œuvre l’étape de chauffage et l’étape de compression. Selon un mode de réalisation, lesdits rouleaux de laminage chauffants sont configurés pour chauffer la bande d’anode, la première bande de séparateur, la bande de cathode et la deuxième bande de séparateur lors de l’étape de chauffage, à la température d’assemblage. Les dispositions précédemment décrites permettent d’utiliser qu’un seul équipement pour réaliser deux étapes du procédé. De manière avantageuse, l’utilisation d’un seul équipement permet de limiter l’empreinte au sol. Selon un mode de réalisation, au moins une bande de séparateur choisie dans le groupe comprenant la première bande de séparateur et la deuxième bande de séparateur comprend un agent de liaison disposé sur au moins une partie d’une surface de liaison de ladite au moins une bande de séparateur, ledit agent de liaison étant configuré pour permettre à ladite au moins une bande de séparateur d’adhérer à une autre bande, au niveau de ladite surface de liaison lors de l’étape de formation de l’empilement de bandes laminé. Selon un mode de réalisation, l’agent de liaison est configuré pour permettre l’adhésion entre deux bandes superposées lorsqu’il est chauffé, par exemple lors de l’étape de chauffage. De cette manière, l’adhésion entre deux bandes superposées est améliorée. 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’empilement de bandes laminé est introduit au-dessus du mandrin d’enroulement dans le sens de la gravité lors de l’étape d’enroulement. De cette manière, il est possible de limiter le dépôt de poussières sur l’empilement de bandes laminé avant de réaliser l’étape d’enroulement. 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 premier mode de réalisation de l’invention. La est une vue schématique d’un procédé de fabrication selon un deuxième mode de réalisation de l’invention. La est une vue schématique d’un procédé de fabrication selon un troisième mode de réalisation de l’invention. Procédé de fabrication d’une cellule (1) pour dispositif de stockage d’énergie électrique, ledit procédé de fabrication comprenant : une étape de fourniture (E10) d’une première bande de séparateur (13), d’une deuxième bande de séparateur (23), d’une bande d’anode (11), et d’une bande de cathode (21), une étape de formation (E20) d’un empilement de bandes laminé (15) dans laquelle ladite bande d’anode (11), ladite première bande de séparateur (13), ladite bande de cathode (21) et ladite deuxième bande de séparateur (23) sont solidarisées ensemble, l’étape de formation (E20) d’un empilement de bandes laminé (15) comprenant d’une part une étape de chauffage (E25) dans laquelle ladite bande d’anode (11), ladite première bande de séparateur (13), ladite bande de cathode (21) et ladite deuxième bande de séparateur (23) sont chauffées à une température d’assemblage, et d’autre part une étape de compression (E23) dans laquelle ladite bande d’anode (11), ladite première bande de séparateur (13), ladite bande de cathode (21) et ladite deuxième bande de séparateur (23) sont superposées et compressées ensemble, de manière à former ledit empilement de bandes laminé (15), et une étape d’enroulement (E60) dans laquelle l’empilement de bandes laminé (15) est enroulé autour d’un 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 fourniture (E10) consiste à délivrer une bande d’anode (11) libre, une bande de cathode (21) libre, une première bande de séparateur (13) libre, et une deuxième bande de séparateur (23) libre, l’étape de formation (E20) d’un empilement de bandes laminé (15) comprenant ensuite une étape d’assemblage (E21) dans laquelle ladite bande d’anode (11) libre, ladite première bande de séparateur (13) libre, ladite bande de cathode (21) libre et ladite deuxième bande de séparateur (23) libre sont introduites dans un guide d’empilement (4), de manière à fournir la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23). Procédé de fabrication selon la revendication 2, dans lequel l’étape d’assemblage (E21) est mise en œuvre avant les étapes de chauffage (E25) et de compression (E23). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, 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 l’empilement de bandes laminé (15) 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. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant en outre une étape d’alignement primaire (E12) mise en œuvre avant l’étape de formation (E20) de l’empilement de bandes laminé (15), 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 avec les autres latéralement. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape de compression (E23) est mise en œuvre par l’introduction 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) dans une presse à rouleaux (2). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de chauffage (E25) et l’étape de compression (E23) sont mises en œuvre successivement, l’étape de chauffage (E25) étant réalisée avant l’étape de compression (E23). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l’étape de chauffage (E25) et l’étape de compression (E23) sont mises en œuvre simultanément. Procédé de fabrication selon les revendications 6 et 8, dans lequel la presse à rouleaux (2) est disposée à l’intérieur d’une enceinte d’un four d’assemblage (9) de sorte à mettre en œuvre les étapes de chauffage (E25) et de compression (E23). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 6 et 8, dans lequel la presse à rouleaux (2) comprend des rouleaux de laminage (3) chauffants configurés pour chauffer et compresser la bande d’anode (11), la première bande de séparateur (13), la bande de cathode (21) et la deuxième bande de séparateur (23), de manière à mettre en œuvre l’étape de chauffage (E25) et l’étape de compression (E23). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel au moins une bande de séparateur choisie dans le groupe comprenant la première bande de séparateur (13) et la deuxième bande de séparateur (23) comprend un agent de liaison disposé sur au moins une partie d’une surface de liaison de ladite au moins une bande de séparateur, ledit agent de liaison étant configuré pour permettre à ladite au moins une bande de séparateur d’adhérer à une autre bande, au niveau de ladite surface de liaison lors de l’étape de formation (E20) de l’empilement de bandes laminé (15). Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications 1 à 11, dans lequel l’empilement de bandes laminé (15) est introduit au-dessus du mandrin d’enroulement (7) dans le sens de la gravité lors de l’étape d’enroulement (E60).