Brevet FR3150350A1 — publié le 20241227

Cellule de batterie électrique comprenant au moins un empilement successif d’une feuille : - d’une première électrode (2) positive comprenant un bord (4) supérieur, - d’un premier séparateur isolant, - d’une deuxième électrode (3) négative comprenant un bord (5) inférieur, - d’un deuxième séparateur isolant, ledit au moins un empilement étant enroulé sur lui-même autour d’un axe (Y) central de sorte à former un cylindre, ladite première électrode (2) et ladite deuxième électrode (3) comprennent chacune au moins deux séries (6) de languettes (7) de collecte de courant, chaque série (6) comprenant au moins deux languettes (7) de collecte de courant, ayant une hauteur (9) donnée, cellule dans laquelle dans une série (6) donnée les languettes (7) de collecte de courant présentent une hauteur (9) sensiblement identique et la hauteur (9) des languettes (7) de collecte de courant est différente d’une série (6) à l’autre. Figure pour l'abrégé : Figure 1 Cellule pour batterie électrique et son procédé de fabrication Domaine technique de l'invention L’invention concerne le domaine des batteries électriques pour véhicule automobile électrique. En particulier l’invention concerne des cellules de batteries électriques. De façon plus précise, l’invention a trait à des cellules de type cylindrique. Arrière-plan technique Les cellules de batteries électriques de types cylindriques sont de plus en plus utilisées dans l’industrie automobile. L’intérêt des cellules cylindriques réside dans leur capacité à emmagasiner une importante quantité d’énergie dans un volume réduit. Elles occupent ainsi un espace moins important dans le véhicule automobile pour une capacité d’emmagasinement d’énergie donnée. La capacité d’emmagasinement d’énergie d’une cellule cylindrique est fonction de son diamètre. Ainsi plus le diamètre d’une cellule cylindrique est important, plus sa capacité à emmagasiner de l’énergie est importante. Les cellules cylindriques sont fabriquées par enroulement autour d’un mandrin, d’un empilement successif d’au moins : - une feuille d’électrode positive, - une feuille de séparateur isolant, - une feuille d’électrode négative, - une feuille de séparateur isolant. Le long des feuilles d’électrode, des languettes de collecte de courant sont rapportées et fixées auxdites feuilles d’électrode positive et négative. Ces languettes de collecte de courant permettent d’acheminer les électrons et ce faisant d’acheminer un courant électrique. Bien qu’automatisée, cette opération ralentit la cadence de production des cellules dites cylindriques. De plus, un défaut de fixation et/ou de contact entre les languettes et les électrodes peuvent réduire la performance des cellules cylindriques, voire provoquer des courts-circuits. Afin de pallier ces problématiques, des industriels ont proposé de s’affranchir de languettes rapportées puis fixées aux électrodes. L’une de ces solutions, consiste à effectuer des découpes directement sur les feuilles d’électrodes non revêtues de matériau actif pour former des languettes de collecte de courant avant l’enroulage autour d’un mandrin rotatif. Une fois l’enroulement terminé, ces languettes sont pliées et mise en contact avec un collecteur de courant rapporté. Un inconvénient de cette méthode réside dans la difficulté de plier les languettes en raison, entre autres, de leur nombre important. De plus la fixation des languettes en position pliée est fastidieuse et rencontre des difficultés techniques, lorsqu’il est question d’atteindre des cadences industrielles. L’invention vise donc à résoudre les problèmes précités. A cet effet, il est proposé en premier lieu une cellule de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, ladite cellule comprenant au moins un empilement successif d’une feuille : - d’une première électrode positive comprenant un bord supérieur, - d’un premier séparateur isolant, - d’une deuxième électrode négative comprenant un bord inférieur, - d’un deuxième séparateur isolant, ledit au moins un empilement étant enroulé sur lui-même autour d’un axe central de sorte à former un cylindre, ladite première électrode et ladite deuxième électrode comprennent chacune au moins deux séries de languettes de collecte de courant, chaque série comprenant au moins deux languettes de collecte de courant, chacune des languettes de collecte de courant s’étendant depuis le bord supérieur dans la première électrode et depuis le bord inférieur dans la deuxième électrode, jusque respectivement un sommet supérieur et un sommet inférieur, sur une hauteur donnée mesurée selon l’axe central, cellule dans laquelle dans une série donnée les languettes de collecte de courant présentent une hauteur sensiblement identique et la hauteur des languettes de collecte de courant est différente d’une série à l’autre. Une telle cellule ayant des languettes de collecte de courant dont la hauteur varie d’une série à l’autre permet de faciliter le pliage des languettes de collecte de courant. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues seules ou en combinaison : - la hauteur des languettes de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace le long de la première électrode et de la deuxième électrode et vers une direction d’enroulement ; - une fois l’empilement enroulé sur lui-même autour de l’axe central, la cellule comporte plusieurs rangées de languettes de collecte de courant, lesdites rangées s’étendant depuis une périphérie de la cellule vers un centre de ladite cellule situé sur l’axe central ; - la hauteur des languettes de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace depuis la périphérie vers le centre ; - une première distance de séparation entre deux languettes de collecte de courant d’une série donnée est sensiblement identique, la première distance étant mesurée selon un premier axe sensiblement perpendiculaire à l’axe central et parallèle aux bords supérieurs et inférieurs ; - la première distance est différente d’une série à l’autre ; - la première distance est proportionnelle à la hauteur des languettes de collecte de courant dans une série donnée ; - la première distance diminue d’une série à l’autre selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode et de la deuxième d’électrode vers une direction d’enroulement ; - une deuxième distance séparant deux séries voisines de languettes de collecte de courant et mesurée selon un premier axe sensiblement perpendiculaire à l’axe central et parallèle aux bords supérieurs et inférieurs, ladite deuxième distance évoluant selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode et de la deuxième d’électrode ; - la deuxième distance diminue selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode et de la deuxième électrode, vers une direction d’enroulement ; - les languettes de collecte de courant présentent une forme de trapèze isocèle ; - les languettes de collectes de courant comportent : - une première base supérieure confondue avec le bord supérieur de la première d’électrode et une première base inférieure confondue avec le bord inférieur de la deuxième d’électrode, - une deuxième base supérieure confondue avec le sommet supérieur de la languette de collecte de courant et une deuxième base inférieure confondue avec le sommet inférieur de la languette de collecte de courant, - deux bords latéraux supérieurs reliant la première base supérieure à la deuxième base supérieure et deux bords latéraux inférieurs reliant la première base inférieure et la deuxième base inférieure ; - la première base présente une première longueur et la deuxième base présente une deuxième longueur inférieure à la première longueur, la première longueur et la deuxième longueur étant mesurée selon le premier axe ; - la première longueur et la deuxième longueur présentent un ratio compris entre 1 et 2 ; - les languettes de collecte de courant présentent une forme sensiblement rectangulaire ; - les languettes de collecte courant d’une série donnée présente une troisième longueur donnée, mesurée selon le premier axe ; - d’une série à l’autre, la troisième longueur est différente ; - la troisième longueur diminue selon que l’on se déplace vers une direction d’enroulement ; - chaque languette de collecte de courant comprend une découpe selon l’axe central, ladite découpe séparant chaque languette de collecte de courant en deux demi-languettes de dimensions sensiblement identiques ; - dans la première électrode, la découpe s’étend depuis le bord supérieur jusqu’au sommet supérieur et dans la deuxième électrode, la découpe s’étend depuis le bord inférieur jusqu’au sommet inférieur. Brève description des figures D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels : la est une représentation schématique d’électrodes selon l’invention, la est une représentation schématique d’électrodes selon une variante de réalisation, la est une représentation schématique d’électrodes selon une variante de réalisation, la est une représentation schématique d’électrodes selon une variante de réalisation, la est une représentation d’une cellule selon l’invention. Description détaillée de l'invention Sur la est représentée une cellule 1 de batterie électrique rechargeable, pour véhicule à propulsion électrique. La cellule 1 comprend au moins un empilement successif d’une feuille : - d’une première électrode 2 positive, - d’un premier séparateur isolant (non représenté sur les dessins), - d’une deuxième électrode 3 négative, - d’un deuxième séparateur isolant (non représenté sur les dessins). La première électrode 2 comprend un bord 4 supérieur. La deuxième électrode 3 comprend un bord 5 inférieur. Dans la suite de la description, on adoptera de manière non limitative – et sans référence à la gravité terrestre – des orientations longitudinale, transversale et verticale, indiquées par le trièdre X, Y, Z des figures et dans lesquels : - l’axe X correspond à un premier axe longitudinal parallèle aux bords supérieur et inférieur, - l’axe Y, perpendiculaire à l’axe X, correspond à un axe central de la cellule autour duquel celle-ci est enroulée, - l’axe Z, perpendiculaire à l’axe X et à l’axe Y, correspond à un deuxième axe transversal. Le trièdre XYZ définit les plans XY, XZ et YZ. Ainsi que précédemment évoqué, l’empilement est enroulé sur lui-même autour de l’axe Y. L’empilement ainsi enroulé forme un cylindre. La feuille de première électrode 2 et la feuille de deuxième électrode 3 comprennent chacune au moins deux séries 6 de languettes 7 de collecte de courant. Chaque série 6 comporte au moins deux languettes 7 collecte de courant. Dans le mode de réalisation représenté sur les dessins, la feuille de première électrode 2 comprend trois séries 6 et chaque série 6 comporte quatre languettes 7 de collecte de courant sans que cela ne soit limitatif. Dans la feuille de première électrode 2, chaque languette 7 de collecte de courant s’étend depuis le bord 4 supérieur jusqu’à un sommet 8 supérieur sur une hauteur donnée. Dans la feuille de deuxième électrode 3, chaque languette 7 de collecte de courant s’étend depuis le bord 5 inférieur jusqu’à un sommet 10 inférieur sur une hauteur 9 donnée. La hauteur 9 est mesurée selon l’axe Y. Dans une série 6 donnée de languettes 7 de collecte de courant, toutes les languettes 7 de collecte de courant présentent une hauteur 9 identique. La hauteur 9 des languettes 7 de collecte de courant est en revanche différente d’une série 6 à l’autre. En effet, dans une première série 11, les languettes 7 de collecte de courant présentent une première hauteur 16. Dans une deuxième série 12, les languettes 7 de collectes de courant présentent une deuxième hauteur 17 supérieure à la première hauteur 16. Dans une troisième série 13, les languettes 7 de collectes de courant présentent une troisième hauteur 18 supérieure à la deuxième hauteur 17. Une fois l’empilement enroulé autour de l’axe Y, les languettes 7 de collecte de courant sont repliées les unes sur les autres. Les languettes 7 de collecte de courant sont repliées depuis une périphérie 14 de la cellule 1 vers un centre 15 de ladite cellule 1. Une telle cellule 1 ayant des languettes 7 de collecte de courant dont la hauteur 9 varie d’une série 6 à l’autre permet de faciliter le pliage des languettes 7 de collecte de courant. Avantageusement, la hauteur 9 des languettes 7 de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode 2 et de la deuxième d’électrode 3, vers une direction d’enroulement 19. Ceci permet de faciliter le pliage des languettes 7 de collecte de courant. En effet, les languettes 7 de collecte de courant de plus petite hauteur 9 sont ainsi situées proche de l’axe Y de la cellule. Au moment du pliage, il devient possible d’éviter qu’un amas de métal ne se forme au voisinage de l’axe Y simplifiant ainsi l’assemblage de la cellule 1. Avantageusement, et en référence à la , la cellule 1 comporte plusieurs rangées 20 de languettes 7 de collecte de courant. Les rangées 20 s’étendent depuis la périphérie 14 de la cellule 1 vers un centre 15 de ladite cellule 1, ledit centre 15 étant situé sur l’axe Y. Avantageusement, la hauteur 9 des languettes 7 de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace depuis la périphérie 14 vers le centre 15 de la cellule 1. Ainsi le pliage des languettes 7 de collecte de courant est facilité et plus propre. En effet, le pliage des languettes 7 de collectes de courant est plus harmonieux. Ainsi, il devient possible d’éviter la formation d’un amas incontrôlé de métal aux extrémités 21 de la cellule 1. Ceci permet de réduire les risques de court-circuit, de fuites d’électrolyte et d’accident. Avantageusement, une première distance 22 de séparation entre deux languettes 7 de collecte de courant d’une série 6 donnée sont sensiblement identiques. La première distance 22 est mesurée selon l’axe X. Ceci permet de positionner les languettes 7 de collecte de courant d’une même série 6 à une distance identique l’une de l’autre afin d’obtenir une répartition homogène de celle-ci. Ainsi, il est possible d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la . Ces motifs répondent à des considérations techniques. Avantageusement, la première distance 22 est différente d’une série à l’autre. Ceci permet d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la . En effet, il est intéressant que la première distance 22 diffère d’une série 6 à l’autre pour accommoder la position d’une série donnée dans le cylindre. Une première distance identique aurait pour conséquence d’obtenir un décalage angulaire entre les séries 6 et ne permettrait pas d’obtenir un motif désiré. Avantageusement, la première distance 22 est proportionnelle à la hauteur 9 des languettes 7 de collecte de courant dans une série 6 donnée. En rendant la première distance 22 proportionnelle de la hauteur 9 des languettes 7 de collecte de courant, le pliage des languettes 7 de collecte de courant est facilité. Les languettes 7 de collectes de courant se situant sur la périphérie 14 du cylindre sont plus haute afin de mieux recouvrir les languettes 7 de collecte de courant se situant plus proche de l’axe Y. Avantageusement, la première distance 22 diminue d’une série 6 à l’autre selon que l’on se déplace le long de la première électrode 2 et de la deuxième électrode 3 vers la direction 19 d’enroulement. Ceci permet d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la . En effet, il est intéressant que la première distance 22 diffère d’une série 6 à l’autre pour accommoder la position d’une série 6 donnée dans le cylindre. Avantageusement, une deuxième distance 23 sépare deux séries 6 voisines de languettes 7 de collecte de courant. La deuxième distance 23 est mesurée selon l’axe X. La deuxième distance 23 évolue selon que l’on se déplace le long de la première électrode 2 et de la deuxième électrode 3. Ceci permet d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la . En effet, il est intéressant que la deuxième distance 23 évolue d’une série 6 à l’autre pour accommoder la position d’une série 6 donnée dans le cylindre. Avantageusement, la deuxième distance 23 diminue selon que l’on se déplace le long de la première électrode 2 et selon une direction 19 d’enroulement. Ceci permet d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la . En effet, il est intéressant que la deuxième distance 23 diminue d’une série 6 à l’autre selon la direction 19 d’enroulement pour accommoder la position d’une série 6 donnée dans le cylindre. Avantageusement et selon un mode de réalisation représenté sur la , les languettes 7 de collecte présentent une forme de trapèze isocèle. Une telle forme facilite le pliage des languettes 7 de collecte de courant. Avantageusement, chaque languette 7 de collecte de courant comporte : - une première base 24 supérieure confondue avec le bord 4 supérieur de la première électrode 2 et une première base 25 inférieure confondue avec le bord 5 inférieur de la deuxième électrode 3, - une deuxième base 26 supérieure confondue avec le sommet 8 supérieur de la première électrode 2 et une deuxième base 27 inférieure confondue avec le sommet 10 inférieur de la deuxième électrode 3, - deux bords latéraux 32 supérieurs reliant la première base 24 supérieure à la deuxième base 26 supérieure et deux bords latéraux 33 inférieurs reliant la première base 25 inférieure à la deuxième base 27 inférieure. Avantageusement, la première base 24, 25 présente une première longueur 28 mesurée selon l’axe X et la deuxième base 26, 27 présente une deuxième longueur 29 mesurée selon l’axe X. La deuxième longueur 29 est inférieure à la première longueur 28. Il est ainsi possible d’obtenir une forme de trapèze isocèle. Avantageusement, la première longueur 28 et la deuxième longueur 29 présentent un ratio compris entre 1 et 2. Le ratio est calculé en divisant la première longueur 28 par la deuxième longueur 29. Les inventeurs ont déterminé qu’un ratio compris dans cet intervalle est particulièrement avantageux en ce qu’il facilite le pliage des languettes 7 de collecte de courant en évitant la formation d’un amas de métal. Avantageusement et selon un mode de réalisation représenté sur la , les languettes 7 de collecte présentent une forme sensiblement rectangulaire. Sur la , les languettes 7 de collecte de courant d’une série 6 donnée présentent une troisième longueur 30 donnée, mesurée selon l’axe X. Ainsi, dans une série 6 donnée, les languettes 7 de collecte de courant ont une troisième longueur 30 identique. Avantageusement, d’une série 6 à l’autre, la troisième longueur 30 est différente. Ceci permet d’obtenir un motif désiré, par exemple celui de la , ce motif répondant à des considérations techniques. Avantageusement, la troisième longueur 30 diminue selon que l’on se déplace vers la direction 19 d’enroulement. Avantageusement, selon une variante de réalisation représentée sur les figures 3 et 4, chaque languette 7 de collecte de courant comprend une découpe 31 selon l’axe Y. La découpe 31 sépare chaque languette 7 de collecte de courant en deux demi-languette de dimensions sensiblement identiques. Ceci permet de faciliter le pliage des languettes 7 de collecte de courant, car plier des demi-languettes s’avère être une opération moins complexe. Avantageusement, dans la première électrode 2 la découpe 31 s’étend depuis le bord 4 supérieur jusqu’au sommet 8 supérieur. Dans la deuxième électrode 3, la découpe 31 s’étend depuis le bord 5 inférieur jusqu’au sommet 10 inférieur. Ceci permet d’éviter la formation d’un amas métalliques à la base des languettes 7 de courant. Ceci permet aussi d’éviter la formation d’ondulations sur les languettes 7 de collecte de courant lors de l’enroulement des électrodes. Cellule (1) de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, ladite cellule (1) comprenant au moins un empilement successif d’une feuille : - d’une première électrode (2) positive comprenant un bord (4) supérieur, - d’un premier séparateur isolant, - d’une deuxième électrode (3) négative comprenant un bord (5) inférieur, - d’un deuxième séparateur isolant, ledit au moins un empilement étant enroulé sur lui-même autour d’un axe (Y) central de sorte à former un cylindre, ladite première électrode (2) et ladite deuxième électrode (3) comprennent chacune au moins deux séries (6) de languettes (7) de collecte de courant, chaque série (6) comprenant au moins deux languettes (7) de collecte de courant, chacune des languettes (7) de collecte de courant s’étendant depuis le bord (4) supérieur dans la première électrode (2) et depuis le bord (5) inférieur dans la deuxième électrode (3), jusque respectivement un sommet (8) supérieur et un sommet (10) inférieur, sur une hauteur (9) donnée mesurée selon l’axe (Y) central, cellule (1) dans laquelle dans une série (6) donnée les languettes (7) de collecte de courant présentent une hauteur (9) sensiblement identique et la hauteur (9) des languettes (7) de collecte de courant est différente d’une série (6) à l’autre. Cellule (1) selon la revendication 1 dans laquelle, la hauteur (9) des languettes (7) de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace le long de la première électrode (2) et de la deuxième électrode (3) et vers une direction (19) d’enroulement. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, une fois l’empilement enroulé sur lui-même autour de l’axe (Y) central, la cellule (1) comporte plusieurs rangées (20) de languettes (7) de collecte de courant, lesdites rangées (20) s’étendant depuis une périphérie (14) de la cellule (1) vers un centre (15) de ladite cellule (1) situé sur l’axe (Y) central. Cellule (1) selon la revendication 3 dans laquelle, la hauteur (9) des languettes (7) de collecte de courant diminue selon que l’on se déplace depuis la périphérie (14) vers le centre (15). Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, une première distance (22) de séparation entre deux languettes (7) de collecte de courant d’une série (6) donnée est sensiblement identique, la première distance (22) étant mesurée selon un premier axe (X) sensiblement perpendiculaire à l’axe (Y) central et parallèle aux bords (4,5) supérieurs et inférieurs. Cellule (1) selon la revendication 5 dans laquelle, la première distance (22) est différente d’une série (6) à l’autre. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications 5 ou 6 dans laquelle, la première distance (22) est proportionnelle à la hauteur (9) des languettes (7) de collecte de courant dans une série (6) donnée. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications 5 à 7 dans laquelle, la première distance (22) diminue d’une série (6) à l’autre selon que l’on se déplace le long de la première (2) d’électrode et de la deuxième (3) d’électrode vers une direction (19) d’enroulement. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, une deuxième distance (23) séparant deux séries (6) voisines de languettes (7) de collecte de courant et mesurée selon un premier axe (X) sensiblement perpendiculaire à l’axe (Y) central et parallèle aux bords (4,5) supérieurs et inférieurs, ladite deuxième distance (23) évoluant selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode (2) et de la deuxième d’électrode (3). Cellule (1) selon la revendication 9 dans laquelle, la deuxième distance (23) diminue selon que l’on se déplace le long de la première d’électrode (2) et de la deuxième électrode (3), vers une direction (19) d’enroulement. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, les languettes (7) de collecte de courant présentent une forme de trapèze isocèle. Cellule (1) selon la revendication 11 dans laquelle, les languettes (7) de collectes de courant comportent : - une première base (24) supérieure confondue avec le bord (4) supérieur de la première d’électrode (2) et une première base (25) inférieure confondue avec le bord (5) inférieur de la deuxième d’électrode (3), - une deuxième base (26) supérieure confondue avec le sommet (8) supérieur de la languette (7) de collecte de courant et une deuxième base (27) inférieure confondue avec le sommet (10) inférieur de la languette (7) de collecte de courant, - deux bords latéraux (32) supérieurs reliant la première base (24) supérieure à la deuxième base (26) supérieure et deux bords latéraux (33) inférieurs reliant la première base (25) inférieure et la deuxième base (27) inférieure. Cellule (1) selon la revendication 12 dans laquelle la première base (24,25) présente une première longueur (28) et la deuxième base (26,27) présente une deuxième longueur (29) inférieure à la première longueur (28), la première longueur (28) et la deuxième longueur (29) étant mesurée selon le premier axe (X). Cellule (1) selon la revendication 13 dans laquelle, la première longueur (28) et la deuxième longueur (29) présentent un ratio compris entre 1 et 2. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, les languettes (7) de collecte de courant présentent une forme sensiblement rectangulaire. Cellule (1) selon la revendication 11 dans laquelle, les languettes (7) de collecte courant d’une série (6) donnée présente une troisième longueur (30) donnée, mesurée selon le premier axe (X). Cellule (1) selon la revendication 16 dans laquelle, d’une série (6) à l’autre, la troisième longueur (30) est différente. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications 16 ou 17 dans laquelle, la troisième longueur (30) diminue selon que l’on se déplace vers une direction (19) d’enroulement. Cellule (1) selon l’une quelconque des revendications précédentes dans laquelle, chaque languette (7) de collecte de courant comprend une découpe (31) selon l’axe (Y) central, ladite découpe (31) séparant chaque languette (7) de collecte de courant en deux demi-languettes de dimensions sensiblement identiques. Cellule (1) selon la revendication 19 dans laquelle, dans la première électrode (2), la découpe (31) s’étend depuis le bord (4) supérieur jusqu’au sommet (8) supérieur et dans la deuxième électrode (3), la découpe (31) s’étend depuis le bord (5) inférieur jusqu’au sommet (10) inférieur.