Brevet FR3163777A1 — publié le 20251226

Cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsio n électrique comprenant un enroulement sur lui-même d'un empilement (10) successif - d'une première feuille (1) d'électrode d'une première polarité ; - d’une première feuille (2) de séparateur isolant ; - d'une deuxième feuille (3) d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité ; - d'une deuxième feuille (4) de séparateur isolant, une portion (34) de la deuxième feuille (3) d'électrode dépassant de l'empilement (10) successif de sorte que ledit enroulement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même de la portion (34) en dépassement de la deuxième feuille (3) d'électrode. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Cellule cylindrique pour batterie électrique et son procédé de fabrication Domaine technique de l'invention La présente invention concerne le domaine technique des cellules cylindriques des batteries électriques pour véhicule à propulsion électrique. En particulier, l’invention concerne les feuilles d'électrode pour de telles cellules cylindriques. Arrière-plan technique Plus particulièrement, la présente invention concerne une cellule cylindrique de batterie, ladite cellule comprenant un boitier et un rouleau logé dans le boitier, le rouleau délimitant un volume central autour duquel le rouleau est formé par enroulement, le rouleau comprenant des électrodes de la cellule. Les cellules cylindriques sont fabriquées par enroulement autour d’un mandrin rotatif, 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. La fabrication d’une telle cellule requiert une grande précision industrielle dans le sens où le volume de logement dans le boitier pour recevoir le rouleau doit être convenablement dimensionné pour permettre l’insertion du rouleau dans le boitier et limiter les déplacements du rouleau dans le boitier pour éviter l’effondrement dudit rouleau en particulier lorsque son volume central est laissé vide de matière solide. « Effondrement » signifie que le multicouche se déstructure à l’intérieur du boitier, pouvant provoquer un désalignement des électrodes (notamment les première et deuxième feuilles d’électrode susmentionnées) et du séparateur (notamment la première feuille de séparateur et/ou la deuxième feuille de séparateur susmentionnées). En d’autres termes, le multicouche se déroule de l’intérieur, dans le volume central. Bien que les cellules actuelles lorsqu’elles sont correctement dimensionnées et paramétrées donnent globalement satisfaction, elles demeurent perfectibles. En effet, les modifications de dimensions et/ou des paramètres des électrodes modifient le comportement en charge/décharge des cellules. Les cycles de charge et de décharge successifs de la cellule provoquent des mouvements du rouleau dans le boitier. Naturellement, le volume central peut varier en conséquence, provoquant parfois l’effondrement du rouleau dans ledit volume central. L’effondrement du rouleau grève les performances de la cellule. Dans les pires scénarios, l’effondrement du rouleau peut conduire à des accidents dramatiques, tels que des explosions ou incendies, notamment en raison de courts circuits provoqués par une mise en contact direct d’électrodes aux potentiels opposés (notamment une mise en contact des première et deuxième feuilles d’électrodes susmentionnées) due au désalignement des feuilles (i.e. la première feuille d’électrode, la première feuille de séparateur, la deuxième feuille d’électrode et la deuxième feuille de séparateur) du multicouche. Ainsi, il existe un besoin d’améliorer la cellule cylindrique pour améliorer le maintien du rouleau dans le boitier, notamment en vue de limiter la survenance d’un accident tel qu’évoqué ci-avant. La présente invention a pour but d’améliorer le maintien du rouleau dans le boitier. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, une feuille d'électrode destinée à être intégrée dans une cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, cette feuille d’électrode comprenant une feuille métallique s'étendant longitudinalement selon un premier axe entre une première extrémité et une deuxième extrémité opposée à la première extrémité, cette feuille d’électrode étant destinée à être enroulée autour d’un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe en partant de la première extrémité, la feuille métallique comprenant - à la première extrémité, une portion inactive transversale dépourvue de matériau actif; - une portion active revêtue d'un matériau actif s'étendant longitudinalement selon le premier axe entre la portion inactive transversale et la deuxième extrémité. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - la portion inactive transversale a une longueur comprise entre 50mm et 250mm selon le premier axe ; - la feuille d’électrode est une feuille d’électrode négative. Il est proposé, en deuxième lieu, une cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique comprenant un enroulement sur lui-même d'un empilement successif selon un premier axe d'une première feuille d'électrode d'une première polarité ; d’une première feuille de séparateur isolant ; d'une deuxième feuille d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité ; d'une deuxième feuille de séparateur isolant, une portion de la deuxième feuille d'électrode dépassant, selon le premier axe, de l'empilement successif de sorte que ledit enroulement autour d’un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe en partant de ladite portion soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe de la portion en dépassement de la deuxième feuille d'électrode. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - l'enroulement sur elle-même autour du deuxième axe de la portion en dépassement est d'au moins deux tours ; - la deuxième feuille d'électrode est une feuille d’électrode telle que présentée ci-dessus, la portion en dépassement comprenant ladite portion inactive transversale. Autrement dit, la portion dépassant, selon le premier axe, de l’empilement successif comprend une portion inactive transversale. Il est proposé, en troisième lieu, un procédé de fabrication d'une cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, ce procédé comprenant les étapes suivantes: - empilement successif selon un premier axe d'une première feuille d'électrode d'une première polarité; d’une première feuille de séparateur isolant; d'une deuxième feuille d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité, d'une deuxième feuille de séparateur isolant, une portion de la deuxième feuille d'électrode dépassant, selon le premier axe, de l'empilement successif, - enroulement sur lui-même de l'empilement successif autour d’un deuxième axe sensiblement perpendiculaire au premier axe en partant de ladite portion de sorte que cet enroulement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe de la portion en dépassement de la deuxième feuille d'électrode. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - l'enroulement sur elle-même autour du deuxième axe de la portion en dépassement est d'au moins deux tours ; - la deuxième feuille d'électrode est une feuille d’électrode telle que présentée ci-dessus, la portion en dépassement comprenant ladite portion inactive transversale. Autrement dit, la portion dépassant, selon le premier axe, de l’empilement successif comprend une portion inactive transversale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement et de manière concrète à la lecture de la description ci-après de modes de réalisation, laquelle est faite en référence aux dessins annexés dans lesquels : la figure FIG. 1 illustre schématiquement un premier empilement successif de feuilles selon divers modes de réalisation ; la figure FIG. 2 illustre schématiquement un deuxième empilement successif de feuilles selon divers modes de réalisation ; la figure FIG. 3 illustre schématiquement une cellule cylindrique selon divers modes de réalisation ; la figure FIG. 4 illustre schématiquement des étapes d’un procédé de fabrication d’une cellule cylindrique selon divers modes de réalisation. Description détaillée de l'invention En se référant à la FIG. 1 , il est affiché un empilement 10 successif selon un premier axe 5 - d'une première feuille 1 d'électrode d'une première polarité, - d’une première feuille 2 de séparateur isolant, - d'une deuxième feuille 3 d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité, et - d'une deuxième feuille 4 de séparateur isolant. La deuxième feuille 3 d'électrode comprend une feuille 30 métallique (ou collecteur de courant) s'étendant longitudinalement selon le premier axe 5 entre une première extrémité 31 et une deuxième extrémité 32 opposée à la première extrémité 31 . Autrement dit, la deuxième feuille 3 d'électrode est de forme sensiblement rectangulaire délimitée longitudinalement selon le premier axe 5 par un premier bord transversal d'extrémité 31 et un deuxième bord transversal d'extrémité 32 opposé et sensiblement parallèle au premier bord transversale d'extrémité 31 . La deuxième feuille 3 d’électrode est destinée à être enroulée autour d’un deuxième axe 6 sensiblement perpendiculaire au premier axe 5 en partant de la première extrémité 31 . La feuille 30 métallique comprend, à sa première extrémité 31 , une portion 34 inactive transversale dépourvue de matériau actif et une portion 33 active revêtue d'un matériau actif s'étendant longitudinalement selon le premier axe 5 entre la portion 34 inactive transversale et la deuxième extrémité 32 . La deuxième feuille 3 d'électrode est, dans un mode de réalisation, une feuille d'électrode négative ou une anode. La deuxième feuille 3 d'électrode peut, dans ce cas, comprendre une feuille métallique en cuivre et un matériau actif d'anode tel que le graphite ou le carbone. La portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille 3 d'électrode dépasse, selon le premier axe 5 (ou dans la direction du premier axe 5 ), au moins partiellement de l'empilement 10 successif de sorte que l'enroulement sur lui-même autour du deuxième axe 6 de l'empilement 10 successif en partant de la portion 34 en dépassement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe 6 de la portion 34 inactive transversale en dépassement, tel qu'il est illustré par la FIG. 3 . Autrement dit, la portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille 3 d'électrode s'étend, dans l'empilement 10 successif, au-delà des autres feuilles 1 , 2 , 4 selon le premier axe 5 (c.à.d. dans la direction dans laquelle elles sont enroulées, à savoir le premier axe 5 ou la direction longitudinales des feuilles 1 - 4 ). Par conséquent, lors de l'enroulement autour d'un mandrin rotatif de l'empilement 10 successif, la portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille 3 d'électrode est enroulée en premier autour du deuxième axe 6 , suivie par les feuilles 1 - 4 de l'empilement 10 successif. La deuxième feuille 3 d'électrode dépasse selon le premier axe 5 (autrement dit, dans une direction longitudinale de l'empilement 10 successif), c'est à dire qu'elle s'étend au-delà des autres feuilles 1 , 2 , 4 de l'empilement 10 successif dans la direction longitudinale de celui-ci ou, plus généralement, selon le premier axe 6 . La direction longitudinale se réfère à l'axe le plus long de l'empilement 10 successif ou le sens dans lequel cet empilement 10 successif est enroulé pour former la cellule 11 cylindrique. Plus généralement, la deuxième feuille 3 d'électrode présente, selon le premier axe 5 , une extension permettant à cette deuxième feuille 3 d'électrode de dépasser l'alignement des autres feuilles 1 , 2 , 4 , créant une projection distincte dans le sens de la longueur de l'empilement 10 successif ou, plus généralement, dans la direction du premier axe 5 d’empilement. En dépassant selon le premier axe 5, la portion 34 inactive transversale est, avantageusement, pré-enroulée autour du deuxième axe 6 avant l'enroulement de l'empilement 10 successif (ou initie l'enroulement avant que l'empilement 10 successif ne suive) de sorte à former un noyau (ou un pilier) au centre du rouleau résultant permettant de rigidifier la zone centrale de celui-ci et éviter, ainsi, un effondrement vers l’intérieur de la cellule 11 cylindrique. Dans un mode de réalisation, la portion 34 inactive transversale a, selon une direction longitudinale de la feuille métallique ou plus généralement selon le premier axe 5 , une longueur comprise entre 50mm et 250mm ou encore entre 100mm et 600mm. De telles longueurs permettent, avantageusement, de réaliser (en fonction du périmètre du mandrin rotatif utilisé pour l'enroulement sur lui-même de l'empilement 10 successif autour du deuxième axe 6 ) un nombre prédéfini de tours conférant une rigidité suffisante au noyau de la cellule 11 cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique. Dans un mode de réalisation, l'enroulement sur elle-même autour du deuxième axe 6 de la portion 34 inactive transversale est d'au moins deux tours. La réalisation d'au moins deux tours autour du deuxième axe 6 à l'aide de la portion 34 inactive transversale permet, avantageusement, d'éviter la présence de points faibles sur tout le périmètre intérieur du rouleau et de conférer une résistance sensiblement uniforme apte à résister à une éventuelle force tendant à déformer le noyau ou la zone centrale de la cellule 11 cylindrique. En se reportant à la FIG. 4 , il est affiché des étapes d'un procédé 12 de fabrication de la cellule 11 cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique. Ce procédé 12 comprend une étape 41 d'empilement successif selon le premier axe 5 d'une première feuille 1 d'électrode d'une première polarité, d'une première feuille 2 de séparateur isolant, d'une deuxième feuille 3 d'électrode telle que présentée ci-dessus d'une deuxième polarité opposée à la première polarité, et d'une deuxième feuille 4 de séparateur isolant. La portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille d'électrode dépasse selon le premier axe 5 au moins partiellement de l'empilement 10 successif. Autrement dit, la deuxième feuille 3 d'électrode est disposée dans l'empilement 10 successif de sorte que sa portion 34 inactive transversale s'étend au-delà des autres feuilles 1 , 2 , 4 dans la direction longitudinale de l'empilement 10 successif ou, plus généralement, selon le premier axe 5 . Le procédé 12 comprend, en outre, une étape 42 d'enroulement sur lui-même de l'empilement 10 successif autour du deuxième axe 6 sensiblement perpendiculaire au premier axe 5 en partant de la portion 34 inactive transversale de sorte que cet enroulement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe 6 de la portion 34 inactive transversale en dépassement selon le premier axe 5 de la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode. L'empilement 10 successif est, en effet, enroulé autour de son axe le plus court ou, plus généralement, autour du deuxième axe 6 de sorte que l'enroulement résultant soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe 6 de la portion 34 inactive transversale. Il s’agit, dans un mode de réalisation, d’un enroulement radial de l’empilement 10 successif autour d’un axe transversal parallèle à la largeur de l’empilement 10 successif (ou, plus généralement, autour du deuxième axe 6 ) en partant de la portion 34 en dépassement de sorte à former une spirale concentrique autour de cet axe transversal. Lors de cette étape 42 d’enroulement, la portion 34 inactive transversale en dépassement selon le premier axe 5 est, avantageusement, enroulée en premier autour du deuxième axe 6 , suivie par les feuilles 1 - 4 de l'empilement 10 successif. Autrement dit, la portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille 3 d’électrode initie l'enroulement autour du deuxième axe 6 avant que l'empilement 10 successif ne suive. Il en résulte, avantageusement, un renforcement de la zone centrale du rouleau permettant d'éviter son effondrement. Dans un mode de réalisation, la portion 34 inactive transversale de la deuxième feuille 3 d'électrode présente, selon une direction longitudinale de la feuille 30 métallique ou selon le premier axe 5 , une longueur suffisante pour qu'elle puisse s'enrouler sur elle-même autour du deuxième axe 6 au moins deux fois (bien entendu, en tenant compte d'un périmètre prédéfini du mandrin rotatif). Un enroulement de la portion 34 inactive transversale sur elle-même autour du deuxième axe 6 d'au moins deux tours permet, avantageusement, d'assurer une rigidification sensiblement uniforme sur tout le périmètre intérieur du rouleau apte à résister à une éventuelle force tendant à déformer la zone centrale de la cellule 11 cylindrique. Il convient de noter que les modes de réalisation décrits précédemment sont également valables pour une deuxième feuille 3 d'électrode sans portion 34 inactive transversale. En effet, dans un mode de réalisation alternatif illustré par la FIG. 2 , la feuille 30 métallique de la deuxième feuille 3 d'électrode comprend une portion 33 active revêtue d'un matériau actif s'étendant longitudinalement selon le premier axe 5 entre la première extrémité 31 et la deuxième extrémité 32 . Autrement dit, la feuille 30 métallique ne comporte pas une portion 34 inactive transversale. Plus généralement, une portion 33’ de la deuxième feuille 3 d'électrode dépasse, selon le premier axe 5 , de l'empilement 10 successif de sorte que l'enroulement autour du deuxième axe 6 en partant de la portion 33’ en dépassement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe 6 de la portion 33’ en dépassement de la deuxième feuille 3 d'électrode. Tel que décrit précédemment, il en résulte, avantageusement, une rigidification de la zone centrale du rouleau empêchant son effondrement. De façon plus générale, la portion 34 , 33’ de la deuxième feuille 3 d'électrode dépassant, selon le premier axe 5 , de l'empilement 1 0 successif peut comprendre une portion 34 inactive transversale ou être une portion 33’ revêtue au moins partiellement d'un matériau actif. Cellule ( 11 ) cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique comprenant un enroulement sur lui-même d'un empilement ( 10 ) successif selon un premier axe ( 5 ) - d'une première feuille ( 1 ) d'électrode d'une première polarité; - d’une première feuille ( 2 ) de séparateur isolant ; - d'une deuxième feuille ( 3 ) d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité ; - d'une deuxième feuille ( 4 ) de séparateur isolant, une portion ( 34 , 33’ ) de la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode dépassant, selon le premier axe ( 5 ), de l'empilement ( 10 ) successif de sorte que ledit enroulement autour d’un deuxième axe ( 6 ) sensiblement perpendiculaire au premier axe ( 5 ) en partant de ladite portion ( 34 , 33’ ) soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe ( 6 ) de la portion ( 34 , 33’ ) en dépassement de la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode. Cellule ( 11 ) cylindrique selon la revendication précédente, caractérisé e en ce que l'enroulement sur elle-même autour du deuxième axe ( 6 ) de la portion ( 34 , 33’ ) en dépassement est d'au moins deux tours. Cellule ( 11 ) cylindrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé e en ce que la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode comprend une feuille ( 30 ) métallique s'étendant longitudinalement selon le premier axe ( 5 ) entre une première extrémité ( 31 ) et une deuxième extrémité ( 32 ) opposée à la première extrémité ( 31 ), cette deuxième feuille ( 3 ) d’électrode étant destinée à être enroulée autour du deuxième axe ( 6 ) sensiblement perpendiculaire au premier axe ( 5 ) en partant de la première extrémité ( 31 ), la feuille ( 30 ) métallique comprenant - à la première extrémité ( 31 ), une portion ( 34 ) inactive transversale dépourvue de matériau actif; - une portion ( 33 ) active revêtue d'un matériau actif s'étendant longitudinalement selon le premier axe ( 5 ) entre la portion ( 34 ) inactive transversale et la deuxième extrémité ( 32 ), la portion ( 34 , 33’ ) en dépassement comprenant ladite portion ( 34 ) inactive transversale. Cellule ( 11 ) cylindrique selon la revendication précédente caractérisée en ce que la portion (34) inactive transversale a une longueur comprise entre 50mm et 250mm selon le premier axe (5). Cellule ( 11 ) cylindrique selon la revendication 3 ou 4 caractérisée en ce que la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode est une feuille d’électrode négative. Procédé ( 12 ) de fabrication d'une cellule ( 11 ) cylindrique selon l’une quelconque des revendication précédentes, ce procédé ( 12 ) comprenant les étapes suivantes: - empilement ( 41 ) successif selon un premier axe ( 5 ) d'une première feuille ( 1 ) d'électrode d'une première polarité; d’une première feuille ( 2 ) de séparateur isolant; d'une deuxième feuille ( 3 ) d'électrode d'une deuxième polarité opposée à la première polarité, d'une deuxième feuille ( 4 ) de séparateur isolant, une portion ( 34 , 33’ ) de la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode dépassant, selon le premier axe ( 5 ), de l'empilement ( 10 ) successif, - enroulement ( 42 ) sur lui-même de l'empilement ( 10 ) successif autour d’un deuxième axe ( 6 ) sensiblement perpendiculaire au premier axe ( 5 ) en partant de ladite portion ( 34 , 33’ ) de sorte que cet enroulement soit sensiblement centré sur un enroulement sur elle-même autour du deuxième axe ( 6 ) de la portion ( 34 , 33’ ) en dépassement de la deuxième feuille ( 3 ) d'électrode. Procédé ( 12 ) de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'enroulement sur elle-même autour du deuxième axe ( 6 ) de la portion ( 34 , 33’ ) en dépassement est d'au moins deux tours.