Brevet FR3164323A1 — publié le 20260109

Procédé de fabrication d’une cellule (10) cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, cette cellule (10) comprenant - un enroulement (1) d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une première feuille (3) d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille d’électrode et un deuxième séparateur ; - au moins une languette (4) de collecte de courant reliée à la première feuille d'électrode faisant saillie à une première extrémité dudit enroulement ; - un boîtier (2) métallique cylindrique logeant ledit enroulement, ledit procédé comprenant une étape de fabrication additive métallique, à ladite première extrémité, d'un collecteur de courant en contact avec le boîtier métallique cylindrique et fusionnant au moins une partie de ladite languette de collecte de courant de sorte à connecter électriquement la première feuille d’électrode au boîtier métallique cylindrique. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Cellule de batterie électrique de type cylindrique sans languettes La présente invention a trait au domaine technique des cellules cylindriques des batteries électriques pour véhicule à propulsion électrique. Plus particulièrement, la présente invention se rapporte à la fabrication d’une cellule cylindrique, y compris notamment la connexion électrique d'une feuille d'électrode de cette cellule à un boîtier cylindrique la contenant. Une cellule de batterie électrique de type cylindrique comprend un boîtier cylindrique (ou « casing » en anglais) logeant un enroulement d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une feuille d’électrode positive (ou cathode), une première feuille de séparateur isolant, une feuille d’électrode négative (ou anode) et une deuxième feuille de séparateur isolant. Des premières languettes de collecte de courant reliées à la cathode et des deuxièmes languettes de collecte de courant reliées à l'anode font, respectivement, saillie à une première extrémité et à une deuxième extrémité opposées de l'enroulement d'électrodes et de séparateurs. Un collecteur de courant ayant la forme d'un disque plein ou ajouré est rapporté dans un plan perpendiculaire à l'axe central de l'enroulement d'électrodes et de séparateurs et est soudé aux premières ou aux deuxièmes languettes de collecte de courant pour raccorder électriquement l'anode ou la cathode au boîtier cylindrique. Il en résulte une liaison électrique et mécanique d'une électrode de la cellule cylindrique au boîtier au moyen d'un collecteur de courant rapporté. Cependant, la fixation d'un tel collecteur de courant requiert une grande précision industrielle dans le sens où il doit être correctement dimensionné pour convenir au boîtier et à une extrémité de l'enroulement, y être rapporté avec précision de façon concentrique avec ledit enroulement et être fixé de manière fiable et sûre, d'une part, aux languettes de collecte de courant et, d'autre part, au boîtier. Un objet de la présente invention est de remédier aux inconvénients précités. Un autre objet de la présente invention est d'améliorer la fiabilité de la liaison électrique et mécanique entre le boîtier et l'enroulement d'électrodes et de séparateurs. Un autre objet de la présente invention est d'améliorer la résistance des cellules de batterie électrique de type cylindrique aux chocs et aux vibrations. Un autre objet de la présente invention est de proposer une construction plus compacte et plus sûre des cellules cylindriques des batteries électriques pour véhicule à propulsion électrique. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, un procédé de fabrication d’une cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, ladite cellule comprenant - un enroulement d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une première feuille d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille d’électrode et un deuxième séparateur ; au moins une languette de collecte de courant reliée à la première feuille d'électrode faisant saillie à une première extrémité dudit enroulement ; - un boîtier métallique cylindrique logeant ledit enroulement, ledit procédé comprenant une étape de fabrication additive métallique, à ladite première extrémité, d'un collecteur de courant en contact avec le boîtier métallique cylindrique et fusionnant au moins une partie de ladite languette de collecte de courant de sorte à connecter électriquement la première feuille d’électrode au boîtier métallique cylindrique. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser de métal sous forme poudre ; - le collecteur de courant a une épaisseur comprise ente 0,05mm et 5mm ; - l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser de cuivre, la première feuille d'électrode étant une feuille d'électrode négative à laquelle est reliée la languette de collecte de courant comportant du cuivre ; - l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser d'aluminium, la première feuille d'électrode étant une feuille d'électrode positive à laquelle est reliée la languette de collecte de courant comportant de l’aluminium ; - le collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode négative au boîtier métallique cylindrique a une épaisseur inférieure à l’épaisseur du collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode positive au boîtier métallique cylindrique; - la languette de collecte de courant est formée par découpe dans la première feuille d’électrode. Il est proposé, en deuxième lieu, une cellule cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique comprenant - un enroulement d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une première feuille d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille d’électrode et un deuxième séparateur, au moins une languette de collecte de courant reliée à la première feuille d'électrode faisant saillie à une première extrémité dudit enroulement, - un boîtier métallique cylindrique logeant ledit enroulement; la première feuille d’électrode étant connectée électriquement au boîtier métallique cylindrique selon le procédé présenté ci-dessus. Dans un mode de réalisation, la première feuille d’électrode et la languette de collecte de courant sont fabriquées d’un seul tenant. 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 à la figure FIG. 1 qui illustre une cellule cylindrique de batterie électrique selon divers mode de réalisation. En se référant à la FIG. 1 , il est affiché une cellule 10 cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique comprenant un enroulement 1 d'électrodes et de séparateurs et un boîtier 2 métallique cylindrique logeant cet enroulement 1 . Le boîtier 2 métallique cylindrique se présente sous la forme d'une enceinte métallique cylindrique creuse agencée pour contenir (ou loger) l'enroulement 1 d'électrodes et de séparateurs. Une fois l'enroulement 1 en place, un électrolyte est ensuite injecté dans le boîtier 2 métallique cylindrique. L'enroulement 1 d'électrodes et de séparateurs comporte successivement une première feuille 3 d’électrode (par exemple, une anode), un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille 1 d’électrode et un deuxième séparateur. Au moins une languette 4 de collecte de courant reliée à la première feuille 3 d'électrode (ou à la deuxième feuille d'électrode) fait saillie à une première extrémité de l'enroulement 1 . Dans un mode de réalisation, la languette 4 de collecte de courant est, avantageusement, fabriquée d'un seul tenant avec la première feuille 3 d’électrode. Autrement dit, la première feuille 3 d’électrode et la languette 4 de collecte de courant sont fabriquées en une seule pièce continue, sans connexion mécanique ou interface séparée entre elles. En d’autres termes, la première feuille 3 d’électrode et la languette 4 de collecte de courant se présentent sous la forme d’une seule pièce. Une telle conception peut être réalisée en prolongeant une partie du matériau de la première feuille 3 d'électrode pour former la languette 4 de collecte de courant, ou en découpant (par exemple, au laser) le matériau de la première feuille 3 d'électrode afin de créer une partie saillante servant de languette 4 de collecte de courant. Dans un mode de réalisation préféré, la languette 4 de collecte de courant est formée par découpe (notamment, au laser) dans la première feuille 3 d’électrode. L'élimination des soudures, des jonctions mécaniques ou, plus généralement, des interfaces entre la languette 4 de collecte de courant et la première feuille 3 d’électrode réduit, avantageusement, les points potentiels de défaillance, ce qui améliore la fiabilité de la cellule 10 cylindrique. En outre, une connexion intégrée de la languette 4 de collecte de courant, c.à.d. non rapportée, minimise les résistances électriques, ce qui est bénéfique pour la performance électrique de la cellule 10 cylindrique. Une première feuille 3 d’électrode et une languette 4 de collecte de courant fabriquées d’un seul tenant permettent aussi de simplifier et de réduire le coût de fabrication de la cellule 10 cylindrique, ainsi que de diminuer son poids global. Une connexion électrique de la première feuille 3 d'électrode au boîtier 2 métallique cylindrique est, dans un mode de réalisation, obtenue par une étape de fabrication additive métallique (ou impression 3D), à la première extrémité de l'enroulement 1 , d'un collecteur de courant en contact avec le boîtier 2 métallique cylindrique et fusionnant (ou intégrant par fusion) au moins une partie de la languette 4 de collecte de courant de sorte à connecter électriquement la première feuille 3 d'électrode au boîtier 2 métallique cylindrique. Cette étape de fabrication additive métallique lie, par fusion, la languette 4 de collecte de courant au boîtier 2 métallique cylindrique. Il en résulte, avantageusement, une solidarisation compacte améliorant la liaison électrique et mécanique de la languette 4 de collecte de courant au boîtier 2 métallique cylindrique à l'aide d'un collecteur de courant fabriqué directement in situ à la première extrémité de l'enroulement 1 par impression 3D, et non par une pièce rapportée. En fusionnant la languette 4 de collecte de courant dans le collecteur de courant, il en résulte, avantageusement, une cellule cylindrique sans languette de collecte de courant, offrant une plus grande fiabilité et une densité énergétique accrue. Dans un mode de réalisation, l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser, plus connu sous l'acronyme anglo-saxon LMD (pour «Laser Metal Deposition»), de métal sous forme poudre. Un dispositif 11 de dépôt laser de métal est, en effet, configuré pour fabriquer, selon une méthode de rechargement par dépôt laser de métal sous forme poudre, un collecteur de courant à la première extrémité de l'enroulement 1 . Avantageusement, cette méthode de fabrication additive par LMD permet d'obtenir rapidement un collecteur de courant sous la forme d'une couche de recouvrement sensiblement uniforme, dont l'épaisseur peut être contrôlée avec précision. L'épaisseur du collecteur de courant obtenu par fabrication additive est, dans un mode de réalisation, comprise entre 0,05mm et 5mm. Une telle épaisseur assure une liaison mécanique et électrique sûre entre le boîtier 2 métallique cylindrique et la première feuille 3 d’électrode. Une telle épaisseur permet également de maximiser l’espace disponible dans le boîtier 2 métallique cylindrique destiné à recevoir l’enroulement 1 d'électrodes et de séparateurs. Réduire l’épaisseur du collecteur de courant permet d'intégrer une électrode plus large, ce qui augmente la capacité totale de la cellule 10 cylindrique. La fabrication additive d’un collecteur de courant d’épaisseur comprise en 0,05mm et 5mm ou encore entre 0,05mm et 0,5mm lui alloue exactement l'espace nécessaire, sans excès ni encombrement de la cellule 10 cylindrique, tout en optimisant la quantité de matière requise pour sa fabrication, ce qui réduit également son coût de production. Dans un mode de réalisation, la première feuille 3 d'électrode est une feuille d'électrode négative (ou anode), à laquelle est reliée une languette 4 de collecte de courant comportant du cuivre. Dans ce cas, l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser de cuivre. Il en résulte, avantageusement, une compatibilité entre le matériau de la languette 4 de collecte de courant et celui du collecteur de courant fabriqué par impression 3D, conduisant à une intégrité structurelle de la connexion entre la première feuille 3 d'électrode et le boîtier 2 métallique cylindrique. Il en résulte, avantageusement, une réduction des risques de fissuration et, par conséquent, une liaison électrique et mécanique plus robuste et fiable entre la feuille d’électrode négative et le boîtier 2 métallique cylindrique. Dans un autre mode de réalisation, la première feuille 3 d'électrode est une feuille d'électrode positive (ou cathode), à laquelle est reliée une languette 4 de collecte de courant comportant de l'aluminium. Dans ce cas, l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser d'aluminium. Il en résulte, avantageusement, une compatibilité entre le matériau de la languette 4 de collecte de courant et celui du collecteur de courant fabriqué par impression 3D, conduisant à une intégrité structurelle de la connexion entre la première feuille 3 d'électrode et le boîtier 2 métallique cylindrique. Il en résulte, avantageusement, une réduction des risques de fissuration et, par conséquent, une liaison électrique et mécanique plus robuste et fiable entre la feuille d’électrode positive et le boîtier 2 métallique cylindrique. Ce mode de réalisation peut, notamment, être envisagé dans le cas d'une cellule 10 cylindrique lithium-fer-phosphate (plus connue sous l'appellation cellule LFP). Dans un mode de réalisation, le collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode négative au boîtier 2 métallique cylindrique a une épaisseur inférieure à l’épaisseur du collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode positive au boîtier 2 métallique cylindrique. En effet, un collecteur de courant en cuivre ou contenant du cuivre conduit mieux l’électricité qu'un collecteur en aluminium ou contenant de l'aluminium, permettant ainsi de réduire son épaisseur lorsqu'il relie l'anode au boîtier 2 métallique cylindrique. Deux fabrications additives métalliques à deux épaisseurs différentes peuvent ainsi être adoptées pour connecter l’anode ou la cathode au boîtier 2 métallique cylindrique, ce qui permet de réduire l’utilisation du métal en poudre. Procédé de fabrication d’une cellule ( 10 ) cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique, ladite cellule ( 10 ) comprenant - un enroulement ( 1 ) d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une première feuille ( 3 ) d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille ( 3) d’électrode et un deuxième séparateur ; au moins une languette ( 4 ) de collecte de courant reliée à la première feuille ( 3 ) d'électrode faisant saillie à une première extrémité dudit enroulement ( 1 ); - un boîtier ( 2 ) métallique cylindrique logeant ledit enroulement ( 1 ), ledit procédé étant caractérisé en ce qu ’il comprend une étape de fabrication additive métallique, à ladite première extrémité, d'un collecteur de courant en contact avec le boîtier ( 2 ) métallique cylindrique et fusionnant au moins une partie de ladite languette ( 4 ) de collecte de courant de sorte à connecter électriquement la première feuille ( 3 ) d’électrode au boîtier ( 2 ) métallique cylindrique. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser de métal sous forme poudre. Procédé de fabrication selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le collecteur de courant a une épaisseur comprise ente 0,05mm et 5mm. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser de cuivre, la première feuille ( 3 ) d'électrode étant une feuille d'électrode négative à laquelle est reliée la languette (4) de collecte de courant comportant du cuivre. Procédé de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'étape de fabrication additive métallique comprend un rechargement par dépôt laser d'aluminium, la première feuille ( 3 ) d'électrode étant une feuille d'électrode positive à laquelle est reliée la languette ( 4 ) de collecte de courant comportant de l’aluminium. Procédé de fabrication selon les revendications 4 et 5, caractérisé en ce que le collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode négative au boîtier ( 2 ) métallique cylindrique a une épaisseur inférieure à l’épaisseur du collecteur de courant connectant électriquement la feuille d’électrode positive au boîtier ( 2 ) métallique cylindrique. Procédé de fabrication selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu e la languette ( 4 ) de collecte de courant est formée par découpe dans la première feuille ( 3 ) d’électrode. Cellule ( 10 ) cylindrique de batterie électrique pour véhicule à propulsion électrique comprenant - un enroulement d'électrodes et de séparateurs comportant successivement une première feuille ( 3 ) d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille d’électrode et un deuxième séparateur, au moins une languette ( 4 ) de collecte de courant reliée à la première feuille ( 3 ) d'électrode faisant saillie à une première extrémité dudit enroulement ( 1 ), - un boîtier ( 2 ) métallique cylindrique logeant ledit enroulement ( 1 ); cette cellule ( 10 ) cylindrique étant caractérisée en ce que la première feuille ( 3 ) d’électrode est connectée électriquement au boîtier ( 2 ) métallique cylindrique selon un procédé conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. Cellule ( 10 ) cylindrique selon la revendication précédente, caractérisée en ce que la première feuille ( 3 ) d’électrode et la languette ( 4 ) de collecte de courant sont fabriquées d’un seul tenant.