Brevet FR3155635A1 — publié le 20250523

Cellule (10) électrique comprenant - un empilement (1) cylindrique 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 ; - un boîtier (6) comportant une enveloppe (61) cylindrique métallique ayant une face (62) interne délimitant un logement dans lequel loge l’empilement (1) cylindrique ; - un collecteur (4) de courant connecté à la première feuille d’électrode; ledit collecteur (4) de courant comprenant sur sa périphérie un rebord (41) comportant une face (42) latérale extérieure destinée à venir en contact avec la face (62) interne; une face (43) latérale intérieure opposée à la face (42) latérale extérieure; une tranche (44) reliant la face latérale extérieure et la face latérale intérieure et étant destinée à recevoir un cordon (7) de soudure pour souder ledit collecteur (4) à la face (62) interne. Figure pour l’abrégé : Fig.1 Cellule électrique et son procédé de fabrication La présente invention a trait au domaine technique des cellules cylindriques des batteries électriques et à leurs procédés de fabrication. Les cellules cylindriques sont fabriquées par enroulement autour d’un mandrin, d’un empilement successif d’au moins : - une feuille d’électrode positive ou cathode ; - une feuille de séparateur isolant ; - une feuille d’électrode négative ou anode ; - une feuille de séparateur isolant. Des languettes de collecte de courant dépourvues (non revêtues ou non recouvertes) de matériau actif sont prévues le long des feuilles d’électrode positive et négative dans la direction de l'axe longitudinal de la cellule cylindrique. Ces languettes de collecte de courant permettent de collecter et d’acheminer le courant électrique. Ces languettes de collecte de courant sont pliées, rabattues ou tassés dans des plans perpendiculaires à l'axe longitudinal de la cellule cylindrique de part et d'autre de celle-ci. Un premier collecteur de courant et un deuxième collecteur de courant sont, respectivement, raccordés électriquement à l'anode et à la cathode par soudure aux languettes de collecte de courant. Le collecteur de courant de l’anode et le collecteur de courant de la cathode se présentent sous la forme de deux disques pleins ou ajourés destinés à former ou à être reliés aux bornes de sortie (aussi appelées pôles) de la batterie électrique. L’empilement cylindrique est logé dans un boîtier cylindrique (ou « casing » en anglais) après quoi un électrolyte est injecté dans ledit boîtier cylindrique. Ce boîtier se présente sous la forme d'une enceinte cylindrique creuse. Une fois l’empilement cylindrique logé dans le boîtier, le collecteur de courant est solidarisé au boitier. La solidarisation est effectuée depuis une face extérieure du boitier par soudage ou par emboutissage à l’aveugle. Ainsi le collecteur de courant de l'anode est solidarisé au boîtier de façon hasardeuse car la soudure et/ou l’emboutissage est réalisé à l’aveugle ainsi que précédemment évoqué. Il peut en résulter de sérieuses conséquences quant à la stabilité et la qualité du contact électrique du collecteur de courant, notamment celui de l'anode. En outre, un défaut de fixation, au fond du boîtier, du collecteur de courant de l'anode peut grever les performances de la cellule cylindrique voire être à l’origine d’accidents gravissimes en cours d’utilisation et ceci en raison d’un mouvement non souhaité du collecteur de courant. Un objet de la présente invention est faciliter la réalisation d'un raccordement électrique stable et sûr entre le collecteur de courant de l'anode (ou, de manière équivalente, de la cathode) et le boîtier logeant la cellule cylindrique. Un autre objet de la présente invention est d’améliorer la fixation du collecteur de courant. Un autre objet de la présente invention est d’obtenir des cellules plus fiables. A cet effet, il est proposé, en premier lieu, une cellule électrique comprenant - un empilement cylindrique 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 ; - un boîtier comportant une enveloppe cylindrique métallique ayant une face interne délimitant un logement dans lequel loge l’empilement cylindrique ; - un collecteur de courant connecté à la première ou à la deuxième feuille d’électrode; le collecteur de courant comprenant sur sa périphérie un rebord comportant une face latérale extérieure destinée à venir en contact avec la face interne de l'enveloppe cylindrique lorsque l’empilement cylindrique est logée dans le boîtier; une face latérale intérieure opposée à la face latérale extérieure; une tranche reliant la face latérale extérieure et la face latérale intérieure, la cellule comprenant un cordon de soudure apposé sur la tranche et sur la face interne de l’enveloppe cylindrique pour souder le collecteur de courant à ladite face interne de l'enveloppe cylindrique. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : -la tranche du rebord est sensiblement plane et s’étend sensiblement perpendiculairement à un axe longitudinal de l'enveloppe cylindrique du boîtier ; - le collecteur de courant présente une épaisseur comprise entre 0.1 millimètre et 0.6 millimètre ; - l’épaisseur du collecteur de courant est sensiblement égale à 0.35 millimètre ; - l’épaisseur du collecteur de courant est sensiblement homogène sur toute sa surface ; - une hauteur totale comprenant l’épaisseur du collecteur de courant et la hauteur du rebord, mesurée selon l’axe longitudinal de l’enveloppe cylindrique est au minimum égale à deux fois et demie l’épaisseur du collecteur de courant ; - le rebord est présent sur au moins deux parties diamétralement opposées de la périphérie du collecteur de courant ; - le collecteur de courant présente, avant qu’il ne vienne en contact avec la face interne de l'enveloppe cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe cylindrique, ce collecteur de courant se pliant, lorsqu’il vient en contact avec l’enveloppe cylindrique, en sa périphérie sous l’effet de ce contact de sorte à former le rebord ; - le collecteur de courant comprend du cuivre ; - le collecteur de courant comprend du nickel. Il est proposé, en deuxième lieu, un procédé de fabrication de la cellule électrique présentée ci-dessus comprenant les étapes suivantes: - disposition de l’empilement cylindrique dans le boîtier de sorte que la face latérale extérieure du rebord vient en contact avec la face interne de l'enveloppe cylindrique; - application d'un cordon de soudure sur la tranche du rebord de sorte à souder le collecteur de courant à la face interne de l'enveloppe cylindrique. Diverses caractéristiques supplémentaires peuvent être prévues, seules ou en combinaison : - le procédé présenté ci-dessus comprend, en outre, une étape d’insertion du collecteur de courant dans l’enveloppe cylindrique de sorte que ce collecteur de courant se plie, lorsqu’il vient en contact avec l’enveloppe cylindrique, en sa périphérie sous l’effet de ce contact pour former le rebord, ce collecteur de courant présentant, avant qu’il ne vienne en contact avec la face interne de l'enveloppe cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe cylindrique ; - le ci-dessus comprend, en outre, une étape de pré-pliage de la périphérie du collecteur ( 4 ) de courant avec un angle compris entre 20 et 75 degrés, cette étape de pré-pliage étant préalable à l’étape d’insertion ; - l’angle est sensiblement égal à 60degrés. 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 FIG. 1 illustre schématiquement le raccordement d'un collecteur de courant d'une anode d'une cellule cylindrique au boîtier d'une batterie électrique selon divers modes de réalisation; la FIG. 2 illustre schématiquement des étapes d'un procédé de fabrication de la batterie électrique précitée selon divers modes de réalisation. En se référant à la FIG. 1 , il est affiché une cellule 10 électrique comprenant - un empilement 1 cylindrique ou, plus généralement, sensiblement cylindrique comportant successivement une première feuille 2 d’électrode (par exemple, une anode), un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille 2 d’électrode et un deuxième séparateur; - un boîtier 6 apte à contenir l’empilement 1 cylindrique. ; - un collecteur 4 de courant connecté à la première feuille 2 d’électrode ou à la deuxième feuille d’électrode. Au moins une partie du collecteur 4 de courant est, dans un mode de réalisation, destinée à former une borne de sortie (ou pôle) de la cellule 10 électrique. Le boîtier 6 comporte une enveloppe 61 cylindrique (ou, plus généralement, sensiblement cylindrique) métallique. L'enveloppe 61 cylindrique a une face 62 interne délimitant un logement dans lequel loge l’empilement 1 cylindrique. Le collecteur 4 de courant est destiné à être soudé à la face 6 2 interne de l'enveloppe 6 1 cylindrique. La face 6 2 interne de l'enveloppe 6 1 cylindrique est donc agencée pour être en contact électrique avec le collecteur 4 de courant lui-même soudé ou connecté électriquement aux languettes de collecte de courant de la première feuille 2 d’électrode ou de la deuxième feuille d’électrode . Pour une meilleure conductivité électrique, le collecteur 4 de courant comprend du cuivre et/ou du nickel. Pour cela, le collecteur 4 de courant comprend, sur sa périphérie, un rebord 41 (ou présente périphériquement un rebord 41 ). Ce rebord 41 est un bord relevé/replié ou une partie formant saillie limitant au moins partiellement le collecteur 4 de courant (c.à.d. sur au moins une partie de la périphérie du collecteur 4 de courant). Le rebord 41 comporte - une face 42 latérale extérieure destinée à venir en contact avec la face 6 2 interne de l'enveloppe 61 cylindrique lorsque l’empilement 1 cylindrique est logé dans le boîtier 6 ; - une face 43 latérale intérieure opposée à la face 42 latérale extérieure; - une tranche 4 4 reliant la face 42 latérale extérieure à la face 43 latérale intérieure destinée à recevoir un cordon 7 de soudure pour souder le collecteur 4 de courant à la face 6 2 interne de l'enveloppe 61 cylindrique. La cellule 10 électrique comprend, en effet, un cordon 7 de soudure apposé sur la tranche 44 et la sur la face 62 interne de l’enveloppe 61 cylindrique pour souder le collecteur 4 de courant à la face 62 interne de l’enveloppe 61 cylindrique. Dans ce raccordement, la tanche 44 du rebord 41 sert, avantageusement, de matelas permettant de réaliser une soudure (notamment, au laser) simple et sûre (non-hasardeuse) du collecteur 4 de courant à l'enveloppe 6 cylindrique. L’épaisseur du collecteur 4 de courant ou, de manière équivalente, de la tranche 44 est, dans un mode de réalisation, comprise entre 0,1 millimètre et 0,6 millimètre, de manière plus préférée entre 0,2 millimètre et 0,5 millimètre ou de manière encore plus préférée sensiblement égale à 0,35 millimètre. L’épaisseur du collecteur 4 de courant est, de préférence, sensiblement homogène sur toute sa surface. Il s’ensuit que l’épaisseur de la tranche 44 est sensiblement homogène sur toute sa longueur. L'épaisseur de la tranche 44 du rebord 41 offre, en effet, une surface de soudage permettant d’apposer de manière sûre un cordon 7 de soudure pour souder le collecteur 4 de courant à la face 6 2 interne de l'enveloppe 6 1 cylindrique. Il en résulte un renforcement de la liaison mécanique et électrique entre le collecteur 4 de courant et le boîtier 6 . Le rebord 41 vient, avantageusement, garantir la liaison mécanique et électrique entre le collecteur 4 de courant et le boîtier 6 au regard d'éventuelles dilatations thermiques provoquées par le chauffage des éléments impliqués dans cette liaison sous l'effet de fort courants électriques. Pour cela, la hauteur du rebord 41 mesurée selon l’axe longitudinal de l’enveloppe (61) cylindrique est, dans un mode de réalisation, au minimum égale à une fois et demie l’épaisseur du collecteur 4 de courant. Autrement dit, une hauteur totale comprenant l’épaisseur du collecteur 4 de courant et la hauteur du rebord 41 , mesurée selon l’axe longitudinal de l’enveloppe 61 cylindrique, est au minimum égale à deux fois et demie l’épaisseur du collecteur 4 de courant. La hauteur du rebord 41 , mesurée selon l’axe longitudinal de l’enveloppe 61 cylindrique, correspond sensiblement à la hauteur de la face 43 latérale intérieure mesurée selon ce même axe longitudinal de l’enveloppe 61 cylindrique. De telles dimensions assurent à la fois une facilité de soudure et une liaison souple et solide entre le collecteur 4 de courant et la face 62 interne de l’enveloppe 61 cylindrique du boitier 6 . Dans un mode de réalisation, la tranche 44 du rebord 41 est sensiblement plane et s’étend sensiblement perpendiculairement à un axe longitudinal de l'enveloppe 61 cylindrique du boîtier 6 . Une telle disposition facilite davantage l'application d'une manière sûre le cordon 7 de soudure. L'angle formé par la tranche 44 et la face 6 2 interne peut servir de guide pour l'application d'un cordon 7 de soudure, notamment, laser. Dans un autre mode de réalisation, le rebord 41 est présent sur au moins deux parties diamétralement opposées (ou des parties deux à deux diamétralement opposées) de la périphérie du collecteur 4 de courant. Cette répartition du rebord 41 améliore, avantageusement, la stabilité de la fixation par soudure du collecteur 4 de courant à l'enveloppe 61 cylindrique, tout en optimisant la longueur requise du cordon 7 de soudure. Le collecteur 4 de courant est, dans un mode de réalisation, un clinquant sous la forme d'un disque métallique (notamment, en cuivre ou en cuivre nickelé) ajouré ayant un rebord 41 sur sa périphérie extérieure. Dans un mode de réalisation, le collecteur 4 de courant, présente, avant qu’il ne vienne en contact avec la face 62 interne de l’enveloppe 61 cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe 61 cylindrique. Ce collecteur 4 de courant peut, en effet, être inséré dans l’enveloppe 61 cylindrique de sorte à former, lors de cette insertion, le rebord 41 en sa périphérie. Autrement dit, le rebord 41 peut être formé par emboutissage du collecteur 4 de courant dans l’enveloppe 61 cylindrique. Lorsque le collecteur 4 de courant vient en contact avec l’enveloppe 61 cylindrique, il se plie en sa périphérie sous l’effet de ce contact de sorte à former le rebord 41 . En se reportant à la FIG. 2 , un procédé de fabrication de la cellule 10 électrique décrite ci-dessus comprend une étape 21 de disposition (ou de logement) de l’empilement 1 cylindrique dans le boîtier 6 de sorte que la face 42 latérale extérieure du rebord 41 vient en contact avec la face 62 interne de l'enveloppe 6 1 cylindrique. Le collecteur 4 de courant est disposé de façon concentrique avec l'enveloppe 61 cylindrique de sorte que la surface 42 extérieure du rebord 41 vient en contact intime avec la face 6 2 interne de l’enveloppe 61 cylindrique qui se trouve, de ce fait, en contact électrique avec l'anode 2 . Dans un mode de réalisation, lorsque le collecteur 4 de courant présente, avant qu’il ne vienne en contact avec la face 62 interne de l'enveloppe 61 cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe 61 cylindrique, le procédé de fabrication de la cellule 10 électrique comprend une étape d’insertion de ce collecteur 4 de courant dans l’enveloppe 61 cylindrique de sorte que ce collecteur 4 de courant se plie, lorsqu’il vient en contact avec l’enveloppe 61 cylindrique, en sa périphérie sous l’effet de ce contact pour former le rebord 41 . Pour faciliter cette insertion, la périphérie du collecteur 4 de courant est, de préférence, pré-pliée avec un angle compris entre 20 et 75 degrés, de manière plus préférée entre 45 et 70 degrés ou de manière encore plus préférée égale à 60 degrés. Cette étape de pré-pliage permet, avantageusement, d'obtenir une hauteur homogène du rebord 41 et d’accommoder le guidage du collecteur 4 de courant lors de son insertion dans l’enveloppe 61 cylindrique. Ensuite, on applique (étape 22 ) un cordon 7 de soudure sur la tranche 44 du rebord 41 de sorte à souder le collecteur 4 de courant à la face 6 2 interne de l'enveloppe 61 cylindrique. Il en résulte, avantageusement, une fixation solide, directe et non-hasardeuse, assurant une liaison mécanique et électrique par soudure du collecteur 4 de courant avec le boîtier 6 . Le cordon 7 de soudure peut être continu ou discontinu sur la tranche 44 du rebord 41 . Il convient de noter que les étapes usuelles préalables d'enroulage par bobinage de l’empilement 1 cylindrique et de fixation du collecteur 4 de courant à la première feuille d’électrode ou à la deuxième feuille d’électrode ne sont pas représentées ici. Cellule ( 10 ) électrique comprenant - un empilement ( 1 ) cylindrique comportant successivement une première feuille ( 2 ) d’électrode, un premier séparateur, une deuxième feuille d’électrode de polarité opposée à la première feuille d’électrode et un deuxième séparateur ; - un boîtier ( 6 ) comportant une enveloppe ( 61 ) cylindrique métallique ayant une face ( 62 ) interne délimitant un logement dans lequel loge l’empilement (1) cylindrique ; - un collecteur ( 4 ) de courant connecté à la première ou à la deuxième feuille d’électrode; la cellule ( 10 ) électrique étant caractérisée en ce que le collecteur ( 4 ) de courant comprend sur sa périphérie un rebord ( 41 ) comportant une face ( 42 ) latérale extérieure destinée à venir en contact avec la face ( 62 ) interne de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique lorsque l’empilement ( 1 ) cylindrique est logée dans le boîtier ( 6 ); une face ( 43 ) latérale intérieure opposée à la face ( 42 ) latérale extérieure; une tranche ( 44 ) reliant la face ( 42 ) latérale extérieure et la face ( 43 ) latérale intérieure, la cellule ( 10 ) comprenant un cordon ( 7 ) de soudure apposé sur la tranche ( 44 ) et sur la face ( 62 ) interne de l’enveloppe (61) cylindrique pour souder le collecteur ( 4 ) de courant à ladite face interne de l'enveloppe (61) cylindrique. Cellule ( 10 ) électrique selon la revendication précédente, caractérisé e en ce que la tranche ( 44 ) du rebord ( 41 ) est sensiblement plane et s’étend sensiblement perpendiculairement à un axe longitudinal de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique du boîtier ( 6 ). Cellule ( 10 ) électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le collecteur ( 4 ) de courant présente une épaisseur comprise entre 0.1 millimètre et 0.6 millimètre. Cellule ( 10 ) électrique selon la revendication 3, caractérisée en ce que l’épaisseur du collecteur ( 4 ) de courant est sensiblement égale à 0.35 millimètre. Cellule ( 10 ) électrique selon la revendication 3 ou 4, caractérisée en ce que l’épaisseur du collecteur ( 4 ) de courant est sensiblement homogène sur toute sa surface. Cellule ( 10 ) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce qu’une hauteur totale comprenant l’épaisseur du collecteur ( 4 ) de courant et la hauteur du rebord ( 41 ), mesurée selon l’axe longitudinal de l’enveloppe ( 61 ) cylindrique est au minimum égale à deux fois et demie l’épaisseur du collecteur ( 4 ) de courant. Cellule ( 10 ) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé e en ce que le rebord ( 41 ) est présent sur au moins deux parties diamétralement opposées de la périphérie du collecteur ( 4 ) de courant. Cellule ( 10 ) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisé e en ce que le collecteur ( 4 ) de courant présente, avant qu’il ne vienne en contact avec la face ( 62 ) interne de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe ( 61 ) cylindrique, ce collecteur ( 4 ) de courant se pliant, lorsqu’il vient en contact avec l’enveloppe ( 61 ) cylindrique, en sa périphérie sous l’effet de ce contact de sorte à former le rebord ( 41 ). Cellule ( 10 ) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le collecteur ( 4 ) de courant comprend du cuivre. Cellule ( 10 ) électrique selon l’une quelconque des revendications précédentes, caractérisée en ce que le collecteur ( 4 ) de courant comprend du nickel. Procédé de fabrication de la cellule ( 10 ) électrique de l'une quelconque des revendications précédentes, comprenant les étapes suivantes: - disposition ( 21 ) de l’empilement ( 1 ) cylindrique dans le boîtier ( 6 ) de sorte que la face ( 42 ) latérale extérieure du rebord ( 41 ) vient en contact avec la face ( 62 ) interne de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique; - application ( 22 ) d'un cordon ( 7 ) de soudure sur la tranche ( 44 ) du rebord ( 41 ) de sorte à souder le collecteur ( 4 ) de courant à la face ( 62 ) interne de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu ’il comprend, en outre, une étape d’insertion du collecteur ( 4 ) de courant dans l’enveloppe ( 61 ) cylindrique de sorte que ce collecteur ( 4 ) de courant se plie, lorsqu’il vient en contact avec l’enveloppe ( 61 ) cylindrique, en sa périphérie sous l’effet de ce contact pour former le rebord ( 41 ), ce collecteur ( 4 ) de courant présentant, avant qu’il ne vienne en contact avec la face ( 62 ) interne de l'enveloppe ( 61 ) cylindrique, un diamètre initial supérieur au diamètre intérieur de l’enveloppe ( 61 ) cylindrique. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu ’il comprend, en outre, une étape de pré-pliage de la périphérie du collecteur ( 4 ) de courant avec un angle compris entre 20 et 75 degrés, cette étape de pré-pliage étant préalable à l’étape d’insertion. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu e l’angle est sensiblement égal à 60degrés.