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FR3037724A1 - Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur au lithium avec pliage ou enroulement des extremites de feuillard sur elles-memes - Google Patents

Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur au lithium avec pliage ou enroulement des extremites de feuillard sur elles-memes Download PDF

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FR3037724A1 FR1555695A FR1555695A FR3037724A1 FR 3037724 A1 FR3037724 A1 FR 3037724A1 FR 1555695 A FR1555695 A FR 1555695A FR 1555695 A FR1555695 A FR 1555695A FR 3037724 A1 FR3037724 A1 FR 3037724A1
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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, qui se caractérise par l'enroulement ou repliage sur lui-même des rives d'au moins un des deux électrodes puis d'un compactage par tassement afin de densifier encore les rives enroulées en vue de la soudure avec un collecteur de courant.

Description

1 PROCEDE DE REALISATION D'UN FAISCEAU ELECTROCHIMIQUE D'ACCUMULATEUR AU LITHIUM AVEC PLIAGE OU ENROULEMENT DES EXTREMITES DE FEUILLARD SUR ELLES-MÊMES Domaine technique La présente invention concerne le domaine des générateurs électrochimiques au lithium, qui fonctionnent selon le principe d'insertion ou de désinsertion, ou autrement dit intercalation- désintercalation, de lithium dans au moins une électrode. Elle concerne plus particulièrement un accumulateur électrochimique au lithium comportant au moins une cellule électrochimique constituée d'une anode et d'une cathode de part et d'autre d'un séparateur imprégné d'électrolyte, deux collecteurs de courant dont un est relié à l'anode et l'autre à la cathode, et un boitier de forme allongée selon un axe longitudinal (X), le boitier étant agencé pour loger la cellule électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant formant les bornes de sortie, aussi appelés pôles.
Le séparateur peut être constitué d'un ou plusieurs films. Le boitier peut comporter un couvercle et un conteneur, usuellement appelé godet, ou comporter un couvercle, un fond et une enveloppe latérale assemblée à la fois au fond et au couvercle, La présente invention vise la réalisation d'une partie du raccordement électrique entre au moins une cellule électrochimique de l'accumulateur et ses bornes de sortie intégrées à son boitier. Art antérieur Telle qu'illustrée schématiquement en figures 1 et 2, une batterie ou accumulateur lithium-ion comporte usuellement au moins une cellule électrochimique C constituée d'un séparateur imprégné d' un constituant électrolyte 1 entre une électrode positive ou cathode 2 et une électrode négative ou anode 3, un collecteur de courant 4 connecté à la cathode 2, un collecteur de courant 5 connecté à 1' anode 3 et enfin, un emballage 6 agencé pour contenir la cellule électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant 4, 5, formant les bornes de sortie.
L'architecture des batteries lithium-ion conventionnelles est une architecture que l'on peut qualifier de monopolaire, car avec une seule cellule électrochimique 3037724 2 comportant une anode, une cathode et un électrolyte. Plusieurs types de géométrie d'architecture monopolaire sont connus : - une géométrie cylindrique telle que divulguée dans la demande de brevet US 2006/0121348, 5 - une géométrie prismatique telle que divulguée dans les brevets US 7348098, US 7338733 ; - une géométrie en empilement telle que divulguée dans les demandes de brevet US 2008/060189, US 2008/0057392, et brevet US 7335448. Le constituant d'électrolyte peut être de forme solide, liquide ou gel. Sous cette 10 dernière forme, le constituant peut comprendre un séparateur en polymère ou en composite microporeux imbibé d'électrolyte (s) organique (s) ou de type liquide ionique qui permet le déplacement de l'ion Lithium de la cathode à l'anode pour une charge et inversement pour une décharge, ce qui génère le courant. L'électrolyte est en général un mélange de solvants organiques, par exemple des carbonates dans lesquels est ajouté un sel de lithium 15 typiquement LiPF6. L'électrode positive ou cathode est constituée de matériaux d'insertion du cation Lithium qui sont en général composite, comme le phosphate de fer lithié LiFePO4, l'oxyde de cobalt lithié LiCoO2, l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn2O4 ou un matériau à base de LiNi,,MnyCoz02 avec x+y+z = 1, tel que 20 LiNionMno 33C00 3302, ou un matériau à base de LiNi,,CoyAlz02 avec x+y+z = 1, LiMn2O4, LiNiMnCoO2 ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA102 L'électrode négative ou anode est très souvent constituée de carbone, graphite ou en Li4TiO5Oi2 (matériau titanate), éventuellement également à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ou de composite formé à base de 25 silicium. L'anode et la cathode en matériau d'insertion au Lithium peuvent être déposées selon une technique usuelle sous la forme d'une couche active sur une feuille métallique constituant un collecteur de courant. Le collecteur de courant connecté à l'électrode positive est en général en 30 aluminium. Le collecteur de courant connecté à l'électrode négative est en général en cuivre, en cuivre nickelé ou en aluminium.
3037724 3 Traditionnellement, une batterie ou accumulateur Li-ion utilise un couple de matériaux à l'anode et à la cathode lui permettant de fonctionner à un niveau de tension élevé, typiquement autour de 3,6 Volt. Une batterie ou accumulateur Li-ion comporte un emballage rigide ou boitier 5 lorsque les applications visées sont contraignantes où l'on cherche une longue durée de vie, avec par exemple des pressions à supporter bien supérieures et un niveau d'étanchéité requis plus strict, typiquement inférieure à 10' mbar.1/s d'hélium, ou dans des milieux à fortes contraintes comme le domaine aéronautique ou spatial. L'avantage principal des emballages rigides est ainsi leur étanchéité élevée et 10 maintenue au cours du temps du fait que la fermeture des boitiers est réalisée par soudure, en générale par soudure au laser. La géométrie de la plupart des boitiers rigides d'emballages d'accumulateurs Li-ion est cylindrique, car la plupart des cellules électrochimiques des accumulateurs sont enroulées par bobinage selon une géométrie cylindrique. Des formes prismatiques de 15 boitiers ont également déjà été réalisées. Un des types de boitier rigide de forme cylindrique, usuellement fabriqué pour un accumulateur Li-ion de forte capacité et à durée de vie supérieure à 10 ans, est illustré en figure 3. Le boitier 6 d'axe longitudinal X comporte une enveloppe latérale cylindrique 20 7, un fond 8 à une extrémité, un couvercle 9 à l'autre extrémité. Le couvercle 9 supporte les pôles ou bornes de sortie du courant 40, 50. Une des bornes de sortie (pôles), par exemple la borne positive 40 est soudée sur le couvercle 9 tandis que l'autre borne de sortie, par exemple la borne négative 50, passe à travers le couvercle 9 avec interposition d'un joint non représenté qui isole électriquement la borne négative 50 du couvercle.
25 On a reproduit aux figures 4 à 4B les photographies d'un faisceau électrochimique F de forme allongée selon un axe longitudinal X1 et comportant une seule cellule électrochimique C telle qu'elle est usuellement enroulée par bobinage avant les étapes de logement dans un boitier, de raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur et son imprégnation par un électrolyte. La cellule C est constituée d'une 30 anode 3 et d'une cathode 4 de part et d'autre d'un séparateur (non visible) adapté pour être imprégné de l'électrolyte. Comme cela est visible, l'une 10 de ses extrémités latérales du faisceau F est délimitée par des bandes 30 de l'anode 3 non revêtues, tandis que l'autre 11 3037724 4 de ses extrémités latérales est délimitée par des bandes 20 de la cathode 2 non revêtues. Par « bandes non revêtues », on entend ici et dans le cadre de l'invention, les portions d'extrémité des feuilles métalliques, aussi appelés feuillards, formant les collecteurs de courant, qui ne sont pas recouvertes d'un matériau d'insertion au lithium.
5 L'objectif des fabricants d'accumulateurs est d'augmenter l'autonomie d'une cellule constituant l'accumulateur ou leur aptitude à pouvoir fonctionner sous des régimes de puissance élevés tout en améliorant leur durée de vie, i.e. leur nombre de cycles possible, leur légèreté et les coûts de fabrication de ces composants. Les voies d'améliorations des accumulateurs Li-ion concernent, 10 majoritairement, la nature des matériaux et les méthodes d'élaboration des composants de cellule électrochimique. D'autres voies d'améliorations possibles, moins nombreuses, concernent les boitiers d'accumulateurs et les méthodes et moyens de raccordement électrique d'un faisceau électrochimique aux deux bornes de sortie, aussi appelés terminaux ou encore, 15 pôles de polarité différente de l'accumulateur. A ce jour, lorsqu'on souhaite réaliser un raccordement électrique entre le faisceau électrochimique et les bornes de sortie d'un accumulateur Li-ion de géométrie cylindrique ou prismatique, qui soit de qualité, on vise à respecter au mieux les règles de conception suivantes : 20 - satisfaire aux besoins d'une application en conduction électrique entre chaque polarité d'électrodes et les bornes de sortie intégrées au boitier de l'accumulateur, par exemple en vue de répondre à des pics de puissance tout en limitant les échauffements internes à l'accumulateur susceptibles d'accélérer son vieillissement électrochimique ; - minimiser le niveau de résistance interne global de l'accumulateur en 25 réalisant le raccordement électrique directement sur les collecteurs de courant des électrodes pour chaque polarité et en connectant une pièce intermédiaire de raccordement entre le faisceau électrochimique et le boitier de l'accumulateur ; - simplifier le raccordement au faisceau électrochimique, en réalisant le raccordement directement sur les bandes latérales non revêtues d'électrode, aussi appelées 30 rives, délimitant respectivement les deux extrémités latérales opposées du faisceau ; - optimiser les caractéristiques (épaisseur, hauteur, masse) et profils des bandes latérales non revêtues d'électrodes pour réaliser ledit raccordement électrique, afin de 3037724 5 satisfaire au mieux les étapes d'assemblage finales, c'est-à-dire les étapes d'intégration du faisceau électrochimique dans le boitier, de fermeture du boitier de l'accumulateur, de remplissage d' électrolyte .... - minimiser la masse et le volume nécessaires à la réalisation du raccord 5 électrique qui en tant que tel n'est pas générateur d'énergie électrochimique, mais qui sont nécessaires au transfert de l'énergie par le faisceau électrochimique vers l'extérieur du boitier d'accumulateur. Dans la littérature décrivant des solutions de réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur de forme cylindrique ou prismatique et de son 10 raccordement électrique aux bornes de sortie intégrées à son boitier, on peut citer les documents suivants. La demande de brevet W02015/030541 divulgue la soudure de languettes (« tabs » en anglais) aux bandes non revêtues du faisceau électrochimique. Le brevet FR 2094491 divulgue un accumulateur alcalin dont le raccordement 15 électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu par découpe des rives des électrodes par fentes espacées régulièrement puis, rabattement radial des rives ainsi fendues de l'extérieur de l'intérieur sous la forme d'écailles superposées afin de constituer un socle sensiblement plan sur lequel est enfin soudé un collecteur de courant, constitué le cas échéant par le couvercle du boitier.
20 La demande de brevet EP 1102337 divulgue un accumulateur Li-ion dont le raccordement électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu par un unique pressage de chaque extrémité des feuillards d'électrodes de la cellule enroulée, selon l'axe d'enroulement, au moyen d'un mandrin de pressage puis, par soudure au laser de chaque extrémité des feuillards d'électrodes avec un collecteur de courant 25 terminal constitué par un clinquant sous la forme d'un disque et d'une languette de connexion elle-même soudée par laser par la suite au couvercle du boitier, à une extrémité et au fond de boitier, à l'autre extrémité. Des nervures sont réalisées chacune sur un diamètre du disque et sont elles-mêmes pressées au préalable de la soudure contre les extrémités de feuillards d'électrodes pressées.
30 La demande de brevet EP 1596449 décrit un accumulateur Li-ion dont le raccordement électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu tout d'abord par pressage multiple de chaque extrémité latérale délimitée par les 3037724 6 bandes non revêtues d'électrodes de la cellule enroulée, au moyen d'un mandrin de pressage de diamètre extérieur compris entre 15 et 20 mm. Le mandrin de pressage se déplace selon une très faible course alternativement de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule parallèlement à l'axe d'enroulement en balayant toute la surface latérale des bandes 5 non revêtues d'électrodes pour réaliser un enchevêtrement entre ces derniers en formant un socle plan et dense sur lequel est soudé par laser ou par transparence un collecteur de courant terminal constitué par un clinquant sous la forme d'un bande de connexion plane elle-même soudée par laser ou par transparence par la suite à une borne de sortie intégrée au couvercle à une extrémité latérale et au fond de boitier, à l'autre extrémité latérale.
10 En analysant toutes les solutions connues de réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium et de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, telles que décrites ci-dessus, les inventeurs sont parvenus à la conclusion que celles-ci étaient encore perfectibles sur de nombreux aspects. Tout d'abord, la masse et le volume des bandes latérales non revêtues 15 d'électrodes (rives) nécessaires au raccordement électrique avec les collecteurs de courant selon l'état de l'art ne sont pas nécessairement optimisés, ce qui implique au final une masse et un volume de l'accumulateur également non encore optimisés. Ensuite, les inventeurs ont constaté que de facto les rives d'une même extrémité latérale n'étaient pas nécessairement raccordées électriquement entre elles, en 20 particulier les parties de ces rives situées dans la zone la plus périphérique du faisceau. Cela implique une capacité spécifique réelle du faisceau électrochimique diminuée, ce qui peut être préjudiciable en particulier pour les applications de puissance élevée pour l'accumulateur. Enfin, l'étape de remplissage d'électrolyte dans un faisceau électrochimique 25 d'accumulateur au lithium, peut s'avérer relativement longue et délicate du fait que les collecteurs de courant selon l'état de l'art tels qu'ils sont soudés sur les rives de faisceau électrochimique d'accumulateur constituent un obstacle conséquent au passage de l'électrolyte. Pour pallier ces inconvénients, la demanderesse a proposé dans la demande de 30 brevet FR 3011128 Al un nouveau procédé de réalisation de faisceau électrochimique comprenant une combinaison de deux étapes de pliage d'un faisceau électrochimique d'accumulateur au lithium b/ et c/ distinctes dans leur mise en oeuvre qui permettent 3037724 7 d'obtenir deux zones distinctes sur au moins une, de préférence chacune, des extrémités latérales du faisceau. Ce procédé est particulièrement performant en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau. Cependant, sa mise en oeuvre peut 5 s'avérer contraignante dans certaines applications. Ainsi, on peut classer en deux catégories les techniques existantes et leurs inconvénients, pour réaliser les faisceaux électrochimiques d'accumulateur et leur raccordement électrique à leurs bornes de sortie ; - formation par bobinage du faisceau puis pose/soudure de languettes 10 directement sur le faisceau bobiné. Cette technique est relativement facile à mettre en oeuvre, mais peu performante en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau ; - formation par bobinage du faisceau puis opérations de tassage/compactage du faisceau bobiné. Cette technique qui consiste à densifier les bandes latérales non 15 revêtues (rives) est performante en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau, mais plus compliquée à mettre en oeuvre. Il existe donc un besoin d'améliorer la réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium et de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, notamment en vue de simplifier sa mise en oeuvre tout en conservant de 20 bonnes performances en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau. Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Exposé de l'invention Pour ce faire, l'invention concerne, sous l'un de ses aspects, un procédé de 25 réalisation d'un faisceau électrochimique (F) d'un accumulateur (A) au lithium, tel qu'un accumulateur Li-ion, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes : a/ pliage ou enroulement sur elles-mêmes de la (des) bande(s) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode d'au moins une cellule électrochimique constituée de la 30 cathode et de l'anode de part et d'autre d'un séparateur adapté pour être imprégné d'un électrolyte, de sorte à former une zone de surépaisseur en extrémité des bandes ; 3037724 8 b/ enroulement sur elle-même par bobinage de la cellule électrochimique jusqu'à former un faisceau électrochimique ayant une forme allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une de ses extrémités latérales, des bandes de l'anode non revêtues et à l'autre de ses extrémités latérales des bandes de la cathode non revêtues ; 5 c/ compression axiale selon l'axe X des bandes du faisceau électrochimique, sur au moins une surface comprenant les zones de surépaisseur en extrémité des bandes de sorte à obtenir sur la partie de surface compressée, un socle sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant. Ainsi, le procédé selon l'invention se caractérise par l'enroulement ou repliage 10 sur lui-même des rives d'au moins un des deux électrodes puis d'un compactage par tassement afin de densifier encore les rives enroulées en vue de la soudure avec un collecteur de courant. On obtient ainsi aisément un compactage d'abord local (zones de surépaisseur) en bout d'électrode puis un compactage de l'ensemble des zones de surépaisseur en un 15 matelas consistant de matériau métallique sur une partie substantielle voire toute la surface en bout de faisceau, ce qui permet de réaliser une soudure de qualité des collecteurs positifs et négatifs sur les zones ainsi préparées. Autrement dit, en combinant un compactage local puis de l'ensemble des zones déjà compactées localement (surépaisseurs), on obtient des rives en quelque sorte 20 stratifiées en multicouches de feuillard métallique. Le matelas métallique obtenu de cette façon est homogène sur toute la (les) surface(s) d'extrémité du faisceau électrochimique. La compression axiale est un simple compactage en une ou quelques passes, qui peut être rapide.
25 Le procédé selon l'invention peut-être mis en oeuvre pour des électrodes dont le feuillard métallique est relativement fin ou relativement épais dans le cas d'application de puissance ou d'énergie visée pour l'accumulateur. En outre selon l'invention, avec une forte densification des parties de bandes repliées puis compressées, on peut augmenter de manière importante la capacité spécifique 30 réelle du faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium. Le procédé selon l'invention est donc un très bon compromis entre les techniques existantes de raccordement électrique par languettes qui ont l'avantage d'être 3037724 9 simples à mettre en oeuvre et les techniques de tassage axial de faisceau électrochimique qui permettent d'obtenir des bonnes performances en termes de conductivité électrique et évacuation thermique du faisceau. Le procédé est avantageusement mis en oeuvre pour la réalisation 5 d'accumulateurs ou batteries Li-ion. Selon une première variante, l'étape a/ est réalisée avant l'étape b/. De préférence, l'étape a/ est alors réalisée pendant l'étape de découpe, dite « étape de refente » des électrodes. Selon une deuxième variante, l'étape a/ est réalisée simultanément à l'étape b/.
10 Réaliser l'enroulement ou le pliage de rives pendant la refente des électrodes ou pendant le bobinage du faisceau est avantageux car cela n'induit aucun temps supplémentaire dans la réalisation du faisceau par rapport à la technique connue. Autrement dit, ce temps est un temps de production masqué. Avantageusement, la compression axiale selon l'étape c/ est réaliséesur toute la 15 surface d'une extrémité latérale du faisceau. La compression axiale selon l'étape c/ peut être réalisée en une ou plusieurs fois. Avantageusement, la compression axiale comprend une étape de tassage axial. Cet tassage axial peut être optionnel ou être l'étape de compression axiale dans son 20 intégralité. Ainsi, le tassage peut être plus ou moins prononcé, typiquement sur une hauteur comprise entre 0,2 à 2mm. Selon un mode de réalisation avantageux, le procédé comporte une étape supplémentaire al/, entre l'étape a/ et l'étape b/, consistant à écraser les zones de surépaisseurs. L'écrasement peut se faire à l'épaisseur minimale du feuillard métallique, ou 25 suivant une épaisseur à convenir. Ainsi, on densifie encore les zones de surépaisseur. L'invention a encore pour objet un procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique entre un faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium et l'une des bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes : - réalisation d'un faisceau électrochimique conformément au procédé décrit 30 ci-dessus; 3037724 10 - soudage des zones de surépaisseur, de préférence de chaque socle obtenu, à un collecteur de courant lui-même destiné à être lié ou connecté électriquement à une borne de sortie de l'accumulateur. Avantageusement, l'étape de soudage d'un socle à un collecteur de courant est 5 réalisée par soudage laser. L'invention concerne enfin une batterie ou accumulateur au lithium-ion (Li-ion) comportant un boitier comportant : - un fond auquel est soudé un des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé décrit ci-dessus ; et 10 - un couvercle avec une traversée formant une borne de sortie à laquelle est soudée l'autre des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé décrit ci-dessus. De préférence : - le matériau d'électrode(s) négative(s) est choisi dans le groupe comportant 15 le graphite, le lithium, l'oxyde de titanate Li4Ti05012 ; ou à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ; - le matériau d'électrode(s) positive(s) est choisi dans le groupe comportant le phosphate de fer lithié LiFePO4, l'oxyde de cobalt lithié LiCoO2, l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn2O4 ou un matériau à base de LiNixMnyCozO2 avec 20 x+y+z = 1, tel que LiNi0.33Mn0.33Co0.3302, ou un matériau à base de LiNixCoyAlzO2 avec x+y+z = 1, LiMn2O4, LiNiMnCoO2 ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA1O2. Description détaillée D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la 25 lecture de la description détaillée d'exemples de mise en oeuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée montrant les différents éléments d'un accumulateur lithium-ion, - la figure 2 est une vue de face montrant un accumulateur lithium-ion avec son 30 emballage souple selon l'état de l'art, - la figure 3 est une vue en perspective d'un accumulateur lithium-ion selon l'état de l'art avec son emballage rigide constitué d'un boitier ; 3037724 11 - la figure 4 est une vue en perspective d'un faisceau électrochimique d'un accumulateur lithium-ion selon l'état de l'art, le faisceau étant constitué d'une seule cellule électrochimique enroulée sur elle-même par bobinage ; - la figure 4A est une vue photographique de dessus d'une extrémité latérale du 5 faisceau électrochimique selon la figure 4 ; - la figure 4B est une vue photographique de dessus de l'autre extrémité latérale du faisceau électrochimique selon la figure 4; - les figures 5 à 5D sont des vues schématiques montrant les étapes successives d'un exemple selon l'invention de procédé de réalisation d'un faisceau 10 électrochimique et d'une partie de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur qui l'intègre; la figure 5'A étant une variante de la figure SA ; - la figure 6A est une vue schématique d'une première variante d'une étape du procédé selon l'invention décrit en référence aux figures 5 à 5D ; - la figure 6'A est une vue schématique d'une deuxième variante d'une étape 15 du procédé selon l'invention décrit en référence aux figures 5 à 5D. On précise que les mêmes éléments dans un accumulateur selon l'état de l'art et dans un accumulateur selon l'invention sont désignés par les mêmes référencés à des fins de clarté. On précise que les différents éléments selon l'invention sont représentés 20 uniquement par souci de clarté et qu'ils ne sont pas à l'échelle. Les figures 1 à 4B ont déjà été commentées en détail en préambule. Elles ne sont donc pas décrites ci-après. Pour améliorer le raccordement électrique entre un faisceau électrochimique d'un accumulateur Li-ion et ses bornes de sortie, les inventeurs proposent un nouveau 25 procédé de réalisation du faisceau électrochimique. Les feuillards métalliques supportant les matériaux d'électrodes peuvent avoir une épaisseur comprise entre 5 et 50 1.1.m. Pour un feuillard d'anode 3, il peut s'agir avantageusement d'un feuillard en cuivre d'épaisseur de l'ordre de 12 1.1.m. Pour un feuillard de cathode 2, il peut s'agir avantageusement d'un feuillard en aluminium 30 d'épaisseur de l'ordre de 201.1.m. On décrit maintenant en référence aux figures 5 à 5D les différentes étapes de ce procédé de réalisation selon l'invention.
3037724 12 On précise qu'on décrit complètement le procédé à partir d'une anode 3. Le procédé s'applique également de la même manière à une cathode 2. On peut aussi choisir de réaliser un faisceau électrochimique F et sa partie de raccordement électrique uniquement à l'anode 3 conformément au procédé selon l'invention, la réalisation et la 5 partie de raccordement à la cathode 2 pouvant être réalisées selon un procédé existant, et vice-versa. On part d'une anode 3 dont le feuillard métallique supporte dans sa portion 31 de matériaux d'insertion au lithium 32, tandis que sa bande d'extrémité latérale (rive) 30 est nue, c'est-à-dire dépourvue de matériaux d'insertion au lithium (figure 5).
10 Etape a/ : On enroule sur elle-même l'extrémité de la rive 30 sur elle-même afin d'obtenir une zone de surépaisseur 3OR (figure 5A). A titre de variante, au lieu de l'enrouler sur elle-même, on peut replier sur elle-même l'extrémité de la rive 30 toujours afin d'obtenir une zone de surépaisseur 30p (figure S'A).
15 Etape b/ : On enroule alors par bobinage l'anode 3, la cathode 2 et au moins un film de séparateur de la cellule électrochimique C autour d'un support non représenté. Le faisceau a donc une forme cylindrique allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une 10 de ses extrémités latérales, des bandes 30 de l'anode 3 non revêtues et à l'autre 11 de ses extrémités latérales des bandes 20 de la cathode non revêtues. Le faisceau 20 initial selon l'invention est donc comme celui montré aux figures 4 à 4B, avec en plus en extrémité des rives 20, 30 des zones de surépaisseur 20R, 3OR (figure 5B). Etape c/ : On effectue alors un tassage axial selon l'axe X des bandes 20, 30 du faisceau électrochimique, sur toute la surface des extrémités latérales 10, 11, et donc sur toutes les zones de surépaisseur 20R, 30R.
25 Le tassage axial consiste en une compression par un outil plan ou structuré de surface d'appui sensiblement égale à la surface de chacune des extrémités latérales des bandes 20 ou 30. Lorsque la géométrie recherchée de l'accumulateur est cylindrique, l'outil et le faisceau électrochimique sont disposés de manière coaxiale lors du tassage axial.
30 Le tassage axial est réalisé à une ou plusieurs reprises. Il peut consister en une compression suivant un ou plusieurs mouvements relatifs de va et vient, i.e. au moins un aller-retour selon l'axe X du faisceau, et ce jusqu'à atteindre soit une dimension voulue de 3037724 13 faisceau suivant X, soit un effort maximal de compression dont la valeur est prédéterminée au préalable. On obtient ainsi sur la surface tassée 2ORT, 3ORT un socle sensiblement plan, destiné à être soudé à un collecteur de courant (figure 5C).
5 Ainsi, à ce stade, on a réalisé à la fois un compactage local des bandes 20, 30 (rives) par la création des zones de surépaisseur 20R, 3OR et un compactage global sur toutes les surfaces d'extrémité du faisceau F, par le tassage axial des zones de surépaisseur. On a ainsi densifié doublement les rives 20, 30 en un matelas consistant permettant de réaliser une bonne soudure laser des collecteurs positifs et négatifs sur les zones ainsi 10 préparées. Etape d/ : on réalise alors le soudage laser L à l'une des extrémités latérales 11 du faisceau, du socle formé par les zones de surépaisseur tassées 2ORT de la cathode (rives positives) avec un collecteur de courant 24 usuel sous la forme d'un disque plein (figure 5D), lui-même destiné à être soudé par la suite avec le fond 8 du boitier 6 d'accumulateur.
15 On procède de la même manière à l'autre des extrémités latérales 10 du faisceau, avec le socle formé par les zones de surépaisseur tassées 2ORT de l'anode (rives négatives) avec une partie de collecteur de courant 34 usuel sous la forme d'un disque plein percé en son centre et d'une languette non représentée faisant saillie latéralement du disque (figure 5D), la languette étant elle-même destinée à être soudée à la borne de sortie 20 négative 50 montée traversante dans le couvercle 9 du boitier d'accumulateur. D'autres variantes et améliorations peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. Ainsi, par exemple, une fois l'enroulement ou le repliage sur elle-même de l'anode 3 ou de la cathode 2, on peut prévoir avant l'étape b/ de formation du faisceau par 25 bobinage, d'écraser les zones de surépaisseur 20R, 3OR afin de densifier encore ces zones (figure 6A). On peut aussi s'affranchir de cet écrasement (figure 6'A). L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées. 30

Claims (12)

  1. REVENDICATIONS1. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique (F) d'un accumulateur (A) au lithium, tel qu'un accumulateur Li-ion, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes : a/ pliage ou enroulement sur elles-mêmes de la (des) bande(s) (20, 30) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode d'au moins une cellule électrochimique (C) constituée de la cathode (2) et de l'anode (3) de part et d'autre d'un séparateur (4) adapté pour être imprégné d'un électrolyte, de sorte à former une zone de surépaisseur (20R, 20p ; 30R, 30p) en extrémité des bandes ; b/ enroulement sur elle-même par bobinage de la cellule électrochimique jusqu'à former un faisceau électrochimique (F) ayant une forme allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une (10) de ses extrémités latérales, des bandes (30) de l'anode non revêtues et à l'autre (11) de ses extrémités latérales des bandes (20) de la cathode non revêtues ; c/ compression axiale selon l'axe X des bandes (20, 30) du faisceau électrochimique, sur au moins une surface comprenant les zones de surépaisseur (20R, 20P; 30R, 30p) en extrémité des bandes de sorte à obtenir sur la partie de surface compressée, un socle (2ORT, 3ORT) sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant.
  2. 2. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon la revendication 1, l'étape a/ étant réalisée avant l'étape b/.
  3. 3. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon la revendication 1 ou 2, l'étape a/ étant réalisée pendant l'étape de découpe, dite « étape de refente » des électrodes.
  4. 4. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon la revendication 1, l'étape a/ étant réalisée simultanément à l'étape b/.
  5. 5. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, la compression axiale selon l'étape c/ étant réalisée sur toute la surface d'une extrémité latérale du faisceau.
  6. 6. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, la compression axiale selon l'étape c/ étant réalisée en une ou plusieurs fois. 3037724 15
  7. 7. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, la compression axiale comprenant une étape de tassage axial.
  8. 8. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes à l'exclusion de la revendication 4, comportant une étape 5 supplémentaire al/, entre l'étape a/ et l'étape b/, consistant à écraser les zones de surépaisseurs formées (20R, 20p; 30R, 30p).
  9. 9. Procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique entre un faisceau électrochimique (F) d'un accumulateur (A) au lithium et l'une des bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes :
  10. 10 - réalisation d'un faisceau électrochimique (F) conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 8; - soudage des zones de surépaisseur (20R, 20p; 30R, 30p), de préférence de chaque socle (2ORT, 3ORT) obtenu, à un collecteur de courant (24, 34) lui-même destiné à être lié ou connecté électriquement à une borne de sortie de l'accumulateur. 15 10. Procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique selon la revendication 9, l'étape de soudage d'un socle à un collecteur de courant étant réalisée par soudage laser.
  11. 11. Batterie ou accumulateur au lithium-ion (Li-ion) comportant un boitier comportant : 20 - un fond auquel est soudé un des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé selon l'une des revendications 9 ou 10; et - un couvercle avec une traversée formant une borne de sortie à laquelle est soudée l'autre des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé selon l'une des revendications 9 ou 10. 25
  12. 12. Batterie ou accumulateur Li-ion selon la revendication 11, dans laquelle : - le matériau d'électrode(s) négative(s) est choisi dans le groupe comportant le graphite, le lithium, l'oxyde de titanate Li4TiO5Oi2; ou à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ; 30 - le matériau d'électrode(s) positive(s) est choisi dans le groupe comportant le phosphate de fer lithié LiFePO4, l'oxyde de cobalt lithié LiCoO2, l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn2O4 ou un matériau à base de LiNi,,MnyCoz02 avec 3037724 16 x+y+z = 1, tel que LiNio 33Mno 33Coo 3302, ou un matériau à base de LiNi,,CoyAlz02 avec x+y+z = 1, LiMn2O4, LiNiMnCoO2 ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA1O2
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