CA2044303C - Emballages thermosoudables pour batteries au lithium - Google Patents
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Abstract
Deux feuilles métalliques sur chacune desquelles un ruban continu d'un film en polyethylène est fixé par adhésion. La batterie au lithium est intercalée entre ces deux feuilles métalliques et les deux films de polyéthylène sont joints entre eux par thermoscellage. Ce dispositif fait en sorte qu'aucune substance externe ne puisse venir en contact avec la batterie au lithium.
Description
2044~03 La présente invention concerne un dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium, et une méthode de réalisation de cet emballage. Plus précisement, la présente invention se rapporte à
des ernballages pour batterie au lithium qui peuvent être thermoscellés, lesquelles batteries comporten' un electrolyte polymère solide en contact elec~rique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode renfermant au moins un sel metallique, notamment V O , TiS2 ou autre de même nature.
Les batteries au lithium ou en alliage de lithium impliquant l'utilisation d'un électrolyte polymère solide sont connues, telles que divulgées notamrnent dans les brevets U.S. suivants:
4.517.265 14 mai 1985 4.652.506 24 mars 1987 4.690.840 1 septembre 1987 JP 1239759 daté du 25 septembre 1989 au nom de Hitachi-Maxell divulgue un matériau de scellage pour batteries du type mentionné ci-dessus lequel comporte un adhésif thermofusible d'acide déhydro-malonique lequel peut être thermoscellé à 200C.
JP 62064065 daté du 20 mars 1987 par Hitachi divulgue l'utilisation de films de verre qui peuvent être soudés par l'utilisation d'un faisceau au lazer.
JP 61277151 daté du 10 août 1986 de Dai Nippon divulgue l'utilisation de copolymères d ' éthylène et d'acide ac~ylique renfermant des radicaux acétoxyl.
JP 612483598 du 5 novembre 1986, JP 61185867 daté du 19 août 1986, JP 61074256 daté du 16 avril 1986, et JP 61068860 daté du 7 avril 1986, tous par SEIKO divulguent l'utilisation de copolymères d'éthylène et de tétrafluoroéthylène qui peuvent être thermoscellés à 280C.
JP 1239759 et JP 61277151 préconisent l'utilisation des polymères polaires partiellement hydrophiles, qui ne donnent cependant pas suffisamment de résistance contre l'humidité. Les rnatériaux de scellage des références Hitachi-Maxell, DAI NIPPON et SEIKO n'adhèrent pas de façon parfaite aux métaux et ne possèdent qu'une résistance limitée au pelage. Le matériau de scellage de HITACHI peut produire des fissures.
A tout prendre, les matériaux de scellage de l'art antérieur risquent de se délaminer et de provoquer des fuites. Compte tenu du fait que dans tous les cas on fait face à des températures de thermoscellage relativement élevées, il y a toujours risque de dommage à une batterie qui est sensible à la chaleur.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium, la batterie au lithium comportant un électrolyte polymere solide en contact électrique avec une anode de lithium ou d'alliage de lithium et une cathode renfermant au moins un sel métallique. Le disposi-tif comprend:
Une premiere feuille métallique ayant un premier ruban d'un film plastique fixë par adhésion sur ladite premiere feuille tou-t le long du pourtour de ladi-te feuille métallique, une seconde feuille métallique ayant un second ruban d'un film de plastique fixé par adhésion sur ladite feuille tout le long du pourtour de ladite seconde feuille métallique, la premiere et la seconde feuille étant disposée l'une _ 20~4303 au-dessus de l'autre, le premier et le second film de plastique etant disposés au voisinage l'un de l'autre en se faisant face, ladite batterie au lithium étant en sandwiche entre les première et seconde feuilles métalliques dans un espace prevu à l'interieur des premier et second rubans continus de film plastique, l'anode etant en contact avec une des feuilles métalliques et la cathode etant en contact avec l'autre feuille metallique, les premier et second rubans continus de film plastique etant hermetiquement thermoscelles ensemble, pour faire en sorte qu'aucune substance externe ne puisse venir en contact avec la batterie.
Selon une réalisation préférée de l'invention, les feuilles métalliques sont constituées du meme matériau, lequel est de préference de l'acier inoxydable, du nickel, du cuivre, de l'aluminium ou des alliages de ceux-ci.
Les feuilles metalliques sont preférentiellement constituees d'acier inoxydable.
En genexal, les feuilles métalliques ont une epaisseur se situant entre 8 p et 50 ~. Lorsque les feuilles metalliques sont en acier inoxydable, elles ont habituellement une épaisseur entre 9 ~ et 12 ~. Lorsqu'elles sont faites de nickel, leur epaisseur est en general d'environ 9 ~.
Lorsqu'elles sont faites d'aluminium, leur epaisseur est en genéral d'environ 25 ~. On peut utiliser des lames métalliques plus épaisses possédant une surface plane et uniforme, au lieu des feuilles métalliques.
Selon une réalisation préférée de l'invention, les première et deuxième feuilles métalliques sont sous forme de feuille rectangulaire plane, bien qu'elles peuvent présenter toute forme désirable, notamment, ronde.
20~4303 .
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, au moins la seconde feuille est conformée sous forme d'un récipient comportant une bride peripherique à sa partie ouverte, le second ruban continu etant relié par adhésion à la totalLte de la bride périphérique.
Possiblement, la première et la seconde feuilles metalliques ont toutes deux la forme d'un recipient, chacun possédant une bride periphérique.
Selon une autre réalisation de l'invention, la première feuille métallique a la forme d'un récipient peu profond possédant une première collerette périphérique, la deuxième feuille métallique a la forme d'un récipient plus profond avec une seconde collerette plus prononcée, le récipient plus profond étant fait pour recevoir le récipient peu profond à sa partie supérieure. Le premier ruban continu est lié par adhésion le long de l'arête supérieure à l'exté.ieur de la première collerette et le second ruban continu est lié par adhésion le long de l'arête supérieure à
l'intérieur de la seconde collerette.
Les premier et second rubans continus de film plastique sont constitués de préférence de polyéthylène de type laminé bien que tout autre materiau plastique acceptable puisse être utilise.
On a constate que le materiau préféré est du polyéthylène haute densité, notamment DuPont HDPE.
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, le film de polyéthylène de type laminé
est traité couronne d'un côté. Le film de polyéthylène a de préférence une épaisseur qui se situe entre environ 25 ~ et 100 ~, de préférence environ 50JU.
Le film en polyéthylène est de préférence lié
à la feuille métallique par l'entremise d'un adhesif de polyester à deux éléments, notamment un ~ 2044303 adhésif vendu par Morton Thiokol sous la marque de commence ADCOT~ 548. Le lien adhésif possède de préférence une épaisseur d'environ 5 ~ à 25 ~ après prise du lien, de préférence environ 10 ~.
Normalement, le côté traité couronne fait face à la feuille métallique correspondante, et le lien adhésif est farmé entre le côté traité
couronne et la feuille métallique.
Selon une autre réalisa'.ion préférée de l'invention, la première feuille métallique et le premier ruban continu possèdent une surface légèrement plus petite que la seconde feuille métallique et au second ruban continu de façon à
empêcher tout contact électrique possible entre la première et la seconde feuille métallique lorsque le dispositif est monté. Dans des conditions b~en contrôlées d'assemblage et de thermoscellage, pourra toutefois aussi utiliser des surfaces identiques.
Selon une autre ~éalisation préférée de l'invention, on a prévu une méthode d'emballage d'au moins une batterie au lithium laquelle comp~end les étapes suivantes:
On prépare au moins une batterie au lithium comportant un électrolyte polymère solide en contact électrique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode comportant au moins un sel métallique, on se muni d'une première et d'une seconde feuilles métalliques et d'un premier et d'un second rubans continus de film plastique, chacun des rubans de film de plastique comportant un côté
traité cou.ronne, on dépose sur lesdites feuilles métalliques ou sur lesdits rubans continus de film plastique une couche d'un adhésif pouvant produire un joint imperméable respectivement entre la première feuille métalli~ue et le côté couronne du premier ruban continu de film plastique, et entre la seconde feuille métallique et le côté traité
couronne du second ruban de film plasti~ue, séparément, on lamine la première feuille métallique avec le premier ruban continu de film plastique, et la seconde feuille métallique avec le second ruban continu de film plastique, de façon à
étendre l'adhésif entre les feuilles métalliques et les films plastiques et produire un premier et un second laminages, on s'assure que l'adhésif vient en prise jusqu'à ce qu'un joint imperméable soit forme, on insère au moins l'une desdites batteries au lithium entre le premier et le second laminages à l'interieur des rubans continus, le premier et le second rubans continus se faisant face, et on scelle entre eux les rubans continus tout le lc~rly de leur périmètre empêchant ainsi toute substance externe de venir en contact avec au moins l'une des batteries au lithium.
De préférence, on fait en sorte d'assurer la prise de l'adhésif durant une pe.riode d'au moins environ 7 jours à temperature ambiante, et on enlève tout excès d'adhesif avec un solvant approprié.
L'invention est illustrée au moyen des dessins annexés, qui sont donnés sans caractère limitatif, et dans lesquels:
La FIGURE l est une représentation schématique d'un emballage de batterie au lithium selon la présente invenLion;
la FIGURE 2 est une illustration d'un emballage avec deux feuilles métalliques sous forme de récipient;
-20q4~03 -la FIGURE 3 est une illustration d'un emballage avec une feuille mé-tallique plane et une feuille sous forme de recipient;
la F~GURE 4 es-. une illustration d'un autre emballage;
la FIGURE 5 est une vue en plan prise du dessus d'un ruban continu su~érieur en polyéthylène;
la FIGURE 6 est une vue en plan prise du dessus d'un ruban con-tinu inférieu~ plus large, en polyéthylène; et la FIGURE 7 est une courbe représentant l'effet de cyclage sur un emballage pour batcerie au lithium selon la présente invention.
En se référant aux dessins, plus particulièrement à la Figure 1, on ver.ra qu'un dispositif d'emballage d'une batterie au lithium l (illustré de façon schématique dans les dessins étan~ entendu qu'il comporte une anode au lithium, un électrolyte solide polymère et une cathode renfermant du V6O 3 ou du TiS2) consiste en une feuille métallique 3 dont l'épaisseur est entre 8 et 50 ~, une autre feuille métallique 5 dont la surface est légèrement plus laxge que la feuille 3 et des rubans continus 7 et 9 de polyéthylène de haute densité, notamment en DuPont HDPE. Afin d'empêcher tout contact élect^ique entre les feuilles 3 et 5 lorque le dis~ositif est assemblé, la feuille metallique 3 et le ~^uban continu 7, ont une surface legèrement inferieure a la feuille met~ll.que 5 e-t au .uban cont-nu 9.
On no-cera que chacun des rubans continus 7 et 9 en polyethylène de haute densite comportent un côté traite couronne de facon à assurer une meilleu-e adhesion avec les feuilles métalliques 3 et 5. Le côte t.-aite couronne (non illustré) de chaque ruban 7, 9 fait face respectivement a une 204430~
feuille métallique 3, 5. Le ruban 7, 9 est fixé à
la feuille métallique 3, 5 au moyen d'un adhésif polyester a deux éléments notamment le produit vendu par Morton Thiokol sous la marque de commerce ADCOTE de facon a constituer un joint imperméable 11, 13 entre le ruban et la feuille métallique. La batterie au lithium 1 étant disposée a l'intéxieur de l'emballage, il se forme un thermoscellage 15 sur tout le pourtour et entre les deux rubans continus 7, 9, de façon a constituer une enceinte parfaitement étanche qui empêche toute substance ex-terne de venir en contact avec la batterie 1.
Les Figures 2, 3 et 4 sont des illustrations schematiques de l'emballage de plusieurs batteries 1 entre deux feuillards métalliques en forme de récipient 17, 19 (Figure 2), entre une feuille méta~lique 3 e-t une feuille métallique sous forme de recipient 21 (Figure 3) et entre une feuille mé-tallique sous forme de récipient renversé 23 et une feuille métallique sous de récipient 25 (Figure 4). Evidemment, tout autre forme d'emballage est prévu par la présente invention, a la condition éviaemment qu'elle comporte les caractér:stiques structu:rales mentionnées ci-dessus.
Il sera évident pour l'homme de l'ar. que la préparation d'un emballage a batterie tel qu'illustré dans les dessins pourra s'effectuer de la fa~on mentionnée ci-dessus.
L'invention sera maintenant illustrée par les exemples qui suiven-c:
Exemple 1 Premiere méthode Deux pieces carrées ( 2 1/4 x 2 1/4 " et 2 1/8 x 2 1/8 ") son'. découpées a partir d'une feuille d'acier inoxydable (ai) durci 304 dont l'épaisseur est 12 ~m (Peckover's shim). Des pieces carrées de même dimension sont découpées a partir d'un filrn en polyethylène HDPE, d'epaisseur 50 um (DuPont), de type laminage, traitees couronne sur un côté. Des fenêtres mesurant 1 3/4 x 1 3/4 "
sont découpées au centre des morceaux de polyethylène. On prépare une solution constituée de deux parties d'un adhesif polyester, Adcote 548, fabrique par Morton-thiokol (10 parties de Adcote 548, 1 partie de catalyseur F et 8 parties d'acétate d'ethyle) et l'on applique un revêtement de 1/2 mil de cette solution sur le côte traite des joints de polyethylene. On applique le côte revêtu sur les pieces correspondantes en acier inoxydable, on lamine par pressage a 60C et on laisse reposer pendant 7 jours à température ambiante poux obtenir un durcissage complet de l'adhesif.
En opérant dans une bolte a gants, on place une batterie ronde au lithium, (1" de diamet e, 120 ~m d'épaisseur) constitué d'un film électrolyte polymere, une électrode positive à base de polymere et v6ol3, une électrode négative au li'chium et deux collecteurs de couran-c constitués de feuillards métalliques tels que décrit dans le brevet européen no 013199, entre deux pieces en ai assemblées, au centre de ces dernières. On centre le tout et on procède à un thermoscellage avec un organe de thermoscellage constitué d'un film de polyéthylène conventionel, laissant un espace uniforme de 1/16"
entre les deux pieces ai. Cet espace assure amplement l'isolation électrique entre les deux pieces en ai, qui agissent maintenant comme collecteurs externes de courant de même que comme emkallage et protegent contre l'air atmosphérique ec l'humidité. La batterie ainsi emballée est soumise a des cycles de charge et de décharge a 60C dans une atmosphere ambiante de laboratoire de 50% RH for 10 mois. Apres avoir effectué plus de 500 cycles, le pourcentage d'utilisation des -matériaux actifs de la ba-tterie est encore aux environs de 80% (Figure 7), montrant évidemment l'absence d'introduc~ion d'air et de vapeur d'eau à
travers le joint de l'ernballage. Le petit sommet après 150 cycles constitue une exception correspondant à l'interruption ~emporaire, suivit du réamorçage de la procédure de cyclage. Les essais de pelage de l'emballage ont produit des dechirements du feuillard metalli~ue sans affecter le joint etanche.
Deuxième methode On a repete le même procedé avec des pièces de feuillards en nickel, dont l'épaiseur est 9 ~m, au lieu de l'acier inoxydable. On a obtenu les memes propriétés de bonne étanchéité pour la batterie au lithium, meme si certains plis se retrouvenc sur la face externe de la feuille de nickel, pa^ce que ce matéxiau est moins dur ~ue l'acier inoxydable.
Deux pièces rectangulai~es de 82 x 52 mm sont découpées dans une feuille d'acier inoxydable comme dans le premier exemple, et l'on fixe des joints en polyethylène de deux ~n sur la bordure externe des pièces en ai. On coupe une pièce rectangulaire de 78 x 47 mm à partir d'un film en polyethylène (25 um d'épaisseur), laquelle pièce est revetue d'une couche mince de lithium (15 m~ d'epaiseur) tel que decri, dans la brevet U.S. 4.824.746. La couche de lithium es~ transferree a l'interieur d'une des pièces en acie~ inoxydable, et on enleve le film de polypropylène. Une autre pièce rectangulaire est decou~ee dans un film de polypropylène revetu d'une couche du materiau de l'electrode positive (30 ~m), la~uelle est revêtue d'une couche d'un elect-rolyte polymere (30 ~m), tel que decrit dans le brevet franSais 87 08539, que l'on transfère à chaud sur 20~4303 la couche de lithium, après quoi on enlève le film de polypropylène. Les deux pièces en ai sont ensuite réunies comme dans le premier exemple, en effectuant le thermoscellage des joints de 2 mm, et peuvent alors agir comme collecteurs à la fois interne et externe de courant, optimisant ainsi l'épaisseu~ complète (environ 85 mp), la surface du matériau actif, le poids et la densité d'énergie de la bat'.erie emballée. On a noté les mêmes caractéristiques de cyclage que dans les exemples p^écédents.
des ernballages pour batterie au lithium qui peuvent être thermoscellés, lesquelles batteries comporten' un electrolyte polymère solide en contact elec~rique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode renfermant au moins un sel metallique, notamment V O , TiS2 ou autre de même nature.
Les batteries au lithium ou en alliage de lithium impliquant l'utilisation d'un électrolyte polymère solide sont connues, telles que divulgées notamrnent dans les brevets U.S. suivants:
4.517.265 14 mai 1985 4.652.506 24 mars 1987 4.690.840 1 septembre 1987 JP 1239759 daté du 25 septembre 1989 au nom de Hitachi-Maxell divulgue un matériau de scellage pour batteries du type mentionné ci-dessus lequel comporte un adhésif thermofusible d'acide déhydro-malonique lequel peut être thermoscellé à 200C.
JP 62064065 daté du 20 mars 1987 par Hitachi divulgue l'utilisation de films de verre qui peuvent être soudés par l'utilisation d'un faisceau au lazer.
JP 61277151 daté du 10 août 1986 de Dai Nippon divulgue l'utilisation de copolymères d ' éthylène et d'acide ac~ylique renfermant des radicaux acétoxyl.
JP 612483598 du 5 novembre 1986, JP 61185867 daté du 19 août 1986, JP 61074256 daté du 16 avril 1986, et JP 61068860 daté du 7 avril 1986, tous par SEIKO divulguent l'utilisation de copolymères d'éthylène et de tétrafluoroéthylène qui peuvent être thermoscellés à 280C.
JP 1239759 et JP 61277151 préconisent l'utilisation des polymères polaires partiellement hydrophiles, qui ne donnent cependant pas suffisamment de résistance contre l'humidité. Les rnatériaux de scellage des références Hitachi-Maxell, DAI NIPPON et SEIKO n'adhèrent pas de façon parfaite aux métaux et ne possèdent qu'une résistance limitée au pelage. Le matériau de scellage de HITACHI peut produire des fissures.
A tout prendre, les matériaux de scellage de l'art antérieur risquent de se délaminer et de provoquer des fuites. Compte tenu du fait que dans tous les cas on fait face à des températures de thermoscellage relativement élevées, il y a toujours risque de dommage à une batterie qui est sensible à la chaleur.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium, la batterie au lithium comportant un électrolyte polymere solide en contact électrique avec une anode de lithium ou d'alliage de lithium et une cathode renfermant au moins un sel métallique. Le disposi-tif comprend:
Une premiere feuille métallique ayant un premier ruban d'un film plastique fixë par adhésion sur ladite premiere feuille tou-t le long du pourtour de ladi-te feuille métallique, une seconde feuille métallique ayant un second ruban d'un film de plastique fixé par adhésion sur ladite feuille tout le long du pourtour de ladite seconde feuille métallique, la premiere et la seconde feuille étant disposée l'une _ 20~4303 au-dessus de l'autre, le premier et le second film de plastique etant disposés au voisinage l'un de l'autre en se faisant face, ladite batterie au lithium étant en sandwiche entre les première et seconde feuilles métalliques dans un espace prevu à l'interieur des premier et second rubans continus de film plastique, l'anode etant en contact avec une des feuilles métalliques et la cathode etant en contact avec l'autre feuille metallique, les premier et second rubans continus de film plastique etant hermetiquement thermoscelles ensemble, pour faire en sorte qu'aucune substance externe ne puisse venir en contact avec la batterie.
Selon une réalisation préférée de l'invention, les feuilles métalliques sont constituées du meme matériau, lequel est de préference de l'acier inoxydable, du nickel, du cuivre, de l'aluminium ou des alliages de ceux-ci.
Les feuilles metalliques sont preférentiellement constituees d'acier inoxydable.
En genexal, les feuilles métalliques ont une epaisseur se situant entre 8 p et 50 ~. Lorsque les feuilles metalliques sont en acier inoxydable, elles ont habituellement une épaisseur entre 9 ~ et 12 ~. Lorsqu'elles sont faites de nickel, leur epaisseur est en general d'environ 9 ~.
Lorsqu'elles sont faites d'aluminium, leur epaisseur est en genéral d'environ 25 ~. On peut utiliser des lames métalliques plus épaisses possédant une surface plane et uniforme, au lieu des feuilles métalliques.
Selon une réalisation préférée de l'invention, les première et deuxième feuilles métalliques sont sous forme de feuille rectangulaire plane, bien qu'elles peuvent présenter toute forme désirable, notamment, ronde.
20~4303 .
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, au moins la seconde feuille est conformée sous forme d'un récipient comportant une bride peripherique à sa partie ouverte, le second ruban continu etant relié par adhésion à la totalLte de la bride périphérique.
Possiblement, la première et la seconde feuilles metalliques ont toutes deux la forme d'un recipient, chacun possédant une bride periphérique.
Selon une autre réalisation de l'invention, la première feuille métallique a la forme d'un récipient peu profond possédant une première collerette périphérique, la deuxième feuille métallique a la forme d'un récipient plus profond avec une seconde collerette plus prononcée, le récipient plus profond étant fait pour recevoir le récipient peu profond à sa partie supérieure. Le premier ruban continu est lié par adhésion le long de l'arête supérieure à l'exté.ieur de la première collerette et le second ruban continu est lié par adhésion le long de l'arête supérieure à
l'intérieur de la seconde collerette.
Les premier et second rubans continus de film plastique sont constitués de préférence de polyéthylène de type laminé bien que tout autre materiau plastique acceptable puisse être utilise.
On a constate que le materiau préféré est du polyéthylène haute densité, notamment DuPont HDPE.
Selon une autre réalisation préférée de l'invention, le film de polyéthylène de type laminé
est traité couronne d'un côté. Le film de polyéthylène a de préférence une épaisseur qui se situe entre environ 25 ~ et 100 ~, de préférence environ 50JU.
Le film en polyéthylène est de préférence lié
à la feuille métallique par l'entremise d'un adhesif de polyester à deux éléments, notamment un ~ 2044303 adhésif vendu par Morton Thiokol sous la marque de commence ADCOT~ 548. Le lien adhésif possède de préférence une épaisseur d'environ 5 ~ à 25 ~ après prise du lien, de préférence environ 10 ~.
Normalement, le côté traité couronne fait face à la feuille métallique correspondante, et le lien adhésif est farmé entre le côté traité
couronne et la feuille métallique.
Selon une autre réalisa'.ion préférée de l'invention, la première feuille métallique et le premier ruban continu possèdent une surface légèrement plus petite que la seconde feuille métallique et au second ruban continu de façon à
empêcher tout contact électrique possible entre la première et la seconde feuille métallique lorsque le dispositif est monté. Dans des conditions b~en contrôlées d'assemblage et de thermoscellage, pourra toutefois aussi utiliser des surfaces identiques.
Selon une autre ~éalisation préférée de l'invention, on a prévu une méthode d'emballage d'au moins une batterie au lithium laquelle comp~end les étapes suivantes:
On prépare au moins une batterie au lithium comportant un électrolyte polymère solide en contact électrique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode comportant au moins un sel métallique, on se muni d'une première et d'une seconde feuilles métalliques et d'un premier et d'un second rubans continus de film plastique, chacun des rubans de film de plastique comportant un côté
traité cou.ronne, on dépose sur lesdites feuilles métalliques ou sur lesdits rubans continus de film plastique une couche d'un adhésif pouvant produire un joint imperméable respectivement entre la première feuille métalli~ue et le côté couronne du premier ruban continu de film plastique, et entre la seconde feuille métallique et le côté traité
couronne du second ruban de film plasti~ue, séparément, on lamine la première feuille métallique avec le premier ruban continu de film plastique, et la seconde feuille métallique avec le second ruban continu de film plastique, de façon à
étendre l'adhésif entre les feuilles métalliques et les films plastiques et produire un premier et un second laminages, on s'assure que l'adhésif vient en prise jusqu'à ce qu'un joint imperméable soit forme, on insère au moins l'une desdites batteries au lithium entre le premier et le second laminages à l'interieur des rubans continus, le premier et le second rubans continus se faisant face, et on scelle entre eux les rubans continus tout le lc~rly de leur périmètre empêchant ainsi toute substance externe de venir en contact avec au moins l'une des batteries au lithium.
De préférence, on fait en sorte d'assurer la prise de l'adhésif durant une pe.riode d'au moins environ 7 jours à temperature ambiante, et on enlève tout excès d'adhesif avec un solvant approprié.
L'invention est illustrée au moyen des dessins annexés, qui sont donnés sans caractère limitatif, et dans lesquels:
La FIGURE l est une représentation schématique d'un emballage de batterie au lithium selon la présente invenLion;
la FIGURE 2 est une illustration d'un emballage avec deux feuilles métalliques sous forme de récipient;
-20q4~03 -la FIGURE 3 est une illustration d'un emballage avec une feuille mé-tallique plane et une feuille sous forme de recipient;
la F~GURE 4 es-. une illustration d'un autre emballage;
la FIGURE 5 est une vue en plan prise du dessus d'un ruban continu su~érieur en polyéthylène;
la FIGURE 6 est une vue en plan prise du dessus d'un ruban con-tinu inférieu~ plus large, en polyéthylène; et la FIGURE 7 est une courbe représentant l'effet de cyclage sur un emballage pour batcerie au lithium selon la présente invention.
En se référant aux dessins, plus particulièrement à la Figure 1, on ver.ra qu'un dispositif d'emballage d'une batterie au lithium l (illustré de façon schématique dans les dessins étan~ entendu qu'il comporte une anode au lithium, un électrolyte solide polymère et une cathode renfermant du V6O 3 ou du TiS2) consiste en une feuille métallique 3 dont l'épaisseur est entre 8 et 50 ~, une autre feuille métallique 5 dont la surface est légèrement plus laxge que la feuille 3 et des rubans continus 7 et 9 de polyéthylène de haute densité, notamment en DuPont HDPE. Afin d'empêcher tout contact élect^ique entre les feuilles 3 et 5 lorque le dis~ositif est assemblé, la feuille metallique 3 et le ~^uban continu 7, ont une surface legèrement inferieure a la feuille met~ll.que 5 e-t au .uban cont-nu 9.
On no-cera que chacun des rubans continus 7 et 9 en polyethylène de haute densite comportent un côté traite couronne de facon à assurer une meilleu-e adhesion avec les feuilles métalliques 3 et 5. Le côte t.-aite couronne (non illustré) de chaque ruban 7, 9 fait face respectivement a une 204430~
feuille métallique 3, 5. Le ruban 7, 9 est fixé à
la feuille métallique 3, 5 au moyen d'un adhésif polyester a deux éléments notamment le produit vendu par Morton Thiokol sous la marque de commerce ADCOTE de facon a constituer un joint imperméable 11, 13 entre le ruban et la feuille métallique. La batterie au lithium 1 étant disposée a l'intéxieur de l'emballage, il se forme un thermoscellage 15 sur tout le pourtour et entre les deux rubans continus 7, 9, de façon a constituer une enceinte parfaitement étanche qui empêche toute substance ex-terne de venir en contact avec la batterie 1.
Les Figures 2, 3 et 4 sont des illustrations schematiques de l'emballage de plusieurs batteries 1 entre deux feuillards métalliques en forme de récipient 17, 19 (Figure 2), entre une feuille méta~lique 3 e-t une feuille métallique sous forme de recipient 21 (Figure 3) et entre une feuille mé-tallique sous forme de récipient renversé 23 et une feuille métallique sous de récipient 25 (Figure 4). Evidemment, tout autre forme d'emballage est prévu par la présente invention, a la condition éviaemment qu'elle comporte les caractér:stiques structu:rales mentionnées ci-dessus.
Il sera évident pour l'homme de l'ar. que la préparation d'un emballage a batterie tel qu'illustré dans les dessins pourra s'effectuer de la fa~on mentionnée ci-dessus.
L'invention sera maintenant illustrée par les exemples qui suiven-c:
Exemple 1 Premiere méthode Deux pieces carrées ( 2 1/4 x 2 1/4 " et 2 1/8 x 2 1/8 ") son'. découpées a partir d'une feuille d'acier inoxydable (ai) durci 304 dont l'épaisseur est 12 ~m (Peckover's shim). Des pieces carrées de même dimension sont découpées a partir d'un filrn en polyethylène HDPE, d'epaisseur 50 um (DuPont), de type laminage, traitees couronne sur un côté. Des fenêtres mesurant 1 3/4 x 1 3/4 "
sont découpées au centre des morceaux de polyethylène. On prépare une solution constituée de deux parties d'un adhesif polyester, Adcote 548, fabrique par Morton-thiokol (10 parties de Adcote 548, 1 partie de catalyseur F et 8 parties d'acétate d'ethyle) et l'on applique un revêtement de 1/2 mil de cette solution sur le côte traite des joints de polyethylene. On applique le côte revêtu sur les pieces correspondantes en acier inoxydable, on lamine par pressage a 60C et on laisse reposer pendant 7 jours à température ambiante poux obtenir un durcissage complet de l'adhesif.
En opérant dans une bolte a gants, on place une batterie ronde au lithium, (1" de diamet e, 120 ~m d'épaisseur) constitué d'un film électrolyte polymere, une électrode positive à base de polymere et v6ol3, une électrode négative au li'chium et deux collecteurs de couran-c constitués de feuillards métalliques tels que décrit dans le brevet européen no 013199, entre deux pieces en ai assemblées, au centre de ces dernières. On centre le tout et on procède à un thermoscellage avec un organe de thermoscellage constitué d'un film de polyéthylène conventionel, laissant un espace uniforme de 1/16"
entre les deux pieces ai. Cet espace assure amplement l'isolation électrique entre les deux pieces en ai, qui agissent maintenant comme collecteurs externes de courant de même que comme emkallage et protegent contre l'air atmosphérique ec l'humidité. La batterie ainsi emballée est soumise a des cycles de charge et de décharge a 60C dans une atmosphere ambiante de laboratoire de 50% RH for 10 mois. Apres avoir effectué plus de 500 cycles, le pourcentage d'utilisation des -matériaux actifs de la ba-tterie est encore aux environs de 80% (Figure 7), montrant évidemment l'absence d'introduc~ion d'air et de vapeur d'eau à
travers le joint de l'ernballage. Le petit sommet après 150 cycles constitue une exception correspondant à l'interruption ~emporaire, suivit du réamorçage de la procédure de cyclage. Les essais de pelage de l'emballage ont produit des dechirements du feuillard metalli~ue sans affecter le joint etanche.
Deuxième methode On a repete le même procedé avec des pièces de feuillards en nickel, dont l'épaiseur est 9 ~m, au lieu de l'acier inoxydable. On a obtenu les memes propriétés de bonne étanchéité pour la batterie au lithium, meme si certains plis se retrouvenc sur la face externe de la feuille de nickel, pa^ce que ce matéxiau est moins dur ~ue l'acier inoxydable.
Deux pièces rectangulai~es de 82 x 52 mm sont découpées dans une feuille d'acier inoxydable comme dans le premier exemple, et l'on fixe des joints en polyethylène de deux ~n sur la bordure externe des pièces en ai. On coupe une pièce rectangulaire de 78 x 47 mm à partir d'un film en polyethylène (25 um d'épaisseur), laquelle pièce est revetue d'une couche mince de lithium (15 m~ d'epaiseur) tel que decri, dans la brevet U.S. 4.824.746. La couche de lithium es~ transferree a l'interieur d'une des pièces en acie~ inoxydable, et on enleve le film de polypropylène. Une autre pièce rectangulaire est decou~ee dans un film de polypropylène revetu d'une couche du materiau de l'electrode positive (30 ~m), la~uelle est revêtue d'une couche d'un elect-rolyte polymere (30 ~m), tel que decrit dans le brevet franSais 87 08539, que l'on transfère à chaud sur 20~4303 la couche de lithium, après quoi on enlève le film de polypropylène. Les deux pièces en ai sont ensuite réunies comme dans le premier exemple, en effectuant le thermoscellage des joints de 2 mm, et peuvent alors agir comme collecteurs à la fois interne et externe de courant, optimisant ainsi l'épaisseu~ complète (environ 85 mp), la surface du matériau actif, le poids et la densité d'énergie de la bat'.erie emballée. On a noté les mêmes caractéristiques de cyclage que dans les exemples p^écédents.
Claims (26)
1. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium, laquelle comporte un électrolyte polymère solide en contact électrique avec une anode au lithium ou d'un alliage au lithium, et une cathode renfermant au moins un sel métallique, lequel dispositif comprend:
une première feuille métallique ayant un premier ruban d'un film plastique fixe par adhésion sur ladite première feuille tout le long du pourtour de ladite feuille métallique, une seconde feuille métallique ayant un second ruban d'un film de plastique fixé par adhésion sur ladite feuille tout le long du pourtour de ladite seconde feuille métallique, la première et la seconde feuille étant disposée l'un au-dessus de l'autre, le premier et le second film de plastique étant disposé au voisinage l'un de l'autre en se faisant face, ladite batterie au lithium étant intercalée entre les première et seconde feuilles métalliques dans un espace prévu à l'intérieur des premier et second rubans continus de film plastique, l'anode étant en contact avec une des feuilles métalliques et la cathode étant en contact avec l'autre feuille métallique, les premier et second rubans continus de film plastique étant hermétiquement thermoscellés ensemble pour faire en sorte qu'aucune substance externe ne puisse venir en contact avec la batterie.
une première feuille métallique ayant un premier ruban d'un film plastique fixe par adhésion sur ladite première feuille tout le long du pourtour de ladite feuille métallique, une seconde feuille métallique ayant un second ruban d'un film de plastique fixé par adhésion sur ladite feuille tout le long du pourtour de ladite seconde feuille métallique, la première et la seconde feuille étant disposée l'un au-dessus de l'autre, le premier et le second film de plastique étant disposé au voisinage l'un de l'autre en se faisant face, ladite batterie au lithium étant intercalée entre les première et seconde feuilles métalliques dans un espace prévu à l'intérieur des premier et second rubans continus de film plastique, l'anode étant en contact avec une des feuilles métalliques et la cathode étant en contact avec l'autre feuille métallique, les premier et second rubans continus de film plastique étant hermétiquement thermoscellés ensemble pour faire en sorte qu'aucune substance externe ne puisse venir en contact avec la batterie.
2. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérisé en ce que les feuilles métalliques sont constituées du même matériau.
3. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 2, caractérisé en ce que le matériau, tel quel ou en couche sur un autre métal est choisi dans le groupe constitué par l'acier inoxydable, le nickel, le cuivre, l'aluminium, et leurs alliages.
4. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 3, caractérisé en ce que les feuilles métalliques sont constituées d'acier inoxydable.
5. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 4, caractérisé en ce que les feuilles métalliques ont une épaisseur qui se situe entre environ 8 µ et 50 µ.
6. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 5, caractérisé en ce que les feuilles métalliques sont constituées d'acier inoxydable et ont une épaisseux qui se situe entre envixon 9 µ et 12µ.
7. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 3, caractérisé en ce que les feuilles métalliques sont constituées de nickel et ont une épaisseur d'environ 9 µ.
8. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 3, caractérisé en ce que les feuilles métalliques sont constituées d'aluminium et ont une épaisseur d'environ 25 µ.
9. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde feuilles métalliques sont sous forme de feuille rectangulaire plane.
10. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérisé en ce que les première et seconde feuilles métalliques sont sous forme de feuille plane arondie.
11. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins la seconde feuille métallique est constituée sous forme d'un récipient comportant une bride périphérique sur sa partie ouverte, le second ruban continu étant fixé par adhésion sur l'ensemble de la bride périphérique.
12. Dispositif d'emballage de plusieurs batteries au lithium selon la revendication 11, caractérisé
en ce que les première et seconde feuilles métalliques sont toutes deux conformées en un récipient possédant une bride périphérique.
en ce que les première et seconde feuilles métalliques sont toutes deux conformées en un récipient possédant une bride périphérique.
13. Dispositif d'emballage de plusieurs batteries au lithium selon la revendication 11, caractérisé
en ce que la première feuille métallique est conformée en un récipient creux comportant une première collerette périphérique, la seconde feuille métallique est conformée en un récipient plus profond ayant une second collerette plus longue que la première collerette, le récipient plus profond servant à recevoir le premier récipient dans sa partie supérieure, le premier ruban continu étant fixé par adhésion le long de l'arête supérieure à l'extérieur de la première collerette et le second ruban étant fixé par adhésion le long de l'arête supérieure à
l'intérieur de la seconde collerette.
en ce que la première feuille métallique est conformée en un récipient creux comportant une première collerette périphérique, la seconde feuille métallique est conformée en un récipient plus profond ayant une second collerette plus longue que la première collerette, le récipient plus profond servant à recevoir le premier récipient dans sa partie supérieure, le premier ruban continu étant fixé par adhésion le long de l'arête supérieure à l'extérieur de la première collerette et le second ruban étant fixé par adhésion le long de l'arête supérieure à
l'intérieur de la seconde collerette.
14. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérise en ce que les premier et second rubans continus de film plastique sont constitués de polyéthylene de type laminé.
15. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 14, carac erisé en ce que le polyéthylene est un polyéthylene haute densité.
16. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 14, caractérisé en ce que le film de polyéthylène de type laminé est traité couronne d'un côté.
17. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 14, caractérisé en ce que le filrn de polyéthylène a une épaisseur qui se situe entre environ 25 µ et 100 µ.
18. Dispositif d'emballage d'au moins une ba'cterie au lithium selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite épaisseur est d'environ 50 µ.
19. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 16, caractérisé en ce que le film de polyéthylène est fixé à ladite feuille métallique en se servant d'un adhésif polyester à deux éléments.
20. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 19, caractérisé en ce que le lien adhésif a une épaisseur d'environ 5 µ à 25 µ après prise de la fixation.
21. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 20, caractérisé en ce que ladite épaisseur est d'environ 10 µ.
22. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 19, caractérisé en ce que la surface traitée couronne fait face à la feuille métallique correspondante, et le lien adhésif est formé entre la surface traitée couronne et ladite feuille métallique.
23. Dispositif d'emballage d'au moins une batterie au lithium selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première feuille métallique et le premier ruban adhésif ont une surface légèrement inférieure à la seconde feuille métallique et au second ruban métallique de façon à
empêcher tout contact électrique qui pourrait avoir lieu entre la première et la seconde feuilles métalliques lorsque le dispositif est assemblé.
empêcher tout contact électrique qui pourrait avoir lieu entre la première et la seconde feuilles métalliques lorsque le dispositif est assemblé.
24. Méthode d'emballage d'au moins une batterie au lithium caractérisée par les étapes suivantes:
On prépare au moins une batterie au lithium comportant un électrolyte polymère solide en contact électrique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode comportant au moins un sel métallique, on se muni d'une première et d'une seconde feuilles métalliques et d'un premier et d'un second rubans continus de film plastique, chacun des rubans de film de plastique comportant un côté
traité couronne, on dépose sur lesdites feuilles métalliques ou sur lesdits rubans continus de film plastique une couche d'un adhésif pouvant produire un joint imperméable respectivement entre la première feuille métallique et le côté couronne du premier ruban continu de film plastique, et entre la seconde feuille métallique et le côté traité
couronne du second ruban de film plastique, séparément, on lamine la première feuille métallique avec le premier continu de film plastique, et la seconde feuille métallique avec le second ruban continu de film plastique, de façon à
étendre l'adhésif entre les feuilles métalliques et les films plastiques et produire un premier et un second laminage, on s'assure que l'adhésif vient en prise jusqu'à ce qu'un joint imperméable soit formé, on insère au moins l'une desdites batteries au lithium entre le premier et le second laminages à l'intérieur des rubans continus, le premier et le second rubans continus se faisant face, et on scelle les rubans continus entre eux tout le long de leur périmètre empêchant ainsi toute substance externe de venir en contact avec au moins l'une des batteries au lithium.
On prépare au moins une batterie au lithium comportant un électrolyte polymère solide en contact électrique avec une anode au lithium ou d'alliage de lithium et une cathode comportant au moins un sel métallique, on se muni d'une première et d'une seconde feuilles métalliques et d'un premier et d'un second rubans continus de film plastique, chacun des rubans de film de plastique comportant un côté
traité couronne, on dépose sur lesdites feuilles métalliques ou sur lesdits rubans continus de film plastique une couche d'un adhésif pouvant produire un joint imperméable respectivement entre la première feuille métallique et le côté couronne du premier ruban continu de film plastique, et entre la seconde feuille métallique et le côté traité
couronne du second ruban de film plastique, séparément, on lamine la première feuille métallique avec le premier continu de film plastique, et la seconde feuille métallique avec le second ruban continu de film plastique, de façon à
étendre l'adhésif entre les feuilles métalliques et les films plastiques et produire un premier et un second laminage, on s'assure que l'adhésif vient en prise jusqu'à ce qu'un joint imperméable soit formé, on insère au moins l'une desdites batteries au lithium entre le premier et le second laminages à l'intérieur des rubans continus, le premier et le second rubans continus se faisant face, et on scelle les rubans continus entre eux tout le long de leur périmètre empêchant ainsi toute substance externe de venir en contact avec au moins l'une des batteries au lithium.
25. Méthode selon la revendication 24, caractérisée en ce que on permet à l'adhésif de venir en prise pour une période d'au moins environ sept jours à température ambiante.
26. Méthode selon la revendication 25, comportant la suppression de tout excès d'adhésif par traitement avec un solvant.
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