EP3092655A1 - Ensemble de stockage d'energie electrique, et procede de fabrication associe - Google Patents

Ensemble de stockage d'energie electrique, et procede de fabrication associe

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EP3092655A1
EP3092655A1 EP15700428.4A EP15700428A EP3092655A1 EP 3092655 A1 EP3092655 A1 EP 3092655A1 EP 15700428 A EP15700428 A EP 15700428A EP 3092655 A1 EP3092655 A1 EP 3092655A1
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EP
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electrode
elementary
terminal
storage element
layers
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Withdrawn
Application number
EP15700428.4A
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Inventor
Erwan Vigneras
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Blue Solutions SA
Original Assignee
Blue Solutions SA
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to an electrical energy storage assembly, and a method of manufacturing such an assembly.
  • the present invention relates to an electrical energy storage assembly having a plastic separator layer.
  • Such an electrical energy storage element generally comprises two electrodes of opposite polarity, porous and impregnated with electrolyte, between which is disposed an insulating and porous layer called "separator".
  • the separator layer is used to isolate the electrodes from each other so as to avoid short circuits, while ensuring the ionic conduction between the electrodes.
  • ions move under the effect of an electric field to or from the surface of the electrodes depending on the state of charge or discharge of the supercapacitor.
  • the ions move from one electrode to another depending on the state of charge or discharge of the battery under the effect of chemical reactions taking place at each of the electrodes.
  • plastic separators is often preferred over the use of paper separators. Indeed, the use of such separators made of polymer not only makes it possible to obtain a storage element having a better resistance to aging, but also to use the storage element at a higher electrical voltage. The use of such separators also makes it possible to reduce the risk of perforation of said separators which can cause electrical contact of two adjacent electrodes of opposite polarity, and therefore a short circuit in the storage element, and also reduce the manufacturing costs of a storage element.
  • the storage elements as described above are generally placed in a rigid outer casing having a housing and at least one cover closing the housing to form a storage assembly.
  • the manufacture of a storage assembly as described above requires one or more heating steps that can bring the storage element to high temperatures.
  • Such steps are for example the polymerization step of the adhesive used to connect the lid and the housing forming the envelope accommodating the storage element, the dehydration step of the storage element in order to reduce the impurities present. in the electrolyte whose electrodes are impregnated, or the soldering step for electrically connecting each of the electrodes to the terminals of the envelope accommodating the storage element, during which the storage element can be carried up to temperatures of about 180 ° C.
  • An object of the present invention is therefore to propose an electrical energy storage assembly comprising at least one plastic separator layer making it possible to avoid shrinkage of the separator when heating the storage element, while retaining the benefits of using the plastic separator.
  • an electrical energy storage assembly comprising:
  • an electrical energy storage element comprising at least one elementary cell comprising a first and a second electrode complex superimposed in a superposition direction, said elementary cell further comprising a first plastic separator, in particular made of polypropylene, extending between the first and the second electrode complex,
  • an outer envelope accommodating the storage element, the envelope comprising two distinct electrical terminal surfaces of the assembly and having an opposite polarity, the first complex or complexes being electrically connected to a first terminal and the second complex or complexes being connected electrically to a second terminal,
  • the assembly being characterized in that the element comprises at least one additional layer extending at least one end of the storage element in the direction of superposition, each additional layer being constituted by a component identical to one components of the elementary cell, none of the additional layers of the same end of the storage element being connected to the terminal of polarity opposite to the terminal to which is connected the electrode complex adjacent to said additional layers.
  • the separator By placing one or more additional layers which do not risk being short-circuited with the electrode complexes which make it possible to store energy (those of the elementary cells), the separator is thus better isolated from the outside.
  • the additional layer (s) serve indeed as a heat shield and make it possible, by their presence, to reduce the quantity of heat transmitted to the separator of the elementary cell closest to the end of the stack.
  • the assembly With an assembly according to the invention, it will be possible even if necessary to use temperatures higher than those of the state of the art during the manufacture of the assembly, according to the needs, thus reducing the time and potentially the cost of the process. Manufacturing.
  • the assembly also makes it possible to widen the range of the polymers that can be used as separator, since the melting temperature is no longer such a strong constraint, to use the polymer whose properties are optimal relative to the desired use.
  • the or at least one additional layer comprises an electrode.
  • the porosity of the electrode makes it possible to trap air in large quantities and thus to produce a very efficient heat shield.
  • the or at least one of the elementary cells is provided with at least one collector for connecting an electrode complex of the cell to the corresponding terminal, the or at least one one of the additional layers having a collector.
  • the collector may be part of the electrode complex but it may also be a component independent of the electrode.
  • the or at least one of the additional layers is an electrode complex comprising at least one electrode and an integral collector.
  • the or at least one of the additional layers comprises a plastic separator, the additional layers then being inexpensive.
  • the storage element comprises at least one of its ends three adjacent additional layers formed of two layers comprising an electrode between which a separator layer is interposed.
  • At least one end of the element, at least one additional layer comprising an electrode is connected to the terminal of the same polarity as the electrode complex adjacent to the additional layers of said end. In this case, there is no risk of a short circuit.
  • an additional layer of one of the ends is connected neither to the first nor the second terminal, the additional layer is of the separator, collector or electrode type. There is no risk of a short circuit either.
  • the components of the elementary cell or cells form stacked flat layers, the additional layer or layers being placed at one and / or the other end of the stack.
  • the components of the elementary cell or cells are wound so that the same component forms a plurality of layers of the winding and the element is generally cylindrical in shape, the the additional layers being placed inside and / or outside the winding.
  • the additional layer located furthest inside the coil is a layer comprising an electrode and / or a collector, which makes it possible to prevent the innermost layer of the coil from sticking to the pin of the coil. winding, as would have been the case if this layer had been a plastic separator.
  • At least one of the additional layers is made using a component which also forms at least one layer of the cell or at least one of the elementary cells, which makes it possible to form the additional layers so as to form very simple and economical. This configuration is particularly applicable when the element is wound.
  • the envelope comprises a housing and at least one cover closing the housing, the terminal surfaces being arranged on two separate parts, the parts being preferably connected with the interposition of an electrically insulating joint.
  • the subject of the invention is also a method of manufacturing an electrical energy storage assembly, in particular so as to form an assembly as previously described, comprising the steps of: superposition of a first electrode complex, a first separator, and a second electrode complex in a superposition direction, so as to form an elementary cell;
  • the storage element in an outer envelope and electrically connecting the storage element to electrical terminals of opposite polarity of the storage assembly, formed by two distinct surfaces of the envelope, so that the first complex or complexes are electrically connected to a first terminal and the second complex or complexes are connected to a second terminal and none of the additional layers at one end of the storage element are connected to the opposite polarity terminal to the polarity terminal to which the electrode complex adjacent to said additional layers is connected.
  • the storage element it is possible to first set up the various elementary cells and then add the additional layers to the end or ends of the stack.
  • the additional layers can be put in place first, at least at one end of the stack, before setting up the components of the elementary cells. Additional layers and elementary cells could also be formed simultaneously.
  • the method comprises the steps of:
  • a part of the components of the elementary sequence is preferably wound alone around the winding axis, so as to form a core of at least one additional layer around which the sequence Elemental is then rolled up.
  • said one or one of said components comprises an electrode.
  • the first electrode complex and the first separator are wound alone around the winding axis, so as to form the core of at least one additional layer.
  • a part of the components of the elementary sequence is wound alone around the winding axis, so as to envelop at least one additional layer the coil comprising the elementary sequence.
  • the second electrode complex and the second separator layer are wound alone around the winding axis so as to wrap the coil with at least one additional layer.
  • the method comprises the steps of:
  • FIG. 1 represents an exploded view of an electrical energy storage assembly comprising an electrical energy storage element according to an embodiment of the invention in which the storage element is said to be "wound";
  • FIG. 2 represents a schematic view of an elementary sequence of an electrical energy storage element
  • Figure 3 shows a schematic sectional view of the wound storage element shown in Figure 1;
  • FIG. 4 shows a schematic view of an electrical energy storage element according to another embodiment of the invention than that shown in Figures 1 and 3, wherein the storage element is said "stacked".
  • Figure 1 shows an electrical energy storage assembly 10 according to one embodiment of the invention.
  • the storage assembly 10 includes an outer casing 11.
  • the outer casing 1 1 is substantially cylindrical and extends along a longitudinal axis 12.
  • the outer casing 1 1 comprises a casing 13 provided with a side wall and a bottom 14 disposed at a first end of the housing 13 along the longitudinal axis 12 and open at a second end opposite the bottom 14.
  • the outer casing 1 1 further comprises a lid 15 attached to the second end of the housing 13 to close the open end of the housing 13.
  • the cover 15 is for example glued to the housing 13.
  • the cover 15 and the bottom 14 each form a terminal of opposite polarity of the storage assembly 10.
  • the outer casing 11 comprises a casing provided with a lateral wall and two covers each attached to one of the open ends of the casing along the longitudinal axis 12, and each forming a terminal of opposite polarity.
  • the outer casing 1 1 accommodates an electrical energy storage element 16, for example a supercapacitor or a battery.
  • an electrical energy storage element 16 for example a supercapacitor or a battery.
  • the storage element 16 forms a coil. It is said "coiled".
  • the storage element 16 comprises an elementary sequence 17 represented in FIG. 2.
  • the elementary sequence 17 comprises an elementary cell 18.
  • the elementary cell 18 comprises a first electrode complex 19 and a second electrode complex 20 superimposed on one another in a superposition direction 21.
  • the first and second electrode complexes 19 and 20 each comprise two electrodes 22 and 23 between which an electric current collector 24 and 25 is interposed.
  • the electrodes 22 and 23 and the collector 24 or 25 are in one piece.
  • the first and second electrode complexes comprise a single electrode and / or a single electrode with a current collector.
  • the elementary cell may comprise a collector layer in addition to the electrode complex.
  • electrode complex 19 and 20 have been described at the two terminals of the elementary cell 18, but that the elementary cell 18 could very well be asymmetrically formed, for example comprising a first or a second one.
  • electrode complex 19 or 20 as previously described and a second or a first electrode complex 20 or 19 composed a single electrode and a collector layer or having any other architecture.
  • the electrodes 22 and 23 are porous and impregnated with an electrolyte.
  • the electrodes 22 and 23 are for example mainly made of activated carbon.
  • the first electrode complex 19 forms a first set of a first polarity connected to a first electrical terminal by means of the collector 24.
  • the first terminal is for example formed by the cover 15 of the outer casing 11.
  • the second electrode complex 20 forms a second set of a second polarity connected to a second electrical terminal by means of the collector 25.
  • the second terminal is of opposite polarity to the first terminal.
  • the second terminal is for example formed by the bottom 14 of the outer casing 11.
  • the elementary cell 18 further comprises a first separator 26 disposed between the first electrode complex 19 and the second electrode complex 20.
  • the first separator 26 is made of plastic, for example polypropylene, and electrically isolates the first and second complexes 19 and 20 between them, so as to avoid the generation of a short circuit in the storage element 16.
  • the first separator 26 is porous so as to allow the ionic conduction between the first and second complexes of electrode 19 and 20.
  • the elementary sequence 17 further comprises a second separator 27 superimposed on the second electrode complex 20 of the elementary cell 18 in the superimposition direction 21.
  • the elementary sequence 17 is wound on itself around a winding axis 28, so as to form the coil.
  • the winding axis 28 coincides with the longitudinal axis 12, when the storage element 16 is placed inside the outer casing 11. All the layers of the coil which are of the same nature are therefore in one piece, being constituted respectively by the same component of the elementary sequence.
  • all the layers comprising the first electrode complex 19 are in one piece, and all the layers comprising the second electrode complex 20 are in one piece.
  • all the layers comprising the first separator 26 are in one piece, and all the layers comprising the second separator 27 are in one piece.
  • FIG. 1 A sectional view of the coil is schematically shown in FIG.
  • the first electrode complex 19 interacts with the second electrode complex 20 of the same winding turn n, but also with the second electrode complex 20 of the winding tower n-1.
  • the second electrode complex 20 interacts with the first electrode complex 19 of the same winding turn n, but also with the first electrode complex 19 of the winding revolution n + 1.
  • the collector 24 of the first electrode complex 19 and the collector 25 of the second electrode complex 20 project with respect to the electrode layers 22 and 23 in an opposite direction along the winding axis 28. In this way, the collector 24 of the first electrode complex 19 projects towards the first terminal 15 and the collector 25 of the second electrode complex 20 projects towards the second terminal 14, when the storage element 16 is positioned inside the the outer envelope 1 1. Thus, the connection of the collectors 24 and 25 to their respective terminals is easier.
  • the storage element 16 also comprises additional layers 29 and 30 respectively at each of the ends 31 and 32 of the storage element 16 in a radial direction.
  • the additional layers 29 are wound on themselves about the winding axis 28, so as to form a core around which the elementary sequence 17 is wound.
  • the additional layers 30 are wound around the coil along the winding axis 28, so as to envelop it.
  • Each additional layer 29 and 30 is constituted by a component identical to one of the components of the elementary cell 18. In other words, each additional layer 29 and 30 is chosen from the following components:
  • an electrode complex comprising two electrodes between which an electric current collector is interposed
  • the additional layers 29 and 30 are chosen from the components already available for the manufacture of the storage element 16.
  • the storage element 16 may comprise additional layers
  • the storage element 16 may comprise the same number or a different number of additional layers 29 and 30 at each radial end 31 and 32.
  • the storage element 16 may also comprise additional layers 29 or 30 only at one of its radial ends 31 or 32.
  • Radial ends 31 and 32 are constituted by an electrode complex comprising two electrode layers between which a current collector is interposed. Because of the porosity of the electrodes, which therefore contain a lot of air, the electrode complexes constitute particularly effective heat shields. Since the collectors are already assembled with the electrodes before formation of the elementary cells, the electrode complex is used in its entirety to form the additional layers 29 and 30. In the example of FIG. 30 are constituted by a separator, which is an inexpensive material.
  • the storage element 16 comprises at the first radial end 31 two additional layers 29, including from the first radial end 31 towards the second radial end 32, an electrode complex and a separator. made of plastic
  • the storage element 16 comprises at the second radial end 32 three additional layers 30, including two layers of plastic separator between which an electrode complex is interposed.
  • the additional layers 29 are adjacent to the first electrode complex
  • the additional layers 30 are adjacent to the second electrode complex 20 connected to the second terminal 14.
  • the additional layers 30 of the second radial end 32 can not be connected to the first terminal 15.
  • shrinkage is understood to mean a deformation of the plastic separator layers 26 and 27 tending to expose the electrode layers 22 and 23 at their ends along the winding axis 28 and which can lead to an electrical contacting of two electrode layers 22 and 23 adjacent of opposite polarity and therefore to a short circuit in the storage element 16.
  • the additional layers 29 and 30 form a heat shield which makes it possible, when the storage element 16 is heated, to limit the shrinkage of the plastic separator layers 26 and 27 of the different elementary cells 18, and therefore of the reduce the risk of short circuits in the storage element 16.
  • an additional layer 29 or 30 of a radial end 31 or 32 is connected to the terminal of the same polarity as the electrode complex 19 or 20 of the elementary cell adjacent to said additional layers.
  • an additional layer 29 or 30 of a radial end 31 or 32 is connected neither to the first terminal 15 nor to the second terminal 14.
  • the manufacture of the reeled storage element 16 proceeds according to the following method.
  • the first electrode complex 19 and the first separator 26 are superimposed in the superimposition direction 21.
  • the core is for example wound around a pin.
  • the additional layer 29 closest to the first radial end 31 comprises an electrode, so that the additional layer 29 can not stick to the winding pin as may be the case if the additional layer 29 is a plastic separator.
  • the first electrode complex 19 and the first separator 26 are chosen to form the additional layers 29 of the first radial end 31.
  • the first electrode complex 19 and the first separator layer 26 are wound alone around the winding axis 28 on a lathe.
  • the second electrode complex 20 and the second separator 27 are stacked on the first separator 26 - already wound to form the core - in the superposition direction 21, so as to form the sequence elementary 17.
  • a fourth step all the layers of the elementary sequence 17 are wound together around the core, so as to form the coil.
  • a part of the components of the elementary sequence 17 closest to the first end 33 of the elementary sequence 17 in the superimposition direction 21 is cut off, namely the first electrode complex 19 and the first separator 26, while the other part of the layers of the elementary sequence 17 is wound alone, on at least one turn, around the winding axis 28, so as to wrap the coil with at least one additional layer 30.
  • first separator 26 can be cut off relative to the first electrode complex 20 also cut before finishing the winding, so that it exceeds a few millimeters of the first electrode complex 20 to prevent shorts in case of shrink in a tangential direction relative to the coil.
  • the second electrode complex 20 and the second separator 27 are chosen to form the additional layers of the first radial end 31.
  • the second electrode complex 20 and the second separator 27 are wound alone around the winding axis 28 on a lathe.
  • the storage element 16 is put in place in the outer envelope January 1, and in a seventh step, the storage element 16 is electrically connected to the first and at the second electrical terminal 15 and 14, so that the first electrode complex 19 is connected to the first terminal 15, the second electrode complex 20 is connected to the second terminal 14, and none of the additional layers 29 and 30 located at a radial end 31 and 32 of the storage element 16 is connected to the polarity terminal 15 or 14 opposite to the polarity terminal to which the electrode complex adjacent to said additional layers 29 and 30 is connected. .
  • FIG. 4 shows the storage element 16 according to another embodiment of the invention.
  • the storage element 16 is said to be "stacked".
  • the storage element 16 comprises a stack of several elementary sequences 17 in a stacking direction 35.
  • the stacking direction 35 coincides with the superposition direction 21, when the elementary sequences 17 are stacked.
  • the first electrode complex 19 of an elementary sequence 17 of a stack m interacts with the second electrode complex 20 of the elementary sequence 17 of the same stack m, but also with the second electrode complex 20 of the elementary sequence 17 of the stack m-1.
  • the second electrode complex 20 of an elementary sequence 17 of a stack m interacts with the first electrode complex 19 of the sequence elementary 17 of the same stack m, but also with the first electrode complex 19 of the elementary sequence 17 of the stack m + 1.
  • the collector 24 of the first electrode complex 19 and the collector 25 of the second electrode complex 20 of each elementary sequence 17 protrude with respect to the electrode layers 22 and 23 in an opposite direction, perpendicular to the superposition direction 21 .
  • the collector 24 of the first electrode complex 19 projects towards the first terminal
  • the collector 25 of the second electrode complex 20 projects towards the second terminal, when the storage element 16 is positioned at the first terminal. inside an outer envelope.
  • the connection of the collectors 24 and 25 to their respective terminals is easier.
  • the storage element 16 also comprises additional layers 29 and 30 respectively at each of the ends 31 and 32 of the stack in the stacking direction 35.
  • the storage element 16 comprises at the first end 31 in the stacking direction 35 three additional layers 29, including the first end 31 to the second end 32 in the direction of superposition 35, an electrode complex, a plastic separator and an electrode complex.
  • the storage element 16 comprises at the second end 32 in the superposition direction 35 two additional layers 30, including from the second end 32 to the first end 31 in the superimposition direction 35, an electrode complex and a separator. plastic material.
  • the electrode complexes forming the additional layers 29 and 30 are arranged so that the collector protrudes on the same side as in the electrode complex 19 or 20 of the elementary cell 18 adjacent to the additional layers 29 and 30. They can thus be connected to the same terminal 14 or 15 as said electrode complex of the elementary cell 18 or connected to any of the terminals 14 or 15 but can not be connected to the terminal of opposite polarity, which makes it possible to avoid short circuits.
  • the manufacture of the stacked storage element 16 proceeds according to the following method.
  • the first electrode complex 19, the first separator 26 and the second electrode complex 20 are stacked in the stacking direction 35, so as to form the elementary cell 18.
  • the second separator 27 is stacked on the second electrode complex 20 in the stacking direction 35, during a second step, so as to form the elementary sequence 17.
  • the first and second steps are repeated several times, so as to form the stack of several elementary sequences 17.
  • 29 and 30 are stacked in the stacking direction 35 at the first end 31 and / or the second end 32 in the stacking direction 35.
  • the additional layers 29 of the first end 31 in the stacking direction 35 are stacked together before the first step. Then, during the first step, the first electrode complex 19, the first separator 26 and the second electrode complex 20 are stacked in the stacking direction 35 on the additional layers 29 of the first end 31.
  • the storage element 16 is put in place in the outer envelope 11, and in a fifth step, the storage element 16 is electrically connected to the first and at the second electrical terminal 15 and 14, so that the first electrode complexes 19 are connected to the first terminal 15, the second electrode complexes 20 are connected to the second terminal 14, and that no additional layers 29 and
  • the storage elements 16 previously described have the advantage of being provided with the additional layers 29 and 30 which can not enter short circuit neither between them nor with the electrode complex 19 or 20 of the elementary cell 18 adjacent to said additional layers in case of shrinkage of the layers of plastic separator, and which form a heat shield limiting the shrinkage of the separator layers 26 and 27 of plastic material or elementary sequences 17 when heating the storage element 16.
  • additional layers 29 and / or 30 could notably not be in accordance with what has been described.
  • the additional layers 29 and / or 30 could for example comprise the same components, or an additional layer 29 or 30 could be constituted by a single electrode without a collector or by a single collector,
  • the additional layers 29 and / or 30 could be present just at one end 31 or 32 of the storage element 26,
  • the storage element 16 could be constituted differently, for example the electrode complexes 19 and / or 20 could comprise only one electrode, a collector being attached to it outside the stack,

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Abstract

L'invention se rapporte à un ensemble de stockage d'énergie électrique (10) comprenant un élément de stockage (16) comprenant au moins une cellule élémentaire (18) comprenant un premier et un deuxième complexes d'électrodes (19, 20) superposés selon une direction de superposition (21), ladite cellule élémentaire comprenant en outre un premier séparateur (26) en matière plastique s'étendant entre le premier et le deuxième complexes d'électrodes, et une enveloppe externe (11) accueillant l'élément de stockage (16), l'enveloppe comportant deux surfaces distinctes (15, 14) formant bornes électriques de l'ensemble ayant une polarité opposée, le ou les premiers complexes (19) étant reliés électriquement à une première borne (15) et le ou les deuxièmes complexes (20) étant reliés électriquement à une deuxième borne (14), dans lequel l'élément comporte au moins une couche supplémentaire (29, 30) s'étendant à au moins une extrémité (31, 32) de l'élément de stockage selon la direction de superposition, chaque couche supplémentaire étant constituée par un composant identique à l'un des composants de la cellule élémentaire (18), aucune des couches supplémentaires d'une même extrémité de l'élément de stockage n'étant reliée à la borne de polarité opposée à la borne à laquelle est reliée le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires.

Description

ENSEMBLE DE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE, ET PROCEDE DE
FABRICATION ASSOCIE
DOMAINE TECHNIQUE GENERAL
La présente invention concerne un ensemble de stockage d'énergie électrique, et un procédé de fabrication d'un tel ensemble.
Plus particulièrement, la présente invention concerne un ensemble de stockage d'énergie électrique comportant une couche de séparateur en matière plastique.
ETAT DE L'ART
Il est connu de l'état de l'art des éléments de stockage d'énergie électrique tels que des supercondensateurs ou des batteries.
Un tel élément de stockage d'énergie électrique comporte en général deux électrodes de polarité opposée, poreuses et imprégnées d'électrolyte, entre lesquelles est disposée une couche isolante et poreuse appelée « séparateur ». La couche de séparateur permet d'isoler les électrodes l'une de l'autre de sorte à éviter les courts-circuits, tout en assurant la conduction ionique entre les électrodes.
Dans un supercondensateur, les ions se déplacent sous l'effet d'un champ électrique vers ou depuis la surface des électrodes selon l'état de charge ou de décharge du supercondensateur.
Dans une batterie, les ions se déplacent d'une électrode à l'autre selon l'état de charge ou de décharge de la batterie sous l'effet de réactions chimiques s'opérant à chacune des électrodes.
L'utilisation de séparateurs en matière plastique est souvent préférée à l'utilisation de séparateurs en papier. En effet, l'utilisation de tels séparateurs réalisés en polymère permet non seulement d'obtenir un élément de stockage ayant une meilleure tenue au vieillissement, mais aussi d'utiliser l'élément de stockage à une tension électrique plus élevée. L'utilisation de tels séparateurs permet en outre de diminuer les risques de perforation desdits séparateurs pouvant entraîner une mise en contact électrique de deux électrodes adjacentes de polarité opposée, et donc un court-circuit dans l'élément de stockage, et également de réduire les coûts de fabrication d'un élément de stockage.
Les éléments de stockage tels que décrits ci-dessus sont généralement placés dans une enveloppe externe rigide comportant un boîtier et au moins un couvercle fermant le boîtier afin de former un ensemble de stockage.
Cependant, la fabrication d'un ensemble de stockage tel que précédemment décrit nécessite une ou plusieurs étapes de chauffage susceptibles de porter l'élément de stockage à des températures élevées. De telles étapes sont par exemple l'étape de polymérisation de la colle servant à relier le couvercle et le boîtier formant l'enveloppe accueillant l'élément de stockage, l'étape de déshydratation de l'élément de stockage afin de diminuer les impuretés présentes dans l'électrolyte dont les électrodes sont imprégnées, ou encore l'étape de soudure permettant de relier électriquement chacune des électrodes aux bornes de l'enveloppe accueillant l'élément de stockage, lors desquelles l'élément de stockage peut être porté jusqu'à des températures d'environ 180°C.
Ces étapes de chauffage entraînent souvent une augmentation de la température du séparateur par conduction thermique, et il arrive que cette température atteigne une valeur telle qu'elle provoque une déformation du séparateur appelée « rétreint », du fait de la porosité assez importante du séparateur, et tendant à découvrir les électrodes à leurs extrémités. En effet, la température à laquelle le séparateur en polymère subit un fort rétreint se trouve aux alentours de 130°C, notamment lorsque le séparateur est réalisé en polypropylène. Un tel rétreint du séparateur est particulièrement problématique dans la mesure où il peut conduire à une mise en contact électrique de deux électrodes adjacentes de polarité opposée, et donc à un court-circuit dans l'élément de stockage. PRESENTATION DE L'INVENTION Un but de la présente invention est donc de proposer un ensemble de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une couche de séparateur en matière plastique permettant d'éviter le rétreint du séparateur en cas de chauffage de l'élément de stockage, tout en conservant les avantages liés à l'utilisation du séparateur en matière plastique.
Plus précisément, l'invention a pour objet un ensemble de stockage d'énergie électrique comportant :
un élément de stockage d'énergie électrique comprenant au moins une cellule élémentaire comprenant un premier et un deuxième complexe d'électrode superposés selon une direction de superposition, ladite cellule élémentaire comprenant en outre un premier séparateur en matière plastique, notamment en polypropylène, s'étendant entre le premier et le deuxième complexe d'électrode,
une enveloppe externe accueillant l'élément de stockage, l'enveloppe comportant deux surfaces distinctes formant bornes électriques de l'ensemble et ayant une polarité opposée, le ou les premiers complexes étant reliés électriquement à une première borne et le ou les deuxièmes complexes étant reliés électriquement à une deuxième borne,
l'ensemble étant caractérisé en ce que l'élément comporte au moins une couche supplémentaire s'étendant à au moins une extrémité de l'élément de stockage selon la direction de superposition, chaque couche supplémentaire étant constituée par un composant identique à l'un des composants de la cellule élémentaire, aucune des couches supplémentaires d'une même extrémité de l'élément de stockage n'étant reliée à la borne de polarité opposée à la borne à laquelle est reliée le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires. On a en effet réalisé que le problème de rétreint énoncé ci-dessus se produisait surtout aux extrémités de l'élément de stockage, les séparateurs situés au cœur de l'élément de stockage n'étant pas ou peu touchés par ce problème car isolés de l'extérieur par les complexes d'électrode entre lesquelles ils sont placés. En plaçant une ou plusieurs couches supplémentaires qui ne risquent pas d'entrer en court-circuit avec les complexes d'électrode qui permettent de stocker de l'énergie (ceux des cellules élémentaires), on isole ainsi mieux de l'extérieur le séparateur de chaque cellule élémentaire, même ceux situés dans les cellules élémentaires extrêmes, et on empêche ainsi le rétreint du séparateur des cellules élémentaires : la ou les couches supplémentaires servent en effet d'écran thermique et permettent par leur présence de diminuer la quantité de chaleur transmise au séparateur de la cellule élémentaire la plus proche de l'extrémité de l'empilement.
Ainsi, on peut utiliser le procédé de fabrication de l'ensemble de stockage de l'état de la technique sans le modifier sensiblement et l'adaptation effectuée n'est ni très chère (on ne fait que rajouter des couches qu'on a déjà à notre disposition et ne sont donc pas spécifiquement fabriquées pour l'occasion) ni très complexe à mettre en œuvre.
Avec un ensemble selon l'invention, on pourra même si besoin utiliser des températures supérieures à celles de l'état de la technique lors de la fabrication de l'ensemble, en fonction des besoins, diminuant alors le temps et potentiellement le coût du procédé de fabrication. L'ensemble permet également d'élargir le champ des polymères utilisables en tant que séparateur, la température de fusion n'étant plus une contrainte aussi forte, pour utiliser le polymère dont les propriétés sont optimales relativement à l'utilisation recherchée.
Grâce à l'invention, on peut donc produire un ensemble de stockage d'énergie fonctionnel avec un séparateur en matière plastique et à l'aide d'un procédé simple et peu coûteux, sans avoir besoin d'adapter le procédé ou les pièces mécaniques (enveloppe, etc.) déjà utilisées pour fabriquer l'ensemble. Selon un mode de réalisation de l'invention, la ou au moins une couche supplémentaire comporte une électrode. La porosité de l'électrode permet en effet d'emprisonner de l'air en grande quantité et ainsi de réaliser un écran thermique très efficace.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la ou au moins l'une des cellules élémentaires est munie d'au moins un collecteur permettant de relier un complexe d'électrode de la cellule à la borne correspondante, la ou au moins l'une des couches supplémentaires comportant un collecteur. Le collecteur peut faire partie du complexe d'électrode mais il peut également être un composant indépendant de l'électrode.
En particulier, la ou au moins l'une des couches supplémentaires est un complexe d'électrode comportant au moins une électrode et un collecteur d'un seul tenant.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la ou au moins l'une des couches supplémentaires comporte un séparateur en matière plastique, les couches supplémentaires étant alors peu coûteuses.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'élément de stockage comprend à au moins l'une de ses extrémités trois couches supplémentaires adjacentes formées de deux couches comportant une électrode entre lesquelles une couche de séparateur est intercalée.
Selon un mode de réalisation de l'invention, à au moins une extrémité de l'élément, au moins une couche supplémentaire comportant une électrode est reliée à la borne de même polarité que le complexe d'électrode adjacent aux couches supplémentaires de ladite extrémité. On ne risque pas en effet dans ce cas le court-circuit.
Selon un mode de réalisation de l'invention, une couche supplémentaire d'une des extrémités n'est reliée ni à la première ni à la deuxième borne, que la couche supplémentaire soit de type séparateur, collecteur ou électrode. On ne risque donc pas là non plus de court-circuit. Selon un mode de réalisation de l'invention, les composants de la ou des cellules élémentaires forment des couches planes empilées, la ou les couches supplémentaires étant placées à l'une et/ou l'autre des extrémités de l'empilement.
Selon un autre mode de réalisation de l'invention, les composants de la ou des cellules élémentaires sont enroulés de sorte qu'un même composant forme une pluralité de couches de l'enroulement et que l'élément est de forme générale cylindrique, la ou les couches supplémentaires étant placées à l'intérieur et/ou à l'extérieur de l'enroulement.
La couche supplémentaire située le plus à l'intérieur de la bobine est une couche comportant une électrode et/ou un collecteur, ce qui permet d'éviter que la couche située le plus à l'intérieur de la bobine ne colle sur la broche d'enroulement, comme cela aurait été le cas si cette couche avait été un séparateur en matière plastique.
En particulier, au moins l'une des couches supplémentaires est réalisée à l'aide d'un composant formant également au moins une couche de la cellule ou d'au moins une des cellules élémentaires, ce qui permet de former les couches supplémentaires de façon très simple et économique. Cette configuration est particulièrement applicable lorsque l'élément est bobiné.
Selon un mode de réalisation de l'invention, l'enveloppe comprend un boîtier et au moins un couvercle fermant le boîtier, les surfaces formant bornes étant agencées sur deux pièces distinctes, les pièces étant reliées de préférence avec interposition d'un joint électriquement isolant.
Les modes de réalisation précédemment décrits peuvent avantageusement être combinés.
L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'un ensemble de stockage d'énergie électrique, notamment de façon à former un ensemble tel que précédemment décrit, comprenant les étapes de : - superposition d'un premier complexe d'électrode, d'un premier séparateur, et d'un deuxième complexe d'électrode selon une direction de superposition, de sorte à former une cellule élémentaire ;
- réalisation de l'élément de stockage à partir d'au moins une cellule élémentaire et d'au moins une couche supplémentaire constituée par un composant identique à l'un des composants de la cellule élémentaire, de sorte que la ou les couches supplémentaires sont placées à l'extrémité de l'élément de stockage ;
- mise en place de l'élément de stockage dans une enveloppe externe et liaison électrique de l'élément de stockage à des bornes électriques de polarité opposée de l'ensemble de stockage, formées par deux surface distinctes de l'enveloppe, de sorte que le ou les premiers complexes soient reliés électriquement à une première borne et le ou les deuxièmes complexes soient reliés à une deuxième borne et qu'aucune des couches supplémentaires situées à une extrémité de l'élément de stockage ne soit reliée à la borne de polarité opposée à la borne de polarité auquel est relié le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires.
On notera que, lors de l'étape de réalisation de l'élément de stockage, on peut d'abord mettre en place les différentes cellules élémentaires puis ajouter les couches supplémentaires à la ou aux extrémités de l'empilement. Alternativement, on peut mettre en place tout d'abord les couches supplémentaires, au moins à une extrémité de l'empilement, avant de mettre en place les composants des cellules élémentaires. Les couches supplémentaires et les cellules élémentaires pourraient également être formées simultanément.
Selon un premier mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes de :
- superposition d'un deuxième séparateur sur le deuxième complexe d'électrode selon la direction de superposition, de sorte à former une séquence élémentaire ; - enroulement de la séquence élémentaire autour d'un axe d'enroulement, de sorte que l'élément de stockage a une forme de bobine.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, une partie des composants de la séquence élémentaire est de préférence enroulée seule autour de l'axe d'enroulement, de sorte à former un noyau d'au moins une couche supplémentaire autour duquel la séquence élémentaire est ensuite enroulée. Avantageusement, ledit ou l'un desdits composants comprend une électrode. Avantageusement, le premier complexe d'électrode et le premier séparateur sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement, de sorte à former le noyau d'au moins une couche supplémentaire.
Selon le premier mode de réalisation de l'invention, à l'autre extrémité de l'élément, une partie des composants de la séquence élémentaire est enroulée seule autour de l'axe d'enroulement, de sorte à envelopper d'au moins une couche supplémentaire la bobine comprenant la séquence élémentaire. Avantageusement, le deuxième complexe d'électrode et la deuxième couche de séparateur sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement de sorte à envelopper la bobine d'au moins une couche supplémentaire.
Selon un deuxième mode de réalisation de l'invention, le procédé comprend les étapes de :
- superposition d'un deuxième séparateur sur le deuxième complexe d'électrode selon une direction d'empilement confondue avec la direction de superposition, de sorte à former une séquence élémentaire ;
- empilement de plusieurs séquences élémentaires selon la direction d'empilement ;
- empilement d'au moins une couche supplémentaire avec au moins une séquence élémentaire, de sorte que la ou les couches supplémentaires se situent à au moins une extrémité de l'empilement précédemment formé selon la direction d'empilement. PRESENTATION DES FIGURES
D'autres caractéristiques, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui suit qui est purement illustrative et non limitative, et doit être lue en regard des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 représente une vue éclatée d'un ensemble de stockage d'énergie électrique comprenant un élément de stockage d'énergie électrique selon un mode de réalisation de l'invention dans lequel l'élément de stockage est dit « bobiné » ;
- la figure 2 représente une vue schématique d'une séquence élémentaire d'un élément de stockage d'énergie électrique ;
- la figure 3 représente une vue schématique en coupe de l'élément de stockage bobiné présenté à la figure 1 ;
- la figure 4 représente une vue schématique d'un élément de stockage d'énergie électrique selon un autre mode de réalisation de l'invention que celui présenté aux figures 1 et 3, dans lequel l'élément de stockage est dit « stacké ».
DESCRIPTION DETAILLEE
La figure 1 montre un ensemble de stockage d'énergie électrique 10 selon un mode de réalisation de l'invention.
L'ensemble de stockage 10 comporte une enveloppe externe 1 1 . Dans l'exemple représenté à la figure 1 , l'enveloppe externe 1 1 est sensiblement cylindrique et s'étend selon un axe longitudinal 12. L'enveloppe externe 1 1 comporte un boîtier 13 muni d'une paroi latérale et d'un fond 14 disposé à une première extrémité du boîtier 13 selon l'axe longitudinal 12 et ouvert à une deuxième extrémité opposée au fond 14. L'enveloppe externe 1 1 comporte en outre un couvercle 15 rapporté à la deuxième extrémité du boîtier 13 afin de fermer l'extrémité ouverte du boîtier 13. Le couvercle 15 est par exemple collé au boîtier 13. Dans l'exemple représenté à la figure 1 , le couvercle 15 et le fond 14 forment chacun une borne de polarité opposée de l'ensemble de stockage 10. Selon une variante, l'enveloppe externe 1 1 comporte un boîtier muni d'une paroi latérale et de deux couvercles chacun rapportés à l'une des extrémités ouvertes du boîtier 13 selon l'axe longitudinal 12, et formant chacun une borne de polarité opposée.
L'enveloppe externe 1 1 accueille un élément de stockage d'énergie électrique 16, par exemple un supercondensateur ou une batterie. Dans l'exemple représenté à la figure 1 , l'élément de stockage 16 forme une bobine. Il est dit « bobiné ».
L'élément de stockage 16 comprend une séquence élémentaire 17 représentée à la figure 2.
La séquence élémentaire 17 comprend une cellule élémentaire 18. La cellule élémentaire 18 comporte un premier complexe d'électrode 19 et un deuxième complexe d'électrode 20 superposés l'un sur l'autre selon une direction de superposition 21 .
Dans l'exemple représenté à la figure 2, les premier et deuxième complexes d'électrode 19 et 20 comportent chacun deux électrodes 22 et 23 entre lesquelles un collecteur de courant électrique 24 et 25 est intercalé. Les électrodes 22 et 23 et le collecteur 24 ou 25 sont d'un seul tenant.
Selon une variante non représentée, les premier et deuxième complexes d'électrode comportent une seule électrode et/ou une électrode seule avec un collecteur de courant. Dans le cas où les premier et deuxième complexes comprennent une unique électrode, la cellule élémentaire peut comprendre une couche de collecteur en supplément du complexe d'électrode.
On notera qu'on a décrit ici des complexes d'électrodes 19 et 20 identiques aux deux bornes de la cellule élémentaire 18 mais que la cellule élémentaire 18 pourrait tout à fait être réalisée de façon asymétrique, en comportant par exemple un premier ou un deuxième complexe d'électrode 19 ou 20 tel que précédemment décrit et un deuxième ou un premier complexe d'électrode 20 ou 19 composé d'une électrode seule et d'une couche de collecteur ou ayant tout autre architecture.
Les électrodes 22 et 23 sont poreuses et imprégnées d'un électrolyte. Les électrodes 22 et 23 sont par exemple principalement réalisées en charbon actif.
Le premier complexe d'électrode 19 forme un premier ensemble d'une première polarité relié à une première borne électrique au moyen du collecteur 24. La première borne est par exemple formée par le couvercle 15 de l'enveloppe externe 1 1 .
Le deuxième complexe d'électrode 20 forme un deuxième ensemble d'une deuxième polarité relié à une deuxième borne électrique au moyen du collecteur 25. La deuxième borne est de polarité opposée à la première borne. La deuxième borne est par exemple formée par le fond 14 de l'enveloppe externe 1 1 .
La cellule élémentaire 18 comporte en outre un premier séparateur 26 disposé entre le premier complexe d'électrode 19 et le deuxième complexe d'électrode 20. Le premier séparateur 26 est en matière plastique, par exemple en polypropylène et isole électriquement les premier et deuxième complexes d'électrode 19 et 20 entre eux, de sorte à éviter la génération d'un court-circuit dans l'élément de stockage 16. Le premier séparateur 26 est poreux de sorte à permettre la conduction ionique entre les premier et deuxième complexes d'électrode 19 et 20.
La séquence élémentaire 17 comporte en outre un deuxième séparateur 27 superposé au deuxième complexe d'électrode 20 de la cellule élémentaire 18 selon la direction de superposition 21 .
La séquence élémentaire 17 est enroulée sur elle-même autour d'un axe d'enroulement 28, de sorte à former la bobine. L'axe d'enroulement 28 est confondu avec l'axe longitudinal 12, lorsque l'élément de stockage 16 est placé à l'intérieur de l'enveloppe externe 1 1 . Toutes les couches de la bobine qui sont de même nature sont donc d'un seul tenant, étant respectivement constituées par le même composant de la séquence élémentaire. Autrement dit, toutes les couches comprenant le premier complexe d'électrode 19 sont d'un seul tenant, et toutes les couches comprenant le deuxième complexe d'électrode 20 sont d'un seul tenant. De même, toutes les couches comprenant le premier séparateur 26 sont d'un seul tenant, et toutes les couches comprenant le deuxième séparateur 27 sont d'un seul tenant.
Une vue en coupe de la bobine est schématiquement représentée à la figure 3.
Comme illustré à la figure 3, lorsque la séquence élémentaire 17 est enroulée, le premier complexe d'électrode 19 interagit avec le deuxième complexe d'électrode 20 du même tour d'enroulement n, mais également avec le deuxième complexe d'électrode 20 du tour d'enroulement n-1 . De même, le deuxième complexe d'électrode 20 interagit avec le premier complexe d'électrode 19 du même tour d'enroulement n, mais également avec le premier complexe d'électrode 19 du tour d'enroulement n+1 .
Le collecteur 24 du premier complexe d'électrode 19 et le collecteur 25 du deuxième complexe d'électrode 20 font saillie au regard des couches d'électrode 22 et 23 dans une direction opposée selon l'axe d'enroulement 28. De cette manière, le collecteur 24 du premier complexe d'électrode 19 fait saillie vers la première borne 15 et le collecteur 25 du deuxième complexe d'électrode 20 fait saillie vers la deuxième borne 14, lorsque l'élément de stockage 16 est positionné à l'intérieur de l'enveloppe externe 1 1 . Ainsi, la connexion des collecteurs 24 et 25 à leur borne respective est plus aisée.
L'élément de stockage 16 comprend également des couches supplémentaires 29 et 30 respectivement à chacune des extrémités 31 et 32 de l'élément de stockage 16 selon une direction radiale. A une première extrémité radiale 31 disposée à l'intérieur de la bobine, les couches supplémentaires 29 sont enroulées sur elles-mêmes autour de l'axe d'enroulement 28, de sorte à former un noyau autour duquel la séquence élémentaire 17 est enroulée. A une deuxième extrémité radiale 32 disposée à l'extérieur de la bobine, les couches supplémentaires 30 sont enroulées autour de la bobine selon l'axe d'enroulement 28, de sorte à l'envelopper. Chaque couche supplémentaire 29 et 30 est constituée par un composant identique à l'un des composants de la cellule élémentaire 18. En d'autres termes, chaque couche supplémentaire 29 et 30 est choisie parmi les composants suivants :
- une électrode seule,
- un collecteur de courant électrique,
- une électrode seule et un collecteur de courant électrique,
- un complexe d'électrode comprenant deux électrodes entre lesquelles un collecteur de courant électrique est interposé,
- un séparateur en matière plastique.
Ainsi, les couches supplémentaires 29 et 30 sont choisies parmi les composants déjà disponibles pour la fabrication de l'élément de stockage 16.
L'élément de stockage 16 peut comprendre des couches supplémentaires
29 et 30 identiques entre elles ou différentes à chaque extrémité radiale 31 et 32.
L'élément de stockage 16 peut comprendre un même nombre ou un nombre différent de couches supplémentaires 29 et 30 à chaque extrémité radiale 31 et 32.
L'élément de stockage 16 peut également ne comprendre des couches supplémentaires 29 ou 30 qu'à une seule de ses extrémités radiales 31 ou 32.
Dans l'exemple de la figure 3, certaines des couches supplémentaires 29 et
30 des extrémités radiales 31 et 32 sont constituées par un complexe d'électrode comprenant deux couches d'électrode entre lesquelles un collecteur de courant est intercalé. Du fait de la porosité des électrodes, qui renferment donc beaucoup d'air, les complexes d'électrode constituent des écrans thermiques particulièrement efficaces. Les collecteurs étant déjà assemblés avec les électrodes avant la formation des cellules élémentaires, on utilise le complexe d'électrode dans son intégralité pour former les couches supplémentaires 29 et 30. Dans l'exemple de la figure 3, d'autres couches supplémentaires 29 et 30 sont constituées par un séparateur, qui est un matériau peu coûteux. Dans l'exemple représenté à la figure 3, l'élément de stockage 16 comprend à la première extrémité radiale 31 deux couches supplémentaires 29, dont depuis la première extrémité radiale 31 vers la deuxième extrémité radiale 32, un complexe d'électrode et un séparateur en matière plastique. L'élément de stockage 16 comprend à la deuxième extrémité radiale 32 trois couches supplémentaires 30, dont deux couches de séparateur en matière plastique entre lesquelles un complexe d'électrode est intercalé.
Aucune des couches supplémentaires 29 et 30 d'une même extrémité radiale 31 et 32 n'est reliée à l'ensemble de polarité opposée à l'ensemble de polarité auquel est relié le complexe d'électrode 19 ou 20 de la cellule élémentaire
18 adjacent auxdites couches supplémentaires.
Dans l'exemple représenté à la figure 3, à la première extrémité radiale 31 , les couches supplémentaires 29 sont adjacentes au premier complexe d'électrode
19 relié à la première borne 15. Ainsi, les couches supplémentaires 29 de la première extrémité radiale 31 ne peuvent pas être reliées à la deuxième borne 14.
De la même manière, à la deuxième extrémité radiale 32, les couches supplémentaires 30 sont adjacentes au deuxième complexe d'électrode 20 relié à la deuxième borne 14. Ainsi, les couches supplémentaires 30 de la deuxième extrémité radiale 32 ne peuvent pas être reliées à la première borne 15.
De cette manière, il ne peut pas y avoir de courts-circuits que ce soit entre les couches supplémentaires 29 et 30 d'une même extrémité radiale 31 et 32 ou entre les couches supplémentaires 29 et 30 et les complexes d'électrode 19 et 20 de la cellule élémentaire 18 adjacents auxdites couches supplémentaires. Par ailleurs, il ne peut pas non plus y avoir de tels courts-circuits en cas de chauffage de l'élément de stockage 16 et de rétreint des couches supplémentaires 29 et 30 en matière plastique. On entend par « rétreint » une déformation des couches de séparateur 26 et 27 en matière plastique tendant à découvrir les couches d'électrode 22 et 23 à leurs extrémité selon l'axe d'enroulement 28 et pouvant conduire à une mise en contact électrique de deux couches d'électrode 22 et 23 adjacentes de polarité opposée et donc à un court-circuit dans l'élément de stockage 16.
De plus, les couches supplémentaires 29 et 30 forment un écran thermique permettant de limiter, en cas de chauffage de l'élément de stockage 16, le rétreint des couches de séparateur 26 et 27 en matière plastique des différentes cellules élémentaires 18, et donc de réduire les risques de courts-circuits dans l'élément de stockage 16.
Selon un premier mode de réalisation, une couche supplémentaire 29 ou 30 d'une extrémité radiale 31 ou 32 est reliée à la borne de même polarité que le complexe d'électrode 19 ou 20 de la cellule élémentaire adjacent auxdites couches supplémentaires. Selon un deuxième mode de réalisation, une couche supplémentaire 29 ou 30 d'une extrémité radiale 31 ou 32 n'est reliée ni à la première borne 15 ni à la deuxième borne 14.
On s'assure que c'est effectivement le cas en conformant les complexes d'électrode constituant les couches supplémentaires 29 ou 30 de sorte que le collecteur fasse saillie du même côté que le collecteur 24 ou 25 du complexe d'électrode 19 ou 20 appartenant à la cellule élémentaire 18 et adjacent aux couches supplémentaires 29 ou 30. Il ne peut de ce fait pas être relié à la borne de polarité opposée, même par erreur.
Alternativement, on peut effectuer une étape de traitement du complexe d'électrode de la couche supplémentaire 29 ou 30 lors de laquelle on découpe la partie du collecteur qui fait saillie de l'électrode, afin d'éviter tout risque de contact avec l'une des deux bornes 14 ou15.
La fabrication de l'élément de stockage 16 bobiné se déroule selon le procédé suivant.
Au cours d'une première étape, le premier complexe d'électrode 19 et le premier séparateur 26 sont superposés selon la direction de superposition 21 .
Au cours d'une deuxième étape, ils sont enroulés seuls, sur au moins un tour, autour de l'axe d'enroulement 28, de sorte à former le noyau comprenant au moins une couche supplémentaire 29. Le noyau est par exemple enroulé autour d'une broche.
De préférence, la couche supplémentaire 29 la plus proche de la première extrémité radiale 31 comprend une électrode, de sorte que la couche supplémentaire 29 ne puisse pas coller à la broche d'enroulement comme cela peut être le cas si la couche supplémentaire 29 est un séparateur en matière plastique.
Dans l'exemple représenté à la figure 3, le premier complexe d'électrode 19 et le premier séparateur 26 sont choisis pour former les couches supplémentaires 29 de la première extrémité radiale 31 . Le premier complexe d'électrode 19 et la première couche de séparateur 26 sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement 28 sur un tour.
Puis, au cours d'une troisième étape, le deuxième complexe d'électrode 20 et le deuxième séparateur 27 sont empilés sur le premier séparateur 26 - déjà enroulés pour former le noyau - selon la direction de superposition 21 , de sorte à former la séquence élémentaire 17.
Lors d'une quatrième étape, toutes les couches de la séquence élémentaire 17 sont enroulées ensemble autour du noyau, de sorte à former la bobine.
Au cours d'une cinquième étape, une partie des composants de la séquence élémentaire 17 les plus proches de la première extrémité 33 de la séquence élémentaire 17 selon la direction de superposition 21 est coupée, à savoir le premier complexe d'électrode 19 et le premier séparateur 26, tandis que l'autre partie des couches de la séquence élémentaire 17 est enroulée seule, sur au moins un tour, autour de l'axe d'enroulement 28, de sorte à envelopper la bobine d'au moins une couche supplémentaire 30.
On notera que l'on peut couper le premier séparateur 26 en décalé relativement au premier complexe d'électrode 20 également coupé avant de finir l'enroulement, de sorte qu'il dépasse de quelques millimètres du premier complexe d'électrode 20 afin de prévenir les courts-circuits en cas de rétreint selon une direction tangentielle relativement à la bobine. Dans l'exemple représenté à la figure 3, le deuxième complexe d'électrode 20 et le deuxième séparateur 27 sont choisis pour former les couches supplémentaires de la première extrémité radiale 31 . Le deuxième complexe d'électrode 20 et le deuxième séparateur 27 sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement 28 sur un tour.
Enfin, au cours d'une sixième étape, l'élément de stockage 16 est mis en place dans l'enveloppe externe 1 1 , et au cours d'une septième étape, l'élément de stockage 16 est relié électriquement à la première et à la deuxième borne électrique 15 et 14, de sorte que le premier complexe d'électrode 19 soit relié à la première borne 15, que le deuxième complexe d'électrode 20 soit relié à la deuxième borne 14, et qu'aucune des couches supplémentaires 29 et 30 situées à une extrémité radiale 31 et 32 de l'élément de stockage 16 ne soit reliée à la borne de polarité 15 ou 14 opposée à la borne de polarité auquel est relié le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires 29 et 30.
La figure 4 montre l'élément de stockage 16 selon un autre mode de réalisation de l'invention. Dans l'exemple représenté à la figure 4, l'élément de stockage 16 est dit « stacké ».
Dans la suite de la description, seuls les éléments qui diffèrent du mode de réalisation représenté aux figures 1 et 3 seront détaillés.
L'élément de stockage 16 comporte un empilement de plusieurs séquences élémentaires 17 selon une direction d'empilement 35. La direction d'empilement 35 est confondue avec la direction de superposition 21 , lorsque les séquences élémentaires 17 sont empilées.
Comme illustré à la figure 4, lorsque les séquences élémentaires 17 sont empilées, le premier complexe d'électrode 19 d'une séquence élémentaire 17 d'un empilement m interagit avec le deuxième complexe d'électrode 20 de la séquence élémentaire 17 du même empilement m, mais également avec le deuxième complexe d'électrode 20 de la séquence élémentaire 17 de l'empilement m-1 . De même, le deuxième complexe d'électrode 20 d'une séquence élémentaire 17 d'un empilement m interagit avec le premier complexe d'électrode 19 de la séquence élémentaire 17 du même empilement m, mais également avec le premier complexe d'électrode 19 de la séquence élémentaire 17 de l'empilement m+1 .
Le collecteur 24 du premier complexe d'électrode 19 et le collecteur 25 du deuxième complexe d'électrode 20 de chaque séquence élémentaire 17 font saillie au regard des couches d'électrode 22 et 23 dans une direction opposée, perpendiculaire à la direction de superposition 21 . De cette manière, le collecteur 24 du premier complexe d'électrode 19 fait saillie vers la première borne et le collecteur 25 du deuxième complexe d'électrode 20 fait saillie vers la deuxième borne, lorsque l'élément de stockage 16 est positionné à l'intérieur d'une enveloppe externe. Ainsi, la connexion des collecteurs 24 et 25 à leur borne respective est plus aisée.
L'élément de stockage 16 comprend également des couches supplémentaires 29 et 30 respectivement à chacune des extrémités 31 et 32 de l'empilement selon la direction d'empilement 35.
Dans l'exemple représenté à la figure 4, l'élément de stockage 16 comprend à la première extrémité 31 selon la direction d'empilement 35 trois couches supplémentaires 29, dont depuis la première extrémité 31 vers la deuxième extrémité 32 selon la direction de superposition 35, un complexe d'électrode, un séparateur en matière plastique et un complexe d'électrode. L'élément de stockage 16 comprend à la deuxième extrémité 32 selon la direction de superposition 35 deux couches supplémentaires 30, dont depuis la deuxième extrémité 32 vers la première extrémité 31 selon la direction de superposition 35, un complexe d'électrode et un séparateur en matière plastique.
Comme précédemment décrit, les complexes d'électrode formant les couches supplémentaires 29 et 30 sont agencés de sorte que le collecteur fasse saillie du même côté que dans le complexe d'électrode 19 ou 20 de la cellule élémentaire 18 adjacente aux couches supplémentaires 29 et 30. Ils peuvent ainsi être reliés à la même borne 14 ou 15 que ledit complexe d'électrode de la cellule élémentaire 18 ou reliés à aucune des bornes 14 ou 15 mais ne peuvent être reliés à la borne de polarité opposée, ce qui permet d'éviter les courts-circuits. La fabrication de l'élément de stockage 16 stacké se déroule selon le procédé suivant.
Au cours d'une première étape, le premier complexe d'électrode 19, le premier séparateur 26 et le deuxième complexe d'électrode 20 sont empilées selon la direction d'empilement 35, de sorte à former la cellule 18 élémentaire.
Puis, le deuxième séparateur 27 est empilé sur le deuxième complexe d'électrode 20 selon la direction d'empilement 35, au cours d'une deuxième étape, de sorte à former la séquence élémentaire 17.
Les première et deuxième étapes sont répétées à plusieurs reprises, de sorte à former l'empilement de plusieurs séquences élémentaires 17.
Au cours d'une troisième étape, une ou plusieurs couches supplémentaires
29 et 30 sont empilées selon la direction d'empilement 35 à la première extrémité 31 et/ou à la deuxième extrémité 32 selon la direction d'empilement 35.
Selon une variante, les couches supplémentaires 29 de la première extrémité 31 selon la direction d'empilement 35 sont empilées entre elles préalablement à la première étape. Puis, au cours de la première étape, le premier complexe d'électrode 19, le premier séparateur 26 et le deuxième complexe d'électrode 20 sont empilés selon la direction d'empilement 35 sur les couches supplémentaires 29 de la première extrémité 31 .
Enfin, au cours d'une quatrième étape, l'élément de stockage 16 est mis en place dans l'enveloppe externe 1 1 , et au cours d'une cinquième étape, l'élément de stockage 16 est relié électriquement à la première et à la deuxième borne électrique 15 et 14, de sorte que les premiers complexes d'électrode 19 soient reliés à la première borne 15, que les deuxièmes complexes d'électrode 20 soient reliés à la deuxième borne 14, et qu'aucune des couches supplémentaires 29 et
30 situées à une extrémité 31 et 32 de l'élément de stockage 16 ne soit reliée à la borne de polarité 15 ou 14 opposée à la borne de polarité auquel est relié le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires 29 et 30.
Les éléments de stockage 16 précédemment décrits présentent l'avantage d'être munis des couches supplémentaires 29 et 30 qui ne peuvent entrer en court-circuit ni entre elles ni avec le complexe d'électrode 19 ou 20 de la cellule élémentaire 18 adjacent auxdites couches supplémentaires en cas de rétreint des couches de séparateur en matière plastique, et qui forment un écran thermique limitant le rétreint des couches de séparateur 26 et 27 en matière plastique de la ou des séquences élémentaires 17 en cas de chauffage de l'élément de stockage 16.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée à ce qui a été décrit dans les exemples illustrés aux figures 3 et 4 :
- le nombre et la configuration des couches supplémentaires 29 et/ou 30 pourrait notamment ne pas être conforme à ce qui a été décrit. Les couches supplémentaires 29 et/ou 30 pourraient par exemple comprendre les mêmes composants, ou une couche supplémentaire 29 ou 30 pourrait être constituée par une électrode seule sans collecteur ou par un collecteur seul,
- les couches supplémentaires 29 et/ou 30 pourraient être présentes juste à une extrémité 31 ou 32 de l'élément de stockage 26,
- l'élément de stockage 16 pourrait être constitué différemment, par exemple les complexes d'électrode 19 et/ou 20 pourrait ne comprendre qu'une électrode, un collecteur étant rapporté sur celle-ci en dehors de l'empilement,
- la structure mécanique de l'ensemble de stockage 10 pourrait être différente de ce qui a été décrit,
- etc.

Claims

REVENDICATIONS
Ensemble de stockage d'énergie électrique (10) comportant :
un élément de stockage d'énergie électrique (16) comprenant au moins une cellule élémentaire (18) comprenant un premier et un deuxième complexe d'électrode (19, 20) superposés selon une direction de superposition (21 ), ladite cellule élémentaire comprenant en outre un premier séparateur (26) en matière plastique s'étendant entre le premier et le deuxième complexe d'électrode,
une enveloppe externe (1 1 ) accueillant l'élément de stockage (16), l'enveloppe comportant deux surfaces distinctes (15, 14) formant bornes électriques de l'ensemble ayant une polarité opposée, le ou les premiers complexes (19) étant reliés électriquement à une première borne (15) et le ou les deuxièmes complexes (20) étant reliés électriquement à une deuxième borne (14),
l'ensemble étant caractérisé en ce que l'élément comporte au moins une couche supplémentaire (29, 30) s'étendant à au moins une extrémité (31 , 32) de l'élément de stockage selon la direction de superposition, chaque couche supplémentaire étant constituée par un composant identique à l'un des composants (19, 20, 26, 27) de la cellule élémentaire (18), aucune des couches supplémentaires d'une même extrémité de l'élément de stockage n'étant reliée à la borne de polarité opposée à la borne à laquelle est reliée le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires.
2. Ensemble de stockage selon la revendication 1 , dans lequel la ou au moins l'une des couches supplémentaires (29, 30) comporte une électrode (22, 23).
3. Ensemble de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel la ou au moins l'une des cellules élémentaires (18) est munie d'au moins un collecteur (24, 25) permettant de relier un complexe d'électrode (19, 20) de la cellule à la borne correspondante (15, 14), la ou au moins l'une des couches supplémentaires (29, 30) comportant un collecteur (24, 25).
4. Ensemble de stockage selon les revendications 2 et 3 en combinaison, dans lequel la ou au moins l'une des couches supplémentaires (29, 30) est un complexe d'électrode (19, 20) comportant au moins une électrode (22, 23) et un collecteur (24, 25) d'un seul tenant.
Ensemble de stockage (16) selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la ou l'au moins une couche supplémentaire (29, 30) comporte un séparateur (26, 27) en matière plastique.
Ensemble de stockage selon l'une des revendications précédentes, comprenant à au moins l'une des extrémités (31 , 32) trois couches supplémentaires adjacentes (29) formées de deux couches comportant une électrode entre lesquelles une couche de séparateur est intercalée.
Ensemble de stockage selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, dans lequel, à au moins une extrémité de l'élément, au moins une couche supplémentaire (29, 30) comportant une électrode est reliée à la borne de même polarité que le complexe d'électrode (19, 20) adjacent aux couches supplémentaires de ladite extrémité.
Ensemble de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins une couche supplémentaire (29, 30) d'une des extrémités (31 , 32) n'est reliée ni à la première ni à la deuxième borne (15, 14).
9. Ensemble de stockage selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les composants (19, 20, 26, 27) de la ou des cellules élémentaires (18) forment des couches planes empilées, la ou les couches supplémentaires (29, 30) étant placées à l'une et/ou l'autre des extrémités (31 , 32) de l'empilement.
10. Ensemble de stockage selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les composants (19, 20, 26, 27) de la ou des cellules élémentaires (18) sont enroulées de sorte qu'un même composant forme une pluralité de couches de l'enroulement et que l'élément (16) a une forme de bobine, la ou les couches supplémentaires (29, 30) étant placées à l'intérieur et/ou à l'extérieur de l'enroulement.
1 1 . Ensemble selon la revendication 10, dans lequel la couche supplémentaire (29) située le plus à l'intérieur de la bobine est une couche comportant une électrode (22) et/ou un collecteur (24).
12. Ensemble selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel au moins l'une des couches supplémentaires (29, 30) est réalisée à l'aide d'un composant (19, 20, 26, 27) formant également au moins une couche de la ou d'au moins une des cellules élémentaires (18).
13. Procédé de fabrication d'un ensemble de stockage d'énergie électrique (10), comprenant les étapes suivantes de :
- superposition d'un premier complexe d'électrode (19), d'un premier séparateur (26), et d'un deuxième complexe d'électrode (20) selon une direction de superposition (21 ), de sorte à former une cellule élémentaire (18) ;
- réalisation de l'élément de stockage (16) à partir d'au moins une cellule élémentaire (18) et d'au moins une couche supplémentaire (29, 30) constituée par un composant identique à l'un des composants de la cellule élémentaire, de sorte que la ou les couches supplémentaires sont placées à l'extrémité (31 , 32) de l'élément de stockage ;
- mise en place de l'élément de stockage (16) dans une enveloppe externe (1 1 ) et liaison électrique de l'élément de stockage à des bornes électriques (14, 15) de polarité opposée de l'ensemble de stockage, formées par deux surface distinctes de l'enveloppe, de sorte que le ou les premiers complexes (19) soient reliés électriquement à une première borne (15) et le ou les deuxièmes complexes (20) soient reliés à une deuxième borne (14) et qu'aucune des couches supplémentaires (29,
30) situées à une extrémité (31 , 32) de l'élément de stockage ne soit reliée à la borne de polarité opposée à la borne de polarité auquel est relié le complexe d'électrode adjacent auxdites couches supplémentaires.
14. Procédé selon la revendication 13, comprenant les étapes de :
- superposition d'un deuxième séparateur (27) sur le deuxième complexe d'électrode (20) selon la direction de superposition (21 ), de sorte à former une séquence élémentaire (17) ;
- enroulement de la séquence élémentaire autour d'un axe d'enroulement
(28), de sorte que l'élément de stockage (16) a une forme de bobine.
15. Procédé selon la revendication 14, dans lequel une partie des composants (19, 26) de la séquence élémentaire (17) est enroulée seule autour de l'axe d'enroulement (28), de sorte à former un noyau d'au moins une couche supplémentaire (29) autour duquel la séquence élémentaire est ensuite enroulée.
16. Procédé selon la revendication 15, dans lequel deux composants constitués par le premier complexe d'électrode (19) et le premier séparateur (26) sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement (28), de sorte à former le noyau d'au moins une couche supplémentaire (29).
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications 14 à 16, dans lequel une partie des composants (20, 27) de la séquence élémentaire (17) est enroulé seul autour de l'axe d'enroulement (28), de sorte à envelopper d'au moins une couche supplémentaire (30) la bobine comprenant la séquence élémentaire (17).
18. Procédé selon la revendication 17, dans lequel le deuxième complexe d'électrode (20) et le deuxième séparateur (27) sont enroulés seuls autour de l'axe d'enroulement (28) de sorte à envelopper la bobine d'au moins une couche supplémentaire (30).
19. Procédé selon la revendication 13, comprenant les étapes de :
- superposition d'un deuxième séparateur (27) sur le deuxième complexe d'électrode (20) selon une direction d'empilement (35) confondue avec la direction de superposition (21 ), de sorte à former une séquence élémentaire (17) ;
- empilement de plusieurs séquences élémentaires selon la direction d'empilement ;
- empilement d'au moins une couche supplémentaire (29, 30) avec au moins une séquence élémentaire de sorte que la ou les couches supplémentaires (29, 30) se situent à au moins une extrémité (31 , 32) de l'empilement précédemment formé selon la direction d'empilement.
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