EP3311433A1 - Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur metal-ion avec mousse metallique aux extremites de feuillards - Google Patents

Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur metal-ion avec mousse metallique aux extremites de feuillards

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Publication number
EP3311433A1
EP3311433A1 EP16732573.7A EP16732573A EP3311433A1 EP 3311433 A1 EP3311433 A1 EP 3311433A1 EP 16732573 A EP16732573 A EP 16732573A EP 3311433 A1 EP3311433 A1 EP 3311433A1
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EP
European Patent Office
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electrochemical
metal
accumulator
welded
producing
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP16732573.7A
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German (de)
English (en)
Inventor
Olivier Masson
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Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Original Assignee
Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
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Filing date
Publication date
Application filed by Commissariat a lEnergie Atomique CEA, Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA filed Critical Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
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    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to the field of electrochemical metal-ion generators, which operate according to the principle of insertion or deinsertion, or in other words intercalation-deintercalation, of metal ions in at least one electrode.
  • a metal-ion electrochemical accumulator comprising at least one electrochemical cell constituted by an anode and a cathode on either side of a separator impregnated with electrolyte, two current collectors, one of which is connected to the anode and the other at the cathode, and a housing of elongated shape along a longitudinal axis (X), the housing being arranged to house the electrochemical cell with sealing while being traversed by a portion of the current collectors forming the terminals output, also called poles.
  • the separator may consist of one or more films.
  • the housing may include a lid and a container, usually called a bucket, or have a lid, a bottom and a side shell assembled at both the bottom and the lid,
  • the present invention aims to provide a part of the electrical connection between at least one electrochemical cell of the accumulator and its output terminals integrated into its housing.
  • the invention applies to any electrochemical metal-ion accumulator, that is to say also sodium-ion, magnesium-ion, aluminum-ion ...
  • a lithium-ion battery or accumulator usually comprises at least one electrochemical cell C consisting of a separator impregnated with an electrolyte component 1 between a positive electrode or cathode 2 and a negative electrode or anode 3, a current collector 4 connected to the cathode 2, a current collector 5 connected to the anode 3 and finally, a package 6 arranged to contain the electrochemical cell with sealing while passing through a portion of the current collectors 4, 5, forming the output terminals.
  • the architecture of conventional lithium-ion batteries is an architecture that can be described as monopolar, because with a single electrochemical cell comprising an anode, a cathode and an electrolyte.
  • monopolar architecture geometry are known:
  • the electrolyte constituent may be of solid, liquid or gel form.
  • the constituent may comprise a polymer or microporous composite separator impregnated with organic electrolyte (s) or ionic liquid type which allows the displacement of the lithium ion from the cathode to the anode to a charge and vice versa for a discharge, which generates the current.
  • the electrolyte is generally a mixture of organic solvents, for example carbonates in which is added a lithium salt typically LiPF6.
  • Lithium cation insertion materials which are generally composite, such as lithium iron phosphate LiFePO 4 , lithium cobalt oxide LiCoO 2 , lithiated manganese oxide, optionally substituted, LiMn 2 0 4 or a Li-based
  • the negative electrode or anode is very often made of carbon, graphite or Li 4 Ti0 5 0i 2 (titanate material), possibly also based on silicon or lithium-based, or tin-based and their alloys or of formed composite based on silicon.
  • the anode and the cathode of lithium insertion material can be deposited according to a usual technique in the form of an active layer on a metal sheet constituting a current collector.
  • the current collector connected to the positive electrode is usually aluminum.
  • the current collector connected to the negative electrode is generally made of copper, nickel-plated copper or aluminum.
  • a Li-ion battery or accumulator uses a couple of materials at the anode and the cathode to operate at a high voltage level, typically around 3.6 volts.
  • a Li-ion battery or accumulator comprises a rigid package or housing when the targeted applications are binding where a long life is sought, with for example much higher pressures to be withstood and a stricter required sealing level, typically less than 10 "6 mbar.l / s of helium, or in environments with strong constraints as the aeronautical or spatial domain.
  • the main advantage of rigid packages is their high sealing and maintained over time because the closure of the housings is performed by welding, generally by laser welding.
  • FIG. 1 One of the types of cylindrical rigid case, usually manufactured for a high capacity Li-ion accumulator with a lifetime greater than 10 years, is illustrated in FIG.
  • the housing 6 of longitudinal axis X comprises a cylindrical lateral envelope 7, a bottom 8 at one end, a cover 9 at the other end.
  • the cover 9 supports the poles or output terminals of the current 40, 50.
  • One of the output terminals (poles), for example the positive terminal 40 is soldered to the cover 9 while the other output terminal, for example the terminal negative 50, passes through the cover 9 with interposition of a not shown seal which electrically isolates the negative terminal 50 of the cover.
  • FIGS. 4 to 4B show the photographs of an electrochemical bundle F of shape elongate along a longitudinal axis XI and comprising a single electrochemical cell C such that it is usually wound by winding before the housing steps in a housing, electrical connection to the output terminals of the accumulator and its impregnation with an electrolyte.
  • the cell C consists of an anode 3 and a cathode 4 on either side of a separator (not visible) adapted to be impregnated with the electrolyte.
  • a separator not visible
  • uncoated strips is meant here and in the context of the invention, the end portions of the metal sheets, also called strips, forming the current collectors, which are not covered with an insertion material lithium.
  • the objective of the battery manufacturers is to increase the autonomy of a cell constituting the accumulator or their ability to operate at high power regimes while improving their lifetime, ie their number of possible cycles, their lightness and the manufacturing costs of these components.
  • Improvement routes for Li-ion accumulators concern, for the most part, the nature of the materials and the methods of elaboration of the electrochemical cell components.
  • the patent FR 2094491 discloses an alkaline accumulator whose electrical connection between the wound electrochemical cell and output terminals is obtained by cutting the banks of the electrodes by regularly spaced slots and then radial folding of the edges thus split from the outside of the inside under. the form of scales superimposed so as to form a substantially plane base on which is finally welded a current collector, constituted if necessary by the housing cover.
  • the patent application EP 1102337 discloses a Li-ion accumulator whose electrical connection between the electrochemical cell wound and output terminals is obtained by a single pressing of each end of the electrode strips of the wound cell, along the axis of winding, by means of a pressing mandrel and then, by laser welding of each end of the electrode strips with a terminal current collector consisting of a foil in the form of a disk and a connecting tongue itself. even laser welded subsequently to the housing cover, at one end and at the bottom of the housing, at the other end. Ribs are each made on a diameter of the disc and are themselves pressed beforehand the welding against the ends of pressed electrode strips.
  • the patent application EP 1596449 describes a Li-ion accumulator whose electrical connection between the wound electrochemical cell and output terminals is obtained firstly by multiple pressing of each lateral end delimited by the uncoated strips of electrodes of the cell. wound, by means of a pressing mandrel of outside diameter between 15 and 20 mm.
  • the pressing mandrel moves in a very short stroke alternately from the outside to the inside of the cell parallel to the winding axis by sweeping the entire side surface of the uncoated electrode strips to entangle between them.
  • a terminal current collector constituted by a foil in the form of a plane connection strip itself welded by laser or transparency thereafter to a output terminal integrated in the cover at one lateral end and at the bottom of the housing at the other end.
  • the mass and the volume of the sidebands not coated with electrodes (banks) necessary for the electrical connection with the current collectors according to the state of the art are not necessarily optimized, which implies in the end a mass and a volume of the accumulator also not yet optimized.
  • the inventors found that de facto the banks of the same lateral end were not necessarily electrically connected to each other, in particular the parts of these banks located in the most peripheral zone of the beam. This implies an increase in the current path to reach certain areas of the beam, thereby increasing the internal resistance of these areas. This therefore creates current distribution heterogeneities, which can be detrimental especially for high power applications for the accumulator.
  • the electrolyte filling step in an electrochemical battery of lithium accumulator can be relatively long and delicate because the current collectors of the state of the art as welded on the banks of electrochemical accumulator beam constitute a significant obstacle to the passage of the electrolyte.
  • the Applicant has proposed in the patent application FR 3011128 A1 a new method for producing an electrochemical bundle comprising a combination of two folding steps b / and cl of a separate accumulator electrochemical bundle in their implementation. which make it possible to obtain two distinct zones on at least one, preferably each, of the lateral ends of the beam.
  • This process is particularly efficient in terms of electrical conductivity and heat dissipation by the beam.
  • the object of the invention is to respond at least in part to this need. Presentation of the invention
  • the invention relates, in one of its aspects, to a method for producing an electrochemical bundle (F) of a metal-ion accumulator (A), such as a Li-ion accumulator, in view of its electrical connection to the output terminals of the accumulator, comprising the following steps: a / welding a metal foam strip on at least one face of the uncoated strip (s) of the anode and / or the cathode of at least one electrochemical cell (C) constituted the cathode and the anode on either side of a separator adapted to be impregnated with an electrolyte;
  • A metal-ion accumulator
  • C electrochemical cell
  • the method according to the invention is characterized by the addition of a metal foam strip on the banks for welding with a current collector.
  • the metal foam strip has a thickness chosen to sufficiently fill the space between two winding turns during the formation of the bundle by winding on itself.
  • a metallic material is chosen for the foam strip which is compatible for welding, preferably identical to that of the electrode on which it is welded and which is also compatible with the electrochemical potential of the electrode to avoid a oxidation of the metal foam.
  • the metal foam can be copper, aluminum, steel, nickel.
  • the metal mat obtained in this way is homogeneous over all the end surface (s) of the electrochemical bundle.
  • the assembly consisting of a metal foam strip according to the invention and wound forms an end sufficiently dense to accept a laser weld.
  • the heat provided by the weld can diffuse and avoid burning the collectors, while creating a good quality electrical link.
  • the fact of using foam is an advantage for the subsequent electrolyte filling phases, since the pores present in the foam do not block the passage of the electrolyte sufficiently to prevent filling.
  • the method according to the invention can be implemented for electrodes whose metal strip is relatively thin or relatively thick in the case of application of power or target energy for the accumulator.
  • the method according to the invention can be dispensed with axial electrochemical bundling techniques which certainly make it possible to obtain good performances in terms of electrical conductivity and thermal evacuation of the bundle, but which are not necessarily simple to implement.
  • the method according to the invention is therefore both simple to implement and guarantees good performance in terms of electrical conductivity and thermal evacuation of the beam.
  • the method according to the invention can be advantageously implemented for the production of accumulators or Li-ion batteries.
  • the steps a / and b / are carried out continuously, step a / being carried out beforehand from step b /.
  • Achieving the laying and welding of the metal foam strip continuously before winding the beam is advantageous because it does not induce any additional time in the realization of the beam compared to the known technique. In other words, this time is a masked production time. In other words, this makes it possible not to have to manage additional process steps, such as setting up another machine. Indeed, it suffices to modify the existing equipment for unwinding an electrode metal strip coil and depositing an active insertion material layer, in particular, by coating, and winding the electrodes, by adding thereto upstream a simultaneous and continuous metal foil laying and welding station with the unwinding of the metal electrode strip.
  • the step a / welding can be performed by ultrasonic welding, laser or electrical. Whatever the chosen technique, it must ensure a cohesion between the (the) strip (s) of foam and that (s) of metal strip during the winding of the beam and during welding to the current collectors.
  • Step a / welding can also be performed by laser beam, continuously during the unwinding of electrode strip.
  • the laser can then be moved relative to the electrode strip.
  • the laser beam can be a continuous line during the entire course of the electrode strip, controlled to synchronize with the speed of the scrolling of the electrode strip and / or that of the foam strip, or a succession of laser pulses, which can also be controlled by the speed of unwinding of the electrode strip and / or the metal foam strip .
  • the step a / welding can be carried out point by point or in a continuous path, that is to say in one or more continuous lines or in one or more continuous patterns.
  • the number of points and their relative spacing are adjusted according to each desired accumulator design.
  • the a / welding step can be advantageously performed by ultrasound continuously, according to very common processes in the manufacture of waterproof clothing. According to these methods, a wheel comes both to press the two elements to be welded and also creates the ultrasonic welding continuously. With respect to a laser welding solution as detailed above, the foam must not be overwritten so that it returns to shape at the output of the process.
  • the foam tape (s) is (are) produced in a compatible material, more preferably in the same metallic material as that of the non-coated tape (s). to which it is (are) welded.
  • a metal foam strip may be welded to each of the two faces of the uncoated strip (s) of the anode and / or the cathode.
  • the method may comprise a step C1 consisting of X-axis axial compression of the electrochemical bundles on at least one surface comprising the metal foam web (s) at the end of the uncoated webs so as to obtain on the compressed surface portion the substantially planar base intended to be welded to a current collector.
  • the invention further relates to a method of producing an electrical connection portion between an electrochemical bundle of a metal-ion accumulator and one of the output terminals of the accumulator, comprising the following steps:
  • the step of welding a base to a current collector is performed by laser welding.
  • the invention finally relates to a battery or metal storage battery comprising a housing comprising:
  • a housing or a Li-ion accumulator Preferably, for a housing or a Li-ion accumulator:
  • the negative electrode material (s) is selected from the group comprising graphite, lithium, titanate oxide Li 4 Ti050i2; or based on silicon or lithium-based, or tin-based and their alloys;
  • FIG. 1 is a schematic exploded perspective view showing the various elements of a lithium-ion accumulator
  • FIG. 2 is a front view showing a lithium-ion battery with its flexible packaging according to the state of the art
  • - Figure 3 is a perspective view of a lithium-ion battery according to the state of the art with its rigid packaging consisting of a housing;
  • - Figure 4 is a perspective view of an electrochemical bundle of a lithium-ion battery according to the state of the art, the beam consisting of a single electrochemical cell wound on itself by winding;
  • FIG. 4A is a photographic view from above of a lateral end of the electrochemical bundle according to FIG. 4;
  • FIG. 4B is a photographic view from above of the other lateral end of the electrochemical bundle according to FIG. 4;
  • FIGS. 5 to 5C are diagrammatic views showing the successive steps of an example according to the invention of a process for producing an electrochemical bundle and a part of its electrical connection to the output terminals of the accumulator which 'integrated;
  • FIG. 5 ⁇ being a variant of FIG. 5A;
  • FIG. 6 is a diagrammatic view of an advantageous variant of a step of the method of simultaneously and continuously unwinding an electrode metal strip with a strip of metal foam, to bring them together and then to weld them mutually.
  • the inventors propose a new method for producing the electrochemical bundle.
  • the metal strips supporting the electrode materials may have a thickness of between 5 and 50 ⁇ .
  • anode foil 3 it may advantageously be a copper foil thickness of the order of 12 ⁇ .
  • a cathode strip 2 it may advantageously be an aluminum strip thickness of the order of 20 ⁇ .
  • the metal foam 30 may advantageously be made of copper or any other compatible material such as nickel, steel, etc.
  • the beam thus has a cylindrical shape elongate along a longitudinal axis X, with at one of its lateral ends, strips 30 of the anode 3 uncoated and at the other 11 of its lateral ends strips 20 of the uncoated cathode.
  • the initial beam according to the invention is therefore like that shown in Figures 4 to 4B, with the end of the edges 20, 30 strips of metal foam 23, 33 ( Figure 5B).
  • the thickness of the foam strip 23, 33 is initially chosen to sufficiently fill the space between two winding turns during the winding of the bundle F.
  • Step c1 the laser welding L is then performed at one of the lateral ends 11 of the bundle, of the base 23 formed by the foam strip 23 of the cathode (positive banks) with a conventional current collector 24 in the form of a solid disc ( Figure 5C), itself intended to be welded thereafter with the bottom 8 of the battery housing 6.
  • the metal foam strips 23, 33 form ends sufficiently dense to accept a laser weld.
  • the heat provided by the weld can diffuse and avoid burning the collectors, while creating a good quality electrical link.
  • FIG. 6 shows an advantageous variant of the production method according to the invention, according to which step a / is carried out beforehand and continuously with step b / winding.
  • a metal strip 30 of an electrode here the anode 3 is unwound simultaneously and continuously in parallel with the unwinding of a metal foam strip 33, by means of drive rollers R1, R2.
  • the two strips 30, 33 are contiguous to one another at the passage of the first drive rollers RI and they are unwound together against a roll R3 which forms a weld bead.
  • a weld heel R3 is arranged a laser beam L which can achieve either a continuous line throughout the unwinding of the strips 30, 33 or by a succession of pulses yet a burst of laser pulses.
  • the laser beam can be advantageously controlled by the unwinding speed of the electrode strip 30.

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Abstract

ABREGE L'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique d'un accumulateur métal-ion, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, qui se caractérise par l'adjonction d'une bande de mousse métallique sur les rives en vue de la soudure avec un collecteur de courant. Figure 5C

Description

PROCEDE DE REALISATION D'UN FAISCEAU ELECTROCHIMIQUE D'ACCUMULATEUR METAL-ION AVEC MOUSSE METALLIQUE AUX
EXTREMITES DE FEUILLARDS
Domaine technique
La présente invention concerne le domaine des générateurs électrochimiques métal-ion, qui fonctionnent selon le principe d'insertion ou de désinsertion, ou autrement dit intercalation- désintercalation, d'ions métalliques dans au moins une électrode.
Elle concerne plus particulièrement un accumulateur électrochimique métal-ion comportant au moins une cellule électrochimique constituée d'une anode et d'une cathode de part et d'autre d'un séparateur imprégné d'électrolyte, deux collecteurs de courant dont un est relié à l'anode et l'autre à la cathode, et un boîtier de forme allongée selon un axe longitudinal (X), le boîtier étant agencé pour loger la cellule électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant formant les bornes de sortie, aussi appelés pôles.
Le séparateur peut être constitué d'un ou plusieurs films.
Le boîtier peut comporter un couvercle et un conteneur, usuellement appelé godet, ou comporter un couvercle, un fond et une enveloppe latérale assemblée à la fois au fond et au couvercle,
La présente invention vise la réalisation d'une partie du raccordement électrique entre au moins une cellule électrochimique de l'accumulateur et ses bornes de sortie intégrées à son boîtier.
Bien que décrite en référence à un accumulateur Lithium-ion, l'invention s'applique à tout accumulateur électrochimique métal- ion, c'est-à-dire également Sodium-ion, Magnésium-ion, Aluminium-ion...
Art antérieur
Telle qu'illustrée schématiquement en figures 1 et 2, une batterie ou accumulateur lithium-ion comporte usuellement au moins une cellule électrochimique C constituée d'un séparateur imprégné d' un constituant électrolyte 1 entre une électrode positive ou cathode 2 et une électrode négative ou anode 3, un collecteur de courant 4 connecté à la cathode 2, un collecteur de courant 5 connecté à anode 3 et enfin, un emballage 6 agencé pour contenir la cellule électrochimique avec étanchéité tout en étant traversé par une partie des collecteurs de courant 4, 5, formant les bornes de sortie. L'architecture des batteries lithium- ion conventionnelles est une architecture que l'on peut qualifier de monopolaire, car avec une seule cellule électrochimique comportant une anode, une cathode et un électrolyte. Plusieurs types de géométrie d'architecture monopolaire sont connus :
- une géométrie cylindrique telle que divulguée dans la demande de brevet
US 2006/0121348,
- une géométrie prismatique telle que divulguée dans les brevets US 7348098, US 7338733 ;
- une géométrie en empilement telle que divulguée dans les demandes de brevet US 2008/060189, US 2008/0057392, et brevet US 7335448.
Le constituant d'électrolyte peut être de forme solide, liquide ou gel. Sous cette dernière forme, le constituant peut comprendre un séparateur en polymère ou en composite microporeux imbibé d'électrolyte (s) organique (s) ou de type liquide ionique qui permet le déplacement de l'ion Lithium de la cathode à l'anode pour une charge et inversement pour une décharge, ce qui génère le courant. L'électrolyte est en général un mélange de solvants organiques, par exemple des carbonates dans lesquels est ajouté un sel de lithium typiquement LiPF6.
L'électrode positive ou cathode est constituée de matériaux d'insertion du cation Lithium qui sont en général composite, comme le phosphate de fer lithié LiFeP04, l'oxyde de cobalt lithié LiCo02, l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn204 ou un matériau à base de Li ixMnyCoz02 avec x+y+z = 1, tel que LiNio.33Mno.33Coo.33Ch, ou un matériau à base de LiNixCoyAlz02 avec x+y+z = 1, LiMn204, LiNiMnCo02 ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA102.
L'électrode négative ou anode est très souvent constituée de carbone, graphite ou en Li4Ti050i2 (matériau titanate), éventuellement également à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ou de composite formé à base de silicium.
L'anode et la cathode en matériau d'insertion au Lithium peuvent être déposées selon une technique usuelle sous la forme d'une couche active sur une feuille métallique constituant un collecteur de courant.
Le collecteur de courant connecté à l'électrode positive est en général en aluminium. Le collecteur de courant connecté à l'électrode négative est en général en cuivre, en cuivre nickelé ou en aluminium.
Traditionnellement, une batterie ou accumulateur Li-ion utilise un couple de matériaux à l'anode et à la cathode lui permettant de fonctionner à un niveau de tension élevé, typiquement autour de 3,6 Volt.
Une batterie ou accumulateur Li-ion comporte un emballage rigide ou boîtier lorsque les applications visées sont contraignantes où l'on cherche une longue durée de vie, avec par exemple des pressions à supporter bien supérieures et un niveau d'étanchéité requis plus strict, typiquement inférieure à 10"6 mbar.l/s d'hélium, ou dans des milieux à fortes contraintes comme le domaine aéronautique ou spatial.
L'avantage principal des emballages rigides est ainsi leur étanchéité élevée et maintenue au cours du temps du fait que la fermeture des boîtiers est réalisée par soudure, en générale par soudure au laser.
La géométrie de la plupart des boîtiers rigides d'emballages d'accumulateurs Li-ion est cylindrique, car la plupart des cellules électrochimiques des accumulateurs sont enroulées par bobinage selon une géométrie cylindrique. Des formes prismatiques de boîtiers ont également déjà été réalisées.
Un des types de boîtier rigide de forme cylindrique, usuellement fabriqué pour un accumulateur Li-ion de forte capacité et à durée de vie supérieure à 10 ans, est illustré en figure 3.
Le boîtier 6 d'axe longitudinal X comporte une enveloppe latérale cylindrique 7, un fond 8 à une extrémité, un couvercle 9 à l'autre extrémité. Le couvercle 9 supporte les pôles ou bornes de sortie du courant 40, 50. Une des bornes de sortie (pôles), par exemple la borne positive 40 est soudée sur le couvercle 9 tandis que l'autre borne de sortie, par exemple la borne négative 50, passe à travers le couvercle 9 avec interposition d'un joint non représenté qui isole électriquement la borne négative 50 du couvercle.
On a reproduit aux figures 4 à 4B les photographies d'un faisceau électrochimique F de forme allongée selon un axe longitudinal XI et comportant une seule cellule électrochimique C telle qu'elle est usuellement enroulée par bobinage avant les étapes de logement dans un boîtier, de raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur et son imprégnation par un électrolyte. La cellule C est constituée d'une anode 3 et d'une cathode 4 de part et d'autre d'un séparateur (non visible) adapté pour être imprégné de l'électrolyte. Comme cela est visible, l'une 10 de ses extrémités latérales du faisceau F est délimitée par des bandes 30 de l'anode 3 non revêtues, tandis que l'autre 11 de ses extrémités latérales est délimitée par des bandes 20 de la cathode 2 non revêtues.
Par « bandes non revêtues », on entend ici et dans le cadre de l'invention, les portions d'extrémité des feuilles métalliques, aussi appelés feuillards, formant les collecteurs de courant, qui ne sont pas recouvertes d'un matériau d'insertion au lithium.
L'objectif des fabricants d'accumulateurs est d'augmenter l'autonomie d'une cellule constituant l'accumulateur ou leur aptitude à pouvoir fonctionner sous des régimes de puissance élevés tout en améliorant leur durée de vie, i.e. leur nombre de cycles possible, leur légèreté et les coûts de fabrication de ces composants.
Les voies d'améliorations des accumulateurs Li-ion concernent, majoritairement, la nature des matériaux et les méthodes d'élaboration des composants de cellule électrochimique.
D'autres voies d'améliorations possibles, moins nombreuses, concernent les boîtiers d'accumulateurs et les méthodes et moyens de raccordement électrique d'un faisceau électrochimique aux deux bornes de sortie, aussi appelés terminaux ou encore, pôles de polarité différente de l'accumulateur.
A ce jour, lorsqu'on souhaite réaliser un raccordement électrique entre le faisceau électrochimique et les bornes de sortie d'un accumulateur Li-ion de géométrie cylindrique ou prismatique, qui soit de qualité, on vise à respecter au mieux les règles de conception suivantes :
- satisfaire aux besoins d'une application en conduction électrique entre chaque polarité d'électrodes et les bornes de sortie intégrées au boîtier de l'accumulateur, par exemple en vue de répondre à des pics de puissance tout en limitant les échauffements internes à l'accumulateur susceptibles d'accélérer son vieillissement électrochimique ;
- minimiser le niveau de résistance interne global de l'accumulateur en réalisant le raccordement électrique directement sur les collecteurs de courant des électrodes pour chaque polarité et en connectant une pièce intermédiaire de raccordement entre le faisceau électrochimique et le boîtier de l'accumulateur ;
- simplifier le raccordement au faisceau électrochimique, en réalisant le raccordement directement sur les bandes latérales non revêtues d'électrode, aussi appelées rives, délimitant respectivement les deux extrémités latérales opposées du faisceau ; - optimiser les caractéristiques (épaisseur, hauteur, masse) et profils des bandes latérales non revêtues d'électrodes pour réaliser ledit raccordement électrique, afin de satisfaire au mieux les étapes d'assemblage finales, c'est-à-dire les étapes d'intégration du faisceau électrochimique dans le boîtier, de fermeture du boîtier de l'accumulateur, de remplissage d'électrolyte....
- minimiser la masse et le volume nécessaires à la réalisation du raccord électrique qui en tant que tel n'est pas générateur d'énergie électrochimique, mais qui sont nécessaires au transfert de l'énergie par le faisceau électrochimique vers l'extérieur du boîtier d'accumulateur.
Dans la littérature décrivant des solutions de réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur de forme cylindrique ou prismatique et de son raccordement électrique aux bornes de sortie intégrées à son boîtier, on peut citer les documents suivants.
La demande de brevet WO2015/030541 divulgue la soudure de languettes (« tabs » en anglais) aux bandes non revêtues du faisceau électrochimique.
Le brevet FR 2094491 divulgue un accumulateur alcalin dont le raccordement électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu par découpe des rives des électrodes par fentes espacées régulièrement puis, rabattement radial des rives ainsi fendues de l'extérieur de l'intérieur sous la forme d'écaillés superposées afin de constituer un socle sensiblement plan sur lequel est enfin soudé un collecteur de courant, constitué le cas échéant par le couvercle du boîtier.
La demande de brevet EP 1102337 divulgue un accumulateur Li-ion dont le raccordement électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu par un unique pressage de chaque extrémité des feuillards d'électrodes de la cellule enroulée, selon l'axe d'enroulement, au moyen d'un mandrin de pressage puis, par soudure au laser de chaque extrémité des feuillards d'électrodes avec un collecteur de courant terminal constitué par un clinquant sous la forme d'un disque et d'une languette de connexion elle-même soudée par laser par la suite au couvercle du boîtier, à une extrémité et au fond de boîtier, à l'autre extrémité. Des nervures sont réalisées chacune sur un diamètre du disque et sont elles-mêmes pressées au préalable de la soudure contre les extrémités de feuillards d'électrodes pressées. La demande de brevet EP 1596449 décrit un accumulateur Li-ion dont le raccordement électrique entre la cellule électrochimique enroulée et bornes de sortie est obtenu tout d'abord par pressage multiple de chaque extrémité latérale délimitée par les bandes non revêtues d'électrodes de la cellule enroulée, au moyen d'un mandrin de pressage de diamètre extérieur compris entre 15 et 20 mm. Le mandrin de pressage se déplace selon une très faible course alternativement de l'extérieur vers l'intérieur de la cellule parallèlement à l'axe d'enroulement en balayant toute la surface latérale des bandes non revêtues d'électrodes pour réaliser un enchevêtrement entre ces derniers en formant un socle plan et dense sur lequel est soudé par laser ou par transparence un collecteur de courant terminal constitué par un clinquant sous la forme d'un bande de connexion plane elle-même soudée par laser ou par transparence par la suite à une borne de sortie intégrée au couvercle à une extrémité latérale et au fond de boîtier, à l'autre extrémité latérale.
En analysant toutes les solutions connues de réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium et de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, telles que décrites ci-dessus, les inventeurs sont parvenus à la conclusion que celles-ci étaient encore perfectibles sur de nombreux aspects.
Tout d'abord, la masse et le volume des bandes latérales non revêtues d'électrodes (rives) nécessaires au raccordement électrique avec les collecteurs de courant selon l'état de l'art ne sont pas nécessairement optimisés, ce qui implique au final une masse et un volume de l'accumulateur également non encore optimisés.
Ensuite, les inventeurs ont constaté que de facto les rives d'une même extrémité latérale n'étaient pas nécessairement raccordées électriquement entre elles, en particulier les parties de ces rives situées dans la zone la plus périphérique du faisceau. Cela implique une augmentation du chemin à parcourir par le courant pour atteindre certaines zones du faisceau, augmentant de ce fait la résistance interne de ces zones. Cela crée donc des hétérogénéités de répartition de courant, ce qui peut être préjudiciable en particulier pour les applications de puissance élevée pour l'accumulateur.
Enfin, l'étape de remplissage d'électrolyte dans un faisceau électrochimique d'accumulateur au lithium, peut s'avérer relativement longue et délicate du fait que les collecteurs de courant selon l'état de l'art tels qu'ils sont soudés sur les rives de faisceau électrochimique d'accumulateur constituent un obstacle conséquent au passage de l'électrolyte. Pour pallier ces inconvénients, la demanderesse a proposé dans la demande de brevet FR 3011128 Al un nouveau procédé de réalisation de faisceau électrochimique comprenant une combinaison de deux étapes de pliage b/ et cl d'un faisceau électrochimique d'accumulateur distinctes dans leur mise en œuvre qui permettent d'obtenir deux zones distinctes sur au moins une, de préférence chacune, des extrémités latérales du faisceau.
Ce procédé est particulièrement performant en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau.
Cependant, sa mise en œuvre peut s'avérer contraignante dans certaines applications.
Ainsi, on peut classer en deux catégories les techniques existantes et leurs inconvénients, pour réaliser les faisceaux électrochimiques d'accumulateur et leur raccordement électrique à leurs bornes de sortie ;
- formation par bobinage du faisceau puis pose/soudure de languettes directement sur le faisceau bobiné. Cette technique est relativement facile à mettre en œuvre, mais peu performante en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau ;
- formation par bobinage du faisceau puis opérations de tassage/compactage du faisceau bobiné. Cette technique qui consiste à densifïer les bandes latérales non revêtues (rives) est performante en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau, mais plus compliquée à mettre en œuvre.
Il existe donc un besoin d'améliorer la réalisation de faisceau électrochimique d'un accumulateur au lithium, plus généralement d'un accumulateur métal-ion, et de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, notamment en vue de simplifier sa mise en œuvre tout en conservant de bonnes performances en termes de conductivité électrique et d'évacuation de la chaleur par le faisceau.
Le but de l'invention est de répondre au moins en partie à ce besoin. Exposé de l'invention
Pour ce faire, l'invention concerne, sous l'un de ses aspects, un procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique (F) d'un accumulateur (A) métal-ion, tel qu'un accumulateur Li-ion, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes : a/ soudage d'une bande de mousse métallique sur au moins une face de la (des) bande(s) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode d'au moins une cellule électrochimique (C) constituée de la cathode et de l'anode de part et d'autre d'un séparateur adapté pour être imprégné d'un électrolyte;
b/ enroulement sur elle-même par bobinage de la cellule électrochimique jusqu'à former un faisceau électrochimique ayant une forme allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une de ses extrémités latérales, des bandes de l'anode non revêtues et à l'autre de ses extrémités latérales des bandes de la cathode non revêtues, la (les) mousse(s) métallique(s) soudée(s) à la (aux) face(s) de la (des) bande(s) et adjacentes entre elles formant un socle sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant.
Ainsi, le procédé selon l'invention se caractérise par l'adjonction d'une bande de mousse métallique sur les rives en vue de la soudure avec un collecteur de courant.
La bande de mousse métallique présente une épaisseur choisie pour combler suffisamment l'espace entre deux tours de bobinage lors de la formation du faisceau par enroulement sur lui-même. On choisit bien entendu un matériau métallique pour la bande de mousse qui soit compatible pour la soudure, de préférence identique, à celui de l'électrode sur laquelle elle est soudée et qui soit également compatible avec le potentiel électrochimique de l'électrode pour éviter une oxydation de la mousse métallique. La mousse métallique peut ainsi être en cuivre, en aluminium, en acier, en nickel....
Une fois le bobinage du faisceau réalisé, toutes les parties de mousse adjacentes forment un matelas consistant de matériau métallique sur une partie substantielle voire toute la surface en bout de faisceau, ce qui permet de réaliser une soudure de qualité des collecteurs positifs et négatifs sur les zones ainsi préparées.
Le matelas métallique obtenu de cette façon est homogène sur toute la (les) surface(s) d'extrémité du faisceau électrochimique.
L'ensemble constitué par une bande de mousse métallique conforme à l'invention et bobinée forme une extrémité suffisamment dense pour accepter une soudure laser. La chaleur apportée par la soudure peut se diffuser et éviter de brûler les collecteurs, tout en créant un lien électrique de bonne qualité. Et le fait d'utiliser de la mousse est un avantage pour les phases de remplissage ultérieures d'électrolyte, car les pores présents dans la mousse n'obstruent pas suffisamment le passage de l'électrolyte pour empêcher le remplissage. Le procédé selon l'invention peut être mis en œuvre pour des électrodes dont le feuillard métallique est relativement fin ou relativement épais dans le cas d'application de puissance ou d'énergie visée pour l'accumulateur.
Le procédé selon l'invention peut s'affranchir des techniques de tassage axial de faisceau électrochimique qui permettent certes d'obtenir des bonnes performances en termes de conductivité électrique et évacuation thermique du faisceau mais qui ne sont pas nécessairement simples à mettre en œuvre.
Le procédé selon l'invention est donc à la fois simple à mettre en œuvre et garant de bonnes performances en termes de conductivité électrique et évacuation thermique du faisceau.
Le procédé selon l'invention peut être avantageusement mis en œuvre pour la réalisation d'accumulateurs ou batteries Li-ion.
Selon une variante avantageuse, les étapes a/ et b/ sont réalisées en continu, l'étape a/ étant réalisée au préalable de l'étape b/.
Réaliser la pose et le soudage de la bande de mousse métallique en continu avant le bobinage du faisceau est avantageux car cela n'induit aucun temps supplémentaire dans la réalisation du faisceau par rapport à la technique connue. Autrement dit, ce temps est un temps de production masqué. Autrement dit encore, cela permet de ne pas avoir à gérer d'étape supplémentaire de process, comme la mise en place dans une autre machine. En effet, il suffit de modifier l'équipement existant de déroulement d'une bobine de feuillard métallique d'électrode et de dépôt de couche matériau d'insertion actif, en particulier, par enduction, et de bobinage des électrodes, en y ajoutant en amont un poste de pose et soudage de bande de mousse métallique simultané et continu avec le déroulement du feuillard métallique d'électrode.
L'étape a/ de soudage peut être réalisée par soudure ultrasons, laser ou électrique. Quelle que soit la technique choisie, elle doit permettre de garantir une cohésion entre la(les) bande(s) de mousse et celle(s) de feuillards métallique lors du bobinage du faisceau et lors de la soudure aux collecteurs de courant.
L'étape a/ de soudage peut également être réalisée par faisceau laser, en continu lors du déroulement de feuillard d'électrode. Le laser peut alors être déplacé par rapport au feuillard d'électrode. Le faisceau laser peut être un trait continu pendant tout le déroulement du feuillard d'électrode, piloté pour le synchroniser avec la vitesse de défilement du feuillard d'électrode et/ou celle de la bande de mousse, ou encore une succession de puises du laser, qui peut être elle aussi pilotée par la vitesse de déroulement du feuillard d'électrode et/ou de la bande de mousse métallique.
L'étape a/ de soudage peut être réalisée point par point ou selon un parcours continu, c'est-à-dire selon une ou plusieurs lignes continues ou selon un ou plusieurs motifs continus. Lorsque la soudure est réalisée point par point, on ajuste le nombre de points et leur espacement relatif en fonction de chaque conception d'accumulateur souhaitée.
Alternativement, l'étape a/ de soudure peut être avantageusement réalisée par ultrasons en continu, selon des procédés très courants dans la fabrication de vêtements étanches. Selon ces procédés, une roulette vient à la fois mettre en pression les deux éléments à souder et vient également créer la soudure ultrasons en continu. Par rapport à une solution de soudure par laser comme détaillée ci-dessus, il ne faut pas trop écraser la mousse pour qu'elle revienne en forme en sortie du process.
De préférence, la (les) bande(s) de mousse est(sont) réalisée(s) dans un matériau compatible, de préférence encore dans le même matériau métallique que celui de la (des) bande(s) non revêtue(s) à laquelle (auxquelles) elle(s) est (sont) soudée(s).
Selon une variante avantageuse, une bande de mousse métallique peut être soudée sur chacune des deux faces de la (des) bande(s) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode.
Le procédé peut comporter une étape cl consistant en une compression axiale selon l'axe X des bandes du faisceau électrochimique, sur au moins une surface comprenant la (les) bande(s) de mousse métallique en extrémité des bandes non revêtues de sorte à obtenir sur la partie de surface comprimée le socle sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant.
L'invention a encore pour objet un procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique entre un faisceau électrochimique d'un accumulateur métal-ion et l'une des bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes :
- réalisation d'un faisceau électrochimique conformément au procédé décrit ci-dessus; - soudage de chaque socle formé par la (les) bande(s) de mousse métallique, à un collecteur de courant lui-même destiné à être lié ou connecté électriquement à une borne de sortie de l'accumulateur.
Avantageusement, l'étape de soudage d'un socle à un collecteur de courant est réalisée par soudage laser.
L'invention concerne enfin une batterie ou accumulateur métal- ion comportant un boîtier comportant :
- un fond auquel est soudé un des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé décrit ci-dessus ; et
- un couvercle avec une traversée formant une borne de sortie à laquelle est soudée l'autre des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé décrit ci-dessus.
De préférence, pour une boîtier ou un accumulateur Li-ion :
- le matériau d'électrode(s) négative(s) est choisi dans le groupe comportant le graphite, le lithium, l'oxyde de titanate Li4Ti050i2 ; ou à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ;
- le matériau d'électrode(s) positive(s) est choisi dans le groupe comportant le phosphate de fer lithié LiFeP04, l'oxyde de cobalt lithié LiCoC , l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn204 ou un matériau à base de LiNixMnyCozC avec x+y+z = 1, tel que LiNio.33Mno.33Coo.33O2, ou un matériau à base de LiNixCoyAlzC avec x+y+z = 1, LiMn204, LiNiMnCoC ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA102.
Description détaillée
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront mieux à la lecture de la description détaillée d'exemples de mise en œuvre de l'invention faite à titre illustratif et non limitatif en référence aux figures suivantes parmi lesquelles :
- la figure 1 est une vue schématique en perspective éclatée montrant les différents éléments d'un accumulateur lithium-ion,
- la figure 2 est une vue de face montrant un accumulateur lithium- ion avec son emballage souple selon l'état de l'art,
- la figure 3 est une vue en perspective d'un accumulateur lithium-ion selon l'état de l'art avec son emballage rigide constitué d'un boîtier ; - la figure 4 est une vue en perspective d'un faisceau électrochimique d'un accumulateur lithium-ion selon l'état de l'art, le faisceau étant constitué d'une seule cellule électrochimique enroulée sur elle-même par bobinage ;
- la figure 4A est une vue photographique de dessus d'une extrémité latérale du faisceau électrochimique selon la figure 4 ;
- la figure 4B est une vue photographique de dessus de l'autre extrémité latérale du faisceau électrochimique selon la figure 4;
- les figures 5 à 5C sont des vues schématiques montrant les étapes successives d'un exemple selon l'invention de procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique et d'une partie de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur qui l'intègre; la figure 5Ά étant une variante de la figure 5 A ;
- la figure 6 est une vue schématique d'une variante avantageuse d'une étape du procédé consistant à dérouler simultanément et en continu un feuillard métallique d'électrode avec une bande de mousse métallique, à les accoler puis les souder mutuellement.
On précise que les mêmes éléments dans un accumulateur selon l'état de l'art et dans un accumulateur selon l'invention sont désignés par les mêmes référencés à des fins de clarté.
On précise que les différents éléments selon l'invention sont représentés uniquement par souci de clarté et qu'ils ne sont pas à l'échelle.
Les figures 1 à 4B ont déjà été commentées en détail en préambule. Elles ne sont donc pas décrites ci-après.
Pour améliorer le raccordement électrique entre un faisceau électrochimique d'un accumulateur Li-ion et ses bornes de sortie, les inventeurs proposent un nouveau procédé de réalisation du faisceau électrochimique.
Les feuillards métalliques supportant les matériaux d'électrodes peuvent avoir une épaisseur comprise entre 5 et 50 μιη. Pour un feuillard d'anode 3, il peut s'agir avantageusement d'un feuillard en cuivre d'épaisseur de l'ordre de 12 μιη. Pour un feuillard de cathode 2, il peut s'agir avantageusement d'un feuillard en aluminium d'épaisseur de l'ordre de 20 μιη.
On décrit maintenant en référence aux figures 5 à 5D les différentes étapes de ce procédé de réalisation selon l'invention. On précise qu'on décrit complètement le procédé à partir d'une anode 3. Le procédé s'applique également de la même manière à une cathode 2. On peut aussi choisir de réaliser un faisceau électrochimique F et sa partie de raccordement électrique uniquement à l'anode 3 conformément au procédé selon l'invention, la réalisation et la partie de raccordement à la cathode 2 pouvant être réalisées selon un procédé existant, et vice-versa.
On part d'une anode 3 dont le feuillard métallique supporte dans sa portion 31 de matériaux d'insertion au lithium 32, tandis que sa bande d'extrémité latérale (rive) 30 est nue, c'est-à-dire dépourvue de matériaux d'insertion au lithium (figure 5).
Etape a/ : On soude à l'extrémité de la rive 30 sur une face de celle-ci 31 une bande de mousse métallique 33 (figure 5A). La mousse métallique 30 peut être avantageusement en cuivre ou tout autre matériau compatible comme le nickel, l'acier...
A titre de variante, on peut souder une bande de mousse métallique 33 à l'extrémité de la rive 30 sur chacune de ses faces 21 (figure 5' A).
Etape b/ : On enroule alors par bobinage l'anode 3, la cathode 2 et au moins un film de séparateur de la cellule électrochimique C autour d'un support non représenté.
Le faisceau a donc une forme cylindrique allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une 10 de ses extrémités latérales, des bandes 30 de l'anode 3 non revêtues et à l'autre 11 de ses extrémités latérales des bandes 20 de la cathode non revêtues. Le faisceau initial selon l'invention est donc comme celui montré aux figures 4 à 4B, avec en plus en extrémité des rives 20, 30 des bandes de mousse métallique 23, 33 (figure 5B).
Comme visible en figure 5B, l'épaisseur de la bande de mousse 23, 33 est choisie initialement pour combler suffisamment l'espace entre deux tours de bobinage lors de l'enroulement du faisceau F.
Etape cl : on réalise alors le soudage laser L à l'une des extrémités latérales 11 du faisceau, du socle 23 s formé par la bande de mousse 23 de la cathode (rives positives) avec un collecteur de courant 24 usuel sous la forme d'un disque plein (figure 5C), lui- même destiné à être soudé par la suite avec le fond 8 du boîtier 6 d'accumulateur.
On procède de la même manière à l'autre des extrémités latérales 10 du faisceau, avec le socle 33s formé par la bande de mousse métallique 33 de l'anode (rives négatives) avec une partie de collecteur de courant 34 usuel sous la forme d'un disque plein percé en son centre et d'une languette non représentée faisant saillie latéralement du disque (figure 5C), la languette étant elle-même destinée à être soudée à la borne de sortie négative 50 montée traversante dans le couvercle 9 du boîtier d'accumulateur.
Les bandes de mousse métallique 23, 33 forment des extrémités suffisamment denses pour accepter une soudure laser. La chaleur apportée par la soudure peut se diffuser et éviter de brûler les collecteurs, tout en créant un lien électrique de bonne qualité.
On a représenté en figure 6, une variante avantageuse du procédé de réalisation selon l'invention, selon laquelle l'étape a/ est réalisée au préalable de et en continu avec l'étape b/ de bobinage.
Plus précisément, une bande 30 de feuillard métallique d'une électrode, ici l'anode 3, est déroulé simultanément et en continu en parallèle du déroulement d'une bande de mousse métallique 33, au moyen de rouleaux d'entraînement RI, R2.
Les deux bandes 30, 33 sont accolées l'une à l'autre au passage des premiers rouleaux d'entraînement RI puis elles sont déroulées conjointement contre un rouleau R3 qui forme un talon de soudure. Au regard de ce talon de soudure R3, est agencé un faisceau laser L qui peut réaliser soit un trait continu pendant tout le déroulement des bandes 30, 33 soit par une succession de puises encore une salve de puises laser. Le faisceau laser peut être avantageusement piloté par la vitesse de déroulement de la bande d'électrode 30.
On peut procéder de la même manière avec l'autre électrode, i.e. la cathode 2.
Une fois le soudage réalisé, les deux bandes 30, 31 soudées l'une à l'autre sont entraînés pour leur déroulement conjoint par les rouleaux d'entraînement R2.
D'autres variantes et améliorations peuvent être apportées sans pour autant sortir du cadre de l'invention.
L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits ; on peut notamment combiner entre elles des caractéristiques des exemples illustrés au sein de variantes non illustrées.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique (F) d'un accumulateur (A) métal-ion, tel qu'un accumulateur Li-ion, en vue de son raccordement électrique aux bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes :
a/ soudage d'une bande de mousse métallique (23, 33) sur au moins une face
(21) de la (des) bande(s) (20, 30) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode d'au moins une cellule électrochimique (C) constituée de la cathode (2) et de l'anode (3) de part et d'autre d'un séparateur (4) adapté pour être imprégné d'un électrolyte;
b/ enroulement sur elle-même par bobinage de la cellule électrochimique jusqu'à former un faisceau électrochimique (F) ayant une forme allongée selon un axe longitudinal X, avec à l'une (10) de ses extrémités latérales, des bandes (30) de l'anode non revêtues et à l'autre (11) de ses extrémités latérales des bandes (20) de la cathode non revêtues, la (les) mousse(s) métallique(s) soudée(s) à la (aux) face(s) de la (des) bande(s) et adjacentes entre elles formant un socle (23, 33) sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant.
2. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon la revendication 1, les étapes a/ et b/ étant réalisées en continu, l'étape a/ étant réalisée au préalable de l'étape b/.
3. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications 1 ou 2, l'étape a/ étant réalisée par soudure ultrasons, laser ou électrique.
4. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications 1 à 3, l'étape a/ de soudage étant réalisée point par point ou selon un parcours continu.
5. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, la (les) bande(s) de mousse étant réalisée(s) dans le même matériau métallique que celui de la (des) bande(s) (20, 30) non revêtue(s) à laquelle (auxquelles) elle(s) est (sont) soudée(s).
6. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, une bande de mousse métallique (23, 33) étant soudée sur chacune des deux faces de la (des) bande(s) (20, 30) non revêtue(s) de l'anode et/ou de la cathode.
7. Procédé de réalisation d'un faisceau électrochimique selon l'une des revendications précédentes, comportant une étape cl consistant en une compression axiale selon l'axe X des bandes (20, 30) du faisceau électrochimique, sur au moins une surface comprenant la (les) bande(s) de mousse métallique en extrémité des bandes non revêtues de sorte à obtenir sur la partie de surface comprimée le socle sensiblement plan destiné à être soudé à un collecteur de courant.
8. Procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique entre un faisceau électro chimique (F) d'un accumulateur (A) métal-ion et l'une des bornes de sortie de l'accumulateur, comportant les étapes suivantes :
- réalisation d'un faisceau électrochimique (F) conformément au procédé selon l'une des revendications 1 à 7;
- soudage de chaque socle (23s, 33s) formé par la (les) bande(s) de mousse métallique (23, 33), à un collecteur de courant (24, 34) lui-même destiné à être lié ou connecté électriquement à une borne de sortie de l'accumulateur.
9. Procédé de réalisation d'une partie de raccordement électrique selon la revendication 8, l'étape de soudage d'un socle à un collecteur de courant étant réalisée par soudage laser.
10. Batterie ou accumulateur au métal- ion, telle qu'une batterie lithium- ion (Li-ion) comportant un boîtier comportant :
- un fond auquel est soudé un des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé selon l'une des revendications 8 ou 9; et
un couvercle avec une traversée formant une borne de sortie à laquelle est soudée l'autre des collecteurs de courant soudé au faisceau électrochimique conformément au procédé selon l'une des revendications 8 ou 9.
11. Batterie ou accumulateur lithium- ion (Li-ion) selon la revendication
10, dans laquelle :
- le matériau d'électrode(s) négative(s) est choisi dans le groupe comportant le graphite, le lithium, l'oxyde de titanate Li4Ti050i2 ; ou à base de silicium ou à base de lithium, ou à base d'étain et de leurs alliages ;
- le matériau d' électro de(s) positive(s) est choisi dans le groupe comportant le phosphate de fer lithié LiFeP04, l'oxyde de cobalt lithié L1C0O2, l'oxyde manganèse lithié, éventuellement substitué, LiMn204 ou un matériau à base de Li ixMnyCoz02 avec x+y+z = 1, tel que LiNio.33Mno.33Coo.33O2, ou un matériau à base de LiNixCoyAlz02 avec x+y+z = 1, LiMmC , LiNiMnCoC ou l'oxyde de nickel cobalt aluminium lithié LiNiCoA102.
EP16732573.7A 2015-06-22 2016-06-21 Procede de realisation d'un faisceau electrochimique d'accumulateur metal-ion avec mousse metallique aux extremites de feuillards Withdrawn EP3311433A1 (fr)

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