EP3894152A1 - Coupe de métaux mous par assistance ultrasonore - Google Patents

Coupe de métaux mous par assistance ultrasonore

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EP3894152A1
EP3894152A1 EP19897183.0A EP19897183A EP3894152A1 EP 3894152 A1 EP3894152 A1 EP 3894152A1 EP 19897183 A EP19897183 A EP 19897183A EP 3894152 A1 EP3894152 A1 EP 3894152A1
Authority
EP
European Patent Office
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cutting
blade
lithium
storage device
electrochemical storage
Prior art date
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Pending
Application number
EP19897183.0A
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Kamyab Amouzegar
Patrick Bouchard
Nancy Turcotte
Frédéric PERRON
Dominic Leblanc
Karim Zaghib
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Hydro Quebec
Original Assignee
Hydro Quebec
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Filing date
Publication date
Application filed by Hydro Quebec filed Critical Hydro Quebec
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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method of cutting soft metals in general.
  • the invention relates to a method using a system comprising a cutting blade driven by an ultrasonic vibration for cutting soft metals.
  • the method according to the invention is implemented for cutting components used in the manufacture of electrochemical storage devices, for example lithium batteries. These components include anodes, cathodes, solid electrolytes, current collectors, and separators.
  • Ultrasound is a mechanical and elastic wave, which propagates through fluid, solid, gaseous or liquid supports.
  • the frequency range of ultrasound is between 16,000 and 10,000,000 Hertz. Such frequencies are too high to be perceived by the human ear.
  • Ultrasound has several industrial applications. For example, they are used in non-destructive testing of parts. Ultrasound is also used in areas directly affecting living things, such as ultrasound, surgery (clearing of arteries, replacement of hip prostheses, liposuction, etc.). Other areas of use for ultrasound include mixing hardly miscible fluids, cleaning parts, removing dust, welding plastics and metals, machining [1]
  • ultrasonic vibrations improve performance, either by reducing friction conditions or by creating the intense conditions required [1]
  • Cutting is a mechanical operation of reducing dimensions which is done using a tool, often said to be sharp and which allows solid materials to be divided according to a precise geometry, in order to obtain pieces of reduced size. , or to separate different parts [2]
  • Ultrasound has been used for a long time in very advanced technologies such as welding and medical imaging. Ultrasound technology has been applied to the cutting of food products, for example the cutting of pastries [3] This technology has developed considerably in this sector and today provides many solutions to the problems associated with the cutting of soft foods, sticky, fluffy, brittle, and / or heterogeneous [2]
  • Ultrasound is not used as a cutting tool as such. They are used to improve the performance of a cutting tool, for example, a blade operated with a guillotine movement. Ultrasound is therefore applied to the blade. This can have a particular geometry.
  • the ultrasonic assisted cutting technique makes it easy to cut difficult-to-cut materials.
  • materials include carbon materials, rubber, thermoplastics, leather, fabrics, nonwovens, paper, plastic sheets, etc.
  • cutting ductile materials such as soft metals, has always been considered to be more profitable by other techniques, such as standard cutting, EDM, electrochemistry [1]
  • Cutting soft alkali metals such as lithium, sodium, potassium, etc. poses specific problems. We note for example the deformation of the parts to be cut, heating of the cutting tools, the buttering of the tools. In addition, a poor surface finish is often noted.
  • the use of common tools such as saws, knives (cutter, guillotine, rotary blade, scissors etc.), sharp wires, heating wires, cutting lasers and other erosion techniques generally leads to results. unsatisfactory.
  • assemblies are made which include these metals, such as lithium storage devices, the usual cutting techniques become impractical.
  • the inventors have designed and implemented a process for cutting soft metals.
  • the method according to the invention uses a system comprising a cutting blade animated by an ultrasonic vibration.
  • the method is implemented for cutting components used in the manufacture of electrochemical storage devices, for example lithium batteries.
  • Such components include anodes, cathodes, solid electrolytes, current collectors and separators. These components can be cut individually or when they are assembled, for example in the form of a multilayer assembly.
  • the method is also implemented in a system for the manufacture and / or characterization of an electrochemical storage device.
  • the method according to the invention allows the elimination of friction and therefore the reduction of cutting forces, the reduction of the short-circuit time of an assembled battery during cutting, the minimization of the buttering of the tool, reduced heating and wear of the tool used. Also, the method according to the invention makes it possible to obtain an improved cutting finish.
  • the method uses a cutting tool animated by an ultrasonic vibration.
  • the cutting tool comprises at least one blade coupled to an ultrasonic generator.
  • the components of the electrochemical storage device can be cut individually, or during the manufacture of the device.
  • the components of the electrochemical storage device can also be cut out when they are assembled, for example when it is desired to carry out an examination of the device in order to determine its architecture (characterization of the electrochemical storage device).
  • the cutting tool can be coupled to a microscope and / or to a device which can be used to measure, for example the thickness of each layer of the various components of the electrochemical storage device.
  • the invention relates to the following aspects:
  • Method for cutting soft metals comprising the use of a cutting tool adapted to be animated by an ultrasonic vibration.
  • the electrochemical storage device is a lithium accumulator, an “all solid” lithium accumulator, a lithium-ion accumulator, or a battery.
  • the cutting blade is: a blade adapted to be actuated by a guillotine movement, a razor blade, a diamond blade, a blade 'exacto, a steel blade, a blade made of tungsten carbide, or a combination of these.
  • the soft metals are metals having a high malleability at room temperature, preferably Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb and their alloys; or metals with a hardness lower than 4 on the Mohs scale.
  • soft metals are soft alkali metals; preferably Li, Na, K, Mg, Ca or their alloys.
  • Method for manufacturing and / or characterizing an electrochemical storage device comprising at least one step of cutting at least one component of the device electrochemical storage, the cutting being carried out using a cutting tool adapted to be animated by an ultrasonic vibration.
  • the electrochemical storage device is a lithium accumulator, an “all solid” lithium accumulator, a lithium-ion accumulator, or a battery.
  • the negative electrode consists of a metal sheet based on alkali metals, preferably lithium, lithium-aluminum alloys or the like
  • the positive electrode consists of a composite mixture, preferably a material containing an active redox center (transition metal oxide), an electrically conductive filling material (carbon particles), a solid electrolyte material (ionic conductor)
  • the solid electrolyte consists of polymer, glass, ceramic or a mixture of these
  • the current collector consists of a metal sheet, preferably a sheet of AI, Ni, Cu, or a combination of these; optionally, the current collector is an anode material, for example lithium; and the separator is made of polymer or ceramic material.
  • the cutting blade is: a blade adapted to be actuated by a guillotine movement, a razor blade, a diamond blade, a blade 'exacto, a steel blade, a blade made of tungsten carbide, or a combination of these.
  • the cutting tool is a microtome.
  • the manufacturing comprises at least one of the following steps: stacking or assembling the components of the electrochemical storage device; a re-dimension of the components of the electrochemical storage device; an extrusion of a billet from the fusion of an ingot of material constituting a component of the electrochemical storage device, preferably a lithium billet; a re-dimension of a stack or half-stack; and a stack of bifacial batteries.
  • the cutting tool comprises: a blade of high hardness; and / or a blade whose surface has been modified by heat treatment, preferably carburetion, nitriding, quenching, ceramic deposition or a combination of these; and / or a blade made of a wear-resistant material, preferably tungsten carbide, silicon carbide, diamond, alumina, zirconium, silicon nitride or a combination thereof; and / or a blade made of an electrical insulating material.
  • (22) System for the characterization of an electrochemical storage device (lithium accumulator or “all solid” lithium accumulator or a lithium-ion accumulator or battery), comprising: a cutting tool adapted to be driven by a vibration ultrasound, preferably the tool is a microtome; and / or a microscope; and / or a measuring device.
  • the cutting tool comprises at least one cutting blade coupled to an ultrasonic generator.
  • Electrochemical storage device obtained by a method which comprises the method as defined according to any one of the aspects (1) to (21) above, or which uses the system as defined according to any one of the aspects (1) to (23).
  • Lithium accumulator or “all solid” lithium accumulator or a lithium-ion accumulator or battery obtained by a process which comprises the process as defined according to any one of aspects (1) to (21), or which uses the system as defined in any one of aspects (1) to (23).
  • FIG. 1 Structure of an "all solid” lithium battery according to the prior art [4]
  • Figure 2 Section of metallic lithium according to a standard process, without ultrasonic assistance.
  • Figure 3 Cut of metallic lithium with ultrasonic assistance.
  • Figure 4 Device for cutting a round lithium rod.
  • Figure 5 Result of the cut of the round lithium rod according to Figure 4, A) without ultrasonic assistance, B) with ultrasonic assistance.
  • Figure 6 Longitudinal section of a lithium ingot with ultrasonic assistance.
  • the term "ultrasound” designates a mechanical and elastic wave, which propagates through fluid, solid, gaseous or liquid supports.
  • the frequency range of ultrasound is generally between 16,000 and 10,000,000 Hertz.
  • soft metals refers to metals with high malleability / plasticity at room temperature.
  • metals are for example Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb and their alloys.
  • soft alkali metals refers to alkali metals with high malleability / plasticity at room temperature.
  • Such metals are for example Li, Na, K, Mg, Ca, and their alloys.
  • all solid lithium battery designates a lithium battery in which the electrolyte is in solid form.
  • electrochemical storage device designates an accumulator, a battery, a battery, a lithium accumulator, an “all solid” lithium accumulator, a lithium-ion accumulator or any other type of accumulator.
  • cutting designates a mechanical operation making it possible to divide and / or separate a piece of solid material according to a determined geometry.
  • the division and / or separation makes it possible to obtain pieces of reduced sizes and / or different geometric shapes.
  • characterization designates a process by which the electrochemical storage device is examined in order to determine its architecture. We can for example measure the thickness of each layer of the different components of the stack. This examination process can be linked to a microscope and / or measuring device. This examination process incorporates the cutting method according to the invention, with a microtome (ultrasonic assistance microtomy) as cutting tool.
  • microtome ultrasonic assistance microtomy
  • the inventors have designed and implemented a process for cutting soft metals.
  • the method according to the invention uses a system comprising a cutting blade animated by an ultrasonic vibration.
  • the method is implemented for cutting components used in the manufacture of electrochemical storage devices, for example lithium batteries.
  • Such components include anodes, cathodes, solid electrolytes, current collectors and separators. These components can be cut individually or when assembled, for example in the form of a multilayer assembly.
  • the method is also implemented in a system for the manufacture and / or characterization of an electrochemical storage device.
  • the method according to the invention allows the elimination of friction and therefore the reduction of cutting forces, the reduction of the short-circuit time of an assembled battery during cutting, the minimization of the buttering of the tool, reduced heating and wear of the tool used. Also, the method according to the invention makes it possible to obtain an improved cutting finish.
  • the method uses a cutting tool animated by an ultrasonic vibration.
  • the cutting tool comprises at least one blade coupled to an ultrasonic generator.
  • the components of the electrochemical storage device can be cut individually, or during the manufacture of the device.
  • the components of the electrochemical storage device can also be cut when they are assembled, for example when it is desired to carry out an examination of the device in order to determine its architecture (characterization of the electrochemical storage device).
  • the cutting tool can be coupled to a microscope and / or to a device which can be used to measure, for example the thickness of each layer of the various components of the electrochemical storage device.
  • the invention includes the application of ultrasonic assistance to the cutting of soft metals.
  • the invention makes it possible to resolve the cutting problems of the components used in the manufacture of electrochemical storage devices, such as for example an "all solid" lithium accumulator, a lithium-ion accumulator, or a battery.
  • Figure 1 reproduced from U. S. 6,030,421 [4] illustrates the structure of such an accumulator.
  • the invention allows the cutting of an ingot used for the extrusion of a lithium strip.
  • a lubricant such as a mineral cutting oil.
  • the lubricant helps reduce heating of the workpiece and the cutting tool.
  • Lubricant helps also eliminates surface oxidation from the tool and cut material and improves the cut finish.
  • a cutting tool having a knife whose hardness is high and / or whose surface has been modified by various treatments (carburetion, nitriding, dipping, deposition ceramic, or a combination thereof). It may also be advantageous to use a cutting tool having a knife made of a wear-resistant material (tungsten carbide, silicon carbide, diamond, alumina, zirconium, silicon nitride or a combination of these ) and / or made of an electrical insulating material.
  • a wear-resistant material tungsten carbide, silicon carbide, diamond, alumina, zirconium, silicon nitride or a combination of these
  • the soft metals envisaged according to the invention are the metals having a high malleability (high plasticity) at room temperature.
  • Such metals include Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb and their alloys.
  • metals exhibiting malleability at higher temperatures can also be cut by the process according to the invention. In this case, the process is carried out by providing thermal protection to the cutting system by ultrasonic assistance.
  • an “all solid” lithium accumulator is composed of several components.
  • the negative electrode is generally made up of a light metal strip based on alkali metal: lithium metal, a lithium-aluminum alloy or any other similar.
  • the negative electrode is generally composed of graphite as active material, deposited on a layer of current collector (generally made of Cu or Ni).
  • the positive electrode generally consists of a composite mixture - material containing an active redox center (transition metal oxide), an electrically conductive filling material (usually carbon particles), a solid electrolyte material (ionic conductor); the composite material deposited on a current collector (generally a thin sheet of aluminum).
  • the solid electrolyte generally consists of polymer, glass, ceramic or a mixture of these; and allows the conduction of lithium ions (Li + ).
  • the “all solid” lithium battery is produced by the superposition of the positive electrode, the solid electrolyte and the negative electrode. The process is illustrated in Figure 1 of US 6,030,421 [4]
  • the method is implemented in a system for the manufacture of an electrochemical storage device.
  • the method according to the invention is also implemented in a system for the characterization of an electrochemical storage device.
  • the system is suitable for use in the manufacture and characterization of an electrochemical storage device.
  • the storage device can be a lithium accumulator, an “all solid” lithium accumulator, a lithium-ion accumulator, or a battery.
  • Example 1 A piece of lithium is cut using a guillotine blade according to a standard process, without ultrasonic assistance (Figure 2A). Cutting tests show significant deformation of the part, due to the application of high pressure. There is also a poor surface finish (Figure 2B).
  • Example 2 A piece of lithium is cut using a razor blade actuated using a 20 kHz ultrasound generator and a power of 750 W (Cole-Palmer) (Figure 3A). A small amount of light mineral oil is used as a lubricant to protect the lithium from oxidation during the cutting operation. The cut is made without force, quickly, and the surface finish is of good quality ( Figures 3B and 3C). The amplitude is modulated between 20 and 80%; this influences the cutting speed. Lithium does not adhere to the blade.
  • Example 3 An ultrasound-assisted microtome is used to cut a stack to be studied under a microscope. A vibrating diamond blade cuts a complete pile to visualize the cross section. The section shows the different components of the battery (current collectors, anode, cathode, solid electrolyte, metal-plastic bag). The cut is clean, only a slight deformation of the different thicknesses of the components of the pile is observed.
  • Example 4 During the manufacturing process of an “all solid” battery by stacking bifacial batteries, the energized (chemically active) battery is cut using a blade by ultrasonic assistance. A short circuit is created (sharp cut) by the action of the metal knife, but the speed of the cut and its sharpness eliminates the need to use chemical scarring of the edges of the pile.
  • Example 5 An aluminum strip is split in order to reduce its width. An exacto blade by ultrasonic assistance is used in the process. A clean cut without tearing is obtained. This method is generally used to resize current collectors, anodes, cathodes, solid electrolytes, cells, half cells or any other combination of cell components. It is noted that the durability of the blade is increased.
  • Example 6 A lithium ingot 6 inches in diameter and 24 inches long is poured by a melting process. The billet, once removed from the mold, has ends comprising imperfections (shrinkage area, porosity, inclusions). So that the ingot can be extruded without generating defects, the ends are cut using a steel blade having an ultrasonic assisted system. There is a fairly clean finish of the cuts.
  • Example 7 Cutting by ultrasonic assistance was tested on several soft metals at room temperature.
  • the metals tested include: Pb, Na, Ca, Mg, Al, Cu, Ni. All metals with a hardness below 4 on the Mohs scale are successfully cut and a fairly clean finish is noted.
  • Example 8 Tests were carried out in order to measure the impact of the cutting pressure on the deformation of a round lithium rod 10 mm in diameter.
  • the assembly used is shown in Figure 4.
  • the rod is covered with mineral oil to reduce the heating of the blade.
  • Figure 5A shows the result obtained after cutting without ultrasonic assistance.
  • Figure 5B shows the result obtained after cutting with ultrasonic assistance. The difference is obvious: cutting with ultrasonic assistance produces a clean result. Indeed, the ultrasonic assistance greatly reduces the pressure applied to make the cut; and the metal remains practically intact, with no apparent deformation.
  • Example 9 A test was carried out using an ultrasonic press with integrated generator (TED 2000X, Telsonic) with a sonotrode blade (TE 20 42328, Telsonic). The 150 mm wide by 60 mm high blade, covered with mineral oil and vibrating at an ultrasonic frequency (20 kHz), cut the lithium ingot along its effective length, cutting it precisely with a clean cut without significantly deforming the ingot. The section is shown in Figure 6.

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Abstract

Procédé de découpe de métaux mous, comprenant l'utilisation d'un outil de coupe adapté pour être animé d'une vibration ultrasonique. Le procédé est mis en œuvre pour la découpe de composantes entrant dans la fabrication d'un dispositif de stockage électrochimique, par exemple un accumulateur au lithium. Ces composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les collecteurs de courant, les séparateurs. Le procédé est également mis en œuvre dans un système pour la fabrication et/ou la caractérisation d'un dispositif de stockage électrochimique.

Description

TITRE DE L’INVENTION
COUPE DE MÉTAUX MOUS PAR ASSISTANCE ULTRASONORE
DEMANDE ASSOCIÉE
[0001] La présente demande réclame la priorité à l’égard de la demande canadienne no. 3,027,620 déposée le 13 décembre 2018. Le contenu de la demande CA 3,027,620 est incorporé dans la présente demande par référence.
DOMAINE DE L’INVENTION
[0002] La présente invention est relative à un procédé de découpe de métaux mous en général. En particulier, l’invention est relative à un procédé utilisant un système comprenant une lame de coupe animée d’une vibration ultrasonique pour la découpe de métaux mous. Le procédé selon l’invention est mis en œuvre pour la découpe de composantes entrant dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimique, par exemple les accumulateurs au lithium. Ces composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les collecteurs de courant, et les séparateurs.
CONTEXTE DE L’INVENTION
[0003] L’ultrason est une onde mécanique et élastique, qui se propage au travers de supports fluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hertz. De telles fréquences sont trop élevées pour être perçues par l’oreille humaine.
[0004] Les ultrasons ont plusieurs applications industrielles. Par exemple, ils sont utilisés dans le contrôle non destructif des pièces. Les ultrasons sont également utilisés dans des domaines touchant directement les êtres vivants, tels que l’échographie, la chirurgie (désobstruction d’artères, reprise de prothèses de hanches, liposuccion, etc.). D’autres domaines d’utilisation des ultrasons incluent le mélange de fluides difficilement miscibles, le nettoyage de pièces, le dépoussiérage de fumées, le soudage de matières plastiques et de métaux, l’usinage [1]
[0005] L’appellation « ultrasons » peut aussi être utilisée pour décrire des techniques d’assistance aux procédés. Par exemple l’assistance à la rectification, à la coupe (en tournage, perçage, fraisage), à l’électroérosion, à l’injection, au filage, etc. Dans ces cas d’assistance aux procédés, le principe physique du procédé reste le même. Les vibrations ultrasonores viennent améliorer les performances, soit par une réduction des conditions de frottement, soit par la création de conditions intenses requises [1]
[0006] Différents mécanismes peuvent être utilisés pour convertir l’énergie électrique en énergie mécanique, pour l’élaboration de générateurs d’ondes ultrasoniques. Ces mécanismes incluent par exemple l’effet électrodynamique, l’effet électrostatique, l’effet magnétique, l’effet magnétostrictif, l’effet électrostrictif, l’effet piézoélectrique [1]
[0007] Lors de l’assistance à la coupe, les ultrasons apportent une réduction importante des efforts de coupe, une amélioration de l’état de surface et une réduction de l’usure de l’outil utilisé [1] De plus, on note moins de collage de matériau sur l’outil utilisé.
[0008] Le découpage est une opération mécanique de réduction des dimensions qui se fait à l’aide d’un outil, souvent dit tranchant et qui permet de diviser les matériaux solides selon une géométrie précise, afin d’obtenir des morceaux de taille réduite, ou de séparer des parties différentes [2]
[0009] Les ultrasons sont utilisés depuis de longues dates au sein de technologies très pointues comme le soudage et l’imagerie médicale. La technologie des ultrasons a été appliquée au découpage de produits alimentaires, par exemple le découpage de pâtisseries [3] Cette technologie s’est fortement développée dans ce secteur et apporte aujourd’hui de nombreuses solutions aux problématiques associées de la découpe des aliments mous, collants, moelleux, friables, et/ou hétérogènes [2]
[0010] Les ultrasons ne sont pas utilisés comme outil de découpe en tant que tel. Ils sont utilisés pour améliorer les performances d’un outil de coupe, par exemple, une lame actionnée d’un mouvement de guillotine. Les ultrasons sont donc appliqués à la lame. Celle-ci peut posséder une géométrie particulière.
[0011] De façon typique, pour produire les ultrasons, on transforme, par l’intermédiaire d’un générateur, du courant électrique de 60 Hz en courant de 20 kHz. Celui-ci va venir exciter un piézo-électrique composé de quatre couches de céramique. Cette céramique qui se rétracte sous l’effet électrique 20 000 fois par seconde, transforme l’énergie électrique en énergie mécanique, qui sera amplifiée par un « booster » et transmise à la lame. En vibrant à haute fréquence (20 kHz), cette lame fait des micro-déplacements d’amplitude de 50 à 100 pm. Le fil de lame est alors soumis à une grande accélération mécanique de l’ordre de 105 g, ce qui provoque la rupture du matériau sous la lame. L’amplification est fonction du produit à traiter : plus celui-ci sera mou, moins il y aura d’amplification. En parallèle à cette vibration de la lame, on réalise une descente de l’outil de découpe. La découpe se fait donc sans compression du produit et sans frottement, ce qui permet d’obtenir de belles surfaces de coupe même avec des produits très collants ou très fragiles [2]
[0012] La technique de coupe assistée par ultrasons permet de couper facilement les matériaux difficiles à couper. De tels matériaux incluent les matériaux en carbone, le caoutchouc, les thermoplastiques, le cuir, les tissus, les non-tissés, le papier, les feuilles de plastique, etc. Cependant, la coupe des matériaux ductiles, comme les métaux mous, a toujours été considérée être plus rentable par d’autres techniques, comme la coupe standard, l’électroérosion, l’électrochimie [1]
[0013] La coupe de métaux alcalins mous tels que le lithium, le sodium, le potassium, etc. pose des problèmes spécifiques. On note par exemple la déformation des pièces à couper, réchauffement des outils de coupe, le beurrage des outils. De plus, un mauvais fini de surface est souvent noté. L’utilisation d’outils usuels tels que les scies, les couteaux (tranche, guillotine, lame rotative, ciseaux etc.), les fils tranchants, les fils chauffants, les lasers de coupe et autres techniques d’érosion conduit généralement à des résultats insatisfaisants. De plus, lorsqu’on fabrique des assemblages incluant ces métaux, tels que des dispositifs accumulateurs au lithium, les techniques de coupe usuelles deviennent impraticables.
[0014] Les inventeurs sont au courant du document U. S. 5,250,784 qui décrit une technique de coupe assistée par laser pour la découpe d’un assemblage de plusieurs films incluant un film électrochimique [5]
[0015] Il y a un besoin pour des procédés efficaces de découpe de métaux mous. En particulier, il y a un besoin pour des procédés efficaces de découpe de composantes entrant dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimiques, comme par exemple les accumulateurs au lithium.
[0016] Il y a également un besoin pour des procédés de découpe d’un dispositif de stockage électrochimique, comme par exemple une pile, de façon à permettre la caractérisation de la pile. RÉSUMÉ DE L’INVENTION
[0017] Les inventeurs ont conçu et mis en œuvre un procédé de découpe de métaux mous. Le procédé selon l’invention utilise un système comprenant une lame de coupe animée d’une vibration ultrasonique. Le procédé est mis en œuvre pour la découpe de composantes entrant dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimique, par exemple les accumulateurs au lithium. De telles composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les collecteurs de courant et les séparateurs. Ces composantes peuvent être découpées individuellement ou lorsqu’elles sont assemblées, par exemple sous forme d’un assemblage multicouche. Le procédé est également mis en œuvre dans un système pour la fabrication et/ou la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique.
[0018] Le procédé selon l’invention permet l’élimination de la friction et par conséquent la diminution des efforts de coupe, la diminution du temps de court-circuit d’une pile assemblée durant la coupe, la minimisation du beurrage de l’outil, la diminution de réchauffement et l’usure de l’outil utilisé. Aussi, le procédé selon l’invention permet d’obtenir un fini de coupe amélioré.
[0019] Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé utilise un outil de coupe animé d’une vibration ultrasonique. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’outil de coupe comprend au moins une lame couplée à un générateur d’ultrasons.
[0020] Selon un mode de réalisation de l’invention, les composantes du dispositif de stockage électrochimique peuvent être découpées de façon individuelle, ou lors de la fabrication du dispositif. Les composantes du dispositif de stockage électrochimique peuvent également être découpées lorsqu’elles sont assemblées, par exemple lorsqu’on désire effectuer un examen du dispositif afin de déterminer son architecture (caractérisation du dispositif de stockage électrochimique). Lors d’un tel processus de caractérisation, l’outil de coupe peut être couplé à un microscope et/ou à un dispositif pouvant servir à la mesure, par exemple de l’épaisseur de chaque couche des différentes composantes du dispositif de stockage électrochimique.
[0021] Par conséquent, l’invention se rapporte aux aspects suivants :
(1) Procédé de découpe de métaux mous, comprenant l’utilisation d’un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
(2) Système pour découpe de métaux mous, comprenant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique. (3) Procédé pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant l’utilisation d’un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
(4) Système pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
(5) Procédé ou système selon l’aspect (3) ou (4) ci-dessus, dans lequel le dispositif de stockage électrochimique est un accumulateur au lithium, un accumulateur lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile.
(6) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (5) ci-dessus, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
(7) Procédé ou système selon l’aspect (6) ci-dessus, dans lequel la lame de coupe est : une lame adaptée pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une lame de diamant, une lame d’exacto, une lame d’acier, une lame constituée de carbure de tungstène, ou une combinaison de celles-ci.
(8) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (7) ci-dessus, dans lequel l’outil de coupe est un microtome.
(9) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (8) ci-dessus, dans lequel les métaux mous sont des métaux présentant une malléabilité élevée à température ambiante, de préférence Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb et leurs alliages; ou des métaux présentant une dureté inférieure à 4 sur l’échelle de Mohs.
(10) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (8) ci-dessus, dans lequel les métaux mous sont des métaux alcalins mous; de préférence Li, Na, K, Mg, Ca ou leurs alliages.
(1 1) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (8) ci-dessus, dans lequel les métaux mous sont des métaux malléables à température supérieure à la température ambiante; de préférence le procédé comprend l’utilisation d’un système de protection thermique, ou le système comprend en outre un système de protection thermique.
(12) Procédé pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant au moins une étape de découpe d’au moins une composante du dispositif de stockage électrochimique, la découpe étant effectuée en utilisant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
(13) Système pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant au moins un outil de coupe pour le découpage d’au moins une composante du dispositif électrochimique, l’outil de coupe étant adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
(14) Procédé ou système selon l’aspect (12) ou (13) ci-dessus, dans lequel le dispositif de stockage électrochimique est un accumulateur au lithium, un accumulateur lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile.
(15) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (12) à (14) ci-dessus, dans lequel la composante du dispositif de stockage électrochimique est une électrode négative, une électrode positive, un électrolyte solide, un collecteur de courant, un séparateur, ou une combinaison de ces composantes.
(16) Procédé ou système selon l’aspect (15) ci-dessus, dans lequel : l’électrode négative est constituée d’une feuille métallique à base de métaux alcalins, de préférence le lithium, les alliages lithium-aluminium ou analogues; l’électrode positive est constituée d’un mélange de composite, de préférence un matériau contenant un centre redox actif (oxyde de métal de transition), un matériau de remplissage électriquement conducteur (particules de carbone), un matériau électrolyte solide (conducteur ionique); l’électrolyte solide est constitué de polymère, de verre, céramique ou d’un mélange de ceux-ci; le collecteur de courant est constitué d’une feuille métallique, de préférence une feuille d’AI, de Ni, de Cu, ou une combinaison de ceux-ci; optionnellement, le collecteur de courant est un matériau d’anode, par exemple le lithium; et le séparateur est constitué de matériau polymère ou céramique.
(17) Procédé ou système selon l’un quelconques des aspects (12) à (16) ci-dessus, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
(18) Procédé ou système selon l’aspect (17) ci-dessus, dans lequel la lame de coupe est : une lame adaptée pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une lame de diamant, une lame d’exacto, une lame d’acier, une lame constituée de carbure de tungstène, ou une combinaison de celles-ci. (19) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (12) à (18), dans lequel l’outil de coupe est un microtome.
(20) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (12) à (19) ci-dessus, dans lequel la fabrication comprend au moins une des étapes suivantes : un empilement ou assemblage des composantes du dispositif de stockage électrochimique; une re-dimension des composantes du dispositif de stockage électrochimique; une extrusion d’une billette provenant de la fusion d’un lingot de matériau constituant une composante du dispositif de stockage électrochimique, de préférence une billette de lithium; une re-dimension d’une pile ou d’une demi-pile; et un empilement de piles bifaciales.
(21) Procédé ou système selon l’un quelconque des aspects (1) à (20), dans lequel l’outil de coupe comprend : une lame dont la dureté est élevée; et/ou une lame dont la surface a été modifiée par traitement thermique, de préférence carburation, nitruration, trempage, dépôt céramique ou une combinaison de ceux-ci; et/ou une lame constituée d’un matériau résistant à l’usure, de préférence carbure de tungstène, carbure de silicium, diamant, alumine, zirconium, nitrure de silicium ou une combinaison de ceux-ci; et/ou une lame constituée d’un matériau isolant électrique.
(22) Système pour la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique (accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium « tout solide » ou un accumulateur lithium-ion ou pile), comprenant : un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonore, de préférence l’outil est un microtome; et/ou un microscope; et/ou un dispositif de mesure.
(23) Système selon l’aspect (22) ci-dessus, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
(24) Dispositif de stockage électrochimique obtenu par un procédé qui comprend le procédé tel que défini selon l’un quelconque des aspects (1) à (21) ci-dessus, ou qui utilise le système tel que défini selon l’un quelconque des aspects (1) à (23).
(25) Accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium « tout solide » ou un accumulateur lithium-ion ou pile, obtenu par un procédé qui comprend le procédé tel que défini selon l’un quelconque des aspects (1) à (21), ou qui utilise le système tel que défini selon l’un quelconque des aspects (1) à (23). [0022] D’autres objets, avantages et fonctions de la présente invention deviendront plus apparentes lors de la description suivante de modes de réalisations possibles, donnés à titre d’exemple seulement, en relation aux figures suivantes.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0023] Le dossier du brevet ou de la demande contient au moins une figure en couleur. Des copies du brevet ou de la demande publiée avec les figures en couleur seront fournies par l’Office sur demande et moyennant le paiement de la taxe requise.
[0024] Figure 1 : Structure d’un accumulateur au lithium « tout solide » selon l’art antérieur [4]
[0025] Figure 2 : Coupe de lithium métallique selon un procédé standard, sans assistance ultrasonique.
[0026] Figure 3 : Coupe de lithium métallique avec assistance ultrasonore.
[0027] Figure 4 : Dispositif pour coupe d’une tige ronde de lithium.
[0028] Figure 5 : Résultat de la coupe de la tige ronde de lithium selon la Figure 4, A) sans assistance ultrasonore, B) avec assistance ultrasonore.
[0029] Figure 6 : Coupe longitudinale d’un lingot de lithium avec assistance ultrasonore.
DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATIONS DE L’INVENTION
[0030] Avant que la présente invention ne soit davantage décrite, il faut comprendre que l’invention n’est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits ci-dessous, car des variantes de ces modes de réalisation peuvent être réalisées et restent dans le cadre des revendications annexées. Il faut également comprendre que la terminologie utilisée a pour but de décrire des modes de réalisation particuliers et n’est pas censée être limitative. Au lieu de cela, la portée de la présente invention sera établie par les revendications annexées.
[0031] Afin de fournir une compréhension claire et cohérente des termes utilisés dans la présente description, un certain nombre de définitions sont fournies ci-dessous. En outre, sauf indication contraire, tous les termes techniques et scientifiques tels qu’utilisés ici ont la même signification que celle couramment comprise dans le domaine technique auquel se rapporte l’invention. [0032] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « ultrason » désigne une onde mécanique et élastique, qui se propage au travers de supports fluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se situe généralement entre 16 000 et 10 000 000 Hertz.
[0033] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « métaux mous » désigne les métaux présentant une malléabilité/plasticité élevée à température ambiante. De tels métaux sont par exemple Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb et leurs alliages.
[0034] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « métaux alcalins mous » désigne les métaux alcalins présentant une malléabilité/plasticité élevée à température ambiante. De tels métaux sont par exemple Li, Na, K, Mg, Ca, et leurs alliages.
[0035] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « accumulateur au lithium « tout solide » » désigne un accumulateur au lithium dans lequel l’électrolyte est sous forme solide.
[0036] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « dispositif de stockage électrochimique » désigne un accumulateur, une batterie, une pile, un accumulateur au lithium, un accumulateur au lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion ou tout autre type d’accumulateur.
[0037] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « découpage » désigne une opération mécanique permettant de diviser et/ou séparer un morceau de matériau solide selon une géométrie déterminée. La division et/ou séparation permet d’obtenir des morceaux de tailles réduites et/ou de formes géométriques différentes.
[0038] Tel qu’utilisé dans ce document, le terme « caractérisation » désigne un processus par lequel on examine le dispositif de stockage électrochimique afin de déterminer son architecture. On peut par exemple procéder à la mesure de l’épaisseur de chaque couche des différentes composantes de la pile. Ce processus d’examen peut être lié à un microscope et/ou dispositif de mesure. Ce processus d’examen incorpore le procédé de découpe selon l’invention, avec comme outil de coupe un microtome (microtomie à assistance ultrasonique).
[0039] Les inventeurs ont conçu et mis en œuvre un procédé de découpe de métaux mous. Le procédé selon l’invention utilise un système comprenant une lame de coupe animée d’une vibration ultrasonique. Le procédé est mis en œuvre pour la découpe de composantes entrant dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimique, par exemple les accumulateurs au lithium. De telles composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les collecteurs de courant et les séparateurs. Ces composantes peuvent être découpées individuellement ou lorsqu’elles assemblées, par exemple sous forme d’un assemblage multicouche. Le procédé est également mis en œuvre dans un système pour la fabrication et/ou la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique.
[0040] Le procédé selon l’invention permet l’élimination de la friction et par conséquent la diminution des efforts de coupe, la diminution du temps de court-circuit d’une pile assemblée durant la coupe, la minimisation du beurrage de l’outil, la diminution de réchauffement et l’usure de l’outil utilisé. Aussi, le procédé selon l’invention permet d’obtenir un fini de coupe amélioré.
[0041] Selon un mode de réalisation de l’invention, le procédé utilise un outil de coupe animé d’une vibration ultrasonique. Selon un autre mode de réalisation de l’invention, l’outil de coupe comprend au moins une lame couplée à un générateur d’ultrasons.
[0042] Selon un mode de réalisation de l’invention, les composantes du dispositif de stockage électrochimique peuvent être découpées de façon individuelle, ou lors de la fabrication du dispositif. Les composantes du dispositif de stockage électrochimique peuvent également être découpées lorsqu’elles sont assemblées, par exemple lorsqu’on désire effectuer un examen du dispositif afin de déterminer son architecture (caractérisation du dispositif de stockage électrochimique). Lors d’un tel processus de caractérisation, l’outil de coupe peut être couplé à un microscope et/ou à un dispositif pouvant servir à la mesure, par exemple de l’épaisseur de chaque couche des différentes composantes du dispositif de stockage électrochimique.
[0043] L’invention comprend l’application de l’assistance ultrasonore à la coupe de métaux mous. L’invention permet de régler les problèmes de coupe des composantes entrant dans la fabrication des dispositifs de stockage électrochimiques, comme par exemple un accumulateur au lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile. La Figure 1 reproduite de U. S. 6,030,421 [4] illustre la structure d’un tel accumulateur. Selon un aspect, l’invention permet la coupe d’un lingot servant à l’extrusion d’un feuillard de lithium.
[0044] Différents mécanismes peuvent être utilisés pour produire les ultrasons, la plupart des convertisseurs de puissance modernes utilisent l’effet piézoélectrique. L’amplitude et la fréquence des vibrations et la charge statique ont une influence sur les résultats de la coupe. La plupart des installations travaillent à des fréquences qui se situent autour de 20 kHz, fréquences proches de la fréquence la plus faible compatible avec l’oreille humaine.
[0045] De façon optionnelle, on utilise un lubrifiant, comme une huile de coupe minérale. Le lubrifiant contribue à réduire réchauffement de la pièce et de l’outil de coupe. Le lubrifiant aide également à éliminer l’oxydation de surface de l’outil et du matériau découpé et améliore le fini de la coupe.
[0046] Pour diminuer l’usure du couteau, il peut être avantageux d’utiliser un outil de coupe ayant un couteau dont la dureté est élevée et/ou dont la surface a été modifiée par divers traitements (carburation, nitruration, trempage, dépôt céramique, ou une combinaison de ceux- ci). Il peut également être avantageux d’utiliser un outil de coupe ayant un couteau constitué d’un matériau résistant à l’usure (carbure de tungstène, carbure de silicium, diamant, alumine, zirconium, nitrure de silicium ou une combinaison de ceux-ci) et/ou constitué d’un matériau isolant électrique.
[0047] Les métaux mous envisagés selon l’invention sont les métaux présentant une malléabilité élevée (plasticité élevée) à température ambiante. De tels métaux incluent Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb et leurs alliages. Néanmoins, les métaux présentant une malléabilité à température plus élevées, peuvent également être coupés par le procédé selon l’invention. Dans ce cas, le procédé est effectué en assurant une protection thermique au système de coupe par assistance ultrasonore.
[0048] Un accumulateur au lithium « tout solide » est composé de plusieurs composantes. Dans le cas d’une pile LMP (« lithium métal polymer »), l’électrode négative est généralement constituée d’un feuillard métallique léger à base de métal alcalin : lithium métal, un alliage lithium-aluminium ou tout autre analogue. Dans le cas d’une pile lithium-ion, l’électrode négative est généralement composée de graphite comme matériel actif, déposé sur une couche de collecteur de courant (généralement en Cu ou Ni). L’électrode positive est généralement constituée d’un mélange composite - matériau contenant un centre redox actif (oxyde de métal de transition), un matériau de remplissage électriquement conducteur (habituellement des particules de carbone), un matériau électrolyte solide (conducteur ionique); le matériau composite déposé sur un collecteur de courant (généralement une feuille d’aluminium d’épaisseur faible). L’électrolyte solide est généralement constitué de polymère, de verre, de céramique ou d’un mélange de ceux-ci; et permet la conduction des ions lithium (Li+). L’accumulateur au lithium « tout solide » est fabriqué par la superposition de l’électrode positive, de l’électrolyte solide et de l’électrode négative. Le processus est illustré à la figure 1 de U. S. 6,030,421 [4]
[0049] Le procédé est mis en œuvre dans un système pour la fabrication d’un dispositif de stockage électrochimique. Le procédé selon l’invention est également mis en œuvre dans un système pour la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique. Selon un mode de l’invention, le système est adapté pour utilisation dans la fabrication et la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique. Le dispositif de stockage peut être un accumulateur au lithium, un accumulateur lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile.
[0050] Exemple 1 : Un morceau de lithium est coupé à l’aide d’une lame de guillotine selon un procédé standard, sans assistance ultrasonique (Figure 2A). Les essais de coupe montrent une déformation significative de la pièce, due à l’application d’une forte pression. On observe également un mauvais fini de surface (Figure 2B).
[0051] Exemple 2 : Un morceau de lithium est coupé à l’aide d’une lame de rasoir actionnée à l’aide d’un générateur d’ultrasons de 20 kHz et une puissance de 750 W (Cole-Palmer) (Figure 3A). Une petite quantité d’huile minérale légère est utilisée comme lubrifiant, afin de protéger le lithium de l’oxydation durant l’opération de coupe. La coupe s’effectue sans force, rapidement, et le fini de surface est de bonne qualité (Figures 3B et 3C). L’amplitude est modulée entre 20 et 80%; ceci influence la vitesse de coupe. Le lithium n’adhère pas à la lame.
[0052] Exemple 3 : Un microtome assisté par ultrasons est utilisé pour effectuer la coupe d’une pile à étudier au microscope. Une lame de diamant vibrante coupe une pile complète afin d’en visualiser la section transversale. La coupe expose les différentes composantes de la pile (collecteurs de courant, anode, cathode, électrolyte solide, sac métal-plastique). La coupe est nette, seulement une légère déformation des différentes épaisseurs des composantes de la pile est observée.
[0053] Exemple 4 : Durant le procédé de fabrication d’une batterie « tout solide » par empilement de piles bifaciales, la pile sous tension (chimiquement active) est coupée à l’aide d’une lame par assistance ultrasonore. Un court-circuit est créé (coupe à vif) par l’action du couteau métallique, mais la vitesse de la coupe et sa netteté élimine le besoin d’utiliser une cicatrisation chimique des bords de pile.
[0054] Exemple 5 : Un feuillard d’aluminium est refendu afin d’en diminuer la largeur. Une lame d’exacto par assistance ultrasonore est utilisée dans le processus. Une coupe nette sans déchirure est obtenue. Ce procédé est généralement utilisé pour redimensionner les collecteurs de courant, les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les piles, les demi- piles ou toute autre combinaison de composantes de la pile. On note que la durabilité de la lame est augmentée. [0055] Exemple 6 : Un lingot de lithium de 6 pouces de diamètre et de 24 pouces de long est coulé par un procédé de fusion. La billette, une fois démoulée, présente des extrémités comprenant des imperfections (zone de retrait, porosité, inclusions). Afin que le lingot puisse être extrudé sans générer de défauts, les extrémités sont coupées à l’aide d’une lame d’acier possédant un système assisté avec ultrasons. On note un fini assez propre des coupures.
[0056] Exemple 7 : La coupe par assistance ultrasonore a été testée sur plusieurs métaux mous à température ambiante. Les métaux testés incluent : Pb, Na, Ca, Mg, Al, Cu, Ni. Tous les métaux qui présentent une dureté en-dessous de 4 sur l’échelle de Mohs, sont coupés avec succès et un fini assez propre est noté.
[0057] Exemple 8 : Des essais ont été effectués afin de mesurer l’impact de la pression de coupe sur la déformation d’une tige ronde de lithium de 10 mm de diamètre. Le montage utilisé est présenté à la Figure 4. La tige est recouverte d’huile minérale pour diminuer l’échauffement de lame. La Figure 5A présente le résultat obtenu suite à la coupe sans assistance ultrasonore. La Figure 5B présente le résultat obtenu suite à la coupe avec assistance ultrasonore. La différence est évidente : la coupe avec assistance ultrasonore produit un résultat net. En effet, l’assistance ultrasonore diminue grandement la pression appliquée pour effectuer la coupe; et le métal reste pratiquement intact, sans déformation apparente.
[0058] Exemple 9 : Un essai a été effectué en utilisant une presse ultrason avec générateur intégré (TED 2000X, Telsonic) avec une lame sonotrode (TE 20 42328, Telsonic). La lame de 150 mm de large par 60 mm de haut, recouverte d’huile minérale et vibrant à une fréquence ultrasonore (20 kHz) a tranché le lingot de lithium sur sa longueur efficace, le découpant avec précision avec une coupe nette sans déformer significativement le lingot. La coupe est présentée à la Figure 6.
[0059] Les exemples ci-dessus sont reliés à un accumulateur au lithium « tout solide ». La personne versée dans l’art comprend que l’invention se rapporte également à d’autres types d’accumulateur incluant les accumulateurs au lithium, les accumulateurs lithium-ion, les piles.
[0060] Les revendications ne doivent pas être limitées dans leur portée par les réalisations illustrées dans les exemples, mais doivent recevoir l’interprétation la plus large qui soit conforme à la description dans son ensemble.
[0061] La présente description fait référence à un certain nombre de documents. Le contenu de chacun de ces documents est incorporé dans la présente description par référence dans son intégralité. RÉFÉRENCES
1 . Kremer D., « Usinage par Ultrasons », Techniques de l’Ingénieur (10 avril 1998), Réf. : BM7240 V1.
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Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de découpe de métaux mous, comprenant l’utilisation d’un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
2. Système pour découpe de métaux mous, comprenant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
3. Procédé pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant l’utilisation d’un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
4. Système pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
5. Procédé ou système selon la revendication 3 ou 4, dans lequel le dispositif de stockage électrochimique est un accumulateur au lithium, un accumulateur lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile.
6. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
7. Procédé ou système selon la revendication 6, dans lequel la lame de coupe est : une lame adaptée pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une lame de diamant, une lame d’exacto, une lame d’acier, une lame constituée de carbure de tungstène, ou une combinaison de celles-ci.
8. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel l’outil de coupe est un microtome.
9. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les métaux mous sont des métaux présentant une malléabilité élevée à température ambiante, de préférence Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb et leurs alliages; ou des métaux présentant une dureté inférieure à 4 sur l’échelle de Mohs.
10. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les métaux mous sont des métaux alcalins mous; de préférence Li, Na, K, Mg, Ca ou leurs alliages.
1 1. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les métaux mous sont des métaux malléables à température supérieure à la température ambiante; de préférence le procédé comprend l'utilisation d’un système de protection thermique, ou le système comprend en outre un système de protection thermique.
12. Procédé pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant au moins une étape de découpe d’au moins une composante du dispositif de stockage électrochimique, la découpe étant effectuée en utilisant un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
13. Système pour fabrication et/ou caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique, comprenant au moins un outil de coupe pour le découpage d’au moins une composante du dispositif électrochimique, l’outil de coupe étant adapté pour être animé d’une vibration ultrasonique.
14. Procédé ou système selon la revendication 12 ou 13, dans lequel le dispositif de stockage électrochimique est un accumulateur au lithium, un accumulateur lithium « tout solide », un accumulateur lithium-ion, ou une pile.
15. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 12 à 14, dans lequel la composante du dispositif de stockage électrochimique est une électrode négative, une électrode positive, un électrolyte solide, un collecteur de courant, un séparateur, ou une combinaison de ces composantes.
16. Procédé ou système selon la revendication 15, dans lequel :
l’électrode négative est constituée d’une feuille métallique à base de métaux alcalins, de préférence le lithium, les alliages lithium-aluminium ou analogues;
l’électrode positive est constituée d’un mélange de composite, de préférence un matériau contenant un centre redox actif (oxyde de métal de transition), un matériau de remplissage électriquement conducteur (particules de carbone), un matériau électrolyte solide (conducteur ionique);
l’électrolyte solide est constitué de polymère, de verre, céramique ou d’un mélange de ceux-ci;
le collecteur de courant est constitué d’une feuille métallique, de préférence une feuille d’AI, de Ni, de Cu, ou une combinaison de ceux-ci; optionnellement, le collecteur de courant est un matériau d’anode, par exemple le lithium; et le séparateur est constitué de matériau polymère ou céramique.
17. Procédé ou système selon l’une quelconques des revendications 12 à 16, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
18. Procédé ou système selon la revendication 17, dans lequel la lame de coupe est : une lame adaptée pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une lame de diamant, une lame d’exacto, une lame d’acier, une lame constituée de carbure de tungstène, ou une combinaison de celles-ci.
19. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 12 à 18, dans lequel l’outil de coupe est un microtome.
20. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 12 à 19, dans lequel la fabrication comprend au moins une des étapes suivantes :
un empilement ou assemblage des composantes du dispositif de stockage électrochimique;
une re-dimension des composantes du dispositif de stockage électrochimique; une extrusion d’une billette provenant de la fusion d’un lingot de matériau constituant une composante du dispositif de stockage électrochimique, de préférence une billette de lithium;
une re-dimension d’une pile ou d’une demi-pile; et
un empilement de piles bifaciales.
21. Procédé ou système selon l’une quelconque des revendications 1 à 20, dans lequel l’outil de coupe comprend :
une lame dont la dureté est élevée; et/ou une lame dont la surface a été modifiée par traitement thermique, de préférence carburation, nitruration, trempage, dépôt céramique ou une combinaison de ceux-ci; et/ou
une lame constituée d’un matériau résistant à l’usure, de préférence carbure de tungstène, carbure de silicium, diamant, alumine, zirconium, nitrure de silicium ou une combinaison de ceux-ci; et/ou
une lame constituée d’un matériau isolant électrique.
22. Système pour la caractérisation d’un dispositif de stockage électrochimique (accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium « tout solide » ou un accumulateur lithium-ion ou pile), comprenant : un outil de coupe adapté pour être animé d’une vibration ultrasonore, de préférence l’outil est un microtome; et/ou
un microscope; et/ou
un dispositif de mesure.
23. Système selon la revendication 22, dans lequel l’outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d’ultrasons.
24. Dispositif de stockage électrochimique obtenu par un procédé qui comprend le procédé tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 , ou qui utilise le système tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 23.
25. Accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium « tout solide » ou un accumulateur lithium-ion ou pile, obtenu par un procédé qui comprend le procédé tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 21 , ou qui utilise le système tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 23.
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