EP4058777A1 - Banc de caracterisation mecanique d'objets minces - Google Patents

Banc de caracterisation mecanique d'objets minces

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EP4058777A1
EP4058777A1 EP20845420.7A EP20845420A EP4058777A1 EP 4058777 A1 EP4058777 A1 EP 4058777A1 EP 20845420 A EP20845420 A EP 20845420A EP 4058777 A1 EP4058777 A1 EP 4058777A1
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EP
European Patent Office
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compression
force
zone
bench according
characterization
Prior art date
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Pending
Application number
EP20845420.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Benoit Mathieu
Marion CHANDESRIS
Olivier Gillia
Côme-Emmanuel LEYS
Nicolas MARIAGE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
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
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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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Pending legal-status Critical Current

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a bench for the mechanical characterization of thin objects, in particular to a bench for characterizing the mechanical properties of battery cells and more particularly of the negative electrodes of electric batteries, for example to characterize their swelling / deflation under load. and electric shock.
  • the negative electrodes of lithium-ion batteries based on graphite and silicon experience a very large variation in thickness, of the order of at least 10% of the thickness, during charging (swelling) and discharging (deflation).
  • the first cycle of "formation" of the cell sees swelling of the same order of magnitude.
  • the thickness of the electrode increases by 20% during formation, then deflates by 10% during the first discharge and gains about 10% thickness on charge next.
  • Negative electrodes containing silicon can be used in Lithium-Ion batteries.
  • the swelling of silicon poses several types of problems including:
  • a characterization bench is described in the document “Effects of physical constraints on Li cyclability”, D.P. Willkinson et Al, Journal of Power Sources, 36 (1991) 517-527. It comprises a frame, two uprights supporting a press, a pressure sensor, a displacement sensor and a housing for the cell in which the press applies a vertical force to it. During the application of the vertical force on the cell, the frame is deformed. In addition, the force is applied to the whole cell and not only to the electrodes. This results in the application of inhomogeneous pressure on the cell. The measurements are then imprecise. In addition, the measurements obtained are not only characteristic of the swelling of the negative electrode.
  • a mechanical characterization bench for thin objects comprising a frame, a mobile unit, means for applying a force via the mobile unit, the application means. being mounted on uprights fixed to the frame, at least one force sensor, at least one displacement sensor for measuring the variation in thickness of the thin object and a compression face, which together with the mobile equipment applies the force compression to the thin object.
  • the compression face is supported by the frame and is designed with the frame to isolate the compression face from frame deformation resulting from the action of the uprights on the frame during the application of a compressive force.
  • a recess is formed in the frame around the zone where the compression face is located, this zone is relatively thick, which allows to homogenize the pressure applied to the object, and avoids transmitting the parasitic deformation of the frame to the compression face.
  • the compression face comprises a projecting central part delimiting a zone of application of determined surface pressure.
  • the central part has an area less than or equal to the area of the object that it is desired to characterize. Thanks to the implementation of the protruding central part, the uniformity of the pressure applied to the cell is twice as good, for the same positioning accuracy of the cell in the test bench, as in the absence of the protruding central part.
  • the compressive force is transmitted from the force application means to the force application zone by at least one point contact type connection, which makes it possible to reduce swiveling.
  • the means for applying a vertical force comprise at least one compression spring.
  • the means for applying a vertical force comprise an electric geared motor, pulleys, at least one cable and levers.
  • the means for applying the vertical force comprise a hydraulic or pneumatic cylinder.
  • the means for applying the vertical force comprise a mechanical screw jack.
  • a movable assembly which is movable along the axis of compression relative to the frame and carrying a second compression face opposite the first compression face
  • At least one displacement sensor arranged so as to measure the displacement between the first and second compression faces in the direction of the compression axis.
  • At least one of the first and second compression faces has a projecting compression zone whose area is less than or equal to a part of interest of the object, and the frame has a surrounding recess in the frame a frame area of greater thickness forming a pedestal supporting the first compression face.
  • the compression zone has an area equal to the area of the part of interest of the object.
  • the first compression face is carried by a first compression plate comprising the compression zone and a measurement zone surrounding the compression zone, and at least one displacement sensor is carried by the mobile assembly and comes into contact. with the measurement area.
  • the bench may for example include three displacement sensors distributed around the compression axis and means configured to compare their measurements and detect a flatness defect.
  • the pedestal advantageously has a cross section with an area equal to that of the compression zone.
  • the pedestal has a height and / or the recess has a width such that the first compression plate is not in contact with the frame outside the pedestal.
  • the compressive force is transmitted from the means for applying a force to the first and second compression faces by at least a punctual contact type connection.
  • the force sensor is connected to the force application means by a point contact type connection.
  • the moving assembly comprises a support plate for the second compression face, and the force sensor is linked to the support plate by a flat support, advantageously an annular flat support.
  • the mobile assembly advantageously comprises a stress homogenization plate interposed between the force sensor and the support plate.
  • the means for applying a force include means for modifying the intensity of the force applied.
  • the means for applying a force comprise at least one helical spring with a longitudinal axis aligned or substantially aligned with the straight line passing through the center of the point contact type connection and the center of gravity of the compression zone.
  • the characterization bench advantageously comprises means for adjusting the orientation of the direction of the force applied by the coil spring, so as to align the direction with the straight line passing through the center of the point contact type connection and the center of gravity. of the compression zone.
  • the means for applying a force comprise a step-by-step geared motor, at least a first pulley in direct engagement with the output shaft of the geared motor, a second pulley, a cable between the first and second pulleys, at least a first lever carrying the second pulley, a second lever articulated on the first lever, and a compression rod is provided between the second lever and the second compression face.
  • the force sensor can be disposed between the second lever and the compression rod.
  • the transmission of the force between the means for applying the force and the second compression face takes place through two connections of the point contact type.
  • the compression rod is advantageously in point contact with the second lever and the force sensor.
  • the characterization bench may include means for aligning the first and second compression faces.
  • a subject of the present invention is also a method for characterizing a fine object implementing a characterization bench according to the invention, comprising:
  • a stimulus is applied so as to cause a modification of the volume of the object during the measurement.
  • the thin object is an electrochemical battery cell whose part of interest is the part comprising the stack formed by the positive electrode, the separator, the negative electrode and a wrapping around the stack, the method comprising, during measurements, a step of applying a charge and / or electric discharge cycle.
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a mechanical characterization bench of a thin object
  • FIG. 2 is a detailed view of the frame of the bench of FIG. 1 at the level of the force application zone
  • FIG. 3 is a detailed view of the frame of another example of a characterization bench at the level of the force application zone
  • FIG. 4 is a detailed view of the frame of another example of a characterization bench at the level of the force application zone
  • FIG. 5 is a detailed view of the mobile equipment of the bench of FIG. 1,
  • FIG. 6 is a schematic representation of a cell that one wishes to characterize with the bench
  • FIG. 7 is a schematic representation of a method of centering the cell on the first compression plate
  • FIG. 8 is a schematic representation of another example of a mechanical characterization bench.
  • the mechanical characterization bench according to the invention will be described more particularly for measuring the swelling under stress of battery cells, more particularly negative electrodes. But it will be understood that the stress characterization bench applies to any other thin object and to characterize other properties of the object, for example the Young's modulus.
  • the term “thin object” is understood to mean an object extending mainly in a plane and the most important dimensions of which are in this plane.
  • the object can comprise a single element or layer, or a stack of several elements or several layers of identical, similar or different nature. One or more of these elements can respond to a stimulus or more stimuli and change the volume of the object in a direction transverse to the plane of the stack. The bench makes it possible to follow this variation in volume.
  • FIG. 6 one can see a schematic representation of a cell which is a thin object suitable for characterization by the bench according to the invention. It comprises a positive electrode Ep, a negative electrode En, a separator S and the packaging EB surrounding the electrodes separated by the separator.
  • nominal thickness No denotes the thickness of the stack formed by the positive electrode, the negative electrode, the separator and the packaging.
  • the nominal thickness section is the part of the cell having the nominal thickness. It has a surface area equal to that of the cell element having the smallest surface area, generally this is the surface of the positive electrode so as to ensure proper electrochemical operation.
  • the aim is to characterize the section of nominal thickness in a reliable and precise manner.
  • the stimulus is electric charge and / or discharge.
  • FIG. 1 one can see a schematic representation of an exemplary embodiment of a characterization bench according to the invention.
  • the characterization bench comprises a frame 2 forming a base for the bench, a movable assembly 4 mounted movable in translation in the vertical direction Z, and means 5 for applying a force in the vertical direction Z.
  • the X and Y directions are directions orthogonal to the Z axis.
  • the frame has the shape of a thick plate.
  • the means 5 for applying a force in the vertical direction Z are mounted on two uprights 6 each fixed by one end in the frame 2.
  • the uprights 6 make it possible to ensure an acceptable orientation of the force applied in the desired direction, ie the direction Z, and make it possible to reduce the parasitic forces and moments on the mobile unit and therefore on the cell to be tested.
  • the means for applying the force comprise a helical spring 7 maintained in compression, the spring being coaxial with the Z axis.
  • the means for applying the force make it possible to modify the intensity of the force. applied force.
  • the spring 7 is supported by its longitudinal ends between two cross members 9 perpendicular to the Z direction and fixed to the uprights 6 and whose relative distance in the vertical direction is adjustable, making it possible to modify the compression of the spring 7 and therefore the force applied to the cell.
  • the compression means are capable of applying a force of 10 kN over 10 cm 2 , ie 10 MPa.
  • the crosspieces 9 each comprise a seat 9.1, 9.2 respectively housing the upper longitudinal end and the end. longitudinal lower part of the spring 7 and fixing the alignment of its axis with the Z axis along which the force is to be applied.
  • means can be provided to adjust the alignment of the axis of the spring with the Z axis.
  • the seat 9.1 of the upper cross member 9 can have several positions in a direction perpendicular to the Z axis for adjust the alignment of the spring to the Z axis.
  • the bench comprises a stress application zone 8 configured to receive the thin object, for example a battery cell C, and to apply compression to it.
  • the thin object for example a battery cell C
  • the thin object will be referred to as a "cell”.
  • the stress application area has a lower compression plate 10 and an upper compression plate 12.
  • the lower compression plate 10 rests on the frame and is fixed along the vertical direction and in the XY plane.
  • the lower compression plate 10 has a compression zone ZC which is located in the center of the plate and a measurement zone ZM surrounding the compression zone ZC.
  • the displacement sensor (s) described below are in contact with the measurement zone.
  • the upper compression plate 12 is carried by the mobile assembly so as to be vertically level with the lower compression plate 10.
  • the lower compression plate 10 is made of a hard material, for example of a material having a Young's modulus greater than 160GPa, for example of a steel preventing crushing by pressure.
  • the upper compression plate 12 is also made of a hard material, for example having a Young's modulus greater than 160 GPa, for example it is made of steel.
  • the lower and upper compression plates have a certain flatness to ensure the homogeneous application of the stresses within the cell, for example the faces of the compression plates are rectified, advantageously having a difference in flatness of less than 1 ⁇ m.
  • the mobile assembly comprises a support plate 14 on which the upper compression plate 12 is fixed, for example by means of screws, at least one displacement sensor 16 intended to measure the displacement along Z between the lower compression plate 10 and the upper compression plate 12.
  • the displacement sensor (s) 16 comprise (s) a body fixed to the support plate and a finger sensitive to displacement in contact with the measurement zone ZM of the lower compression plate 10.
  • the displacement sensor (s) is (are) or are one or more passive electrical linear displacement sensors or LVDT (Linear Variable Differential Transformer). As a variant, it may be one or more capacitive sensors.
  • LVDT Linear Variable Differential Transformer
  • the bodies of the displacement sensor (s) are fixed to the plate and the fingers pass through the support plate by vertical through passages formed in the latter.
  • the section of the passages is sufficient to avoid any interaction between the sensors and the support plate 14, in particular in the case where the sensor is equipped with a bellows, for example when the sensor is a passive electrical sensor of linear displacements or LVDT ( Linear Variable Differential Transformer in English terminology), make it possible to avoid contact between the bellows and the plate 14.
  • displacement sensors are preferably chosen having measurement reproducibility specifications of at most 150 nm and a stroke of 2 mm.
  • the bench also includes a force sensor 18 interposed between the moving assembly and the means for applying a force 5.
  • the force sensor 18 is aligned with the Z axis along which the force is applied.
  • the force sensor 18 measures the force applied to the cell. It should be noted that the weight of the moving assembly (support plate, upper compression plate, displacement sensor (s) and possibly homogenization plate) must be taken into account to correct the force measured by sensor 18.
  • the force sensor can be a sensor using an elastically deformable part and comprising strain gauges, preferably sensors with four gauges organized in a “full bridge” and calibrated in temperature in order to guarantee precise measurement and without time drift, which therefore does not require periodic calibration.
  • strain gauges preferably sensors with four gauges organized in a “full bridge” and calibrated in temperature in order to guarantee precise measurement and without time drift, which therefore does not require periodic calibration.
  • a D-Mesure ® displacement sensor model K450H-10kN can be used.
  • the mobile assembly also advantageously comprises a homogenization plate 20 ensuring the flatness of the compression surface in the presence of the force of the spring by homogenizing the stresses in the support plate 14.
  • the homogenization plate 20 is preferably made of a hard material, preferably having a Young's modulus greater than 160 GPa, for example steel and has a thickness of at least 20 mm. This homogenization plate 20 is preferably implemented when the support plate 14 has a small thickness which does not directly ensure the homogenization of the stresses within it.
  • the force sensor 18, the homogenization plate 20 and the support plate advantageously have a fixed relative position in a direction transverse to the Z axis to ensure both the absence of shear force on the cell and the centering. the point of application of the force on the center of gravity of the cell surface, allowing uniform pressure to be obtained on the cell surface.
  • the homogenization plate comprises in its upper face an indentation (not shown) to house the bottom of the force sensor and immobilize it transversely, and the plate of homogenization and the support plate are fixed to each other by screws.
  • Fixing means for example screws can be implemented between the force sensor 18 and the homogenization plate 20 or between the force sensor 18 and the support plate 14 when no homogenization plate is used.
  • the connection between the means for applying a force 5 and the moving assembly 4 comprises at least one connection of the point contact type directing the Z axis of application of the force.
  • the point contact type connection has a center P2 (point of contact between the means for applying the force and the contact sensor) and. Such a connection makes it possible to transmit only a force along Z without a moment or any other force.
  • the point contact type connection is made directly by the contact between a hemispherical shape of the force sensor 18 and the flat face of the seat 9.2 of the lower longitudinal end of the spring.
  • FIG. 2 an enlarged view of the bench of FIG. 1 can be seen at the level of the force application zone 8.
  • the lower compression plate 10 comprises a compression zone ZC projecting from the rest of the upper face of the plate, in particular from the measurement zone ZM.
  • the area of the compression zone ZC is preferably less than or equal to the area of the nominal thickness section of the cell.
  • the section in compression comprises over its entire surface the two electrodes.
  • the height of the projection is chosen so as not to compress the feed tabs or any other element projecting laterally from the electrodes.
  • the pressure applied to the cell is homogeneous and the measurements carried out are reliable. Indeed, it can be shown by calculation that a misalignment between the center of gravity of the pressure application surface and the section of the object having the nominal thickness, causes the application of an inhomogeneous pressure to the within the cell.
  • the projecting compression zone can be produced on the upper plate, or even both on the upper plate and on the lower plate.
  • the displacement sensors can be fixed on the lower plate and feel the position of the upper plate.
  • the lower compression plate 10 comprises means for centering the cell on the compression zone, ie centering the section of nominal thickness on the compression zone ZC.
  • the centering means comprise four holes at the tops of the compression zone ZC making it possible to visually center the section of nominal thickness, which corresponds to the surface of the electrode of smaller surface.
  • FIG. 7 the implementation of these centering means can be seen schematically.
  • the corners of the smaller area electrode are marked, for example, by felt-marking the corners of the negative electrode of the cell with arrows pointing to each corner, starting from the outside.
  • the operator places the lower compression plate upside down over the cell to be tested, the compression zone facing the face of the cell bearing the arrows. It aligns the plate so that the arrows line up with the inner side of the holes in the lower compression plate.
  • the lower compression plate is brought to bear against the cell which is then advantageously fixed to the lower compression plate 10, for example with an adhesive.
  • the cell can be precisely positioned and fixed on the compression part of the upper compression assembly and then be positioned on the movable assembly opposite the upper compression assembly.
  • the placement and fixing in position of the cell on the compression plate with adhesive is facilitated if the plate on which the cell is attached is the one that does not carry the sensors.
  • the lower compression plate 10 and / or the frame 2 comprise means for centering the lower compression plate 10 with respect to the Z axis.
  • the frame comprises in its upper face a recess 30 surrounding a projecting element 32, forming a pedestal on which the lower compression plate 10 rests.
  • the frame deforms under the effect of the lateral tensile forces of the two uprights and of the pressure. central of the cell.
  • the implementation of a projecting element 32 on which the cell rests and through which the pressure is applied to the cell makes it possible to standardize the pressures applied to the lower compression plate 10.
  • the depth of the recess 30 is greater than or equal to the width of the compressive force application surface, thus the deformation of the compressive force application surface greatly decreases.
  • the deformation of the contact surface with the cell under the effect of the traction of the two uprights becomes less than 300nm under a force of 10kN as soon as the depth of the recess exceeds 30mm for an application surface of the 32mm square force.
  • the height of the protruding member 32 is such that the lower compression plate is located above the upper face of the frame, so as to limit, preferably avoid, any mechanical interference between the edges of the plate. lower compression 10 and the upper face of the frame, which reduces the risk of falsifying the displacement sensor measurements.
  • the recess 30 continuously surrounds the protruding element 32.
  • the protruding element 32 has a shape corresponding to the compression zone.
  • the projecting element has a rectangular or even square shape corresponding to that of the compression zone ZC and its surface is less than or equal and advantageously equal to the surface of the compression zone ZC
  • the risks of mechanical interference between the edges of the lower compression plate 10 and the edges of the recess 30 are reduced either by using exterior dimensions of the recess 30 larger than the exterior dimensions of the pressure plate. compression, or by using a central stud 32 which raises the compression plate sufficiently to avoid any contact with the compression plate even when the maximum force intended for the bench is applied. In general, an elevation of 1mm is sufficient, depending on the precise shape of the support 2, a mechanical deformation calculation makes it possible to determine the minimum necessary elevation.
  • the bench comprises positioning means 22 making it possible to fix the position of the moving assembly, in particular the upper compression plate 12, in the XY plane with respect to the frame, and thus to ensure the alignment of the points PI , P2, P3.
  • the bench comprises positioning means 22 making it possible to fix the position of the moving assembly, in particular the upper compression plate 12, in the XY plane with respect to the frame, and thus to ensure the alignment of the points PI , P2, P3.
  • the positioning means 22 comprise at least two rods 24 fixed to the frame and extending vertically, cooperating with two through holes 26 in the support plate 14, of diameter greater than the diameter of the rods 24 and two rings of centering 28 used for the positioning of the mobile unit.
  • the centering rings 28 are preferably removed during measurements to avoid any jamming of the support plate 14 on the rods 24.
  • the centering rings 28 have an internal diameter very slightly greater than that of the rods 24, an axial portion 28.1 of which the outer diameter is slightly less than that of the holes 26 and an axial portion 28.2 of larger diameter so as to provide a shoulder 28.3 intended to bear on the upper face of the support plate 14.
  • the rods 24 prevent the accidental ejection of the mobile crew.
  • the centering rings 28 make it possible to position the mobile assembly precisely and in particular to align the points PI and P2 along the Z axis with the center of the lower compression plate 10.
  • the bench is such that the points P1, P2 and P3 shown in Figure 1 are aligned with the Z axis, along which the compressive force is applied.
  • PI is the center of gravity of the compression zone ZC
  • P2 is the point of point contact type connection point between the force sensor 18 and the support plate 14
  • P3 is the upper longitudinal end of the spring 7 opposite that on the side of the force sensor 18.
  • the Z axis along which it is desired to apply the compressive force to the cell passes through the points PI and P2.
  • the position of point P3 in the XY plane is advantageously adjustable to align it with points PI and P2.
  • the positioning of the cell between the compression plates 10, 12 is such that it ensures that the nominal thickness section is centered on the point PI.
  • the centering of the cell is simplified and the entire section of nominal thickness is characterized.
  • the frame 102 comprises a recess 130 and a projecting element 132 of small thickness and the lower compression plate 110 comprises a thick central part, the upper face of which forms the compression zone which is bordered at the level of its upper face. by a plate forming the measurement zone.
  • the external dimensions of the recess and the external dimensions of the external compression plate are chosen to avoid any contact in the event of significant deformation of the frame.
  • FIG 4 one can see another embodiment of a frame and a lower compression plate in which the frame 02 and the lower compression plate 210 are made in one piece, for example by machining.
  • the frame comprises a recess 230 and a projecting element 232 carrying at its free end a compression zone, the surface of which advantageously corresponds to the smallest zone to which it is desired to apply pressure.
  • FIG. 5 one can see an enlarged view of a mobile assembly according to another exemplary embodiment in which the homogenization plate is structured so as to ensure homogenization of the stress applied in the support plate and in the pressure plate. Superior compression while having reduced thickness.
  • the homogenization plate 20 comprises on its face in contact with the support plate 14, a projecting ring 21 from the surface forming an annular support against the support plate 14, which limits the deformation of the lower compression plate.
  • a ring with an outer radius of 15 mm makes it possible to minimize this deformation.
  • the deviation from the flatness of the support surface with the cell reaches 220 nm. This deviation increases to 400nm if the outer radius of the ring is 14 mm or 16mm for example.
  • the value of 15mm is therefore particularly advantageous for the contact surface of 32x32mm.
  • a ring having an inner radius close to the outer radius for example equal to 14mm for an outer radius of 15 mm, makes it possible to limit the flatness defects of the ring itself, for example if it is produced by turning. .
  • the ring can be replaced by three contact points distributed regularly around the Z axis.
  • the lower face of the force sensor 18 bears against the homogenization plate by an annular bearing face 23.
  • the pressure application zone is at most equal to the section of the object to be characterized having a substantially constant thickness, ie in the case of a cell it is the section of surface equal to that of the positive electrode.
  • the characterization bench is particularly suitable for measuring the swelling / deflation of cells under load.
  • the bench advantageously comprises means for electrically connecting the cell to a generator / to a load according to the measurement made.
  • the bench can be placed in a thermally stable environment in order to achieve good reproducibility of the measurements.
  • the characterization bench can be placed in a temperature-regulated enclosure, in which the bench would be protected from air flows and sources of thermal radiation. It is then possible to achieve a reproducibility of the displacement measurements better than +/- 50 nm with the bench according to the invention.
  • FIG. 8 one can see another embodiment of a characterization bench which differs from the bench of FIG. 1 in particular by its means of applying a force 305.
  • the bench comprises a frame 302, two uprights 306 on either side of the force application zone and each formed by a pair of flanges arranged at a distance from each other.
  • the bench comprises a lower compression plate 310 resting on a pedestal 332 surrounded by a recess 330 made in the frame 302, and an upper compression plate 312.
  • Displacement sensors 316 are carried by the support plate 314 and are intended to be in contact with the ZM measurement zone.
  • the compression means 305 are carried by the uprights 306. They comprise an electric gear motor 334 whose output shaft is in direct engagement with a winding drum 336, a pulley 338 carried by a first end of a first lever 340 which is articulated by a second end to a pair of flanges around a horizontal axis, a cable 341 wound on the drum 336 and the pulley 338, a second lever 342 articulated in rotation on the other pair of flanges around a horizontal axis and connected to the first lever 340 by a link 343.
  • the single hoist illustrated in FIG. 8 can be replaced by a multiple hoist by adding pulleys on the axis of the lever and on an axis integral with the frame, in order to to further multiply the compression force obtained for a given engine torque.
  • the force sensor 318 is fixed on the second lever 342 oriented towards the area of application of the force.
  • a compression rod 344 is interposed between the force sensor 318 and the support plate 314 and transmits the force to the second compression plate.
  • the force is transmitted between the means 305 and the force application zone by two point or quasi-point contacts.
  • the compression rod 344 is in point contact by its first end with the force sensor 318 and by its second end with the support plate 314.
  • the support plate 314 comprises a hemispherical element in support. against a flat end of the compression rod 344 and the hemispherical end of the force sensor 318 bears against the other flat end of the compression rod 344.
  • Activation of geared motor 334 changes the position of the first and second lever relative to each other, changing the force applied.
  • the means of applying force 305 using a multiple 6-fall hoist can allow the force to be amplified by a factor of 100.
  • the flexibility of the system as a whole then allows a motor fitted with a reduction gear allowing 6000 step / revolution regulates the force applied to within IN.
  • the geared motor can be controlled to modify the force applied according to the swelling, and thus keep the compressive force constant or vary the compressive force.
  • the means 305 have the advantage of storing a low energy relative to the spring, the risks of ejection of the moving assembly are therefore reduced.
  • the centering rods 324 can be chosen to be thin since they only have a centering role.
  • the compression rod has a variable length, for this it can comprise two parts linked to each other by screwing, which allows its easy removal and freeing a great height between the means 305 and the movable gear, allowing access to the lower compression plate and displacement sensors, and easy removal of the lower compression plate and displacement sensors.
  • the force sensor is arranged between the support plate and the compression rod.
  • the point contact type connection is then made between the sensor and the support plate.
  • the other end of the compression rod is for example provided with a point which is placed in a conical cavity in order to center it on the Z axis. A point contact type connection is thus obtained.
  • the system ensures almost punctual support of the compression rod on the lever in order to cancel the swivel forces.
  • springs are provided to keep the levers in the high position allowing easy removal of the compression rod and therefore the lower compression plate.
  • two displacement sensors are used. They are arranged symmetrically with respect to the center of gravity of the compression zone and the average of the measurements of the two sensors is used.
  • the cell is positioned on the lower compression plate 10 as explained above, i.e. by aligning the nominal thickness section with the compression zone ZC.
  • the mobile assembly is locked in a high position to allow the installation of the lower compression plate 10.
  • the lower compression plate is then positioned on the protruding member 32 of the frame.
  • Means for example centering studs, fix the position of the lower compression plate in a given position in the XY plane with respect to the frame.
  • the moving assembly has been positioned beforehand with respect to the frame by means of the rods 24 and the rings 28. Then the rings 28 are removed. Point P2 and point PI are aligned.
  • the moving assembly is released from its high position and the upper compression plate comes into contact with the airframe.
  • the force fixed by the spring is applied to the cell. This force is measured by the force sensor 18 taking into account the weight of the moving equipment.
  • the displacement means measure the displacement between the mobile assembly 4 and the measurement zone ZM of the lower compression plate 10, which is the image of the inflation or deflation of the cell under a given stress.
  • the characterization bench is particularly suited to the study of battery cells, in particular negative electrodes of lithium-ion cells comprising silicon.
  • the bench makes it possible to apply a uniform pressure on a surface of a single pair of electrodes on a surface representative of reality, for example a surface of 10cm 2 .
  • a uniform electrochemical and mechanical state is obtained throughout the cell, which makes it possible to acquire very precise data which can be used for modeling the electrode material at the electrode scale.
  • the bench makes it possible to apply pressures up to lOMPa making it possible to study the whole range of pressures encountered in the cells up to stresses damaging to the cell, which also makes it possible to acquire data useful for studies of safety on the behavior of cells subjected to accidental stresses.
  • the bench can achieve an accuracy of +/- 50nm in the direction of the thickness of the electrode which is the direction of application of the force, allows to measure within 1% the variations in thickness of the electrodes common (typical thickness variations are 5-10pm) for graphite-silicon materials in common thicknesses.
  • the motorized characterization bench such as that of FIG. 8 makes it possible to simulate the behavior of the electrode in a cell or pack packaging having arbitrary mechanical characteristics.
  • the applied force is slaved to the thickness measured via a preprogrammed function.
  • the compression zone is configured to apply a compressive force to the section of nominal thickness of the cell, ie its section of greater thickness, since this is the part of the cell that is desired. characterize. It will be understood that the part to be characterized of an object is not necessarily that of greater thickness, it could be the part of less thickness.
  • the area of the compression zone is chosen to be less than or equal to the part of the object that it is desired to characterize. This bench can for example be used to characterize the crushing under stress of porous materials in thin layers, for example implemented in PEMFC fuel cell cells.
  • the bench makes it possible to measure the mechanical characteristics of the various elements of the cell, in particular the Young's modulus. For this, different levels of force are applied to the elements to be tested, for example to the complete cell or to the separate elements of the cell, and the displacement generated under the effect of this force is measured.
  • the displacement / pressure curve constitutes a constitutive law of the measured object.
  • the measurement is dynamic.
  • the displacement is not instantaneous. It stabilizes after several tens of minutes to several hours after a change in applied force.

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Abstract

Banc de caractérisation mécanique d'une cellule de batterie par application d'une force de compression comportant un bâti (2) portant une première plaque de compression (10), un équipage mobile (4) portant une deuxième plaque de compression en regard de la première face de compression, un ressort de compression (7) pour appliquer une force de compression à la cellule entre les première et deuxième plaques de compression, un capteur de force (18) interposé entre l'équipage mobile (4) et le ressort, des capteurs de déplacement (16) mesurant le déplacement entre les première et deuxième plaques de compression. La première plaque de compression comporte une zone de compression (ZC) en saillie dont la surface est égale à une partie d'intérêt de la cellule et le bâti (2) comporte un évidement (30) entourant dans le bâti une zone de bâti de plus grande épaisseur formant un piédestal (32) supportant la première plaque de compression (10).

Description

BANC DE CARACTERISATION MECANIQUE D'OBJETS MINCES
DESCRIPTION
DOMAINE TECHNIQUE ET ÉTAT DE LA TECHNIQUE ANTÉRIEURE
La présente invention se rapporte à un banc de caractérisation mécanique d'objets minces, en particulier à un banc de caractérisation des propriétés mécaniques des cellules de batteries et plus particulièrement des électrodes négatives des batteries électriques, par exemple pour caractériser leur gonflement/dégonflement sous charge et décharge électrique.
Les électrodes négatives des batteries au Lithium-Ion à base de graphite et silicium connaissent une variation d'épaisseur très importante, de l'ordre d'au moins 10% de l'épaisseur, lors de la charge (gonflement) et de la décharge (dégonflement). Le premier cycle de « formation » de la cellule voit un gonflement du même ordre de grandeur. Par exemple, dans le cas d'une électrode en silicium, l'épaisseur de l'électrode augmente de 20% lors de la formation, puis dégonfle de 10% lors de la première décharge et gagne environ 10% d'épaisseur à la charge suivante.
Des électrodes négatives contenant du silicium peuvent être utilisées dans les batteries au Lithium-Ion. Or le gonflement du silicium pose plusieurs types de problèmes dont :
- un vieillissement accéléré dû à une sorte de fatigue mécanique de l'électrode,
- un risque de défaillance prématurée, potentiellement par court-circuit interne pouvant résulter d'un écrasement et rupture du séparateur,
- des problèmes de conception de l'emballage de la cellule et du pack de batterie. En effet, une certaine souplesse de l'emballage est à prévoir et les variations de volume sont à prendre en compte dans la conception de l'emballage.
Il est donc souhaitable de pouvoir caractériser de manière précise le gonflement des électrodes, et plus généralement de la cellule et de la dépendance de ce gonflement au niveau de charge et aux efforts appliqués, afin de pouvoir optimiser les matériaux et la conception des cellules et des emballages de batterie.
Un banc de caractérisation est décrit dans le document « Effects of physical constraints on Li cyclability », D.P. Willkinson et Al, Journal of Power Sources, 36(1991) 517-527. Il comporte un bâti, deux montants supportant une presse, un capteur de pression, un capteur de déplacement et un logement pour la cellule dans lequel la presse lui applique un effort vertical. Lors de l'application de l'effort vertical sur la cellule, le bâti se déforme. En outre l'effort est appliqué à toute la cellule et non uniquement aux électrodes. Il en résulte l'application d'une pression inhomogène sur la cellule. Les mesures sont alors peu précises. De plus, les mesures obtenues ne sont pas caractéristiques uniquement du gonflement de l'électrode négative.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
C'est par conséquent un but de la présente invention d'offrir un banc de caractérisation mécanique d'objets minces fiable et précis, par exemple permettant une mesure précise de la variation d'épaisseur sous contrainte d'objets minces, par exemple de cellules de batterie.
Le but énoncé ci-dessus est atteint par un banc de caractérisation mécanique d'objets minces comportant un bâti, un équipage mobile, des moyens d'application d'un effort par l'intermédiaire de l'équipage mobile, les moyens d'application étant montés sur des montants fixés au bâti, au moins un capteur de force, au moins un capteur de déplacement pour mesurer la variation d'épaisseur de l'objet mince et une face de compression, qui avec l'équipage mobile applique l'effort de compression à l'objet mince. La face de compression est supportée par le bâti et est conçu avec le bâti pour isoler la face de compression de la déformation du bâti résultant de l'action des montants sur le bâti lors de l'application d'un effort de compression. Ainsi les mesures faites par le capteur de déplacement ne sont pas faussées par la déformation du bâti due à l'action des montants.
Avantageusement un évidement est formé dans le bâti autour de la zone où se situe la face de compression, cette zone est relativement épaisse, ce qui permet d'homogénéiser la pression appliquée à l'objet, et évite de transmettre la déformation parasite du bâti à la face de compression.
De préférence, la face de compression comporte une partie centrale en saillie délimitant une zone d'application de pression de surface déterminée. La partie centrale présente une surface inférieure ou égale à la zone de l'objet que l'on souhaite caractériser. Grâce à la mise en œuvre de la partie centrale en saillie, l'uniformité de la pression appliquée sur la cellule est deux fois meilleure, pour la même précision de positionnement de la cellule dans le banc de test, qu'en l'absence de la partie centrale en saillie.
Avantageusement la force de compression est transmise des moyens d'application de la force à la zone d'application de la force par au moins une liaison de type contact ponctuel, ce qui permet de réduire le rotulage.
Dans un exemple de réalisation, les moyens d'application d'un effort vertical comportent au moins un ressort de compression.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens d'application d'un effort vertical comportent un motoréducteur électrique, des poulies, au moins un câble et des leviers.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens d'application de l'effort vertical comportent un vérin hydraulique ou pneumatique.
Dans un autre exemple de réalisation, les moyens d'application de l'effort vertical comportent un vérin mécanique à vis.
La présente invention a alors pour objet un banc de caractérisation mécanique d'un objet fin par application d'une force de compression selon un axe de compression donné comportant :
- un bâti,
- une première face de compression,
- un équipage mobile qui est mobile le long de l'axe de compression par rapport au bâti et portant une deuxième face de compression en regard de la première face de compression
- des montants fixés au bâti, - des moyens d'application d'une force selon l'axe de compression et d'intensité déterminée à l'objet destiné à être situé entre les première et deuxième faces de compression, ladite force étant orthogonale aux première et deuxième faces de compression, les moyens d'application étant fixés auxdits montants,
- au moins un capteur de force interposé entre l'équipage mobile et les moyens d'application d'une force,
- au moins un capteur de déplacement disposé de sorte à mesurer le déplacement entre les première et deuxième faces de compression dans la direction de l'axe de compression.
En outre, au moins l'une des première et deuxième faces de compression comporte une zone de compression en saillie dont la surface est inférieure ou égale à une partie d'intérêt de l'objet, et le bâti comporte un évidement entourant dans le bâti une zone de bâti de plus grande épaisseur formant un piédestal supportant la première face de compression.
De préférence, la zone de compression a une surface égale à la surface de la partie d'intérêt de l'objet.
Par exemple, la première face de compression est portée par une première plaque de compression comportant la zone de compression et une zone de mesure entourant la zone de compression, et au moins un capteur de déplacement est porté par l'équipage mobile et vient en contact avec la zone de mesure.
Le banc peut comporter par exemple trois capteurs de déplacement répartis autour de l'axe de compression et des moyens configurés pour comparer leurs mesures et détecter un défaut de planéité.
Le piédestal a avantageusement une section transversale de surface égale à celle de la zone compression.
De préférence, le piédestal présente une hauteur et/ou l'évidement présente une largeur telles que la première plaque de compression n'est pas en contact avec le bâti en dehors du piédestal.
De préférence, la force de compression est transmise des moyens d'application d'une force aux première et deuxième faces de compression par au moins une liaison de type contact ponctuel. Par exemple, le capteur de force est relié aux moyens d'application de force par une liaison de type contact ponctuel.
Par exemple, l'équipage mobile comporte une plaque support de la deuxième face de compression, et le capteur de force est lié à la plaque support par un appui plan, avantageusement un appui plan annulaire.
L'équipage mobile comporte avantageusement une plaque d'homogénéisation des contraintes interposée entre le capteur de force et la plaque support.
De manière avantageuse, les moyens d'application d'une force comportent des moyens pour modifier l'intensité de la force appliquée.
Dans un exemple de réalisation, les moyens d'application d'une force comportent au moins un ressort hélicoïdal d'axe longitudinal aligné ou sensiblement aligné avec la droite passant par le centre de la liaison de type contact ponctuel et le centre de gravité de la zone de compression.
Le banc de caractérisation comporte avantageusement des moyens pour régler l'orientation de la direction de la force appliquée par le ressort hélicoïdal, de sorte à aligner la direction avec la droite passant par le centre de la liaison de type contact ponctuel et le centre de gravité de la zone de compression.
Dans un exemple de réalisation, les moyens d'application d'une force comportent un motoréducteur pas à pas, au moins une première poulie en prise directe avec l'arbre de sortie du motoréducteur, une deuxième poulie, un câble entre les première et deuxième poulies, au moins un premier levier portant la deuxième poulie, un deuxième levier articulé sur le premier levier, et une tige de compression est prévue entre le deuxième levier et la deuxième face de compression.
Le capteur de force peut être disposé entre le deuxième levier et la tige de compression.
De préférence, la transmission de la force entre les moyens d'application de la force et la deuxième face de compression a lieu à travers deux liaisons de type contact ponctuel. La tige de compression est avantageusement en contact ponctuel avec le deuxième levier et le capteur de force.
Le banc de caractérisation peut comporter des moyens d'alignement des première et deuxième faces de compression.
La présente invention a également pour objet une méthode de caractérisation d'un objet fin mettant en œuvre un banc de caractérisation selon l'invention, comportant :
- la mise en place de l'objet sur la première face de compression de sorte à aligner la partie d'intérêt avec la zone de compression,
- l'application de la deuxième face de compression sur l'objet,
- la mesure du déplacement entre les deux faces de compression en fonction d'un effort de compression appliqué.
Dans un exemple de réalisation, un stimulus est appliqué de sorte à provoquer une modification du volume de l'objet au cours de la mesure.
Par exemple, l'objet fin est une cellule électrochimique de batterie dont la partie d'intérêt est la partie comportant l'empilement formé par l'électrode positive, le séparateur, l'électrode négative et un emballage autour de l'empilement, la méthode comportant, lors des mesures, une étape d'application d'un cycle de charge et/ou de décharge électrique.
BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS
La présente invention sera mieux comprise sur la base de la description qui va suivre et des dessins en annexe sur lesquels:
La figure 1 est une représentation schématique d'un exemple de réalisation d'un banc de caractérisation mécanique d'un objet mince
La figure 2 est une vue de détail du bâti du banc de la figure 1 au niveau de la zone d'application de la force,
La figure 3 est une vue de détail du bâti d'un autre exemple de banc de caractérisation au niveau de la zone d'application de la force, La figure 4 est une vue de détail du bâti d'un autre exemple de banc de caractérisation au niveau de la zone d'application de la force,
La figure 5 est une vue de détail de l'équipage mobile du banc de la figure 1,
La figure 6 est une représentation schématique d'une cellule que l'on souhaite caractériser avec le banc,
La figure 7 est une représentation schématique d'une méthode de centrage de la cellule sur la première plaque de compression,
La figure 8 est une représentation schématique d'un autre exemple de banc de caractérisation mécanique.
EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS
Le banc de caractérisation mécanique selon l'invention va être décrit plus particulièrement pour la mesure du gonflement sous contrainte de cellules pour batterie, plus particulièrement des électrodes négatives. Mais il sera compris que le banc de caractérisation sous contrainte s'applique à tout autre objet mince et pour caractériser d'autres propriétés du l'objet par exemple le module d'Young.
On entend par « objet mince » un objet s'étendant principalement dans un plan et dont les dimensions les plus importantes sont dans ce plan. L'objet peut comporter un seul élément ou couche, ou d'un empilement de plusieurs éléments ou de plusieurs couches de nature identique, similaire ou différente. Un ou plusieurs de ces éléments peuvent réagir à un stimulus ou plusieurs stimuli et modifier le volume de l'objet dans une direction transversale au plan de l'empilement. Le banc permet de suivre cette variation de volume.
Sur la figure 6, on peut voir une représentation schématique d'une cellule qui est un objet mince adapté à une caractérisation par le banc selon l'invention. Elle comporte une électrode positive Ep, une électrode négative En, un séparateur S et l'emballage EB entourant les électrodes séparées par le séparateur.
On désignera par « épaisseur nominale » No l'épaisseur de l'empilement formé par l'électrode positive, l'électrode négative, le séparateur et l'emballage. La section d'épaisseur nominale est la partie de la cellule présentant l'épaisseur nominale. Elle présente une surface égale à celle de l'élément de la cellule présentant la plus petite surface, généralement il s'agit de la surface de l'électrode positive de façon à garantir le bon fonctionnement électrochimique.
Dans le cas de cellules électrochimiques, on cherche à caractériser la section d'épaisseur nominale de manière fiable et précise.
Dans le cas d'une cellule de batterie, le stimulus est la charge et/ou décharge électrique.
Sur la figure 1, on peut voir une représentation schématique d'un exemple de réalisation de banc de caractérisation selon l'invention.
Le banc de caractérisation comporte un bâti 2 formant une base pour le banc, un équipage mobile 4 monté mobile en translation dans la direction verticale Z, et des moyens 5 pour appliquer un effort selon la direction verticale Z. Les directions X et Y sont des directions orthogonales à l'axe Z. le bâti a la forme d'une plaque épaisse.
Les moyens 5 pour appliquer un effort selon la direction verticale Z sont montés sur deux montants 6 fixés chacun par une extrémité dans le bâti 2. Les montants 6 permettent d'assurer une orientation acceptable de la force appliquée selon la direction souhaitée, i.e. la direction Z, et permettent de réduire les forces et moments parasites sur l'équipage mobile et donc sur la cellule à tester.
Dans cet exemple, les moyens d'application de la force comportent un ressort hélicoïdal 7 maintenu en compression, le ressort étant coaxial à l'axe Z. De préférence, les moyens d'application de la force permettent de modifier l'intensité de la force appliquée. Dans l'exemple représenté, le ressort 7 est en appui par ses extrémités longitudinales entre deux traverses 9 perpendiculaires à la direction Z et fixés aux montants 6 et dont la distance relative dans la direction verticale est réglable, permettant de modifier la compression du ressort 7 et donc l'effort appliqué à la cellule. De préférence, les moyens de compression sont capables d'appliquer une force de 10 kN sur 10 cm2, i.e. 10 MPa.
De manière avantageuse les traverses 9 comportent chacune un siège 9.1, 9.2 logeant respectivement l'extrémité longitudinale supérieure et l'extrémité longitudinale inférieure du ressort 7 et fixant l'alignement de son axe avec l'axe Z le long duquel la force est à appliquer.
De manière avantageuse, des moyens peuvent être prévus pour régler l'alignement de l'axe du ressort avec l'axe Z. Par exemple le siège 9.1 de la traverse supérieure 9 peut présenter plusieurs positions dans une direction perpendiculaire à l'axe Z pour régler l'alignement du ressort à l'axe Z.
Le banc comporte une zone d'application de contrainte 8 configurée pour recevoir l'objet mince, par exemple une cellule C de batterie, et lui appliquer une compression. A des fins de simplicité, l'objet mince sera désigné par « cellule ».
La zone d'application de contrainte comporte une plaque de compression inférieure 10 et une plaque de compression supérieure 12.
La plaque de compression inférieure 10 repose sur le châssis et est fixe le long de la direction verticale et dans le plan XY. La plaque de compression 10 inférieure comporte une zone de compression ZC qui se situe au centre de la plaque et une zone de mesure ZM entourant la zone de compression ZC. Le ou les capteurs de déplacement décrits ci-dessous sont en contact avec la zone de mesure.
La plaque de compression supérieure 12 est portée par l'équipage mobile de sorte à être au droit verticalement de la plaque de compression inférieure 10.
De préférence, la plaque de compression inférieure 10 est en matériau dur, par exemple en un matériau ayant un module de Young supérieur à 160GPa, par exemple en un acier évitant l'écrasement par la pression.
De préférence, la plaque de compression supérieure 12 est également en matériau dur, par exemple présentant un module de Young supérieur à 160 GPa, par exemple elle est réalisée en acier.
Les plaques de compression inférieure et supérieure présentent une certaine planéité pour assurer l'application homogène des contraintes au sein de la cellule, par exemple les faces des plaques de compression sont rectifiées présentant avantageusement un écart de planéité inférieur à 1 pm.
Il est possible de réduire le nombre de pièces, notamment en réunissant les fonctions des plaques de compression avec les pièces adjacentes. Néanmoins la mise en œuvre de pièces séparées offre les avantages de pouvoir les remplacer en cas de défaut et de changer la géométrie en fonction des objets à tester.
L'équipage mobile comporte une plaque support 14 sur laquelle est fixée la plaque de compression supérieure 12, par exemple au moyen de vis, au moins un capteur de déplacement 16 destiné à mesurer le déplacement selon Z entre la plaque de compression inférieure 10 et la plaque de compression supérieure 12. Dans l'exemple représenté et de manière avantageuse, trois capteurs de déplacement 16 répartis autour de l'axe Z sont mis en œuvre. Le ou les capteurs de déplacement 16 comporte(nt) un corps fixé sur la plaque support et un doigt sensible au déplacement en contact avec la zone de mesure ZM de la plaque de compression inférieure 10. De préférence, le ou les capteurs de déplacement est ou sont un ou des capteurs électriques passifs de déplacements linéaires ou LVDT (Linear Variable Differential Transformer en terminologie anglo-saxonne). En variante, il peut s'agir d'un ou de capteurs capacitifs. Plusieurs capteurs de déplacement sont avantageusement mis en œuvre, ce qui permet de détecter les défauts de planéité lors de la compression, i.e. par exemple une mise en biais de l'équipage mobile.
Dans l'exemple représenté, les corps des capteur(s) de déplacement sont fixés à la plaque et les doigts traversent la plaque support par des passages traversants verticaux ménagés dans celle-ci. La section des passages est suffisante pour éviter toute interaction entre les capteurs et la plaque support 14, notamment dans le cas où le capteur est équipé d'un soufflet, par exemple lors que le capteur est un capteur électrique passif de déplacements linéaires ou LVDT (Linear Variable Differential Transformer en terminologie anglo-saxonne), permettent d'éviter un contact entre les soufflets et la plaque 14.
Par exemple, lorsque l'on caractérise des cellules de batterie, on choisit de préférence des capteurs de déplacement ayant des spécifications de reproductibilité des mesures au maximum de 150 nm et une course de 2 mm.
Le banc comporte également un capteur de force 18 interposé entre l'équipage mobile et les moyens d'application d'un effort 5. Le capteur d'effort 18 est aligné avec l'axe Z le long duquel l'effort est appliqué. Le capteur d'effort 18 mesure l'effort appliqué sur la cellule. Il est à noter que le poids de l'équipage mobile (plaque support, plaque de compression supérieure, capteur(s) de déplacement et éventuellement plaque d'homogénéisation) est à prendre en compte pour corriger la force mesurée par le capteur 18.
A titre d'exemple, le capteur de force peut être un capteur utilisant une pièce déformable élastiquement et comportant des jauges de déformation, de préférence des capteurs à quatre jauges organisées en « pont complet » et calibrées en température afin de garantir une mesure précise et sans dérive dans le temps, qui ne nécessite donc pas de calibration périodique. A titre d'exemple uniquement on peut utiliser un capteur de déplacement D-Mesure®, modèle K450H-10kN.
Dans l'exemple représenté, l'équipage mobile comporte également avantageusement une plaque d'homogénéisation 20 assurant la planéité de la surface de compression en présence de la force du ressort en homogénéisant les contraintes dans la plaque support 14. La plaque d'homogénéisation 20 est réalisée de préférence en matériau dur, de préférence ayant un module d'Young supérieur à 160 GPa, par exemple en acier et a une épaisseur d'au moins 20 mm. Cette plaque d'homogénéisation 20 est de préférence mise en œuvre lorsque la plaque support 14 présente une épaisseur faible n'assurant pas directement l'homogénéisation des contraintes en son sein.
Le capteur d'effort 18, la plaque d'homogénéisation 20 et la plaque support présentent avantageusement une position relative fixe dans une direction transversale à l'axe Z pour assurer à la fois l'absence de force de cisaillement sur la cellule et le centrage du point d'application de la force sur le centre de gravité de la surface de la cellule, permettant l'obtention d'une pression uniforme sur la surface de la cellule.
Par exemple, notamment lorsqu'un capteur D-Mesure® est utilisé, la plaque d'homogénéisation comporte dans sa face supérieure une empreinte (non représentée) pour loger le fond du capteur de force et l'immobiliser transversalement, et la plaque d'homogénéisation et la plaque support sont fixées l'une à l'autre par des vis. Des moyens de fixation, par exemple des vis peuvent être mis en œuvre entre le capteur de force 18 et la plaque d'homogénéisation 20 ou entre le capteur de force 18 et la plaque support 14 lorsqu'aucune plaque d'homogénéisation n'est mise en œuvre. De préférence, la liaison entre les moyens d'application d'un effort 5 et l'équipage mobile 4 comporte au moins une liaison de type contact ponctuel de direction l'axe Z d'application de la force. Dans l'exemple représenté la liaison de type contact ponctuel est de centre P2 (point de contact entre les moyens d'application de la force et le capteur de contact) et. Une telle liaison permet de transmettre uniquement un effort selon Z sans moment, ni autre effort.
Dans l'exemple représenté, la liaison de type contact ponctuel est réalisée directement par le contact entre une forme hémisphérique du capteur de force 18 et la face plane du siège 9.2 de l'extrémité longitudinale inférieure du ressort.
Nous allons maintenant décrire en détail la zone d'application de contrainte 8. Sur la figure 2, on peut voir une vue agrandie du banc de la figure 1 au niveau de la zone d'application de la force 8.
La plaque de compression inférieure 10 comporte une zone de compression ZC en saillie du reste de la face supérieure de la plaque, notamment de la zone de mesure ZM. La surface de la zone de compression ZC est de préférence inférieure ou égale à la surface de la section d'épaisseur nominale de la cellule. Ainsi, lors de la mesure, la section en compression comporte sur toute sa surface les deux électrodes. De préférence, la hauteur de la saillie est choisie afin de ne pas comprimer des pattes d'alimentation ou tout autre élément sortant latéralement des électrodes.
En utilisant une zone de compression présentant la surface au plus égale à la surface de la section d'épaisseur nominale à +/- 2 mm, i.e. et en centrant cette zone sur la section d'épaisseur nominale qui est d'épaisseur constante, la pression appliquée à la cellule est homogène et les mesures réalisées sont fiables. En effet, il peut être démontré par le calcul qu'un désalignement entre le centre de gravité de la surface d'application de pression et la section de l'objet présentant l'épaisseur nominale, provoque l'application d'une pression inhomogène au sein de la cellule.
En variante la zone de compression en saillie peut être réalisée sur la plaque supérieure, voire à la fois sur la plaque supérieure et sur la plaque inférieure.
En outre, en variante également les capteurs de déplacement peuvent être fixés sur la plaque inférieure et palper la position de la plaque supérieure. De préférence, la plaque de compression inférieure 10 comporte des moyens pour centrer la cellule sur la zone de compression, i.e. centrer la section d'épaisseur nominale sur la zone de compression ZC. Dans cet exemple les moyens de centrage comportent quatre trous aux sommets de la zone de compression ZC permettant de centrer visuellement la section d'épaisseur nominale, qui correspond à la surface de l'électrode de plus petite surface. Sur la figure 7, on peut voir schématisé la mise en œuvre de ces moyens de centrage. Les coins de l'électrode de plus petite surface sont repérés, par exemple, en marquant au feutre les coins de l'électrode négative de la cellule par des flèches pointant vers chaque coin, partant de l'extérieur.
L'opérateur place la plaque compression inférieure à l'envers par-dessus la cellule à tester, la zone de compression en regard de la face de la cellule portant les flèches. Il aligne la plaque de sorte à aligner les flèches vers le côté intérieur des trous de la plaque de compression inférieure. La plaque de compression inférieure est mise en appui contre la cellule qui est ensuite avantageusement fixée à la plaque de compression inférieure 10 par exemple avec un adhésif.
En variante, la cellule peut être positionnée précisément et fixée sur la partie de compression de l'ensemble de compression supérieur et ensuite être positionné sur l'équipage mobile en regard de l'ensemble de compression supérieur.
La mise en place et la fixation en position de la cellule sur la plaque de compression avec de l'adhésif est facilitée si la plaque sur laquelle la cellule est fixée est celle qui ne porte pas les capteurs.
De préférence, la plaque de compression inférieure 10 et/ou le bâti 2 comportent des moyens pour centrer la plaque de compression inférieure 10 par rapport à l'axe Z.
Le bâti comporte dans sa face supérieure un évidement 30 entourant un élément en saillie 32, formant un piédestal sur lequel repose la plaque de compression inférieure 10. Le bâti se déforme sous l'effet des forces de traction latérales des deux montants et de la pression centrale de la cellule. La mise en œuvre d'un élément 32 en saillie sur lequel repose la cellule et par lequel est appliquée la pression à la cellule permet d'uniformiser les pressions appliquées à la plaque de compression inférieure 10. De préférence, la profondeur de l'évidement 30 est supérieure ou égale à la largeur de la surface d'application de la force de compression, ainsi la déformation de la surface d'application de la force de compression diminue fortement. Par exemple, la déformation de la surface de contact avec la cellule sous l'effet de la traction des deux montants devient inférieure à 300nm sous une force de lOkN dès que la profondeur de l'évidement dépasse 30mm pour une surface d'application de la force carrée de 32mm de côté.
De préférence, la hauteur de l'élément en saillie 32 est telle que la plaque de compression inférieure est située au-dessus de la face supérieure du bâti, de sorte à limiter, de préférence éviter, toute interférence mécanique entre les bords de la plaque de compression inférieure 10 et la face supérieure du bâti, ce qui réduit les risques de fausser les mesures de capteurs de déplacement.
L'évidement 30 entoure de manière continue l'élément en saillie 32. Dans cet exemple l'élément en saillie 32 présente une forme correspondante à la zone de compression. Dans l'exemple représenté, l'élément en saillie a une forme rectangulaire voire carrée correspondant à celle de zone de compression ZC et sa surface est inférieure ou égale et avantageusement égale à la surface de la zone de compression ZC
De préférence, les risques d'interférence mécanique entre les bords de la plaque de compression inférieure 10 et les bords de l'évidement 30 sont réduits soit en utilisant des dimensions extérieures de l'évidement 30 plus grandes que les dimensions extérieures de la plaque de compression, soit en utilisant un plot central 32 qui surélève la plaque de compression suffisamment pour éviter tout contact avec la plaque de compression y compris lorsque la force maximal prévue pour le banc est appliquée. En général une surélévation de 1mm est suffisante, selon la forme précise du support 2, un calcul de déformation mécanique permet de déterminer la surélévation minimale nécessaire.
De préférence, le banc comporte des moyens de positionnement 22 permettant de fixer la position de l'équipage mobile, en particulier la plaque de compression supérieure 12, dans le plan XY par rapport au bâti, et ainsi à assurer l'alignement des points PI, P2, P3. En fixant la position de la plaque de compression inférieure 10 par rapport au bâti dans le plan XY et en fixant la position de la plaque de compression supérieure 12 dans le plan XY par rapport au bâti, on peut assurer l'alignement des plaques de compression et assurer l'application d'une pression homogène dans la section d'épaisseur nominale de la cellule.
Dans l'exemple représenté, les moyens de positionnement 22 comportent au moins deux tiges 24 fixées au bâti et s'étendant verticalement, coopérant avec deux trous traversants 26 dans la plaque support 14, de diamètre supérieur au diamètre des tiges 24 et deux bagues de centrage 28 utilisées pour le positionnement de l'équipage mobile. Les bagues de centrage 28 sont de préférence retirées lors des mesures pour éviter tout coincement de la plaque support 14 sur les tiges 24. Les bagues de centrage 28 comportent un diamètre intérieur très légèrement supérieur à celui des tiges 24, une portion axiale 28.1 dont le diamètre extérieur est légèrement inférieur à celui des trous 26 et une portion axiale 28.2 de diamètre plus grand de sorte à ménager un épaulement 28.3 destiné à venir en appui sur la face supérieure de la plaque support 14. Les tiges 24 évitent l'éjection accidentelle de l'équipage mobile. Les bagues de centrage 28 permettent de positionner précisément l'équipage mobile et en particulier d'aligner selon l'axe Z les point PI et P2 avec le centre de la plaque de compression inférieure 10.
Le banc est tel que les points PI, P2 et P3 représentés sur la figure 1 sont alignés sur l'axe Z, le long duquel la force de compression est appliquée.
PI est le centre de gravité de la zone de compression ZC, P2 est le point de liaison de type contact ponctuel entre le capteur de force 18 et la plaque support 14 et P3 est l'extrémité longitudinale supérieure du ressort 7 opposée celle du côté du capteur de force 18. L'axe Z le long duquel on souhaite appliquer la force de compression à la cellule passe par les points PI et P2. Comme décrit ci-dessus, la position du point P3 dans le plan XY est avantageusement réglable pour l'aligner avec les points PI et P2.
Par ailleurs, la mise en place de la cellule entre les plaques de compression 10, 12 est telle qu'elle assure que la section d'épaisseur nominale est centrée sur le point PI. Avantageusement en choisissant une zone de compression ZC ayant la surface de la section d'épaisseur nominale le centrage de la cellule est simplifié et toute la section d'épaisseur nominale est caractérisée.
Sur la figure 3, on peut voir un autre exemple de réalisation du bâti et de la plaque de compression inférieure. Dans cet exemple, le bâti 102 comporte un évidement 130 et un élément en saillie 132 de faible épaisseur et la plaque de compression inférieure 110 comporte une partie centrale épaisse dont la face supérieure forme la zone de compression qui est bordée au niveau de sa face supérieure par un plateau formant la zone de mesure. Les dimensions extérieures de l'évidement et les dimensions extérieures de la plaque de compression extérieure sont choisies pour éviter tout contact en cas de déformation importante du bâti.
Sur la figure 4, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un bâti et d'une plaque de compression inférieure dans lequel le bâti 02 et la plaque de compression inférieure 210 sont réalisés d'un seul tenant, par exemple par usinage.
Le bâti comporte un évidement 230 et un élément en saillie 232 portant à son extrémité libre une zone de compression dont la surface correspond avantageusement à la plus petite zone à laquelle on souhaite appliquer une pression.
Sur la figure 5, on peut voir une vue agrandie d'un équipage mobile selon un autre exemple de réalisation dans lequel la plaque d'homogénéisation est structurée de sorte à assurer une homogénéisation de la contrainte appliquée dans la plaque support et dans la plaque de compression supérieure tout en présentant une épaisseur réduite.
Dans cet exemple, la plaque d'homogénéisation 20 comporte sur sa face en contact avec la plaque support 14, un anneau en saillie 21 de la surface formant un appui annulaire contre la plaque support 14, qui limite la déformation de la plaque de compression inférieure. Par exemple pour une surface de pression de 32 mm x 32 mm, un anneau de rayon extérieur de 15 mm permet de minimiser cette déformation. En effet, dans ce cas, sous une force de lOkN et avec une plaque de support 14 de 10mm d'épaisseur en acier, l'écart à la planéité de la surface d'appui avec la cellule atteint 220 nm. Cet écart passe à 400nm si le rayon extérieur de l'anneau est de 14 mm ou 16mm par exemple. La valeur de 15mm est donc particulièrement avantageuse pour la surface de contact de 32x32mm. Avantageusement, un anneau présentant un rayon intérieur proche du rayon extérieur, par exemple égale à 14mm pour un rayon extérieur de 15 mm, permet de limiter les défauts de planéité de l'anneau lui-même, par exemple s'il est réalisé par tournage.
En variante, l'anneau peut être remplacé par trois points de contact répartis régulièrement autour de l'axe Z.
Dans cet exemple la face inférieure du capteur de force 18 est en appui contre la plaque d'homogénéisation par une face d'appui annulaire 23.
Dans le cas d'une caractérisation d'un objet d'épaisseur non homogène, tel que par exemple une cellule de batterie qui comporte une électrode négative et une électrode positive, l'électrode positive ayant une surface plus petite que celle de l'électrode négative, la zone d'application de la pression est au plus égale à la section de l'objet à caractériser ayant une épaisseur sensiblement constante, i.e. dans le cas d'une cellule il s'agit de la section de surface égale à celle de l'électrode positive.
Le banc de caractérisation est particulièrement adapté à la mesure du gonflement/dégonflement des cellules sous charge. Le banc comporte avantageusement des moyens pour relier électriquement la cellule à une générateur/ à une charge en fonction de la mesure faite.
Il peut également avantageusement être prévu de disposer le banc dans un environnement stable thermiquement pour atteindre une bonne reproductibilité des mesures. Le banc de caractérisation peut être disposé dans une enceinte régulée en température, dans laquelle le banc serait protégé des flux d'air et des sources de rayonnement thermique. Il est alors possible d'atteindre une reproductibilité des mesures de déplacements meilleure que +/-50 nm avec le banc selon l'invention.
Sur la figure 8, on peut voir un autre exemple de réalisation d'un banc de caractérisation qui diffère du banc de la figure 1 notamment par ses moyens d'application d'une force 305.
Dans cet exemple, le banc comporte un bâti 302, deux montants 306 de part et d'autre de la zone d'application de la force et formés chacun par une paire de flasques disposés à distance l'un de l'autre. Le banc comporte une plaque de compression inférieure 310 reposant sur un piédestal 332 entouré par un évidement 330 réalisé dans le bâti 302, et une plaque de compression supérieure 312. Des capteurs de déplacement 316 sont portés par la plaque support 314 et sont destinés à être en contact avec la zone de mesure ZM.
Les moyens de compression 305 sont portés par les montants 306. Ils comportent un motoréducteur électrique 334 dont l'arbre de sortie est en prise directe avec un tambour d'enroulement 336, une poulie 338 portée par une première extrémité d'un premier levier 340 qui est articulé par une deuxième extrémité à une paire de flasques autour d'un axe horizontal, un câble 341 enroulé sur le tambour 336 et la poulie 338, un deuxième levier 342 articulé en rotation sur l'autre paire de flasques autour d'un axe horizontal et relié au premier levier 340 par une biellette 343. En variante, le palan simple illustré sur la figure 8 peut être remplacé par un palan multiple en ajoutant des poulies sur l'axe du levier et sur un axe solidaire du bâti, afin de multiplier davantage la force de compression obtenue pour un couple moteur donné.
Le capteur de force 318 est fixé sur le deuxième levier 342 orienté en direction de la zone d'application de la force. Une tige de compression 344 est interposée entre le capteur de force 318 et la plaque support 314 et transmet la force jusqu'à la deuxième plaque de compression.
Dans l'exemple représenté et de manière très avantageuse, la force est transmise entre les moyens 305 et la zone d'application de la force par deux contacts ponctuels ou quasi-ponctuels. Dans cet exemple, la tige de compression 344 est en contact ponctuel par sa première extrémité avec le capteur de force 318 et par sa deuxième extrémité avec la plaque support 314. Dans l'exemple représenté, la plaque support 314 comporte un élément hémisphérique en appui contre une extrémité plane de la tige de compression 344 et l'extrémité hémisphérique du capteur de force 318 est en appui contre l'autre extrémité plane de la tige de compression 344.
La mise en œuvre de deux liaisons ponctuelles ou quasi-ponctuelles permet de réduire, voire supprimer les efforts de rotulage. L'activation du motoréducteur 334 modifie la position du premier et deuxième levier l'un par rapport à l'autre, modifiant la force appliquée.
Les moyens d'application de la force 305 en utilisant un palan multiple à 6 brins peuvent permettre d'amplifier la force d'un facteur 100. La souplesse du système dans son ensemble permet alors qu'un moteur muni d'un réducteur permettant 6000 pas/tour permet de réguler la force appliquée à moins de IN près.
Le motoréducteur peut être piloté pour modifier la force appliquée en fonction du gonflement, et ainsi maintenir la force de compression constante ou faire varier la force de compression.
Les moyens 305 présentent l'avantage de stocker une énergie faible relativement au ressort, les risques d'éjection de l'équipage mobile sont donc réduits. Les tiges de centrage 324 peuvent être choisies fines puisqu'elles n'ont plus qu'un rôle de centrage.
De manière avantageuse, la tige de compression présente une longueur variable, pour cela elle peut comporter deux parties liées l'une à l'autre par vissage, ce qui permet son retrait aisé et de libérer une grande hauteur entre les moyens 305 et l'équipage mobile, permettant de pouvoir accéder à la plaque de compression inférieure et aux capteurs de déplacement, et de retirer facilement la plaque de compression inférieure et les capteurs de déplacement.
En variante le capteur de force est disposé entre la plaque support et la tige de compression. La liaison de type contact ponctuel est alors réalisée entre le capteur et le plaque support. L'autre extrémité de la tige de compression est par exemple munie d'une pointe qui vient se placer dans une cavité conique afin de la centrer sur l'axe Z. Une liaison de type contact ponctuel est ainsi obtenue. Le système permet d'assurer un appui quasiment ponctuel de la tige de compression sur le levier afin d'annuler les efforts de rotulage.
De préférence des ressorts sont prévus pour maintenir les leviers en position haute permettant de retirer facilement la tige de compression et donc la plaque de compression inférieure. Dans cet exemple, deux capteurs de déplacement sont mis en œuvre. Ils sont disposés symétriquement par rapport au centre de gravité de la zone de compression et la moyenne des mesures des deux capteurs est utilisée.
Un exemple de fonctionnement du banc de caractérisation de la figure 1 pour caractériser une cellule va maintenant être décrit.
La cellule est positionnée sur la plaque de compression inférieure 10 comme cela a été expliqué ci-dessus, i.e. en alignant la section d'épaisseur nominale avec la zone de compression ZC.
L'équipage mobile est bloqué dans une position haute pour permettre la mise en place de la plaque de compression inférieure 10.
La plaque de compression inférieure est ensuite positionnée sur l'élément en saillie 32 du bâti. Des moyens, par exemple des plots de centrage, fixent la position de la plaque de compression inférieure dans une position donnée dans le plan XY par rapport au châssis.
L'équipage mobile a été positionné préalablement par rapport au châssis au moyen des tiges 24 et des bagues 28. Ensuite les bagues 28 sont retirées. Le point P2 et le point PI sont alignés.
L'équipage mobile est libéré de sa position haute et la plaque de compression supérieure vient en contact avec la cellule. L'effort fixé par le ressort est appliqué à la cellule. Cette force est mesurée par le capteur de force 18 en tenant compte du poids de l'équipage mobile.
Un cycle de charge ou décharge est appliqué à la cellule. Les mesures peuvent commencer. Les moyens de déplacement mesurent le déplacement entre l'équipage mobile 4 et la zone de mesure ZM de la plaque de compression inférieure 10, qui est l'image du gonflement ou dégonflement de la cellule sous une contrainte donnée.
On peut envisager de modifier la contrainte appliquée au cours de la mesure, par exemple pour simuler un boîtier de batterie plus ou moins rigide. Ainsi il est possible de connaître le comportement de la cellule en reproduisant au plus près les conditions de fonctionnement de celle-ci. Le banc de caractérisation est particulièrement adapté à l'étude des cellules de batterie, notamment des électrodes négatives des cellules Lithium-ion comprenant du silicium.
Il permet de réaliser une cartographie complète du comportement de l'électrode en fonction de l'état de charge et de la pression appliquée.
Le banc permet d'appliquer une pression uniforme sur une surface d'un unique couple d'électrodes sur une surface représentative de la réalité par exemple une surface de de 10cm2. Ainsi on obtient un état électrochimique et mécanique uniforme dans toute la cellule, ce qui permet d'acquérir des données très précises utilisables pour la modélisation du matériau d'électrode à l'échelle électrode.
Le banc permet d'appliquer des pressions allant jusqu'à lOMPa permettant d'étudier toute la gamme des pressions rencontrées dans les cellules jusqu'à des contraintes dommageables pour la cellule, ce qui permet également d'acquérir des données utiles pour les études de sûreté sur le comportement des cellules soumises à des contraintes accidentelles.
Le banc peut permettre d'atteindre une précision de +/-50nm dans la direction de l'épaisseur de l'électrode qui est la direction d'application de la force, permet de mesurer à 1% près les variations d'épaisseur des électrodes courantes (les variations d'épaisseur typiques sont de 5 à 10pm) pour les matériaux graphite-silicium dans les épaisseurs courantes.
Son fonctionnement à force imposée permet de balayer les caractéristiques mécaniques soit à force constante en faisant varier l'état de charge, soit à état de charge constante en faisant varier la force.
Le banc de caractérisation motorisé tel que celui de la figure 8 permet de simuler le comportement de l'électrode dans un emballage de cellule ou de pack ayant des caractéristiques mécaniques arbitraires. Dans ce cas la force appliquée est asservie à l'épaisseur mesurée via une fonction préprogrammée.
Dans les exemples décrits, la zone de compression est configurée pour appliquer un effort de compression à la section d'épaisseur nominale de la cellule, i.e. sa section de plus grande épaisseur, puisque c'est la partie de la cellule que l'on souhaite caractériser. Il sera compris que la partie à caractériser d'un objet n'est pas nécessairement celle de plus grande épaisseur, il pourrait s'agir de la partie de plus faible épaisseur. La surface de la zone de compression est choisie inférieure ou égale à la partie de l'objet que l'on souhaite caractériser. Ce banc peut par exemple être utilisé pour caractériser l'écrasement sous effort de matériaux poreux en couches minces, par exemple mis en œuvre dans les cellules de piles à combustibles PEMFC.
Le banc permet de mesurer les caractéristiques mécaniques des différents éléments de la cellule, notamment le module de Young. Pour cela, on applique différents niveaux de force sur les éléments à tester, par exemple sur la cellule complète ou sur les éléments séparés de la cellule, et on mesure le déplacement engendré sous l'effet de cette force. La courbe déplacement/pression constitue une loi de comportement de l'objet mesuré. Pour certains éléments, la mesure est dynamique. Par exemple pour le séparateur de la cellule, imprégné d'électrolyte, le déplacement n'est pas instantané. Il se stabilise après plusieurs dizaines de minutes à plusieurs heures après un changement de force appliquée.

Claims

REVENDICATIONS
1. Banc de caractérisation mécanique d'un objet fin comportant une partie d'intérêt de surface donnée par application d'une force de compression selon un axe de compression donné (Z) comportant :
- un bâti (2),
- une première face de compression,
- un équipage mobile (4) qui est mobile le long de l'axe de compression (Z) par rapport au bâti (2) et portant une deuxième face de compression en regard de la première face de compression,
- des montants (6) fixés au bâti (2),
- des moyens d'application (5) d'une force selon l'axe de compression (Z) et d'intensité déterminée à l'objet destiné à être situé entre les première et deuxième faces de compression, ladite force étant orthogonale aux première et deuxième faces de compression, les moyens d'application (5) étant fixés auxdits montants (6),
- au moins un capteur de force (18) interposé entre l'équipage mobile (4) et les moyens d'application d'une force (5),
- au moins un capteur de déplacement (16) disposé de sorte à mesurer le déplacement entre les première et deuxième faces de compression dans la direction de l'axe de compression (Z), dans lequel au moins l'une des première et deuxième faces de compression comporte une zone de compression (ZC) en saillie dont la surface est inférieure ou égale à une partie d'intérêt de l'objet, et dans lequel le bâti (2) comporte un évidement (30) entourant dans le bâti une zone de bâti de plus grande épaisseur formant un piédestal (32) supportant la première face de compression.
2. Banc de caractérisation selon la revendication 1, dans lequel la zone de compression (ZC) a une surface égale à la surface de la partie d'intérêt de l'objet.
3. Banc de caractérisation selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la première face de compression est portée par une première plaque de compression (10) comportant la zone de compression (ZC) et une zone de mesure (ZM) entourant la zone de compression (ZC), et dans lequel au moins un capteur de déplacement (16) est porté par l'équipage mobile (4) et vient en contact avec la zone de mesure (ZM).
4. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 3, comportant trois capteurs de déplacement (16) répartis autour de l'axe de compression (Z) et des moyens configurés pour comparer leurs mesures et détecter un défaut de planéité.
5. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel le piédestal (32) a une section transversale de surface égale à celle de la zone compression (ZC).
6. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 5 en combinaison avec la revendication 3, dans lequel le piédestal (32) présente une hauteur et/ou l'évidement (30) présente une largeur telles que la première plaque de compression (10) n'est pas en contact avec le bâti en dehors du piédestal (32).
7. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel la force de compression est transmise des moyens d'application d'une force aux première et deuxième faces de compression par au moins une liaison de type contact ponctuel.
8. Banc de caractérisation selon la revendication 7, dans lequel le capteur de force (18) est relié aux moyens d'application de force par une liaison de type contact ponctuel.
9. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel l'équipage mobile (4) comporte une plaque support (14) de la deuxième face de compression et dans lequel le capteur de force (18) est lié à la plaque support par un appui plan, avantageusement un appui plan annulaire.
10. Banc de caractérisation selon la revendication 9, dans lequel l'équipage mobile comporte une plaque d'homogénéisation (20) des contraintes interposée entre le capteur de force (18) et la plaque support (14).
11. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 10, dans lequel les moyens d'application d'une force (5) comportent des moyens pour modifier l'intensité de la force appliquée.
12. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 11 en combinaison avec la revendication 7 ou 8, dans lequel les moyens d'application d'une force (5) comportent au moins un ressort hélicoïdal (7) d'axe longitudinal aligné ou sensiblement aligné avec la droite passant par le centre de la liaison de type contact ponctuel et le centre de gravité de la zone de compression (ZC).
13. Banc de caractérisation selon la revendication 12, comportant des moyens pour régler l'orientation de la direction de la force appliquée par le ressort hélicoïdal (7), de sorte à aligner la direction avec la droite passant par le centre de la liaison de type contact ponctuel et le centre de gravité de la zone de compression (ZC).
14. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 11, dans lequel les moyens d'application d'une force comportent un motoréducteur pas à pas, au moins une première poulie en prise directe avec l'arbre de sortie du motoréducteur, une deuxième poulie, un câble entre les première et deuxième poulies, au moins un premier levier portant la deuxième poulie, un deuxième levier articulé sur le premier levier, et dans lequel une tige de compression est prévue entre le deuxième levier et la deuxième face de compression.
15. Banc de caractérisation selon la revendication 14, dans lequel le capteur de force est disposé entre le deuxième levier et la tige de compression.
16. Banc de caractérisation selon la revendication 14 ou 15, dans lequel la transmission de la force entre les moyens d'application de la force et la deuxième face de compression a lieu à travers deux liaisons de type contact ponctuel.
17. Banc de caractérisation selon la revendication 16, dans lequel la tige de compression est en contact ponctuel avec le deuxième levier et le capteur de force.
18. Banc de caractérisation selon l'une des revendications 1 à 17, comportant des moyens d'alignement des première et deuxième faces de compression.
19. Méthode de caractérisation d'un objet fin mettant en œuvre un banc de caractérisation selon l'une des revendications précédentes, comportant :
- la mise en place de l'objet sur la première face de compression de sorte à aligner la partie d'intérêt avec la zone de compression,
- l'application de la deuxième face de compression sur l'objet,
- la mesure du déplacement entre les deux faces de compression en fonction d'un effort de compression appliqué.
20. Méthode de caractérisation selon la revendication 19, dans laquelle un stimulus est appliqué de sorte à provoquer une modification du volume de l'objet au cours de la mesure.
21. Méthode de caractérisation selon la revendication 19 ou 20, dans laquelle l'objet fin est une cellule électrochimique de batterie dont la partie d'intérêt est la partie comportant l'empilement formé par l'électrode positive, le séparateur, l'électrode négative et un emballage autour de l'empilement, la méthode comportant, lors des mesures, une étape d'application d'un cycle de charge et/ou de décharge électrique.
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