EP4454054A1 - Couvercle pour élément électrochimique - Google Patents

Couvercle pour élément électrochimique

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Publication number
EP4454054A1
EP4454054A1 EP22817963.6A EP22817963A EP4454054A1 EP 4454054 A1 EP4454054 A1 EP 4454054A1 EP 22817963 A EP22817963 A EP 22817963A EP 4454054 A1 EP4454054 A1 EP 4454054A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
crown
ring
cover
shaped boss
outer circumference
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP22817963.6A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christian Dupuy
William PUISSESSEAU
Patrice TERROCHAIRE
Michaël VENIEN
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.)
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Original Assignee
SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
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 SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA filed Critical SAFT Societe des Accumulateurs Fixes et de Traction SA
Publication of EP4454054A1 publication Critical patent/EP4454054A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/147—Lids or covers
    • H01M50/148—Lids or covers characterised by their shape
    • H01M50/152—Lids or covers characterised by their shape for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
    • H01M2200/20—Pressure-sensitive devices

Definitions

  • the technical field of the present invention is that of electrochemical elements and more particularly that of covers for electrochemical elements.
  • electrochemical elements There are two main categories of electrochemical elements, primary electrochemical elements (non-rechargeable) also referred to as batteries, and secondary electrochemical elements (rechargeable) also called accumulators.
  • the family of primary electrochemical elements includes elements of the Li/SCh, Li/SOCh, Li/SChCh, Li/MnCh and Li/CF X type.
  • the family of secondary electrochemical elements includes in particular elements of the lithium-ion, Ni/MH and Ni/Cd type.
  • the primary or secondary electrochemical elements can be constructed according to different assemblies, for example spiral or wound. They are generally in cylindrical or prismatic form and comprise a container enclosing an electrochemical bundle, said container being closed by a lid.
  • the electrochemical bundle is formed by a positive electrode and a negative electrode wound together and separated by a separator.
  • the electrochemical bundle comprises an electrode mass or coil separated by the electrode of opposite polarity by a separator, the electrode of opposite polarity covering the internal wall of the container of the element.
  • the electrolyte is the cathode. We are talking about a liquid cathode.
  • the electrochemical bundle is impregnated with electrolyte.
  • the documents CN208986032U and CN109148747 describe container closure systems comprising under the lid an explosion-proof diaphragm delimiting a buffer volume. So that when the internal pressure increases, the diaphragm deforms to allow the gas to spread in said buffer volume located under the lid.
  • the first object of the invention is a cover for an electrochemical element, comprising:
  • said ring having an outer circumference and an inner circumference
  • crown-shaped boss located between the inner circumference and the outer circumference, at least two flat areas in the shape of an arc of a circle, located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, the cover being viewed in a direction perpendicular to the plane of the ring, at least four projections extending from the crown-shaped boss towards the outer circumference along a non-radial axis, in which a thinned area is present on at least one of these four projections and/or on the crown-shaped boss and/or on at least one of the at least two flat areas.
  • said cover comprises two distinct interfacing zones of identical or opposite polarities (6,7).
  • the first interfacing zone (6) is located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, and the second interfacing zone (7) of identical polarity or opposite the first is located in the space bounded by the inner circumference of the ring.
  • the second interfacing zone is isolated from the cover by a junction of the glass-metal crossing type comprising a glass insulator (10) and a metal fixing means (11), said means of fixing being fixed to the cover by welding.
  • the first interface zone is an electrode connection zone of negative polarity and the second interface zone is an electrode connection zone of positive polarity.
  • the thinned zone is rectangular, or herringbone or almond-shaped.
  • each projection comprises a thinned zone.
  • said at least four projections each extend along a non-radial direction axis, no direction axis being parallel to another.
  • the cover comprises between 2 and 4 flat zones in the shape of an arc of circle (9), located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, the cover being seen in a direction perpendicular to the plane of the ring.
  • the cover has a height greater than or equal to 1.6 mm and less than 4 mm, preferably between 2 and 3 mm.
  • the cover comprises an orifice for filling an element with an electrolyte (8), said orifice being in a hollow zone of the surface of the ring.
  • the cover is made of stainless steel, nickel-plated steel or aluminum.
  • the second object of the invention is an electrochemical element comprising:
  • the volume allocated to a set of connections, to an electrolyte and to the electrochemical bundle represents at least 95% of the volume available in the container.
  • the electrochemical element is of the lithium-ion, Ni/MH or Ni/Cd type.
  • the electrochemical element is of the primary lithium type chosen from the group comprising: LiMnO2, LiCFx, LiSCh, LiSOCh and LiSChCh.
  • the third object of the invention is a process for manufacturing the cover as defined above, comprising the following steps:
  • crown-shaped boss (3) located between the inner circumference (2b) and the outer circumference (2a), at least two flat areas (9) in the shape of an arc of a circle, located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, the cover being viewed in a direction perpendicular to the plane of the ring, at least four projections (4) extending from the crown-shaped boss towards the outer circumference along a non-radial axis;
  • step b) Formation of a thinned area (5) on at least one of the four projections (4) and/or on the crown-shaped boss (3) and/or on at least one of the at least two flat areas (9); step b) being able to be carried out after step a) or before step a) at the locations provided on the sheet for the creation of the crown-shaped boss (3) and said at least four projections (4) by stamping ; (c) Installation of an isolated interfacing terminal (7) in the space delimited by the inner circumference (2b) of the ring;
  • step b) is carried out by stamping or by removing material.
  • the present invention makes it possible to overcome the drawbacks of the prior art by providing a cover making it possible to increase the useful volume inside the container, which has the consequence of freeing up more space available for the electrochemical beam. thus making it possible to increase the quantity of active material, then leading to an increase in the capacity of the element.
  • the cover of the invention does not provide a buffer volume inside the container but it is the deformation of the cover outwards which plays the role of buffer volume without inducing extra bulk both inside and outside the container.
  • the cover according to the invention has better resistance to pressure compared to the standard cover and the deformation of the cover according to the invention is controlled.
  • another advantage of the present invention lies in the significant saving of material necessary for the production of the cover.
  • FIG. 1 represents a lid (1) according to one of the embodiments of the invention comprising: an outer circumference (2a) and an inner circumference (2b)
  • the center of the cover is filled with a junction which can be of the glass-to-metal (TVM) feed-through type, on which the positive electrode connection zone is located (this junction is not shown in this figure).
  • TVM glass-to-metal
  • FIG. 2 shows a thinned area in three different shapes: (a) almond, (b) rectangular and (c) chevron.
  • FIG. 3 shows a glass-to-metal type junction comprising a metal base (11) in which a nail-shaped terminal is inserted.
  • the head of the nail (7) serves as the terminal of the element, for example the positive terminal.
  • the shank of the nail is intended to be connected to the electrodes of a given polarity, for example the positive.
  • the terminal is isolated from the base by a glass insulator (10).
  • FIG. 4 represents four distinct embodiments of a cover according to the invention. Each of these embodiments is shown with the glass-metal type junction (left column) and without this junction (right column).
  • Embodiment I it corresponds to that represented in FIG. 1 above.
  • This embodiment is particularly suitable for the reuse of components from electrochemical elements of format A, AA or /i AA.
  • Embodiment II it differs from embodiment I in that it does not include an electrolyte filling hole and in that the cover includes a support for the TVM in its center. This embodiment is particularly suited to the reuse of components from C or D format electrochemical elements.
  • Embodiment III it differs from embodiment I in that it comprises 4 flat areas (9).
  • Embodiment IV it differs from embodiment II in that it comprises 4 flat areas (9).
  • FIG. 5 is a graph representing the deformation along the direction of the longitudinal axis of the element, measured in millimeters, of a standard element (curve with square points) and of elements according to the invention (all the other curves) , according to their internal pressure expressed in bar.
  • FIG. 6 represents the schematic superposition of a section of a lid according to the invention (21) shown in dotted lines, and of a section of a lid according to the prior art (22) shown in solid lines. This figure shows the internal useful volume gain.
  • FIG. 7 is a graph representing the evolution of the internal pressure (in MPa) as a function of time (in seconds) for elements comprising either a thinned zone on at least one of the four projections (dotted lines), or at least one thinned area located on the crown-shaped boss (solid lines).
  • FIG. 8 is a side view of a lid according to the prior art (A) and a lid according to an embodiment of the invention (B).
  • the first object of the invention is a cover for an electrochemical element, comprising:
  • said ring having an outer circumference and an inner circumference
  • projection means a relief element
  • non-radial axis means an axis which does not pass through the center of the ring.
  • the term “thinned zone” is understood to mean a zone of reduced thickness in comparison with the thickness of the projection.
  • the thinned zone can be defined as a weakening intended to break under the effect of an increase in the internal pressure of the element.
  • the thickness of the protrusion is referenced el and the thickness of the thinned zone is referenced e2 in figure 2.
  • the cover according to the invention comprises at least four projections.
  • the lid can comprise 4 to 6 projections.
  • the lid is placed on the element container so that the projections face outward from the element.
  • the cover according to the invention may comprise one or more thinned zone(s) located: on at least one of the four projections, and/or on the crown-shaped boss, and/ or on at least one of the at least two flat areas.
  • a thinned zone is present on two of the four projections.
  • a thinned zone is present on four projections.
  • the thinned zone is present only at the level of one or more projections but not on the crown-shaped boss.
  • the thinned zone is present only on the crown-shaped boss.
  • the thinned zone is present both on one of the at least four projections as well as on the crown-shaped boss.
  • the crown-shaped boss comprises one or more thinned zones, preferably the crown-shaped boss comprises 1 to 4 thinned zones.
  • the thinned zone is present on at least one of the at least two flat zones.
  • the thinned zone is present on at least one of the at least four projections as well as on at least one of the at least two flat zones.
  • the thinned zone is present on the crown-shaped boss and on at least one of the at least two flat zones.
  • the thinned zone is present both on at least one of the at least four projections, on the crown-shaped boss and on at least one of the at least two flat zones.
  • the thinned zone can take different forms.
  • the thinned zone is rectangular, chevron or almond.
  • the thinned zone is almond-shaped. The almond shape promotes a clean (clean) break in the thinned area.
  • the projections each extend along a non-radial steering axis, no steering axis being parallel to another.
  • the protrusions of the cover according to the invention have the role of stiffening the cover against an increase in internal pressure.
  • the extensions of each of the projections do not intersect in the center of the cover (at least 4 axes of non-radial direction), which allows a more homogeneous distribution of the forces applied to the cover and to minimize the deformation of the cover when it is subjected to an increase in internal pressure of the element.
  • the thinned zone is intended to break under the effect of a predefined pressure, thus allowing the evacuation of gases.
  • the pressure at which at least one of the thinned areas ruptures is generally around 25 to 35 bar.
  • the crown-shaped boss located between the inner circumference and the outer circumference makes it possible to diffuse the stress and limit the length of the projections. It thus avoids the formation of fragile zones.
  • the cover according to the invention further comprises two distinct interfacing zones of polarities which may be identical or opposite.
  • the first interfacing zone is located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, and the second interfacing zone of possibly identical or opposite polarity to the first is located in the delimited space by the inner circumference of the ring.
  • the cover according to the invention has the advantage of possibly having on the same face the connection zones of the two electrodes. This makes it easier to assemble the electrochemical elements in series.
  • the first interfacing zone can be an electrode connection zone of negative polarity and the second interfacing zone an electrode connection zone of positive polarity, or vice versa, or the same.
  • the second interface zone can be isolated from the cover by various means.
  • the second interfacing zone is isolated from the cover by a junction of the glass-metal crossing (TVM) type comprising a glass insulator and a metal fixing means, also called a base, said means fixing being fixed to the cover by welding.
  • TVM glass-metal crossing
  • This welding can be carried out by electric welding or by laser welding.
  • the TVM is preferably welded to the cover by electric welding.
  • the TVM is preferably welded upside down by laser welding, that is to say that the laser beam East arranged on the side of the cover intended to be oriented towards the interior of the element.
  • the second interfacing zone is isolated from the cover by a safety device such as a circuit breaker comprising a polymer insulator.
  • the cover comprises at least two flat areas in the shape of an arc of a circle located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, the cover being seen in a direction perpendicular to the plane of the ring.
  • the cover comprises two, three or four flat areas, more advantageously the cover comprises two flat areas.
  • Figure 6 compares two cover profiles, one (21) shown in dotted lines and corresponding to the cover according to the invention, the other (22) shown in solid lines and corresponding to a cover of the art earlier as described for example in document CN 101847749B.
  • the crown-shaped boss (3) characteristic of the cover according to the invention, is visible in this figure.
  • the cover is traversed by a glass-to-metal feedthrough (TVM) type junction.
  • TVM glass-to-metal feedthrough
  • This return constitutes a contact surface between the lid and the internal wall of the container and facilitates the closing of the container by welding the lid thereon.
  • the return is contiguous with a deformed "V” shaped part (25) towards the inside of the element.
  • This “V” shaped part, the point of which is directed towards the inside of the element, is intended to deform towards the outside of the element in the event of overpressure inside the element.
  • the return is contiguous with a flat horizontal part (9), perpendicular to the longitudinal axis of the element.
  • the invention makes it possible to increase the internal volume of the element available to house the electrodes therein.
  • Replacing the "V" shaped part with a flat horizontal part saves a few millimeters. This explains why the height of a conventional lid is around 4.5 mm, whereas that of a lid according to the invention is only around 2 mm.
  • the gain in volume is materialized by the vertical arrow pointing up on the element's axis of symmetry.
  • the presence of the flat horizontal part of the cover according to the invention is not to the detriment of the rigidity of the cover, nor to the detriment of the safety of the user.
  • the projections and the crown make it possible to stiffen the lid.
  • the projections and the crown are oriented towards the exterior of the element. This orientation therefore does not penalize the internal volume available.
  • the presence of thinning makes it possible to guarantee the safety of the user.
  • the cover according to the invention can be made of stainless steel, nickel-plated steel or aluminum.
  • the lid is made of stainless steel.
  • the cover has a height greater than or equal to 1.6 mm and less than 4 mm, preferably between 2 and 3 mm.
  • the height of the lid according to the invention is reduced compared to that of standard lids.
  • the cover comprises an orifice for filling an element with an electrolyte, said orifice being in a hollow zone of the surface of the ring.
  • This hollow area makes it possible to collect the electrolyte residues which might flow out during the filling of the element and thus prevent them from spreading on the cover.
  • a ball is welded to this orifice to close it.
  • the hollow area also allows self-centering of the ball. Placing the filling hole on the lid makes it possible to have a flat-bottomed container and therefore to gain internal volume.
  • the filling of the element by the cover makes it possible to simplify the manufacturing process because it makes it possible to avoid an additional step consisting in turning the element over to carry out the filling.
  • the second object of the present invention is an electrochemical element comprising:
  • a container housing an electrochemical bundle, one end forming the bottom and one end opposite the end forming the bottom, in which said end opposite the end forming the bottom is closed by a lid as defined in the present invention.
  • the volume of material of the lid occupies between 10 and 15% of the total volume of the container.
  • the volume allocated to a set of connections, to an electrolyte and to the electrochemical bundle represents at least 95% of the volume available in the container.
  • the end forming the bottom of the element comprises an orifice intended for filling the element with the electrolyte.
  • the electrochemical element can be a primary or secondary type element.
  • the format of the element can be cylindrical or prismatic, preferably it is cylindrical.
  • the diameter of the container is not limited.
  • the secondary element preferably comprises one or more safety devices disconnecting the electrodes of a given polarity from their current output terminal of corresponding polarity in the event of overpressure inside the container. These devices come in addition to the thinning zones which only release the gases out of the element.
  • elements of the primary type mention may be made, for example, of elements of the Li/MnO 2 , Li/CF, Li/SCh, Li/SOCh and Li/SChCh type.
  • the third object of the present invention is a process for manufacturing the cover as defined in the present invention, said process comprising the following steps:
  • crown-shaped boss located between the inner circumference and the outer circumference, at least two flat areas in the shape of an arc of a circle, located between the crown-shaped boss and the outer circumference of the ring, the cover being viewed in a direction perpendicular to the plane of the ring, at least four projections extending from the crown-shaped boss towards the outer circumference along non-radial axes;
  • step b) Formation of a thinned area on at least one of the four projections and/or on the crown-shaped boss and/or on at least one of the at least two flat areas; step b) being able to be carried out after step a) or before step a) at the locations provided on the sheet for the creation of the crown-shaped boss and said at least four projections by stamping;
  • stamping means a process which consists of shaping a metal part using from sheet metal or sheet metal.
  • the thinning can be carried out by any forming process, in particular by magnetoforming, by laser ablation, by mechanical machining or by chemical attack.
  • the length of the thinned zone can represent 50 to 110% of the width of a protrusion or of the width of the crown-shaped boss.
  • the thickness of the thinned zone can range from 25 to 40% of the initial thickness of the sheet.
  • the residual thickness of the thinned zone can be between 0.05 and 0.20 mm, preferably between 0.120 mm and 0.180 mm.
  • step b) is carried out by stamping or by removing material. Preferably by stamping.
  • the insulated interfacing terminal corresponds to a glass-metal bushing.
  • the manufacturing process according to the invention makes it possible to obtain lids of reduced height. Indeed, as shown in Figure 8, the cover of the prior art (A) has a height of 4.25 mm while the cover according to one embodiment of the invention (B) has a height of 2 mm .
  • Tests were carried out in order to evaluate the displacement in the direction of the longitudinal axis of the element, (in millimeters) of a cylindrical element according to the invention and of a standard cylindrical element of the same dimension. , according to their internal pressure expressed in bar.
  • the position of the thinned zones can be varied, that is to say, they can be placed either on the protrusions or on the crown, depending on the desired tearing pressure. It is also possible to vary their number and shape depending on the desired tearing pressure.

Landscapes

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Abstract

La présente invention porte sur un couvercle pour élément électrochimique, comprenant : - un anneau, ledit anneau présentant une circonférence extérieure (2a) et une circonférence intérieure (2b), - un bossage en forme de couronne (3) situé entre la circonférence intérieure (2b) et la circonférence extérieure (2a), - au moins deux zones planes (9) en forme d'arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l'anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l'anneau, - au moins quatre saillies (4) s'étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure (2a) selon un axe non radial, dans lequel une zone amincie (5) est présente sur l'une au moins de ces quatre saillies (4) et/ou sur le bossage en forme de couronne (3) et/ou sur au moins l'une des au moins deux zones planes (9).

Description

Description
Titre : Couvercle pour élément électrochimique
Domaine technique de l’invention
[0001] Le domaine technique de la présente invention est celui des éléments électrochimiques et plus particulièrement celui des couvercles pour éléments électrochimiques.
Contexte de l'invention
[0002] Il existe deux grandes catégories d’éléments électrochimiques, les éléments électrochimiques primaires (non rechargeables) encore désignés sous le terme de pile, et les éléments électrochimiques secondaires (rechargeables) encore appelés accumulateurs.
[0003] La famille des éléments électrochimiques primaires comprend les éléments du type Li/SCh, Li/SOCh, Li/SChCh, Li/MnCh et Li/CFX.
[0004] La famille des éléments électrochimiques secondaires comprend notamment les éléments du type lithium-ion, Ni/MH et Ni/Cd.
[0005] Les éléments électrochimiques primaires ou secondaires peuvent être construits selon des montages différents par exemple spiralé ou bobiné. Ils sont en général sous forme cylindrique ou prismatique et comprennent un conteneur renfermant un faisceau électrochimique, ledit conteneur étant fermé par un couvercle. Dans le cas d’un élément électrochimique spiralé, le faisceau électrochimique est formé par une électrode positive et une électrode négative enroulées ensemble et séparées par un séparateur. Dans le cas d’un élément électrochimique bobiné, le faisceau électrochimique comprend une masse ou boudin d’électrode séparée par l’électrode de polarité opposée par un séparateur, l’électrode de polarité opposée recouvrant la paroi interne du conteneur de l’élément. Dans des éléments électrochimiques primaires, l’électrolyte est la cathode. On parle de cathode liquide. Dans des éléments électrochimiques secondaires, le faisceau électrochimique est imprégné par de l’électrolyte.
[0006] Ces types de constructions permettent d’obtenir des éléments électrochimiques à forte puissance et/ou à forte énergie. Il est donc nécessaire de sécuriser leur utilisation, notamment en cas d’utilisation de l’élément hors des conditions nominales comme par exemple lors d’une surcharge accidentelle, d’un court-circuit, ou lors d’une exposition à une température supérieure à la température maximale de fonctionnement. En effet, cela peut créer un risque d’explosion et entrainer des réactions de l’électrochimie qui génèrent des gaz dans le conteneur de l’élément. L’accumulation de ces gaz entraîne une augmentation de la pression interne de 1 ’ élément, qui peut conduire à un éclatement violent du conteneur et à la proj ection de composés chimiques nocifs et corrosifs pour l’environnement et les personnes situées à proximité. [0007] De nombreux dispositifs de sécurité existent dans lesquels le couvercle du conteneur joue un rôle primordial. Les documents CN208986032U et CN109148747 décrivent des systèmes de fermeture de conteneur comprenant sous le couvercle un diaphragme anti déflagrant délimitant un volume tampon. De sorte que lorsque la pression interne augmente, le diaphragme se déforme pour permettre au gaz de se répandre dans ledit volume tampon situé sous le couvercle.
[0008] Toutefois, de tels dispositifs ont pour inconvénient majeur de limiter le volume disponible utile au sein du conteneur pour le faisceau électrochimique et donc de limiter la capacité de l’élément.
[0009] Ainsi, il existe un besoin de fournir un couvercle pour élément électrochimique qui permette une fermeture sécurisée de l’élément en évitant son explosion, tout en augmentant le volume interne et par conséquent la capacité dudit élément.
Résumé de l’invention
[0010] L’invention a pour premier objet un couvercle pour élément électrochimique, comprenant :
- un anneau, ledit anneau présentant une circonférence extérieure et une circonférence intérieure,
- un bossage en forme de couronne situé entre la circonférence intérieure et la circonférence extérieure, au moins deux zones planes en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies s’étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure selon un axe non radial, dans lequel une zone amincie est présente sur Tune au moins de ces quatre saillies et/ou sur le bossage en forme de couronne et/ou sur au moins Tune des au moins deux zones planes.
[001 1 ] Selon un mode de réalisation, ledit couvercle comprend deux zones d’interfaçages distinctes de polarités identiques ou opposées (6,7).
[0012] Selon un mode de réalisation, la première zone d’interfaçage (6) est située entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, et la seconde zone d’interfaçage (7) de polarité identique ou opposée à la première est située dans l’espace délimité par la circonférence intérieure de l’anneau.
[0013] Selon un mode de réalisation, la seconde zone d’interfaçage est isolée du couvercle par une jonction de type traversée verre-métal comprenant un isolant en verre (10) et un moyen de fixation en métal (11), ledit moyen de fixation étant fixé au couvercle par soudure.
[0014] Selon un mode de réalisation, la première zone d’interfaçage est une zone de connexion d’électrode de polarité négative et la seconde zone d’interfaçage est une zone de connexion d’électrode de polarité positive.
[0015] Selon un mode de réalisation, la zone amincie est rectangulaire, ou en chevron ou en amande.
[0016] Selon un mode de réalisation, chaque saillie comprend une zone amincie. [0017] Selon un mode de réalisation, lesdites au moins quatre saillies s’étendent chacune selon un axe de direction non radiale, aucun axe de direction n’étant parallèle à un autre.
[0018] Selon un mode de réalisation, le couvercle comprend entre 2 et 4 zones planes en forme d’arc de cercle (9), situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau.
[0019] Selon un mode de réalisation, le couvercle a une hauteur supérieure ou égale à 1,6 mm et inférieure à 4 mm, de préférence comprise entre 2 et 3 mm.
[0020] Selon un mode de réalisation, le couvercle comprend un orifice pour le remplissage d’un élément par un électrolyte (8), ledit orifice se trouvant dans une zone creuse de la surface de l’anneau.
[0021] Selon un mode de réalisation, le couvercle est en acier inoxydable, en acier nickelé ou en aluminium.
[0022] L’invention a pour second objet un élément électrochimique comprenant :
- un conteneur logeant un faisceau électrochimique, une extrémité formant fond et
- une extrémité opposée à l’extrémité formant fond, dans lequel ladite extrémité opposée à l’extrémité formant fond est fermée par un couvercle (1) tel que défini ci-dessus.
[0023] Selon un mode de réalisation dudit élément électrochimique, le volume alloué à un ensemble de connexions, à un électrolyte et au faisceau électrochimique représente au moins 95% du volume disponible dans le conteneur.
[0024] Selon un mode de réalisation, l’élément électrochimique est de type lithium-ion, Ni/MH ou Ni/Cd.
[0025] Selon un mode de réalisation, l’élément électrochimique est de type lithium primaire choisi dans le groupe comprenant : LiMnO2, LiCFx, LiSCh, LiSOCh et LiSChCh.
[0026] L’invention a pour troisième objet un procédé de fabrication du couvercle tel que défini ci- dessus, comprenant les étapes suivantes :
(a) Emboutissage d’une tôle, pour former un anneau présentant : une circonférence extérieure (2a) et une circonférence intérieure (2b),
- un bossage en forme de couronne (3) situé entre la circonférence intérieure (2b) et la circonférence extérieure (2a), au moins deux zones planes (9) en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies (4) s’étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure selon un axe non radial ;
(b) Formation d’une zone amincie (5) sur au moins l’une des quatre saillies (4) et/ou sur le bossage en forme de couronne (3) et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes (9) ; l’étape b) pouvant être réalisée après l’étape a) ou avant l’étape a) aux emplacements prévus sur la tôle pour la création du bossage en forme de couronne (3) et desdites au moins quatre saillies (4) par emboutissage ; (c) Mise en place d’une borne d’interfaçage isolée (7) dans l’espace délimité par la circonférence intérieure (2b) de l’anneau ;
(d) Soudure de la borne d’interfaçage sur la pièce obtenue à l’étape b).
[0027] Selon un mode de réalisation dudit procédé, l’étape b) est réalisée par emboutissage ou par enlèvement de matière.
[0028] La présente invention permet de surmonter les inconvénients de l’art antérieur en fournissant un couvercle permettant d’augmenter le volume utile à l’intérieur du conteneur, ce qui a pour conséquence de libérer plus d’espace disponible pour le faisceau électrochimique permettant ainsi d’augmenter la quantité de matière active, entraînant alors une augmentation de la capacité de l’élément. En effet, contrairement à l’art antérieur, le couvercle de l’invention ne prévoit pas de volume tampon à l’intérieur du conteneur mais c’est la déformation du couvercle vers l’extérieur qui joue le rôle de volume tampon sans induire d’encombrement supplémentaire aussi bien à l’intérieur qu’à l’extérieur du conteneur. De plus, le couvercle selon l’invention présente une meilleure résistance à la pression en comparaison au couvercle standard et la déformation du couvercle selon l’invention est maitrisée. D’autre part, un autre avantage de la présente invention réside dans l’économie significative de matière nécessaire à la production du couvercle.
Brève description des figures
[0029] [Fig. 1] représente un couvercle (1) selon l’un des modes de réalisation de l’invention comprenant : une circonférence extérieure (2a) et une circonférence intérieure (2b)
- un bossage en forme de couronne (3) quatre saillies (4) deux zones amincies (5)
- une zone de connexion d’électrode négative (6)
- un orifice de remplissage d’électrolyte (8). deux zones planes (9).
Le centre du couvercle est comblé par une jonction pouvant être de type traversée verre-métal (TVM) sur laquelle se trouve la zone de connexion de l’électrode positive (cette jonction n’est pas représentée sur cette figure).
[0030] [Fig. 2] représente une zone amincie sous trois formes différentes : (a) en amande, (b) rectangulaire et (c) en chevron.
[0031] [Fig. 3] représente une jonction de type verre-métal comprenant une embase en métal (11) dans laquelle est insérée une borne en forme de clou. La tête du clou (7) sert de borne de l’élément, par exemple la borne positive. La tige du clou est destinée à être connectée aux électrodes d’une polarité donnée, par exemple la positive. La borne est isolée de l’embase par un isolant en verre (10).
[0032] [Fig. 4] représente quatre modes de réalisation distincts d’un couvercle selon l’invention. Chacun de ces modes de réalisation est représenté avec la jonction de type verre-métal (colonne de gauche) et sans cette jonction (colonne de droite).
Le mode de réalisation I : il correspond à celui représenté à la figure 1 ci-dessus. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à la réutilisation des composants issus des éléments électrochimiques de format A, AA ou /i AA.
Le mode de réalisation II : il diffère du mode de réalisation I en ce qu’il ne comporte pas d’orifice de remplissage d’électrolyte et en ce que le couvercle comprend en son centre un support pour la TVM. Ce mode de réalisation est particulièrement adapté à la réutilisation des composants issus des éléments électrochimiques de format C ou D.
Le mode de réalisation III : il diffère du mode de réalisation I en ce qu’il comporte 4 zones planes (9).
Le mode de réalisation IV : il diffère du mode de réalisation II en ce qu’il comporte 4 zones planes (9).
[0033] [Fig. 5] est un graphique représentant la déformation selon la direction de l’axe longitudinal de l’élément, mesurée en millimètres, d’un élément standard (courbe à points carrés) et d’éléments selon l’invention (toutes les autres courbes), en fonction de leur pression interne exprimée en bar.
[0034] [Fig. 6] représente la superposition schématique d’une coupe d’un couvercle selon l’invention (21) représenté en traits pointillés, et d’une coupe d’un couvercle selon l’art antérieur (22) représenté en traits pleins. Cette figure permet de visualiser le gain de volume utile interne.
[0035] [Fig. 7] est un graphique représentant l’évolution de la pression interne (en MPa) en fonction du temps (en secondes) pour des éléments comprenant soit une zone amincie sur au moins une des quatre saillies (traits en pointillés), soit au moins une zone amincie située sur le bossage en forme de couronne (traits pleins).
[0036] [Fig. 8] est une vue latérale d’un couvercle selon l’art antérieur (A) et d’un couvercle selon un mode de réalisation de l’invention (B).
Description des modes de réalisation de l’invention
[0037] L’invention a pour premier objet un couvercle pour élément électrochimique, comprenant :
- un anneau, ledit anneau présentant une circonférence extérieure et une circonférence intérieure,
- un bossage en forme de couronne situé entre la circonférence intérieure et la circonférence extérieure, au moins deux zones planes en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies s’étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure selon un axe non radial, dans lequel une zone amincie est présente sur l’une au moins de ces quatre saillies et/ou sur le bossage en forme de couronne et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes. [0038] Saillies et zone amincie
[0039] On entend par « saillie » un élément faisant relief.
[0040] On entend par « axe non radial », un axe qui ne passe pas par le centre de l’anneau.
[0041] On entend par « zone amincie » une zone d’épaisseur réduite en comparaison avec l’épaisseur de la saillie. La zone amincie peut être définie comme un affaiblissement destiné à rompre sous l’effet d’une augmentation de la pression interne de l’élément. L’épaisseur de la saillie est référencée el et l’épaisseur de la zone amincie est référencée e2 sur la figure 2.
[0042] Le couvercle selon l’invention comprend au moins quatre saillies. De préférence, le couvercle peut comprendre 4 à 6 saillies. Le couvercle est disposé sur le conteneur de l’élément de sorte que les saillies soient orientées vers l’extérieur de l’élément.
[0043] Le couvercle selon l’invention peut comprendre une ou plusieurs zone(s) amincie(s) située(s) : sur au moins l’une des quatre saillies, et/ou sur le bossage en forme de couronne, et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes.
] 0044 ] Selon un mode de réalisation, une zone amincie est présente sur deux des quatre saillies.
[0045] Selon un autre mode de réalisation, une zone amincie est présente sur quatre saillies.
[0046] Selon un mode de réalisation, la zone amincie est présente uniquement au niveau d’une ou plusieurs saillies mais pas sur le bossage en forme de couronne.
[0047] Selon un autre mode de réalisation, la zone amincie est présente uniquement sur le bossage en forme de couronne.
[0048] Selon un mode de réalisation la zone amincie est présente à la fois sur l’une des au moins quatre saillies ainsi que sur le bossage en forme de couronne.
[0049] Selon un mode de réalisation, le bossage en forme de couronne comprend une ou plusieurs zones amincies, de préférence le bossage en forme de couronne comprend 1 à 4 zones amincies.
[0050] Selon un mode de réalisation, la zone amincie est présente sur au moins l’une des au moins deux zones planes.
[0051] Selon un autre mode de réalisation, la zone amincie est présente sur au moins l’une des au moins quatre saillies ainsi que sur au moins l’une des au moins deux zones planes.
[0052] Selon un mode de réalisation, la zone amincie est présente sur le bossage en forme de couronne et sur au moins l’une des au moins deux zones planes.
[0053] Selon un mode de réalisation la zone amincie est présente à la fois sur au moins l’une des au moins quatre saillies, sur le bossage en forme de couronne et sur au moins l’une des au moins deux zones planes.
[0054] La zone amincie peut se présenter sous différentes formes. De préférence, la zone amincie est rectangulaire, en chevron ou en amande. De manière avantageuse, la zone amincie est en amande. La forme en amande favorise une rupture franche (nette) de la zone amincie.
[0055] Selon un mode de réalisation, les saillies s’étendent chacune selon un axe de direction non radial, aucun axe de direction n’étant parallèle à un autre.
[0056] Les saillies du couvercle selon l’invention ont pour rôle de rigidifier le couvercle face à une augmentation de pression interne. De plus, les prolongements de chacune des saillies ne se croisent pas au centre du couvercle (au moins 4 axes de direction non radiale), ce qui permet une répartition plus homogène des forces appliquées sur le couvercle et de minimiser la déformation du couvercle lorsqu’il est soumis à une augmentation de pression interne de l’élément.
[0057] La zone amincie est destinée à se rompre sous l’effet d’une pression prédéfinie, permettant ainsi l’évacuation des gaz. La pression à laquelle au moins une des zones amincies se rompt va généralement d’environ 25 à 35 bar.
[0058] Le bossage en forme de couronne situé entre la circonférence intérieure et la circonférence extérieure, permet de diffuser la contrainte et limiter la longueur des saillies. Il permet ainsi d’éviter la formation de zone de fragilité.
[0059] Zones de connexion
[0060] Le couvercle selon l’invention comprend en outre deux zones d’interfaçages distinctes de polarités pouvant être identiques ou opposées.
[0061] La première zone d’interfaçage est située entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, et la seconde zone d’interfaçage de polarité possiblement identique ou opposée à la première est située dans l’espace délimité par la circonférence intérieure de l’anneau.
[0062] Ainsi, le couvercle selon l’invention présente l’avantage d’avoir possiblement sur une même face les zones de connexion des deux électrodes. Ceci permet de faciliter l’assemblage des éléments électrochimiques en série.
[0063] La première zone d’interfaçage peut être une zone de connexion d’électrode de polarité négative et la seconde zone d’interfaçage une zone de connexion d’électrode de polarité positive, ou inversement, ou les mêmes.
[0064] La seconde zone d’interfaçage peut être isolée du couvercle par différents moyens.
[0065] Selon un mode de réalisation, la seconde zone d’interfaçage est isolée du couvercle par une jonction de type traversée verre-métal (TVM) comprenant un isolant en verre et un moyen de fixation en métal, aussi appelé embase, ledit moyen de fixation étant fixé au couvercle par soudure.
[0066] Cette soudure peut être réalisée par soudure électrique ou par soudure laser.
[0067] Dans le cas où le couvercle est placé sur un élément de format C ou D, la TVM est de préférence soudée au couvercle par une soudure électrique.
[0068] Dans le cas où le couvercle est placé sur un élément de format A, AA, 1/2AA, la TVM est de préférence soudée à l’envers par une soudure laser, c’est-à-dire que le faisceau laser est disposé du côté du couvercle destiné à être orienté vers l’intérieur de l’élément.
[0069] L’obtention d’une traversée verre-métal est réalisée par des techniques bien connues de l’ Homme du métier. Ce type de traversée garantit notamment l’étanchéité du verre au gaz ainsi qu’une bonne résistance aux fortes pressions et aux fortes températures.
[0070] Selon un autre mode de réalisation, la seconde zone d’interfaçage est isolée du couvercle par un organe de sécurité tel qu’un coupe-circuit comprenant un isolant en polymère.
[0071] Il est avantageux de disposer une ou plusieurs zones amincies sur la couronne au voisinage de la première zone d’interfaçage, comme illustré par la vue du couvercle de la figure 8.
[0072] Zone plane en forme de « haricot »
[0073] Le couvercle comprend au moins deux zones planes en forme d’arc de cercle situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau. De préférence, le couvercle comprend deux, trois ou quatre zones planes, de manière plus avantageuse, le couvercle comprend deux zones planes.
[0074] Ces zones à fond plat ont pour rôle d’amortir le gonflement du couvercle. En effet, sous l’effet de la pression ces zones planes vont absorber les gaz et si nécessaire se déformer en direction de l’extérieur jusqu’à entrainer la rupture de la zone amincie présente sur les saillies. Toutefois, la déformation de ces zones planes reste maîtrisée car elle n’ entraine pas de déformation des parois du conteneur de l’élément au-delà de ce qui est admissible
[0075] La figure 6 compare deux profils de couvercle, l’un (21) représenté en traits pointillés et correspondant au couvercle selon l’invention, l’autre (22) représenté en trait plein et correspondant à un couvercle de l’art antérieur tel que décrit par exemple dans le document CN 101847749B. Le bossage en forme de couronne (3), caractéristique du couvercle selon l’invention, est visible sur cette figure. Dans les deux cas, le couvercle est traversé par une jonction de type traversée verre-métal (TVM). Ces deux couvercles sont fixés par leur bord extérieur sur l’ouverture du conteneur de l’élément. Dans chacun des deux profils, un retour (24), constitué par un pliage de la tôle à angle droit, est en appui contre la paroi interne du conteneur. Ce retour constitue une surface de contact entre le couvercle et la paroi interne du conteneur et facilite la fermeture du conteneur par soudure du couvercle sur celui-ci. On note que dans le cas du couvercle selon l’art antérieur, le retour est contigu avec une partie en forme de « V » déformée (25) vers l’intérieur de l’élément. Cette partie en forme de « V » dont la pointe est dirigée vers l’intérieur de l’élément est destinée à se déformer en direction de l’extérieur de l’élément en cas de surpression à l’intérieur de l’élément. On note au contraire que dans le cas du couvercle selon l’invention, le retour est contigu avec une partie horizontale plane (9), perpendiculaire à Taxe longitudinal de l’élément. En s’affranchissant de la partie déformée (25) en forme de « V » caractéristique des couvercles conventionnels, l’invention permet d’augmenter le volume interne de l’élément disponible pour y loger les électrodes. Le remplacement de la partie en forme de « V » par une partie horizontale plane permet de gagner quelques millimètres. Ceci explique que la hauteur d’un couvercle conventionnel soit d’environ 4,5 mm alors que celle d’un couvercle selon l’invention est de seulement environ 2 mm. On gagne ainsi en capacité. Le gain de volume est matérialisé par la flèche verticale pointant vers le haut sur l’axe de symétrie de l’élément. La présence de la partie horizontale plane du couvercle selon l’invention ne se fait pas au détriment de la rigidité du couvercle, ni au détriment de la sécurité de l’utilisateur. En effet, d’une part, les saillies et la couronne permettent de rigidifier le couvercle. Les saillies et la couronne sont orientées vers l’extérieur de l’élément. Cette orientation ne pénalise donc pas le volume interne disponible. D’autre part, la présence d’amincissement permet de garantir la sécurité de l’utilisateur.
[0076] Caractéristiques générales du couvercle
[0077] Le couvercle selon l’invention peut être en acier inoxydable, en acier nickelé ou en aluminium. De préférence, le couvercle est en acier inoxydable.
[0078] Le couvercle présente une hauteur supérieure ou égale à 1,6 mm et inférieure à 4 mm, de préférence comprise entre 2 et 3 mm.
La hauteur du couvercle selon l’invention est réduite par rapport à celle des couvercles standards.
[0079] Orifice de remplissage pour électrolyte
[0080] Selon un mode de réalisation, le couvercle comprend un orifice pour le remplissage d’un élément par un électrolyte, ledit orifice se trouvant dans une zone creuse de la surface de l’anneau.
[0081] Cette zone creuse permet de recueillir les résidus d’électrolyte qui viendraient à s’écouler lors du remplissage de l’élément et éviter ainsi qu’ils se répandent sur le couvercle.
[0082] Une fois l’électrolyte introduit, une bille est soudée au niveau de cet orifice pour le fermer. La zone creuse permet également l’auto-centrage de la bille. Le fait de disposer l’orifice de remplissage sur le couvercle permet d’avoir un conteneur à fond plat et donc de gagner en volume interne. De plus, le remplissage de l’élément par le couvercle permet de simplifier le procédé de fabrication car il permet d’éviter une étape supplémentaire consistant à retourner l’élément pour effectuer le remplissage.
La présence d’un orifice de remplissage sur le fond du conteneur pourrait fragiliser le fond du conteneur car celui-ci est en appui sur une surface supportant l’élément.
[0083] Elément électrochimique
[0084] La présente invention a pour second objet un élément électrochimique comprenant :
- un conteneur logeant un faisceau électrochimique, une extrémité formant fond et une extrémité opposée à l’extrémité formant fond, dans lequel ladite extrémité opposée à l’extrémité formant fond est fermée par un couvercle tel que défini dans la présente invention.
[0085] Selon un mode de réalisation, le volume de matière du couvercle occupe entre 10 et 15% du volume total du conteneur. [0086] Selon un autre mode de réalisation dudit élément, le volume alloué à un ensemble de connexions, à un électrolyte et au faisceau électrochimique représente au moins 95% du volume disponible dans le conteneur.
[0087] Selon un mode de réalisation, l’extrémité formant fond de l’élément comprend un orifice destiné au remplissage de l’élément par l’électrolyte.
[0088] L’élément électrochimique peut être un élément de type primaire ou secondaire.
[0089] Le format de l’élément peut être cylindrique ou prismatique, de préférence il est cylindrique. Le diamètre du conteneur n’est pas limité.
[0090] Dans le cas d’un élément de type secondaire, on peut citer par exemple les éléments de type lithium-ion, Ni/MH ou Ni/Cd. De préférence, de type lithium-ion. L’élément secondaire comprend de préférence un ou plusieurs dispositifs de sécurité déconnectant les électrodes d’une polarité donnée à leur borne de sortie de courant de polarité correspondante en cas de surpression à l’intérieur du conteneur. Ces dispositifs viennent en complément des zones d’amincissement qui ne font que libérer les gaz hors de l’élément.
[0091 ] Dans le cas des éléments de type primaire, on peut citer par exemple les éléments de type Li/MnO2, Li/CF , Li/SCh, Li/SOCh et Li/SChCh.
[0092] Procédé de fabrication
[0093] La présente invention a pour troisième objet un procédé de fabrication du couvercle tel que défini dans la présente invention, ledit procédé comprenant les étapes suivantes :
(a) Emboutissage d’une tôle, pour former un anneau présentant : une circonférence extérieure et une circonférence intérieure,
- un bossage en forme de couronne situé entre la circonférence intérieure et la circonférence extérieure, au moins deux zones planes en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies s’étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure selon des axes non radiaux ;
(b) Formation d’une zone amincie sur au moins l’une des quatre saillies et/ou sur le bossage en forme de couronne et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes ; l’étape b) pouvant être réalisée après l’étape a) ou avant l’étape a) aux emplacements prévus sur la tôle pour la création du bossage en forme de couronne et desdites au moins quatre saillies par emboutissage ;
(c) Mise en place d’une borne d’interfaçage isolée dans l’espace délimité par la circonférence intérieure de l’anneau ;
(d) Soudure de la borne d’interfaçage sur la pièce obtenue à l’étape b).
[0094] On entend par « emboutissage » un procédé qui consiste à façonner une pièce métallique à partir d’une feuille métallique ou d’une tôle.
[0095] L’amincissement peut être réalisé par tout procédé de formage, notamment par magnétoformage, par ablation laser, par usinage mécanique ou par attaque chimique.
[0096] La longueur de la zone amincie peut représenter 50 à 110% de la largeur d’une saillie ou de la largeur du bossage en forme de couronne.
[0097] L’épaisseur de la zone amincie peut aller de 25 à 40 % de l’épaisseur initiale de la tôle.
[0098] Pour une épaisseur de tôle comprise entre 0,4 et 0,5 mm, l’épaisseur résiduelle de la zone amincie peut être comprise entre 0,05 et 0,20 mm, de préférence entre 0,120 mm et 0,180 mm.
[0099] Selon un mode de réalisation, l’étape b) est réalisée par emboutissage ou par enlèvement de matière. De préférence, par emboutissage.
[0100] Selon un mode de réalisation, la borne d’interfaçage isolée correspond à une traversée verre- métal.
[0101] Le procédé de fabrication selon l’invention permet d’obtenir des couvercles de hauteur réduite. En effet, comme en atteste la figure 8, le couvercle de l’art antérieur (A) a une hauteur de 4,25 mm tandis que le couvercle selon un mode de réalisation de l’invention (B) a une hauteur de 2 mm.
[0102] Par conséquent, outre le gain de volume interne, le procédé de fabrication permet une économie de matière qui est significative.
EXEMPLES
[0103] Exemple 1
[0104] Des tests ont été réalisés afin d’évaluer le déplacement selon la direction de l’axe longitudinal de l’élément, (en millimètres) d’un élément cylindrique selon l’invention et d’un élément cylindrique standard de même dimension, en fonction de leur pression interne exprimée en bar.
[0105] Les résultats sont présentés à la figure 5 et montrent que l’élément selon l’invention subit une déformation dans la direction de son axe longitudinal similaire à celle d’un élément standard. Par conséquent, un couvercle selon l’invention répond aussi bien qu’un élément standard aux normes de sécurité.
[0106] Exemple 2
[01 7] Deux prototypes d’élément de format D ont été réalisés, l’un comprenant un couvercle selon l’invention tel que représenté par la référence (21) sur la figure 6 et l’autre un couvercle standard tel que représenté par la référence (22) sur la figure 6. Les caractéristiques de ces éléments sont listées ci-après.
[0108] [Tab. 1]
[0109] Les résultats présentés dans le tableau ci-dessus révèlent que pour une dimension d’ éléments équivalente, l’élément comprenant un couvercle selon l’invention présente un volume interne supérieur à celui de l’élément standard ainsi qu’une capacité augmentée.
[01 10] Exemple 3
[OU I] Des tests ont été réalisés afin d’évaluer l’effet de la position des zones amincies sur le couvercle. Ces tests consistent à introduire du gaz dans un élément dont le couvercle comprend une zone amincie sur au moins l’une des saillies (traits en pointillés) et dans un élément dont le couvercle comprend au moins une zone amincie disposée uniquement sur le bossage en forme de couronne (traits pleins). Les résultats sont présentés à la figure 7.
[0112] On observe que la pression augmente plus vite dans l’élément dont le couvercle comprend les zones amincies au niveau du bossage en forme de couronne. Par exemple après 0,2 seconde, la pression mesurée dans cet élément est de 450 MPa alors qu’elle est de 300 MPa pour l’élément dont le couvercle comprend les zones amincies au niveau des saillies. On peut alors en déduire que ce dernier type d’élément se déforme davantage puisque pour la même quantité de gaz introduite, la pression interne est moindre.
[0113] Donc on peut faire varier la position des zones amincies, c’est-à-dire les disposer soit sur les saillies, soit sur la couronne, en fonction de la pression de déchirure recherchée. On peut également faire varier leur nombre et forme en fonction de la pression de déchirure recherchée.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Couvercle (1) pour élément électrochimique, comprenant :
- un anneau, ledit anneau présentant une circonférence extérieure (2a) et une circonférence intérieure (2b),
- un bossage en forme de couronne (3) situé entre la circonférence intérieure(2b) et la circonférence extérieure (2a), au moins deux zones planes (9) en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies (4) s’étendant du bossage en forme de couronne (3) vers la circonférence extérieure (2a) selon un axe non radial, dans lequel une zone amincie (5) est présente sur l’une au moins de ces quatre saillies (4) et/ou sur le bossage en forme de couronne (3) et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes (9).
[Revendication 2] Couvercle selon la revendication 1, comprenant deux zones d’interfaçages distinctes de polarités identiques ou opposées (6,7).
[Revendication 3] Couvercle selon la revendication 2, dans lequel la première zone d’interfaçage
(6) est située entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, et la seconde zone d’interfaçage (7) de polarité identique ou opposée à la première est située dans l’espace délimité par la circonférence intérieure de l’anneau.
[Revendication 4] Couvercle selon la revendication 3, dans lequel la seconde zone d’interfaçage est isolée du couvercle par une jonction de type traversée verre-métal comprenant un isolant en verre (10) et un moyen de fixation en métal (11), ledit moyen de fixation étant fixé au couvercle par soudure.
[Revendication 5] Couvercle selon l’une quelconque des revendications 3 à 4, dans lequel la première zone d’interfaçage est une zone de connexion d’électrode de polarité négative et la seconde zone d’interfaçage est une zone de connexion d’électrode de polarité positive.
[Revendication 6] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes dans lequel, la zone amincie est rectangulaire, ou en chevron ou en amande.
[Revendication 7] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel chaque saillie comprend une zone amincie.
[Revendication 8] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dans lequel lesdites au moins quatre saillies s’étendent chacune selon un axe de direction non radiale, aucun axe de direction n’étant parallèle à un autre. [Revendication 9] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant entre 2 et 4 zones planes en forme d’arc de cercle
(9), situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau.
[Revendication 10] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, dont la hauteur est supérieure ou égale à 1,6 mm et inférieure à 4 mm, de préférence comprise entre 2 et 3 mm.
[Revendication 11] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, comprenant un orifice pour le remplissage d’un élément par un électrolyte (8), ledit orifice se trouvant dans une zone creuse de la surface de l’anneau.
[Revendication 12] Couvercle selon l’une quelconque des revendications précédentes, ledit couvercle étant en acier inoxydable, en acier nickelé ou en aluminium.
[Revendication 13] Elément électrochimique comprenant :
- un conteneur logeant un faisceau électrochimique, une extrémité formant fond et une extrémité opposée à l’extrémité formant fond, dans lequel ladite extrémité opposée à l’extrémité formant fond est fermée par un couvercle (1) tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 12.
[Revendication 14] Elément électrochimique selon la revendication 13, dans lequel le volume alloué à un ensemble de connexions, à un électrolyte et au faisceau électrochimique représente au moins 95% du volume disponible dans le conteneur.
[Revendication 15] Elément électrochimique selon la revendication 13 ou 14 de type lithium-ion, Ni/MH ou Ni/Cd.
[Revendication 16] Elément électrochimique selon la revendication 13 ou 14 de type lithium primaire choisi dans le groupe comprenant : LiMnCh, LiCF , LiSCh, LiSOCh et LiSChCh .
[Revendication 17] Procédé de fabrication du couvercle tel que défini selon l’une quelconque des revendications 1 à 12, comprenant les étapes suivantes :
(a) Emboutissage d’une tôle, pour former un anneau présentant : une circonférence extérieure (2a) et une circonférence intérieure (2b),
- un bossage en forme de couronne (3) situé entre la circonférence intérieure (2b) et la circonférence extérieure (2a), au moins deux zones planes (9) en forme d’arc de cercle, situées entre le bossage en forme de couronne et la circonférence extérieure de l’anneau, le couvercle étant vu dans une direction perpendiculaire au plan de l’anneau, au moins quatre saillies (4) s’étendant du bossage en forme de couronne vers la circonférence extérieure selon un axe non radial ;
(b) Formation d’une zone amincie (5) sur au moins l’une des quatre saillies (4) et/ou sur le bossage en forme de couronne (3) et/ou sur au moins l’une des au moins deux zones planes (9) ; l’étape b) pouvant être réalisée après l’étape a) ou avant l’étape a) aux emplacements prévus sur la tôle pour la création du bossage en forme de couronne (3) et desdites au moins quatre saillies (4) par emboutissage.
(c) Mise en place d’une borne d’interfaçage isolée (7) dans l’espace délimité par la circonférence intérieure (2b) de l’anneau ;
(d) Soudure de la borne d’interfaçage sur la pièce obtenue à l’étape b).
[Revendication 18] Procédé selon la revendication 17 dans lequel l’étape b) est réalisée par emboutissage ou par enlèvement de matière.
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