FR2545277A1 - Cylindrical current collector for electric battery electrode - Google Patents

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Abstract

Cylindrical current collector for electric battery electrode 8 including a wound metal leaf constituting the lateral wall 1 of the cylinder; the cylinder comprises a base forming a single piece with the said lateral wall and fastened directly to a cap 7 intended to form the negative terminal of the battery, the cylinder/cap assembly being one piece.

Description

Collecteur de courant cylindrique pour électrode de pile électrique
La présente invention concerne un collecteur de courant cylin- dorique pour électrode de pile électrique cylindrique, en particulier de pile au lithium.Cylindrical current collector for electric battery electrode
The present invention relates to a cylindrical current collector for an electrode of a cylindrical electric cell, in particular of a lithium cell.

L'augmentation de l'autonomie et/ou de l'énergie volumique nécessaire dans les applications nouvelles a entraîné un fort développement des piles à électrode négative de lithium qui offrent par rapport aux systèmes traditionnels une excellente aptitude à la conservationj des possibilités de puissances même à basse température, et une très forte énergie volumique. The increase in autonomy and / or volume energy required in new applications has led to a strong development of lithium negative electrode batteries which offer, compared to traditional systems, an excellent ability to conserve the possibilities of power even at low temperature, and a very high energy density.

Malheureusement les propriétés de ces piles ne permettent pas d'utiliser les modes de constructions habituels qui consistent à placer la matière active négative contre le godet de la pile ou à l'utiliser elle-meme comme godet. En effet, lors de la décharge, le métal de l'électrode négative se dissout, ce qui, compte tenu de la faible masse volumique des métaux concernés, entratne une diminution importante du volume de cette électrode et tend à augmenter dune façon excessive la distance entre les électrodes ; de plus, pour des raisons électrochimiques, il est souvent préférable de mettre l'électrode positive au contact du godet entraînant la nécessité de réaliser une pile à électrode négative centrale. Unfortunately the properties of these batteries do not allow to use the usual modes of construction which consist in placing the negative active material against the bucket of the battery or in using it itself as a bucket. Indeed, during the discharge, the metal of the negative electrode dissolves, which, given the low density of the metals concerned, causes a significant reduction in the volume of this electrode and tends to increase the distance excessively. between the electrodes; in addition, for electrochemical reasons, it is often preferable to put the positive electrode in contact with the bucket, resulting in the need to produce a battery with a central negative electrode.

Aux difficultés précédentes s'ajoute le fait que le lithium est un métal mou, n'ayant pas une tenue mécanique suffisante ; il devient alors nécessaire de le mettre en forme sur un collecteur métallique cylindrique assurant le maintien du lithium en regard de l'électrode positive afin d'obtenir une décharge homogène et totale de la pile. To the previous difficulties is added the fact that lithium is a soft metal, not having sufficient mechanical strength; it then becomes necessary to shape it on a cylindrical metal collector ensuring the maintenance of the lithium facing the positive electrode in order to obtain a homogeneous and total discharge of the battery.

Des formes possibles pour ce type de collecteur ont fait déjà l'objet de brevets, notamment des brevets français-n0 2 161 504 et n0 2 388 414. Mais, dans les cas précédents, la continuité électrique entre le collecteur de courant de l'électrode négative et la borne extérieure négative de la pile est assurée par l'intermédiaire d'une ou de plusieurs pièces métalliques pouvant être soudées. La réalisation de cette continuité électrique entraîne donc la fabrication de pièces supplémentaires, d'où un accroissement du coût non négligeable à la fois en main d'oeuvre et en matière. De plus s'ajoutent souvent plusieurs opérations de dégraissage préalables aux souderas, opérations longues, délicates et diffi#ilenent automatisables compte tenu des types de pièces mises en jeu. Possible forms for this type of collector have already been the subject of patents, in particular French patents No. 2,161,504 and No. 2,388,414. However, in the preceding cases, the electrical continuity between the current collector of negative electrode and the negative external terminal of the battery is ensured by means of one or more metal parts which can be welded. Achieving this electrical continuity therefore leads to the manufacture of additional parts, hence an appreciable increase in cost both in terms of labor and material. In addition, there are often several degreasing operations prior to welding, long, delicate and diffi # ilenent operations that can be automated given the types of parts involved.

La présente invention a pour but d1éviter ces inconvénients. The object of the present invention is to avoid these drawbacks.

La présente invention a pour objet un collecteur de courant cylindrique pour électrode de pile électrique cylindrique, comportant
une feuille métallique enroulée constituant la paroi latérale du
cylindre, caractérisé par le fait que ledit cylindre comprend en outre une base formant une pièce unitaire avec ladite paroi latérale et directement solidarisée à un capuchon destiné à former la borne n~,ga- tive de la pile ; l'ensemble cylindre-capuchon est nonobîca. The subject of the present invention is a cylindrical current collector for a cylindrical electric cell electrode, comprising
a rolled metal sheet constituting the side wall of the
cylinder, characterized in that said cylinder further comprises a base forming a unitary piece with said side wall and directly secured to a cap intended to form the terminal n ~, gat tive of the battery; the cylinder-cap assembly is nonobîca.

Le métal qui constitue ce collecteur est par exemple en acier inoxydable. The metal which constitutes this collector is for example stainless steel.

Selon une autre variante, le métal qui le constitue est un acier (nickelé ou non) au moins partiellement recouveru d'un métal apte à former un alliage avec le métal de 1 'électrode négative q## lui est associée s ainsi avec un métal alcalin on peut choisir le plomb, 11 étain, le zinc, l'argent, le cadmium, l'or, le platine. According to another variant, the metal which constitutes it is a steel (nickel-plated or not) at least partially covered with a metal capable of forming an alloy with the metal of the negative electrode q ## is thus associated with it with a metal alkaline we can choose lead, 11 tin, zinc, silver, cadmium, gold, platinum.

La présente invention a également pour objet un procédé de fabrication du collecteur précédent
Selon ce procédé, on découpe une feuille métallique suivant la forme de ladite paroi latérale et de ladite base reliées par une languette, on enroule la feuille et l'on replie la languette de manière à réaliser un cylindre muni de ladite base, on prévoit des bossages sur la face externe de ladite base et on réalise la soudure électrique avec ledit capuchon.The present invention also relates to a method of manufacturing the preceding collector
According to this method, a metal sheet is cut according to the shape of said side wall and said base connected by a tongue, the sheet is rolled up and the tongue is folded so as to produce a cylinder provided with said base, bosses on the external face of said base and electric welding is carried out with said cap.

De préférence, on découpe dans ladite base une fente diamétrale ; ladite languette est formée à partir d'évidements ménagés dans le bord de la feuille métallique situé du coté de la base. Preferably, a diametral slot is cut from said base; said tongue is formed from recesses in the edge of the metal sheet located on the side of the base.

L'invention a également pour objet une pile électrique cylindrique faisant utilisation du collecteur de courant précédent. The invention also relates to a cylindrical electric cell making use of the preceding current collector.

Une telle pile comprend une électrode positive périphérique, un séparateur poreux et une électrode négative disposée en position cen- trale, ladite électrode négative comprenant une feuille de métal à potentiel normal fortement négatif enroulée autour d'un collecteur de courant cylindrique élastiquement déformable, conforme à la définition précédente. Such a battery comprises a peripheral positive electrode, a porous separator and a negative electrode disposed in the central position, said negative electrode comprising a sheet of metal with a strongly negative normal potential wound around an elastically deformable cylindrical current collector, in accordance with the previous definition.

Dgautres caractéristiques et avantages de l'invention apparaî- tront au cours de la description suivante d'un mode de réalisation donné à titre illustratif mais nullement limitatif. Other characteristics and advantages of the invention will appear during the following description of an embodiment given by way of illustration but in no way limiting.

Dans le dessin annexé : - la figure 1 est une vue en élévation du collecteur de courant selon l'invention au moment de sa découpe dans une feuille métallique, - la figure 2 montre en perspective éclatée l'opération de soudage du collecteur de courant au capuchon constituant une borne de sortie de pile, - la figure 3 est une vue en perspective semi-coupée montrant l'utilisation dans une pile du collecteur de courant selon l'invention. In the accompanying drawing: - Figure 1 is an elevational view of the current collector according to the invention at the time of its cutting in a metal sheet, - Figure 2 shows in exploded perspective the welding operation of the current collector to cap constituting a battery output terminal, - Figure 3 is a semi-cut perspective view showing the use in a battery of the current collector according to the invention.

On voit dans la figure 1 une feuille métallique plane découpée de manière à former la paroi latérale 1 du collecteur de courant et sa base 2, reliée à la paroi 1 par une languette 6. Cette languette est obtenue par la réalisation d'évidements 5 dans le bord de la paroi 1. We see in Figure 1 a flat metal sheet cut so as to form the side wall 1 of the current collector and its base 2, connected to the wall 1 by a tongue 6. This tongue is obtained by making recesses 5 in the edge of the wall 1.

La base 2 présente une fente diamétrale 4, et deux bossages 3.The base 2 has a diametrical slot 4, and two bosses 3.

Le métal de la feuille doit être suffisamment malléable et en outre inaltérable vis-à-vis des constituants de la pile où il sera intégré. The sheet metal must be sufficiently malleable and also unalterable vis-à-vis the constituents of the cell where it will be integrated.

La figure 2 montre la pièce de la figure 1 après enroulement de la paroi latérale 1, réalisé de manière à ce que ses bords ne soient pas tout à fait jointifs ; la languette 6 a été repliée aisément grâce aux évidements 5 qui donnent une souplesse suffisante ; la base 2 ferme sensiblement une extrémité de la partie cylindrique du colle c- teur. Les bossages 3 permettent une soudure en une seule opération du collecteur de courant proprement dit et du capuchon métallique 7 qui sert de borne de sortie négative. Figure 2 shows the part of Figure 1 after winding of the side wall 1, made so that its edges are not completely contiguous; the tongue 6 has been folded back easily thanks to the recesses 5 which give sufficient flexibility; the base 2 substantially closes one end of the cylindrical part of the adhesive adhesive. The bosses 3 allow soldering in a single operation of the current collector itself and the metal cap 7 which serves as a negative output terminal.

L'opération de soudure est donc unique- et peut être aisément faite sur une machine automatique, ce qui entrasse un gain de temps substantiel par rapport aux solutions proposées par la technique antérieure. The welding operation is therefore unique - and can easily be done on an automatic machine, which saves substantial time compared to the solutions proposed by the prior art.

La figure 3 montre une pile électrique cylindrique utilisant un collecteur de courant selon l'invention. On retrouve la partie cylindrique latérale 1 et le capuchon 7 formant un ensemble monobloc disposé en position centrale dans la pile dont le godet métallique externe est référencé 12. L'électrode négative 8 est une feuille de lithium enroulée autour de la paroi latérale 1 du collecteur ; un séparateur 9 est disposé entre l'électrode 8 et l'électrode positive 10 en contact avec le godet 12. FIG. 3 shows a cylindrical electric cell using a current collector according to the invention. We find the lateral cylindrical part 1 and the cap 7 forming a monobloc assembly disposed in the central position in the stack whose external metal cup is referenced 12. The negative electrode 8 is a lithium sheet wound around the side wall 1 of the collector ; a separator 9 is placed between the electrode 8 and the positive electrode 10 in contact with the cup 12.

La fermeture de la pile est assurée par un joint 11 en matière plastique réalisant l'étanchéité entre le capuchon 7 et le godet 12. The battery is closed by a seal 11 made of plastic material sealing between the cap 7 and the cup 12.

Le fait que, selon l'invention, on ait réalisé un ensemble mono~ bloc pour assurer la continuité électrique entre l'électrode négative 8 et la borne extérieure correspondante 7 apporte de nombreux avantages. On évite les courts-circuits internes dus à un mauvais positionnement du collecteur central et de ses connexions à la borne
Par ailleurs, la rigidité du système permet un gain de temps appré~ ciable sur la channe de fabrication lors de l'introduction dans la pile.The fact that, according to the invention, a mono ~ block assembly has been produced to ensure electrical continuity between the negative electrode 8 and the corresponding external terminal 7 provides numerous advantages. Internal short circuits are avoided due to incorrect positioning of the central collector and its connections to the terminal
Furthermore, the rigidity of the system saves time appré ~ ciable on the production line during introduction into the stack.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit. On pourra sans sortir du cadre de llinvention remplacer tout moyen par un moyen équivalent.  Of course, the invention is not limited to the embodiment which has just been described. Without departing from the scope of the invention, any means can be replaced by equivalent means.

Claims (8)

REVENDICATIONS 1/ Collecteur de courant cylindrique pour électrode de pile électrique comportant une feuille métallique enroulée constituant la paroi latérale du cylindre, caractérisé par le fait que ledit cylindre comprend une base formant une pièce unitaire avec ladite paroi latérale et directement solidarisée à un capuchon destiné à former la borne négative de la pile, l'ensemble oylindre-oapuchon étant monobloc.1 / cylindrical current collector for an electric cell electrode comprising a rolled metal sheet constituting the side wall of the cylinder, characterized in that said cylinder comprises a base forming a unitary piece with said side wall and directly secured to a cap intended to form the negative terminal of the battery, the oylindre-cap assembly being in one piece. 2/ Collecteur de courant cylindrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal qui le constitue est un acier inoxydable.2 / cylindrical current collector according to claim 1, characterized in that the metal which constitutes it is a stainless steel. 3/ Collecteur de courant cylindrique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le métal qui le constitue est un acier au moins partiellement recouveru d'un métal apte à former un alliage avec le métal alcalin de l'électrode négative qui lui est associée, métal choisi parmi le plomb, ltétainS le zinc, l'argent, le cadmium, l'or et le platine.3 / cylindrical current collector according to claim 1, characterized in that the metal which constitutes it is a steel at least partially covered with a metal capable of forming an alloy with the alkali metal of the negative electrode which is associated with it , a metal chosen from lead, tin, zinc, silver, cadmium, gold and platinum. 4/ Procédé de fabrication d'un collecteur de courant selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que l'on découpe une feuille métallique suivant la forme de ladite paroi latérale et de ladite base reliées par une languette, que l'on enroule la feuille et l'on replie la languette de manière à réaliser un cylindre muni de sa base, que l'on prévoit des bossages sur la face externe de ladite base et que l'on réalise sa soudure électrique avec ledit capuchon au niveau desdits bossages.4 / A method of manufacturing a current collector according to one of claims 1 to 3, characterized in that a metal sheet is cut according to the shape of said side wall and said base connected by a tongue, that the sheet is rolled up and the tongue is folded so as to produce a cylinder provided with its base, that bosses are provided on the external face of said base and that its electrical welding is carried out with said cap at the level of said bosses. 5/ Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé par le fait que l'on prévoit une découpe dans ladite base suivant une fente diamétrale.5 / A manufacturing method according to claim 4, characterized in that there is provided a cut in said base along a diametrical slot. 6/ Procédé de fabrication selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite languette est formée à partir d'évidements ménagés dans le bord correspondant de la feuille métallique, de part et d'autre de ladite base. 6 / A manufacturing method according to claim 4, characterized in that said tongue is formed from recesses formed in the corresponding edge of the metal sheet, on either side of said base. 7/ Pile électrique cylindrique faisant utilisation du collecteur de courant selon la revendication 1.7 / cylindrical electric cell making use of the current collector according to claim 1. 8/ Pile électrique cylindrique comportant une électrode positive péri phérique, un séparateur poreux et une électrode native disposée en position centrale, ladite électrode négative comprenant une feuille de métal à potentiel normal fortement négatif enroulée autour d'un collecteur de courant cylindrique et élastiquement déformables conforme à l'une des revendications 1 à 3. 8 / Cylindrical electric cell comprising a positive peripheral electrode, a porous separator and a native electrode disposed in the central position, said negative electrode comprising a sheet of metal with normal potential strongly negative wound around a cylindrical current collector and elastically deformable conforming to one of claims 1 to 3.
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