FR2584238A1 - Pile galvanique a joint a deux gorges - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE PILE GALVANIQUE UTILISANT UN JOINT EN MATIERE ELECTRIQUEMENT NON CONDUCTRICE. CHACUNE DES SURFACES SUPERIEURE ET INFERIEURE DU JOINT 1 PRESENTE UNE GORGE 2, 3. UN PREMIER COUVERCLE 4 COMPORTE UNE JUPE PERIPHERIQUE 5 LOGEE DANS LA GORGE 2, ET UN SECOND COUVERCLE 6 COMPORTE UNE JUPE PERIPHERIQUE 7 LOGEE DANS LA GORGE 3. LES JUPES SONT FIXEES A L'INTERIEUR DES GORGES DE FACON HERMETIQUE AFIN DE FORMER UNE PILE ETANCHE. DOMAINE D'APPLICATION : PILES GALVANIQUES.
Description
L'invention concerne un joint d'étanchéité
pour des piles galvaniques étanches.
L'une des préoccupations de la fabrication de piles galvaniques est que l'espace situé à l'intérieur de la pile soit utilisé de façon optimale. Une autre préoccupation est que les substances chimiques renfermées
à l'intérieur de la pile ne doivent pas suinter à l'inter-
face de la fermeture de la pile ni fuir de la pile.
Une autre préoccupation est que les matières étrangères ne doivent pas pénétrer dans la pile à travers le joint d'étanchéité. La quantité de substances chimiques se trouvant à l'intérieur de la pile galvanique détermine la capacité électrochimique de la pile et il est donc important d'utiliser efficacement l'espace. Si, pour une raison quelconque, les substances chimiques se trouvant à l'intérieur de la pile fuient, cette fuite peut alors raccourcir la durée de vie de la pile. Cette fuite peut également provoquer la formation d'un dépôt corrosif sur la surface extérieure de la pile, ce qui
nuit à l'aspect et à la commercialisation de la pile.
De façon similaire, si des matières étrangères entrent dans la pile, elles risquent alors de réduire la durée de stockage et la capacité électrochimique de cette
pile.
La fuite de substances chimiques pouvant
réduire la durée de vie de la pile peut également provo-
quer la formation de dépôts corrosifs sur la surface
extérieure de la pile. Ces sels corrosifs peuvent entrai-
ner une décharge électrique de la pile et peuvent égale-
ment endommager le dispositif dans lequel la pile est logée. Habituellement, la substance chimique de fuite est l'électrolyte de la pile. Cette fuite d'électrolyte peut se produire dans des systèmes de piles comportant des électrolytes aqueux ou non aqueux, tels que des
électrolytes à base de solvant organique et des cathodes-
électrolytes inorganiques liquides, par exemple ceux basés sur du chlorure de thionyle et du chlorure de sulfuryle. Des électrolytes tels que des électrolytes alcalins tendent à mouiller les surfaces métalliques et sont connus pour suinter à travers une interface
d'obturation étanche d'une pile galvanique.
En général, des piles galvaniques comprennent une électrode négative, une électrode positive, un séparateur entre ces électrodes négative et positive et une solution d!électrolyte en contact ionique avec les électrodes négative et positive, le tout étant logé dans un ensemble à récipient et couvercle équipé de moyens d'étanchéité tels qu'un joint, disposés entre le récipient et le couvercle. Le joint d'étanchéité constitue une barrière primaire s'opposant à la fuite de l'électrolyte. D'importants efforts ont été consacres
à la conception des joints d'étanchéité.
Un exemple d'un joint décrit dans l'art
antérieur est donné dans le brevet des Etats-Unis d'Amé-
rique N 4 457 990, figure 5. Le joint comporte un rebord périphérique et il est logé à l'intérieur du conteneur. Un couvercle est ensuite placé sur le joint de manière que le bord périphérique du couvercle s'ajuste dans le rebord périphérique du joint. Puis le bord supérieur du conteneur est comprimé radialement contre le rebord du joint et le bord du couvercle. Le bord supérieur du conteneur est ensuite serti par-dessus le joint pour assurer efficacement l'étanchéité du couvercle sur le conteneur. En raison de la position et de la configuration du joint et du couvercle, le volume ou espace interne pouvant être utilisé pour la matière active est moindre. Le joint de l'invention s'adresse de façon particulière à ce problème et accroît sensiblement le volume ou espace interne utilisable,
pour les mêmes dimensions extérieures.
Il serait donc très bénéfique, pour le domaine des piles galvaniques, de prévoir des moyens permettant d'optimiser l'espace -à l'intérieur de la pile tout en réalisant simultanément un joint étanche efficace. L'invention a donc pour objet de proposer une pile galvanique étanche dont le volume interne est élevé au maximum afin qu'une quantité maximale de matières actives y soit logée. L'invention a également pour objet de proposer une pile galvanique pratiquement à l'épreuve des fuites, et notamment une pile galvanique comportant un joint d'étanchéité présentant une gorge de forme sensiblement en U dans chacune de ses surfaces supérieure et inférieure. L'invention a également pour objet de donner aux gorges d'un joint d'étanchéité
à deux gorges des formes différentes en section transver-
sale. L'invention a également pour objet de donner aux gorges d'un joint d'étanchéité à deux gorges des
dimensions différentes.
L'invention concerne donc une pile galvanique étanche comportant une anode, un électrolyte et une cathode, le tout assemblé dans un bottier. Le boîtier comprend un premier élément de couvercle duquel est solidaire au moins une jupe et un second élément de couvercle duquel est également solidaire au moins une
jupe. Un joint d'étanchéité, électriquement non conduc-
teur et possédant une ouverture centrale, présente une surface supérieure dans laquelle est ménagée une gorge et une surface inférieure dans laquelle est ménagée également une gorge. Le joint d'étanchéité est disposé entre les deux couvercles de façon que la jupe solidaire du premier élément de couvercle soit positionnée dans la gorge de la surface inférieure du joint et que la jupe solidaire du second élément de couvercle soit positionnée dans la gorge ou la surface supérieure du joint pour former ainsi une pile fermée de façon étanche. L'invention propose avantageusement un joint d'étanchéité pour piles galvaniques, o le joint électriquement non conducteur présente une gorge de forme sensiblement en U ménagée dans chacune de ses surfaces supérieure et inférieure de façon qu'une jupe solidaire d'un couvercle de pile puisse être emboîté étroitement (par exemple élastiquement) dans la gorge constituée par la forme particulière du joint. Pour la plupart des applications, un adhésif et/ou une matière d'étanchéité est également utilisé de façon avantageuse
aux jonctions couvercle/joint.
Un adhésif est considéré comme étant un composé ou une formulation chimique, généralement de la nature d'un fluide ou d'un gel, capable de mouiller les surfaces d'articles solides opposes et d'établir entre elles une liaison mécanique durable. Une couche d'adhésif peut être imparfaite, contenant des fentes, des vides et/ou des fissures et elle peut permettre la transmission de substances à travers l'interface de l'article solide et de la couche d'adbhsif, tout
en étant considérée comrde étanl un adhésif efficace.
Une matière d'étanchéité, par ailleurs, est considérée comme étant un composé ou une formulation chimique, généralement de la nature d'un fluide ou d'un gel, capable de mouiller les surfaces d'articles solides opposés, en remplissant totalement tout vide compris entre eux. Il n'est pas demandé à une matière d'étanchéité de réaliser une liaison mécanique, mais d'empêcher la migration de substances indésirables
à travers les vides qu'elle remplit.
Des exemples bien connus de matières d'étan-
chéité sont des polyamides (voir, par exemple, les
matières indiquées dans le brevet des Etats-Unis d'Améri-
que N 3 922 178) et de l'asphalte. Ces matières ne sont généralement pas des adhésifs, bien que certains
polyamides soient collants et puissent assumer la fonc-
tion d'adhésifs. Les époxydes sont des adhésifs typiques, mais certains d'entre eux peuvent également assumer la fonction de matières d'obturation étanche. La matière couramment utilisée avec le joint à deux gorges selon l'invention est un époxyde du type "Eccobond" qui est une marque commerciale déposée de la firme Emerson & Cuming, Canton, Massachussetts. L'époxyde "Eccobond" peut être utilisé comme adhésif aussi bien que comme
matière d'obturation étanche. En tant que matière d'obtu-
ration étanche, cet époxde exclut principalement la vapeur d'eau (sa fonction principale dans une pile
entièrement à l'état solide). En général, il est impéra-
tif qu'une matière d'obturation étanche ou un adhésif approprié soit choisi en fonction de la substance qu'il
doit empêcher d'entrer dans la pile et/ou d'en sortir.
En général, le joint à deux gorges selon l'invention peut être appliqué à une pile contenant un nombre quelconque de systèmes électrochimiques, par exemple alcalins ou non aqueux, qui utilise un
boftier de pile mince. La présente invention est particu-
lièrement bien adaptée à des systèmes de pile à l'état solide, tels que Li/2,5 LiI.Li4P2S7/TiS2, et elle offre à la fois une bonne résistance de l'étanchéité et une
utilisation maximale du volume de la pile par les matiè-
res actives.
En général, le joint d'étanchéité selon l'invention est conçu de manière à présenter une gorge ou une rainure évidée dans chacune de ses surfaces supérieure et inférieure. La forme des gorges du joint peut être semicirculaire, circulaire, elliptique ou
polygonale telle que triangulaire, rectangulaire, tra-
pézoldale ou toute autre forme. Les gorges du joint, telles quemontrées sur certaines des figures des dessins annexés et décrits ci-après, sont sensiblement de forme en U et, lorsqu'elles sont alignées verticalement, elles donnent au joint un profil ayant, en section transversale, sensiblement la forme d'un H.
La jupe solidaire du couvercle est avantageu-
sement disposée à la périphérie du couvercle comme montré à la figure 1 des dessins annexés, ou bien elle peut être disposée vers l'intérieur de la périphérie du couvercle comme montré sur la. figure 2. Il est demandé à la jupe solidaire du couvercle d'être disposée de façon à former un angle compris entre 30 et 150 avec
le couvercle. L'angle préféré est de 90 , c'est-à-
dire la perpendiculaire, avec la surface du couvercle.
La forme de réalisation de la figure 1
des dessins annexés est de la conception préférée.
Les bords des couvercles sont emboîtés Plastiquement en place dans les gorges du joint afin de fermer la pile. La jupe à double pli au bord du couvercle forme un ajustement élastique étroit hautement souhaitable avec le joint à gorge en raison des caractéristiques de retour élastique des pièces métalliques dans cette zone. Un adhésif ou une matière d'obturation étanche
est également utilisée de façon avantageuse.
Le joint peut être réalisé dans diverses matières polymériques telles qu'une polysulfone, des polyesters, du polyéthylène, du polypropylène, du "Tefzel" [Tefzel" est une marque commerciale de la firme E. I. du Pont de Nemours and Go., Wilmington, Delaware,
et comprend un copolymère d'éthylène et de tétrafluor-
éthylène], ou d'autres matières ayant pour caractéristi-
ques une faible perméabilité à l'oxygène et à l'eau.
Le joint pourrait même être réalisé en céramique ou en verre. Lorsqu'il est utilisé dans des systèmes de pile non aqueux, le joint pourrait être réalisé en une matière à faible perméabilité aux vapeurs de solvants organiques. Des polyamides, des époxydes et d'autres types de matières d'obturation étanche compatibles avec le système électrochimique pour lequel le bottier prévu peuvent être utilisés. Le joint peut également être revêtu d'un polyamide. Le couvercle de la pile, lorsqu'il est fixé dans le joint de l'invention, établit, avec un ensemble convenable adhésif/matière d'obturation étanche, un long trajet de fuite et une bonne étanchéité et une bonne résistance dans les directions aussi bien
du déboîtement que du cisaillement.
Un autre avantage provenant de la pile nouvelle selon l'invention est que plusieurs de ces piles peuvent être aisément assemblées ou empilées les unes sur les autres pour diverses applications de batteries. La structure de ces piles peut également être configurée de façon que le fond de l'une s'ajuste étroitement sur le dessus de l'autre. Ces piles multiples
peuvent être connectées en série par la pression exté-
rieure d'empilage plutôt que par les connexions soudées
classiques entre piles. Ceci permet aux piles individuel-
les de posséder une plus grande densité d'énergie eL
d'utiliser aussi plus efficacement le volume d'empilage.
Un autre avantage pouvant découler de la pile selon l'invention est que la structure extérieure de ces piles peut être aisément adaptée pour donner
une orientation de polarité à la batterie c'est-à-
dire que la batterie se loge dans son compartiment d'une seule façon. A cet effet, on peut donner au joint d'étanchéité selon l'invention une forme telle que, une fois assemblé dans une batterie, celle-ci ne puisse être placée dans un dispositif électronique que d'une seule façon. Une autre manière de donner à la pile une orientation définie par sa structure consiste à donner au couvercle supérieur ou inférieur ou aux jupes qui en sont solidaires une forme telle que la batterie ne puisse pas être insérée incorrectement dans son
logement ou compartiment.
Les couvercles sont habituellement emboîtés élastiquement à l'intérieur du joint à deux gorges et ils sont maintenus en place par frottement. Un adhésif ou une matière d'obturation étanche peut également être utilisé pour maintenir fixement les couvercles sur le joint. Un soudage au laser ou d'autres techniques similaires peuvent' être utilisés pour relier le joint selon l'invention au couvercle. L'utilisation d'un
tel procédé permet d'obtenir une fermeture hermétique.
Le couvercle et le joint peuvent être réali-
sés séparément, puis enclenchés élastiquement l'un avec l'autre pendant l'assemblage de la pile. Il est également possible de mouler le joint d'étanchéité selon l'invention sur le premier couvercle afin que
le second couvercle puisse ensuite être emboîté élasti-
quement dans cet-assemblage.
Les couvercles à utiliser avec le joint selon l'invention peuvent être réalisés en une matière électriquement cenductrice, telle qu'un métal ou un polymère conducteur. Si une matière non conductrice est utilisée pour la fabrication du couvercle, des
moyens doivent alors être prévus pour un contact exté-
rieur avec l'électrode.
Le joint à deux gorges selon l'invention peut être convenablement utilisé dans des systèmes de piles tels que des piles possédant des électrolytes alcalins aqueux par exemple des piles des types Zn/KOH/ MnO2, Zn/KOH/Ag20, Zn/NaOH/Ag20 et Zn/KOH/HgO. Des piles non aqueuses comportant des électrolytes organiques à base de solvants tels que du carbonate de propylène, du diméthoxyéthane, du dioxolane, de la *?-butyrolactone, des éthers cycliques a substituant alkyle tels que le 2méthyltétrahydrofuranne et analogues, y compris des mélanges de ceux-ci avec des solutés tels que LiCF3SO3, LiAsF6, LiBF4, LiCl04, etc. et des paires d'électrodes
telles que Li/MnO2, Li/CFx, Li/TiS2 et autres associa-
2' x tions bien connues dans la technique peuvent également utiliser le joint d'étanchéité à double gorge conçu
selon l'invention.
L'invention sera décrite plus en détail
en regard des dessins annexés à titre d'exemples nulle-
ment limitatifs et sur lesquels: - la figure 1 est une élévation avec coupe de la forme préférée de réalisation de la pile selon l'invention; la figure 2 est une coupe partielle d'une
deuxième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 3 est une coupe partielle d'une
troisième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 4 est une coupe partielle d'une
quatrième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 5 est une coupe partielle d'une
cinquième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 6 est une coupe partielle d'une
sixième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 7 est une vue en perspective avec coupe partielle d'une pile galvanique assemblée comportant une septième forme de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention; - la figure 8 est une coupe partielle d'une
huitième forme de réalisation de la pile selon l'inven-
tion; - la figure 9 est une coupe partielle d'une neuvième forme de réalisation de la pile selon l'inven- tion; et - la figure 10 est une coupe partielle d'une dixième forme de réalisation de la pile selon l'invention. Les figures 1 à 10 représentent différentes formes de réalisation du joint d'étanchéité à deux
gorges selon l'invention.
Une forme préférée de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention est montrée sur la figure
1. Le joint d'étanchéité 1 réalisé en matière électrique-
ment non conductrice présente -une gorge 2 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface supérieure et une gorge 3 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface inférieure. La paroi extérieure du joint 1 comporte des saillies intérieures 8 et 9 à sa surface intérieure verticale. Le couvercle supérieur 4 est solidaire d'une jupe périphérique 5 qui est repliée sur elle-mê^ie. et est approximativement perpendiculaire
au couvercle 4. De façon similaire, le couvercle infé-
rieur 6 est solidaire d'une jupe périphérique 7 qui est repliée sur ellemême. Dans l'état assemblé, la jupe 5 est insérée dans la gorge supérieure 2 tandis que la saillie 8 s'étend au-dessus de la périphérie du couvercle 4. La gorge 3 reçoit et maintient fixement la jupe inférieure 7, tandis que la saillie 9 s'étend au-dessus de la périphérie du couvercle 6. Un bossage faisant saillie vers l'intérieur peut être ajouté au couvercle supérieur ou au couvercle inférieur, ou aux deux couvercles afin d'établir un meilleur contact
entre le couvercle et la matière active adjacente.
il La figure 2 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint 10 est réalisé en une matière électriquement non conductrice, d'une manière telle que sa surface supérieure présente une gorge 11 de forme sensiblement en U et que sa surface inférieure présente également une gorge 12 de forme sensiblement en U. Le couvercle 13 comporte deux jupes ou rebords 14 et 15. La jupe 14 est une jupe intérieure qui comporte une partie repliée afin que cette jupe intérieure 14 possède une plus grande résistance et une plus grande surface de contact. La seconde jupe du couvercle 13 est la jupe ou rebord périphérique 15 en saillie. Le couvercle inférieur 16 comporte une jupe inférieure 17 et il peut comporter une jupe périphérique, qui n'est pas représente ici, mais qui peut être avantageuse dans
certaines applications. Le couvercle 16 tel que représen-
té se termine par une lèvre 18 à son bord périphérique.
La jupe intérieure 14 est assemblée à l'intérieur de la gorge 11 de forme sensiblement en U, tandis que
la jupe périphérique 15 vient par-dessus le bord exté-
rieur du joint 10. De façon similaire, la jupe intérieure 17 est positionnee à l'interieur de la gorge de forme sensiblement en U. Le rebord 15 peut être utilisé pour
établir une orientation de polarité pour la pile achevée.
A cet effet, le dispositif électronique peut etre conçu
de façon à comporter une partie femelle ou un comparti-
ment pour la mise en place d'une batterie dont les contours correspondent aux contours du fond de la pile et, le cas échéant, aux contours latéraux de la pile afin que celle-ci puisse être placée dans une position
emboîtée à l'intérieur de la partie femelle ou du compar-
timent ou encore d'une cavité du dispositif électronique.
Le rebord 15 permet à la batterie ou pile d'être placée à l'intérieur de la partie femelle ou du compartiment
d'une seule façon, ce qui assure la protection du dispo-
sitif ainsi que l'établissement d'une orientation de
polarité fixe.
La figure 3 représente une autre forme de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint 20 réalisé en matière électriquement non conduc-
trice présente une gorge 21 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface supérieure et une gorge 22 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface inférieure. Les deux gorges 21 et 22 du joint 20 sont disposées de façon à être parallèles entre elles. Le couvercle 23 comporte une jupe périphérique simple
24, tandis que le couvercle 25 comporte une jupe périphé-
rique simple 26. Pendant l'assemblage de la pile galvani-
que, la jupe périphérique 24 est introduite dans la gorge 21 et y est maintenue fixement. La gorge 22 reçoit
et maintient fixement la jupe 26 du couvercle 25. L'asy-
métrie de la pile peut être utilisée pour conférer une orientation de polarité à la pile achevée. A cet effet, le dispositif électronique est réalisé de façon à comporter un logement ou compartiment ou une cavité dont la structure physique est telle que la pile ou batterie telle que représentée sur la figure 3 peut
être placée à l'intérieur de ce logement ou de ce compar-
timent d'une seule façon.
La figure 4 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint 30 réalisé en une matière électriquement isolan-
te présente une gorge 31 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface supérieure et une gorge 32 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface
inférieure. Un couvercle 33 comporte une jupe périphéri-
que simple 34 qui est approximativement perpendiculaire à ce couvercle 33. Un couvercle 35 comporte une jupe périphérique simple 36 qui est disposée à peu près perpendiculairement à ce couvercle 35. Les gorges 31
et 32 du joint 30 s'accouplent avec les jupes périphéri-
ques simples 34 et 36, respectivement.
La figure 5 représente en particulier l'une des formes de réalisation de l'invention et elle montre un joint d'étanchéité 40 qui est réalisé en une matière électriquement non conductrice et qui présente une gorge 41 de forme sensiblement en U ménagée dans sa
surface supérieure et une gorge 32 de forme sensible-
ment en U ménagée dans sa surface inférieure. Un couver-
cle 45 comporte une jupe ou un rebord périphérique
simple 46 qui possède une partie repliée approximative-
ment perpendiculaire au plan du couvercle 45. Le pli ajouté à la jupe périphérique simple 46 donne à cette dernière une plus grande résistance ainsi qu'une plus grande surface de contact. Le second couvercle 47 de
la pile galvanique comporte une jupe ou rebord périphéri-
que simple 48 qui comporte une partie repliée approxima-
tivement perpendiculaire à ce couvercle 37. La jupe périphérique simple 46 est emboîtée élastiquement et maintenue fixement à l'intérieur de la gorge 41 de forme sensiblement en U, tandis que la jupe périphérique simple inférieure 48 est maintenue à l'intérieur de la gorge 42 de forme sensiblement en U, d'une manière similaire. L'asymétrie de la pile peut être utilisée pour conférer une orientation de polarité à la pile achevée. A cet effet, le dispositif électronique peut
être réalisé de façon à présenter une cavité, un compar-
timent ou une partie femelle dont la structure est telle que la pile ou batterie montrée sur la figure peutit être placée à l'intérieur du logement ou du compartiment d'une seule façon. Le pli extérieur de
la jupe 48 peut être réalisé de façon à avoir une lon-
gueur égale à celle de la partie extérieure du joint
40 d'étanchéité.
La figure 6 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Ce joint 50 réalisé en matière électriquement isolan-
te présente une gorge 51 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface supérieure et une gorge 52 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface
inférieure. Un couvercle 54 comporte une jupe périphéri-
que simple 55 qui est repliée approximativement à angle droit par rapport au couvercle 54. Un second couvercle 56 de la pile galvanique est une image réfléchie du couvercle 54. La gorge supérieure 51 de forme en U et la gorge inférieure 52 de forme en U s'accouplent
avec les jupes périphériques simples 55 et 57, respecti-
vement, et les maintiennent fixement. Un autre élément 53, électriquement non conducteur, peut être monté ou collé sur la surface supérieure du joint 50 et il
peut s'étendre au-dessus du bord périphérique du couver-
cle 54. L'élément 53 peut être fixé au bord périphérique du couvercle 54, ou bien il peut être lié à la surface
extérieure du joint 50. Lorsque l'élément 53 électrique-
ment non conducteur est fixé par tous moyens convenables à la surface supérieure extérieure du joint 50, il
peut être situé sur le même plan que la surface supérieu-
re du couvercle 54, ou bien au-dessus de la surface supérieure du couvercle 54. Lorsque l'élément 53 dépasse au-dessus de la surface supérieure du couvercle 54, il confère une orientation de polarité à la pile ou batterie, c'est-à-dire que celle-ci peut à présent
être placée à l'intérieur d'une cavité ou d'un comparti-
ment du dispositif électrique, d'une seule façon. La surface périphérique extérieure du joint 50 peut être dans le même plan que celle de l'élément 53. Un élément similaire, électriquement non conducteur, peut également être monté sur la surface inférieure du joint 50. Si un élément électriquement non conducteur n'est pas fixé à la surface inférieure du joint 50, l'asymétrie de la pile peut alors être utilisée pour conférer une
orientation de polarité à la batterie ou pile. L'asymé-
trie montrée sur la figure 6 donne une géométrie d'emboî-
tement pour l'empilage des piles. Ce type d'empilage assure un alignement de polarité uniforme des piles
dans l'empilage.
La figure 7 représente en perspective, avec coupe partielle, une forme de réalisation de la
pile galvanique selon l'invention dans son état assemblé.
La pile galvanique assemblée 60 comprend un joint d'étan-
chéité 61 et des couvercles 62 et 65. Le joint 61 d'étan-
chéite, électriquement non conducteur et disposé entre les couvercles 62 et 65, présente une gorge de forme sensiblement en U ménagée dans chacune de ses surfaces supérieure et inférieure. La surface de fermeture du
couvercle 62 est disposée en contact de fermeture inter-
faciale avec la gorge de la surface supérieure du joint 61, tandis que la surface de fermeture du couvercle 65 est disposée en contact de fermeture interfaciale
avec la gorge de la surface inférieure du joint 61.
Une anode 63 est disposée à l'intérieur du couvercle 62 et en contact électrique avec lui, de manière qu'au moins une partie de ce couvercle 62 forme la borne anodique de la pile galvanique. Une cathode 66 est disposée à l'intérieur du couvercle 65 et est en contact électrique avec lui, afin qu'au moins une partie du
couvercle 65 forme la borne cathodique de la pile galva-
nique. L'anode 63 est séparée de la cathode 66 par un électrolyte 64. Unséparateur entre l'anode et la
cathode peut être utilisé si cela est souhaité. L'asymé-
trie du joint d'étanchéité 61 peut être utilisée pour conférer une orientation de polarité à la pile. A cet effet, le dispositif électronique est réalisé de façon à présenter une cavité ou un compartiment ayant un contour qui correspond au contour du bas de la pile
afin que cette dernière puisse être placée à l'inté-
rieur du compartiment d'une seule façon. La pile possé-
dant un tel contour assure la protection du dispositif car l'orientation de polarité est fixe. Bien que la
pile montrée sur la figure 7 présente une forme cylindri-
que, les mêmes caractéristiques de réalisation peuvent être appliquées à une pile ayant une forme prismatique rectangulaire. La figure 8 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint d'étanchéité 70 présente une gorge 71 de forme
partiellement circulaire ménagée dans sa surface supé-
rieure et une gorge 72 de forme partiellement circulaire ménagée dans sa surface inférieure Les gorges 71 et 72 peuvent avoir, en section transversale, une aire identique ou différente. Un couvercle 73 comporte une jupe périphérique simple 74 qui est insérée dans la gorge 71 et qui est maintenue fixement, avantageusemnt au moyen d'un adhésif ou d'une matière d'obturation étanche. L'espace excédentaire prévu dans la gorge
71 peut être utilisé comme réservoir de matière d'obtura-
tion étanche ou d'adhésif. Un second couvercle 75 compor-
te une jupe périphérique simple 76 qui est insérée fixement dans la gorge 72 et y est maintenue fixement, avantageusement au moyen d'un adhésif ou d'une matière d'obturation étanche. La gorge 72 présente une zone plate 77 afin d'établir un meilleur contact avec la
jupe 76.
La figure 9 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint 80 présente deux gorges sensiblement triangulai-' res 81 et 82. La gorge 81 est ménagée dans la surface supérieure du joint 80, tandis que la gorge 82 est
ménagée dans la surface inférieure de ce joint 80.
Un couvercle 83 comporte une jupe simple 84 qui est insérée dans la gorge 81 et y est maintenu fixement, avantageusement au moyen d'une matière d'obturation ou d'un adhésif convenable. La gorge 81 comporte une partie plate 87 qui est utilisée pour établir un meilleur contact direct avec la jupe 84. Un couvercle 85 comporte une jupe ou un rebord périphérique simple 86 qui comprend une partie repliée approximativement perpendicualire au plan du couvercle 85. La gorge 82 loge la jupe 86
et cette dernière y est maintenue fixement, avantageuse-
ment au moyen d'une matière d'obturation étanche et/ou d'un adhésif convenable. L'espace excédentaire dans les gorges 81 et 82 peut être utilisé comme réservoir
d'adhésif ou de matière d'obturation étanche.
La figure 10 représente une autre forme
de réalisation du joint d'étanchéité selon l'invention.
Le joint 90 présente une gorge 91 de forme sensiblement semi-circulaire ménagée dans sa surface supérieure et une gorge 92 de forme sensiblement en U ménagée dans sa surface inférieure. Un couvercle 93 comporte une jupe simple 94 et une lèvre 97. Un bossage 98 faisant saillie vers l'intérieur est ajouté au couvercle 93 pour établir un meilleur contact avec la matière active adjacente. La jupe 94 est insérée dans la gorge 91 et y est maintenue fixement, avantageusement au moyen d'un adhésif et/ou d'une matière d'obturation étanche convenable. Un couvercle 95 comporte une jupe simple 96. Cette dernière présente, en section transversale, un profil sensiblement semi-circulaire. La jupe 96
s'emboîte élastiquement dans la gorge 92 et y est mainte-
nue fixement, avantageusement au moyen d'une matière
d'obturation étanche ou d'un adhésif convenable.
EXEMPLES
Les exemples suivants sont destinés à mieux illustrer l'invention et non à en limiter la portée
d'une manière quelconque.
EXEMPLE 1
Des piles galvaniques à l'état solide utili-
sant le joint à deux gorges et le système électrochimique Li/2,5LiI.Li4 P2S7/TiS2 ont été réalisées. Chaque pile contenait une anode en lithium (mince feuille), une pastille de cathode au TiS2 et l'électrolyte solide 2,5LiI.Li4 P2S7. Cet électrolyte a été décrit dans le brevet des EtatsUnis d'Amérique N 4 331 750. Une couche de l'électrolyte solide précité a été placé entre l'anode et la cathode.. La surface intérieure du couvercle qui était en contact avec la pastille de cathode possédait un revêtement conducteur de carbone et le couvercle en contact avec l'anode comportait
une couche de métal déployé, soudée à sa surface inté-
rieure. Pour assurer de bonnes interfaces électrode-
électrolyte, la technique de compression isostatique du brevet des EtatsUnis d'Amérique N 45 477 545 a été utilisée pour construire les sousensembles (anode/
électrolyte solide/cathode).
Deux jeux de batteries à l'état solide utilisant le système électrochimique décrit ci-dessus ont été assemblés avec le joint d'étanchéité à deux
gorges de la figure 1. Ce joint était réalisé en poly-
propylène. Le couvercle de la pile a été réalisé en
matière à double revêtement acier inoxydable 304/nickel.
Un lot a été réalisé de façon à comporter un petit bossage concave formé par emboutissage dans chaque couvercle négatif avant l'assemblage de la pile. Pendant le montage étanche à l'adhésif des couvercles de la pile sur le joint, on a utilisé une pression verticale pour comprimer la pile. Un second lot a été produit avec les couvercles de pile plats. Dans les deux lots,
les couvercles et les joints d'étanchéité ont été préala-
blement nettoyés par traitement au plasma conformément à des procédés bien connus de l'homme de l'art. Les couvercles ont été liés au joint d'étanchéité avec un époxyde du type "Eccobond 45" produit par la firme Emerson and Cuming Co. Les capacités anode et cathode des piles étaient nominalement de 57 mAh chacune. A la suite de la décharge, on n'a observé aucune fuite d'électrolyte. L'aspect de la pile n'avait pas changé et on n'a observé aucun dégagement gazeux ou renflement
de la pile.
Le tableau suivant indique le type de service qui a été obtenu lorsque les piles décrites ci-dessus ont été soumises à un essai de service sur une charge
continue de 15 000 ohms à 21 C.
TABLEAU I
* Conception de la mAh en mAh en Rendement pile entrée sortie (%) Joint à deux gorges 57 40 70,2 avec couvercles plats Joint à deux gorges 57 48 84, 2 avec bossage dans
le couvercle néga-
tif L'accroissement de rendement de 70,2% à 84,2% peut être attribué au meilleur contact obtenu par la présence d'un bossage dans le couvercle négatif et l'application d'une pression verticale pendant la fermeture étanche avec adhésif de la pile. Le taux
de rendement est défini comme étant les milliampères-
heure en sortie divisés par les milliampères-heure en entrée, le résultat étant ensuite multiplié par 100.
EXEMPLE 2
On a également découvert qu'en utilisant le joint à deux gorges selon l'invention, on pouvait réduire l'épaisseur du couvercle et augmenter ainsi encore le volume interne utilisable et disponible pour la matière active. Une raison en était que le rebord ou la jupe du couvercle était perpendiculaire à ce couvercle, de sorte qu'un espace supplémentaire dans le couvercle a pu être mis à la disposition de la matière active. Une autre raison est que des couvercles décrits dans la technique, tels que ceux décrits dans le brevet N 4 457 990 précité, doivent être comprimés radialement pour la fermeture étanche de la pile, de sorte que ces couvercles doivent avoir une épaisseur d'au moins
0,254 mm pour supporter le flambage propre à la compres-
sion radiale. Lorsque les couvercles sont utilisés
avec le joint d'étanchéité à deux gorges selon l'inven-
tion, aucune force radiale n'est exercée et les couver-
cles peuvent donc être plus minces. Comme montré dans le tableau II, on a augmenté le volume interne utilisable en réduisant l'épaisseur des couvercles de 0,254 mm
à 0,152 mm.
TABLEAU II
Conception de la fer- Diamètre Hauteur Volume interne meture hermétique interne interne utilisable (épaisseur des cou- utilisable utilisable (cm3) vercles) gorge double 17,9b mm 1,07 mm 0,27 ( 0,254 mm) gorge double 17, 96 mm 1,27 mm 0,32 (0,152 mm) Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées à la pile décrite et représentée sans sortir du cadre de l'invention. Par exemple, l'épaisseur de l'un des couvercles peut être différente de celle de l'autre couvercle et/ou le diamètre de l'un des couvercles peut être différent de celui de
l'autre couvercle.
Claims (20)
1. Pile galvanique comportant une anode, un électrolyte et une cathode assemblés dans un boîtier, caractérisée en ce que le boîtier comprend un premier élément de couvercle comportant au moins une jupe (5), un second élément de couvercle (6) comportant au moins une jupe (7), un joint d'étanchéité (1) électriquement non conducteur présentant une ouverture et une surface supérieure dans laquelle une gorge (2) est ménagée, et une surface inférieure dans laquelle une gorge (3) est ménagée, la jupe du premier élément de couvercle étant logée dans la gorge de la surface inférieure du joint et la jupe du second élément de couvercle étant logée dans la gorge de la surface supérieure
du joint afin de former une pile fermée hermétiquement.
2. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que la matière du joint d'étanchéi-
té est choisie dans le groupe comprenant une polysulfone, un polyéthylène, des polyesters, un polypropylène et
un copolymère d'éthylène et de tétrafluoréthylène.
3. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins l'un des éléments
de couvercle comporte une jupe périphérique (14) compor-
tant une partie repliée afin d'avoir une double épais-
seur.
4. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le diamètre du premier élément de couvercle (25) est plus petit que le diamètre du
second élément de couvercle (23).
5. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que le premier élément de couver-
cle (62) est en contact avec une matière anodique (63) et est conçu pour former une borne anodique, et en ce que le second élément de couvercle (65) est en contact avec une matière cathodique (66) et est conçu pour
former une borne cathodique.
6. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce qu'elle présente une forme cylin-
drique.
7. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce qu'elle présente une forme prisma-
tique rectangulaire.
8. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint d'étanchéité (50) comporte un élément supplémentaire (53), électriquement non conducteur, monté sur la partie extérieure de la
surface supérieure du joint de façon à s'étendre au-
dessus du bord périphérique de la jupe (55) du second élément de couvercle (54), laquelle jupe est logée
dans la gorge (51) de ladite surface supérieure.
9. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce qu'une matière convenable d'obtura-
tion étanche est utilisée à la jonction jupe-joint
pour fermer hermétiquement ladite pile.
10. Pile galvanique selon la revendication 9, caractérisée en ce que la matière d'obturation étanche est choisie dans le groupe constitué de l'asphalte,
de polyamides et d'époxydes.
11. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une matière adhésive convenable
est utilisée à la jonction jupe-joint pour fermer hermé-
tiquement ladite pile.
12. Pile galvanique selon la revendication 11, caractérisée en ce que la matière adhésive est
choisie entre des polyamides et des époxydes.
13. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une première jupe (14) du premier élément de couvercle est logée à l'intérieur et fixée dans au moins une gorge (11) du joint (10), tandis qu'une seconde jupe (15) du premier élément
de couvercle s'étend sur et par-dessus la paroi extérieu-
re du joint.
14. Pile galvanique selon la revendication 13, caractérisée en ce que les jupes sont sensiblement parallèles entre elles.
15. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce que le joint est revêtu d'un polyamide.
16. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que l'aire de la section transver-
sale de la gorge (91) ménagée dans la surface supérieure du joint (90) est différente de l'aire (92) de la section
transversale de la gorge ménagée dans la surface infé-
rieure du joint.
17. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que la forme d- la section trans-
versale d'au moins l'une des gorges du joint est un polygone.
18. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que la forme de la section trans-
versale d'au moins l'une des gorges du joint est une ellipsoide.
19. Pile galvanique selon la revendication
1, caractérisée en ce que l'épaisseur de l'un des élé-
ments de couvercle est différente de celle de l'autre
élément de couvercle.
20. Pile galvanique selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'au moins un élément de couvercle (93) comporte un bossage (98) faisant saillie vers
l'intérieur.
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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