FR2727572A1 - RECHARGEABLE NON-AQUEOUS LITHIUM BATTERY HAVING STACKED ELECTROCHEMICAL ELEMENTS - Google Patents
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Abstract
Batterie au lithium constituée par des éléments électrochimiques empilés et pliés contenant des ions lithium, ayant un film d'électrolyte polymère continu, flexible, contenant des ions lithium et plié (8), pris en sandwich entre des plaques électrodes discrètes contenant du lithium d'une première et d'une deuxième polarité (1, 4). Les plaques électrodes discrètes de la première et de la deuxième polarité sont portées respectivement par un premier et un deuxième film polymère flexible, conducteur du courant électrique (2, 6). Les films polymères assemblés sont pliés et empilés, raccordés à des collecteurs de courant (10, 12) et tassés dans un bac de batterie au lithium.Lithium battery consisting of stacked and folded electrochemical cells containing lithium ions, having a continuous, flexible polymer electrolyte film, containing folded lithium ions (8), sandwiched between discrete electrode plates containing lithium a first and a second polarity (1, 4). The discrete electrode plates of the first and second polarity are carried respectively by a first and a second flexible polymer film, conductive of the electric current (2, 6). The assembled polymer films are folded and stacked, connected to current collectors (10, 12) and packed in a lithium battery tray.
Description
Batterie au lithium non aqueuse rechargeable ayant des élémentsNon-aqueous rechargeable lithium battery having cells
électrochimiques empilés Domaine de l'invention Cette invention concerne des batteries électrochimiques rechargeables, et plus particulièrement des batteries non Field of the Invention This invention relates to rechargeable electrochemical batteries, and more particularly non-rechargeable batteries.
aqueuses rechargeables contenant des ions lithium. aqueous rechargeable batteries containing lithium ions.
Arrière-plan de l'invention Les batteries rechargeables au lithium sont le résultat de BACKGROUND OF THE INVENTION Rechargeable lithium batteries are the result of
récents progrès dans le domaine des éléments électrochimi- recent progress in the field of electrochemical cells
ques. Les caractéristiques avantageuses de tels éléments électrochimiques sont la légèreté, la longue durée de vie en service, les densités d'énergie relativement élevées et les ques. The advantageous characteristics of such electrochemical cells are the lightness, the long service life, the relatively high energy densities and the
énergies spécifiques élevées.high specific energies.
Un groupe particulier de batteries non aqueuses contenant des ions lithium conventionnelles a une électrode positive ayant un composé d'oxyde métallique comme composant actif de cathode, qui réagit facilement avec des ions lithium, consommant ainsi des électrons lors de la décharge et libérant des ions lithium et des électrons dans l'étape de charge. L'électrode négative de ce type de batterie au lithium non aqueuse conventionnelle contient du lithium élémentaire sous une forme quelconque, souvent intercalé dans un type quelconque de carbone. Le lithium est ionisé à la décharge donnant naissance à un électron, tandis que, dans l'étape de charge, des ions lithium sont intercalés dans le carbone pour former LixC6, o 0<x<1, consommant ainsi des électrons. L'électrolyte est de façon appropriée un composé organique contenant un sel de lithium, qui se dissocie A particular group of nonaqueous batteries containing conventional lithium ions has a positive electrode having a metal oxide compound as the active cathode component, which reacts easily with lithium ions, thereby consuming electrons during discharge and releasing lithium ions and electrons in the charging step. The negative electrode of this type of conventional nonaqueous lithium battery contains elementary lithium in any form, often interposed in any type of carbon. Lithium is ionized at the discharge giving rise to an electron, while, in the charging step, lithium ions are interposed in the carbon to form LixC6, o 0 <x <1, thus consuming electrons. The electrolyte is suitably an organic compound containing a lithium salt, which dissociates
aisément, en donnant naissance à des ions lithium mobiles. easily, giving rise to mobile lithium ions.
L'électrolyte conventionnel d'une batterie au lithium non aqueuse est conducteur seulement d'ions lithium et non d'électrons. On peut supposer que plus grande est la surface de contact entre l'électrode respective et la portion appropriée de l'électrolyte, plus élevée est la densité de courant que la batterie est susceptible de produire. Il existe des procédés connus pour agrandir les surfaces de contact de la paire électrode/électrolyte respective dans une batterie au lithium. Le Brevet US 5 352 548, délivré le 4 octobre 1994 à Fujimoto et coll. décrit un élément électrochimique contenant des ions lithium, dans lequel l'électrode positive contenant The conventional electrolyte of a nonaqueous lithium battery conducts only lithium ions and not electrons. It can be assumed that the larger the contact area between the respective electrode and the appropriate portion of the electrolyte, the higher the current density that the battery is likely to produce. There are known methods for enlarging the contact surfaces of the respective electrode / electrolyte pair in a lithium battery. U.S. Patent 5,352,548, issued October 4, 1994 to Fujimoto et al. describes an electrochemical cell containing lithium ions, in which the positive electrode containing
l'oxyde de lithium-cobalt est portée sur une feuille d'alumi- lithium cobalt oxide is carried on an aluminum foil
nium et dans lequel l'électrode négative contient un mélange de graphite et de polytétrafluoroéthylène, ou de graphite et de fluorure de polyvinylidène, porté sur une mince plaque de nium and in which the negative electrode contains a mixture of graphite and polytetrafluoroethylene, or graphite and polyvinylidene fluoride, carried on a thin plate of
cuivre. Entre les électrodes est placé un film de polypropy- copper. Between the electrodes is placed a film of polypropy-
lène poreux, imprégné d'un solvant organique contenant un sel porous lene, impregnated with an organic solvent containing a salt
de lithium. La structure stratifiée électrode-électrolyte- lithium. The laminated electrode-electrolyte structure
électrode est roulée en une bobine et tassée dans un bac de batterie cylindrique ayant des conducteurs électriques. On doit noter que le mélange d'électrode négative et le mélange electrode is rolled into a coil and packed into a cylindrical battery tray having electrical conductors. It should be noted that the negative electrode mixture and the mixture
d'électrode positive exigent tous deux un liant pour mainte- both require a binder for maintenance
nir la couche d'électrode particulière structurellement stable, cohérente et conductrice. Le plus petit rayon et la surface fortement incurvée des portions proches de l'axe central de la bobine risquent d'induire une contrainte mécanique notable sur les couches électrodes, d'o il résulterait une réduction de l'efficacité de tels éléments provide the particular electrode layer which is structurally stable, coherent and conductive. The smallest radius and the strongly curved surface of the portions close to the central axis of the coil risk inducing a significant mechanical stress on the electrode layers, which would result in a reduction in the effectiveness of such elements.
électrochimiques enroulés concentriquement. electrochemical coiled concentrically.
La batterie au lithium non aqueuse décrite dans US 4 830 940, délivré le 16 mai 1989 à Keister et coll. a une anode (électrode négative) continue, pliée, pratiquement rigide et portant du métal lithium élémentaire, et des pastilles d'oxyde d'argent et de vanadium contenant un liant, servant de cathode (électrode positive) enfermées de façon étanche The nonaqueous lithium battery described in US 4,830,940, issued May 16, 1989 to Keister et al. has a continuous, bent, substantially rigid, anode (negative electrode) carrying elemental lithium metal, and silver and vanadium oxide pellets containing a binder, serving as a sealed cathode (positive electrode)
dans une enveloppe de séparateur située entre les plis. in a separator envelope located between the folds.
L'anode de US 4 830 940 est faite d'un treillis métallique rigidement plié, revêtu sur chacune de ses faces d'une The anode of US 4,830,940 is made of a rigidly folded wire mesh, coated on each of its faces with a
feuille de lithium et enfermé dans un séparateur en polypro- lithium sheet and enclosed in a polypro- separator
pylène ou polyéthylène. La structure d'anode rigidement pliée ayant des pastilles de cathode entre ses plis est plongée dans un électrolyte liquide organique contenant un sel de lithium. On doit noter que les matériaux actifs, négatif (anode) et positif (cathode), sont enfermés dans des feuilles pylene or polyethylene. The rigidly folded anode structure having cathode pellets between its folds is immersed in an organic liquid electrolyte containing a lithium salt. It should be noted that the active materials, negative (anode) and positive (cathode), are enclosed in sheets
de séparateur et ne sont pas en contact direct avec l'élec- separator and are not in direct contact with the elect
trolyte. US 5 300 373, délivré le 5 avril 1994 à D.R. Shackle, décrit des éléments électrochimiques au lithium pliés en accordéon et empilés. La batterie de Shackle est faite d'un film allongé d'une électrode d'une polarité en contact continu trolyte. US 5,300,373, issued April 5, 1994 to D.R. Shackle, describes lithium electrochemical cells folded in accordion and stacked. Shackle's battery is made of an elongated film of an electrode of polarity in continuous contact
avec un film d'électrolyte polymère solide. Le film d'élec- with a solid polymer electrolyte film. Election film
trode et celui d'électrolyte en contact continu sont tous deux pliés en accordéon et des segments de l'électrode de la deuxième polarité sont pris en sandwich entre les plis. Les diverses réalisations montrées dans US 5 300 373 diffèrent the electrode and that of the electrolyte in continuous contact are both folded in accordion and segments of the electrode of the second polarity are sandwiched between the folds. The various realizations shown in US 5,300,373 differ
seulement par la manière dont le courant produit est recueil- only by the way the current produced is collected-
li en provenance des électrodes de la deuxième polarité; toutefois, toutes les réalisations montrent des doubles couches pliées de l'électrode de la première polarité et de li from the electrodes of the second polarity; however, all the embodiments show folded double layers of the electrode of the first polarity and of
l'électrolyte, la paire ayant des largeurs similaires. the electrolyte, the pair having similar widths.
L'électrode de la première polarité est portée en tant que couche continue sur une bande conductrice; de ce fait, on peut supposer qu'elle contient un liant et a une épaisseur The electrode of the first polarity is worn as a continuous layer on a conductive strip; therefore, it can be assumed that it contains a binder and has a thickness
définie. Le film d'électrolyte solide est également repré- defined. The solid electrolyte film is also shown
senté comme ayant une épaisseur définie. L'un des problèmes souvent rencontrés dans le pliage en accordéon de telles structures à double couche est que la pression exercée sur la couche pliée interne au niveau des coins fortement incurvés entraîne ce qu'il est convenu d'appeler des déformations en forme "d'os de chien", amenant la couche extérieure à être felt to have a defined thickness. One of the problems often encountered in the folding in accordion of such double-layer structures is that the pressure exerted on the internal folded layer at the level of the strongly curved corners leads to what is commonly called "d-shaped deformations". 'dog bone', causing the outer layer to be
étirée sur l'extrémité de "l'os de chien". De telles déforma- stretched over the end of the "dog bone". Such distortions
tions entraînent des criques, des ruptures, des effritements et des manifestations similaires de contraintes mécaniques, tout ceci risquant de réduire l'efficacité de la performance et la durée de vie en service de la batterie empilée. Ainsi, les batteries au lithium faites d'éléments électrochimiques empilés conventionnels ont habituellement des zones faibles au niveau des coudes très incurvés des plis. En outre, dans certaines des réalisations décrites dans US 5 300 373, délivré à Shackle, les segments de la deuxième électrode ne sont qu'en contact marginal avec le collecteur de courant, et de ce fait un petit mouvement lors de l'emballage ou de l'utilisation des éléments empilés peut entraîner un mauvais fonctionnement de certains des segments d'électrode de la deuxième polarité. Une autre difficulté pouvant être soulevée du fait que l'électrode continue de la première polarité a la même largeur que l'électrolyte polymère solide est que l'électrode de la deuxième polarité ou son collecteur de courant peut venir en contact direct avec l'électrode de la tions result in cracks, ruptures, crumbling and similar manifestations of mechanical stress, all of which may reduce the performance efficiency and the service life of the stacked battery. Thus, lithium batteries made of conventional stacked electrochemical cells usually have weak areas at the very curved bends of the folds. In addition, in some of the embodiments described in US 5,300,373, issued to Shackle, the segments of the second electrode are only in marginal contact with the current collector, and therefore a small movement during packaging or using stacked items may cause some of the second polarity electrode segments to malfunction. Another difficulty which can be raised by the fact that the continuous electrode of the first polarity has the same width as the solid polymer electrolyte is that the electrode of the second polarity or its current collector can come into direct contact with the electrode. of the
première polarité, mettant ainsi l'élément replié en court- first polarity, thus putting the folded element in short-
circuit. Il existe donc un besoin pour une batterie au lithium non circuit. There is therefore a need for a non-lithium battery.
aqueuse rechargeable améliorée, faite d'éléments électrochi- improved rechargeable water base, made of electro-
miques pliés empilés, qui résout les problèmes ci-dessus. folded stacked mics, which solves the above problems.
Résumé de l'invention On a maintenant construit une batterie au lithium améliorée à partir d'une multiplicité d'éléments électrochimiques empilés contenant du lithium tassés dans un bac de batterie, les éléments électrochimiques ayant un film d'électrolyte continu flexible à base d'un polymère contenant des ions lithium mobiles, des électrodes discrètes de la première et de la deuxième polarité portées par des films continus flexibles supportant respectivement les électrodes de la première et de la deuxième polarité en contact avec des collecteurs de courant des électrodes de la première et de la deuxième polarité. Les films assemblés composant les éléments électrochimiques empilés sont constitués par un premier film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conduisant le courant électrique, ayant une première et une deuxième Summary of the Invention An improved lithium battery has now been constructed from a multiplicity of stacked electrochemical cells containing lithium packed in a battery tray, the electrochemical cells having a flexible continuous electrolyte film based on a polymer containing mobile lithium ions, discrete electrodes of the first and second polarity carried by flexible continuous films supporting the electrodes of the first and of the second polarity respectively in contact with current collectors of the electrodes of the first and of the second polarity. The assembled films composing the stacked electrochemical elements are constituted by a first continuous electrode support film, flexible, foldable and conducting the electric current, having a first and a second
face et ayant une multiplicité de plaques électrodes discrè- face and having a multiplicity of discrete electrode plates
tes de la première polarité fixées par l'un des grands côtés de chaque électrode de la première polarité sur la première face du film support d'électrodes à intervalles espacés prédéterminés. Le grand côté opposé non fixé de chacune des plaques électrodes discrètes de la première polarité est en contact avec la première face d'un film d'électrolyte polymère, continu, flexible, pliable, contenant des ions lithium mobiles, également compris dans les films pliés. Le film d'électrolyte polymère contenant des ions lithium n'est pas conducteur d'électrons. Le troisième film compris dans les films pliés est un deuxième film support d'électrodes tes of the first polarity fixed by one of the long sides of each electrode of the first polarity on the first face of the electrode support film at predetermined spaced intervals. The large unfixed opposite side of each of the discrete electrode plates of the first polarity is in contact with the first face of a polymer electrolyte film, continuous, flexible, foldable, containing mobile lithium ions, also included in the folded films. . The polymer electrolyte film containing lithium ions is not conductive of electrons. The third film included in the folded films is a second electrode support film
continu, flexible, pliable et conduisant le courant électri- continuous, flexible, foldable and conducting electric current
que, ayant une multiplicité de plaques électrodes discrètes de la deuxième polarité fixées au moyen d'un de leurs grands that, having a multiplicity of discrete electrode plates of the second polarity fixed by means of one of their large
côtés sur sa première face à pratiquement les mêmes interval- sides on its first face at virtually the same intervals
les espacés prédéterminés que les intervalles auxquels les plaques électrodes de la première polarité sont fixées sur le premier film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conducteur du courant électrique. L'autre grand côté de chaque plaque électrode discrète de la deuxième polarité est en contact avec la deuxième face du film d'électrolyte polymère, continu, flexible, pliable, contenant des ions lithium mobiles, de telle sorte que chaque plaque électrode discrète de la première polarité corresponde à une plaque électrode discrète de la deuxième polarité placée de façon appropriée. Le premier film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conducteur du courant électrique, portant les plaques électrodes discrètes de la première polarité, le deuxième film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conducteur du courant électrique, portant des plaques électrodes discrètes de la deuxième polarité, et le film d'électrolyte polymère, continu, flexible, pliable, contenant des ions lithium mobiles, situé entre le premier et le deuxième film support d'électrodes the predetermined spacings that the intervals at which the electrode plates of the first polarity are fixed on the first electrode support film continuous, flexible, foldable and conductive of the electric current. The other long side of each discrete electrode plate of the second polarity is in contact with the second face of the polymer electrolyte film, continuous, flexible, foldable, containing mobile lithium ions, so that each discrete electrode plate of the first polarity corresponds to a discrete electrode plate of the second polarity placed appropriately. The first continuous electrode support film, flexible, foldable and conductive of the electric current, carrying the discrete electrode plates of the first polarity, the second continuous electrode support film, flexible, foldable and conductive of the electric current, carrying the electrode plates of the second polarity, and the polymer electrolyte film, continuous, flexible, foldable, containing mobile lithium ions, located between the first and the second electrode support film
continu, flexible, pliable et conducteur du courant électri- continuous, flexible, foldable and conductive of electric current
que, sont pliés en accordéon de façon à former des sections that, are folded in an accordion so as to form sections
parallèles pliées empilées et des plaques électrodes discrè- stacked folded parallels and discrete electrode plates
tes de la première et de la deuxième polarité entre les plis, et des sections de coudes flexibles dépourvues de plaques électrodes de la première et de la deuxième polarité, formant ainsi une multiplicité d'éléments électrochimiques contenant du lithium empilés. Un collecteur de courant d'électrodes de la première polarité est placé en contact avec le premier film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conducteur du courant électrique et un collecteur de courant d'électrodes de la deuxième polarité est placé en contact avec le deuxième film support d'électrodes continu, flexible, pliable et conducteur du courant électrique, et les éléments électrochimiques contenant des ions lithium, empilés et pliés en accordéon, sont tassés dans un bac de batterie ayant des tes of the first and second polarity between the folds, and sections of flexible elbows devoid of electrode plates of the first and second polarity, thus forming a multiplicity of stacked electrochemical elements containing lithium. An electrode current collector of the first polarity is placed in contact with the first continuous, flexible, pliable and electrically conductive electrode support film and an electrode current collector of the second polarity is placed in contact with the second continuous electrode support film, flexible, foldable and conductive of the electric current, and the electrochemical elements containing lithium ions, stacked and folded in accordion, are packed in a battery box having
conducteurs électriques.electrical conductors.
Dans une deuxième réalisation de la présente invention, la largeur du film d'électrolyte polymère, continu, flexible, pliable, contenant des ions lithium, est allongée pour avoir des portions marginales continues, flexibles, pliables, et les portions marginales du film ne contiennent pas d'ions In a second embodiment of the present invention, the width of the polymer electrolyte film, continuous, flexible, foldable, containing lithium ions, is lengthened to have continuous, flexible, foldable marginal portions and the marginal portions of the film do not contain no ions
lithium mobiles.mobile lithium.
Brève description du dessinBrief description of the drawing
- La figure 1 représente schématiquement des films assemblés non pliés ayant des électrodes discrètes de la première et de la deuxième polarité fixées sur les faces respectives; - la figure 2 représente schématiquement une section empilée et pliée en accordéon des éléments électrochimiques contenant des ions lithium selon la présente invention; et - la figure 3 montre un segment du film d'électrolyte polymère contenant du lithium ayant des portions marginales - Figure 1 schematically shows assembled unfolded films having discrete electrodes of the first and second polarity fixed on the respective faces; - Figure 2 schematically shows a stacked and accordion-folded section of the electrochemical cells containing lithium ions according to the present invention; and - Figure 3 shows a segment of the polymer electrolyte film containing lithium having marginal portions
dépourvues d'ions lithium.free of lithium ions.
On va maintenant décrire ci-après les réalisations préférées We will now describe below the preferred embodiments
de l'invention, illustrées par des exemples opérationnels. of the invention, illustrated by operational examples.
Description détaillée des réalisations préférées Detailed description of favorite achievements
Comme il a été brièvement mentionné ci-dessus, la densité de courant qu'une batterie rechargeable aux ions lithium est susceptible de produire est proportionnelle aux surfaces de As it was briefly mentioned above, the current density that a rechargeable lithium ion battery is likely to produce is proportional to the surfaces of
contact entre la face de l'électrode positive et l'électroly- contact between the face of the positive electrode and the electrolyte
te, et entre la face respective de l'électrode négative et te, and between the respective face of the negative electrode and
l'électrolyte. Dans la présente batterie non aqueuse rechar- the electrolyte. In this non-aqueous rechargeable battery
geable aux ions lithium, on utilise un électrolyte polymère solide allongé, flexible et contenant des ions lithium mobiles, ayant une longueur et une largeur appropriées. Le geable with lithium ions, an elongated solid polymer electrolyte, flexible and containing mobile lithium ions, having an appropriate length and width, is used. The
terme "ions lithium mobiles" doit être compris comme signi- the term "mobile lithium ions" should be understood as meaning
fiant que le lithium est présent dans l'électrolyte polymère en tant que sel de lithium ou composé de lithium susceptible d'être dissocié pour procurer des ions lithium. Le composé de lithium peut être un ligand organique portant du lithium du polymère compris dans l'électrolyte. Le sel de lithium peut être tout sel de lithium soluble dans le polymère et est trusting that lithium is present in the polymer electrolyte as a lithium salt or lithium compound capable of being dissociated to provide lithium ions. The lithium compound can be an organic ligand carrying lithium from the polymer included in the electrolyte. The lithium salt can be any lithium salt soluble in the polymer and is
susceptible de libérer des ions lithium mobiles par dissocia- capable of releasing mobile lithium ions by dissociating
tion. Une autre forme de l'électrolyte polymère solide pouvant être utilisé pour obtenir des éléments empilés contenant des ions lithium est un film polymère microporeux, qui a été imprégné tion. Another form of the solid polymer electrolyte which can be used to obtain stacked elements containing lithium ions is a microporous polymer film, which has been impregnated
avec un liquide organique contenant des ions lithium mobiles. with an organic liquid containing mobile lithium ions.
De façon appropriée, un sel de lithium est dissous dans le liquide organique en une concentration appropriée avant d'imprégner le film polymère microporeux avec le liquide organique. Le film d'électrolyte polymère solide peut contenir un oxyde de polyéthylène, un oxyde de polypropylène, un fluorure de polyvinylidène ou toute autre substance conventionnelle semblable dans laquelle le sel de lithium approprié a été dissous avant la stratification. Le sel de lithium peut être LiPF6, LiBF6, LiAsF6, LiC104, le trifluorométhanesulfonate de lithium (LiCF3SO3) ou tout autre composé de lithium semblable soluble dans le polymère qui est susceptible de produire des ions lithium par dissociation. Le film polymère microporeux peut être fait de polyéthylène, polypropylène ou de toute autre substance semblable relativement inerte, qui est ensuite imprégnée d'un liquide organique contenant des ions lithium. Le liquide organique est couramment le carbonate d'éthylène ou le carbonate de propylène ou un mélange des deux, ou un équivalent chimique, contenant l'un quelconque des composés de lithium énumérés ci-dessus ou des dérivés connus de ceux-ci. La largeur et la longueur du film sont imposées par des considérations de convenance. L'épaisseur du film est de façon appropriée inférieure à 1 mm, et est habituellement comprise entre 0,04 et 0,4 mm. Pour des raisons de clarté, le film d'électrolyte polymère continu, flexible, pliable et contenant des ions lithium considéré ci- dessus peut être l'un quelconque des suivants: un film polymère solide contenant un sel de lithium dissous à l'intérieur ou ayant un ligand porteur d'ions lithium mobiles, un film polymère microporeux imprégné d'un liquide organique contenant un composé de lithium susceptible de produire des ions lithium par dissociation, et un mélange stratifié sous forme de film d'un polymère organique isolant et d'un polymère organique contenant des ions lithium mobiles. Un film de séparateur polymère organique séparé peut Suitably, a lithium salt is dissolved in the organic liquid in an appropriate concentration before impregnating the microporous polymer film with the organic liquid. The solid polymer electrolyte film may contain a polyethylene oxide, a polypropylene oxide, a polyvinylidene fluoride or any other similar conventional substance in which the appropriate lithium salt has been dissolved before lamination. The lithium salt can be LiPF6, LiBF6, LiAsF6, LiC104, lithium trifluoromethanesulfonate (LiCF3SO3) or any other similar polymer-soluble lithium compound which is capable of producing lithium ions by dissociation. The microporous polymeric film can be made of polyethylene, polypropylene or any other relatively inert, similar substance, which is then impregnated with an organic liquid containing lithium ions. The organic liquid is commonly ethylene carbonate or propylene carbonate or a mixture of the two, or a chemical equivalent, containing any of the lithium compounds listed above or known derivatives thereof. The width and length of the film are dictated by considerations of convenience. The thickness of the film is suitably less than 1 mm, and is usually between 0.04 and 0.4 mm. For the sake of clarity, the continuous, flexible, pliable and lithium ion polymer electrolyte film considered above may be any of the following: a solid polymer film containing a lithium salt dissolved therein or having a ligand carrying mobile lithium ions, a microporous polymer film impregnated with an organic liquid containing a lithium compound capable of producing lithium ions by dissociation, and a laminated mixture in the form of a film of an insulating organic polymer and d 'an organic polymer containing mobile lithium ions. A separate organic polymer separator film can
également être placé à proximité d'une face du film d'élec- also be placed near one side of the electrical film
trolyte polymère, si on le désire. polymer trolyte, if desired.
L'électrode négative est habituellement du lithium élémen- The negative electrode is usually elementary lithium
taire intercalé dans une forme conventionnelle de carbone shut up in a conventional form of carbon
ayant une petite dimension de particules. On utilise couram- having a small particle size. We use couram-
ment le graphite, le coke de pétrole, le fin charbon de bois ment graphite, petroleum coke, fine charcoal
et des substances semblables contenant du carbone libre fin. and similar substances containing fine free carbon.
Les petites particules de carbone, désignées en tant que Small carbon particles, designated as
carbone fin dans les discussions ultérieures, sont habituel- fine carbon in subsequent discussions, are usual-
lement mélangées avec un liant organique et facultativement avec un sel de lithium, et le mélange est ensuite coulé ou mixed with an organic binder and optionally with a lithium salt, and the mixture is then poured or
moulé en fines plaques carrées ou rectangulaires de dimen- molded into thin square or rectangular plates of dimension
sions appropriées. La largeur de la plaque est de préférence inférieure à la largeur du film d'électrolyte polymère considéré ci-dessus d'une quantité qui n'est pas inférieure à la moitié de l'épaisseur de la plaque. On peut également utiliser comme matériau actif d'anode, de minces feuilles de lithium élémentaire ou d'alliages de lithium, qui ont été appropriate. The width of the plate is preferably less than the width of the polymer electrolyte film considered above by an amount which is not less than half the thickness of the plate. Thin sheets of elementary lithium or lithium alloys which have been
montées sur une bande porteuse de carbone continue. mounted on a continuous carbon carrier strip.
L'électrode positive ou cathode contient de façon appropriée un oxyde d'un métal de transition susceptible d'incorporer des ions lithium dans sa structure. Les oxydes pouvant servir comme matériaux actifs de cathode comprennent un oxyde de cobalt, un oxyde de vanadium, un oxyde de manganèse, du vanadate d'argent, un oxyde de tungstène, etc. On préfère que du lithium soit incorporé dans la structure de l'oxyde du métal de transition utilisé comme cathode, ce qui est souvent désigné comme composé d'oxyde de métal de transition lithiné. Le matériau actif de cathode est mélangé avec un liant organique approprié. Facultativement, on ajoute du carbone fin pour augmenter la conductibilité du mélange. Le mélange d'électrode positive est ensuite coulé en minces plaques carrées ou rectangulaires. De façon préférable, les plaques d'électrode positive ont la même forme, la même largeur et la The positive electrode or cathode suitably contains an oxide of a transition metal capable of incorporating lithium ions in its structure. Oxides which can be used as active cathode materials include cobalt oxide, vanadium oxide, manganese oxide, silver vanadate, tungsten oxide, etc. It is preferred that lithium is incorporated into the structure of the transition metal oxide used as the cathode, which is often referred to as a lithinated transition metal oxide compound. The active cathode material is mixed with a suitable organic binder. Optionally, fine carbon is added to increase the conductivity of the mixture. The positive electrode mixture is then poured into thin square or rectangular plates. Preferably, the positive electrode plates have the same shape, the same width and the
même longueur que l'électrode négative. same length as the negative electrode.
Il est inutile que les plaques d'électrode négative et que les plaques d'électrode positive aient la même épaisseur, mais l'épaisseur des plaques dépasse rarement 2 mm et est imposée par des considérations de convenance. De façon habituelle, mais non nécessairement, l'électrode contenant le lithium élémentaire est plus mince que l'électrode contenant le composé d'oxyde de métal de transition lithiné. On préfère que la largeur du film d'électrolyte polymère contenant des ions lithium dépasse la largeur des plaques au moins de la It is unnecessary for the negative electrode plates and the positive electrode plates to be the same thickness, but the thickness of the plates rarely exceeds 2 mm and is dictated by considerations of convenience. Usually, but not necessarily, the electrode containing elemental lithium is thinner than the electrode containing the lithium transition metal oxide compound. It is preferred that the width of the polymer electrolyte film containing lithium ions exceeds the width of the plates at least
moitié de l'épaisseur de la plus mince des plaques électro- half the thickness of the thinnest electro- plates
des.of.
La batterie aux ions lithium, composée d'éléments électro- The lithium ion battery, composed of electro-
chimiques empilés décrits dans la présente invention, a des films supports d'électrodes continus, flexibles, pliables et électriquement conducteurs, sur lesquels sont montées les plaques électrodes discrètes. Le film support d'électrode continu, pliable, flexible, électriquement conducteur, peut stacked chemicals described in the present invention has continuous, flexible, foldable and electrically conductive electrode support films, on which the discrete electrode plates are mounted. The continuous, foldable, flexible, electrically conductive electrode support film can
être fait d'un film polymère qui contient et porte, incorpo- be made of a polymer film which contains and carries, incorporates
rées en lui, de fines particules d'une substance conductrice, telle que du carbone ou du graphite fin, du nitrure de titane in it, fine particles of a conductive substance, such as carbon or fine graphite, titanium nitride
et du nitrure de zirconium. De tels films polymères électri- and zirconium nitride. Such electric polymer films
quement conducteurs sont décrits dans notre Demande aux Etats-Unis No 08/204 439, déposée le 2 mars 1994. Toutefois, only conductors are described in our Application to the United States No. 08/204,439, filed March 2, 1994. However,
on peut également utiliser d'autres films supports d'électro- it is also possible to use other films supporting electro-
des continus, flexibles, pliables, électriquement conducteurs continuous, flexible, foldable, electrically conductive
et résistant à la corrosion appropriés. Les plaques électro- and corrosion resistant suitable. Electro- plates
des négatives sont montées sur une face d'un film polymère continu, flexible, pliable et électriquement conducteur, fixées avec une substance appropriée, par exemple avec le liant utilisé dans le mélange d'électrode, à intervalles espacés. L'espacement des plaques électrodes est imposé par la dimension de la batterie au lithium à construire. De même, les plaques électrodes positives sont montées sur une face negatives are mounted on one side of a continuous, flexible, pliable and electrically conductive polymer film, fixed with a suitable substance, for example with the binder used in the electrode mixture, at spaced intervals. The spacing of the electrode plates is dictated by the size of the lithium battery to be constructed. Similarly, the positive electrode plates are mounted on one side
d'un autre film polymère continu, flexible, pliable, conduc- another continuous, flexible, pliable, conductive polymer film
teur de l'électricité et habituellement semblable, et sont fixées avec une substance adhésive telle que le liant des plaques électrodes, de préférence à intervalles espacés similaires. La largeur des films polymères continus flexibles pliables et conducteurs de l'électricité utilisés dans la présente invention peut être égale ou inférieure à la largeur du film d'électrolyte polymère solide contenant le lithium; toutefois, la largeur du film polymère électriquement conducteur utilisé pour supporter les électrodes est égale ou peut être légèrement inférieure à la largeur des plaques électrodes fixées. On doit noter que les plaques électrodes sont fixées sur les films supports d'électrodes continus, flexibles, pliables et conducteurs du courant électrique, d'une manière qui permet à la charge électrique, c'est-à- dire aux électrons, de circuler librement entre les plaques electricity and usually similar, and are fixed with an adhesive substance such as the binder of the electrode plates, preferably at similar spaced intervals. The width of the flexible flexible and electrically conductive continuous polymer films used in the present invention may be equal to or less than the width of the solid polymer electrolyte film containing lithium; however, the width of the electrically conductive polymer film used to support the electrodes is equal to or may be slightly less than the width of the fixed electrode plates. It should be noted that the electrode plates are fixed on the films of continuous, flexible, foldable and conductive electrodes of the electric current, in a way that allows the electric charge, that is to say the electrons, to circulate. freely between the plates
électrodes et les films supports d'électrodes. electrodes and electrode support films.
Le côté non fixé de chaque plaque électrode négative discrète The unfixed side of each discrete negative electrode plate
est ensuite amené en contact avec une face du film d'élec- is then brought into contact with one side of the electro film
trolyte polymère solide contenant du lithium envisagé ci- solid polymer trolyte containing lithium envisaged above
dessus, et le côté non attaché de chaque plaque électrode positive discrète est amené en contact avec l'autre face du film d'électrolyte polymère solide contenant du lithium. Pour des raisons de clarté, amener en contact dans la présente invention signifie que les plaques électrodes sont en contact ioniquement conducteur avec la face respective du film d'électrolyte polymère solide, c'est-à-dire que les ions lithium mobiles sont susceptibles de se déplacer du film d'électrolyte aux plaques électrodes, et vice versa. Il est approprié, mais non nécessaire pour la mise en oeuvre de la above, and the unbonded side of each discrete positive electrode plate is brought into contact with the other side of the film of solid polymer electrolyte containing lithium. For the sake of clarity, bringing into contact in the present invention means that the electrode plates are in ionically conductive contact with the respective face of the solid polymer electrolyte film, that is to say that the mobile lithium ions are capable of move from the electrolyte film to the electrode plates, and vice versa. It is appropriate, but not necessary for the implementation of the
présente invention, d'utiliser un revêtement adhésif conte- present invention, to use an adhesive coating containing
nant des ions lithium entre les plaques électrodes en contact avec la face respective du film d'électrolyte polymère solide. De façon appropriée, la concentration des ions lithium dans la couche de revêtement adhésif est inférieure à la concentration en ions lithium dans le film d'électrolyte polymère solide. De tels revêtements adhésifs contenant des ions lithium sont décrits dans notre Brevet US No 5 437 692 nant of lithium ions between the electrode plates in contact with the respective face of the film of solid polymer electrolyte. Suitably, the concentration of lithium ions in the adhesive coating layer is lower than the concentration of lithium ions in the solid polymer electrolyte film. Such adhesive coatings containing lithium ions are described in our US Patent No. 5,437,692
délivré le ler août 1995.issued August 1, 1995.
Les films assemblés sont représentés schématiquement sur la figure 1, sur laquelle le repère 1 représente les plaques électrodes négatives fixées sur le film support d'électrodes négatives 2, le repère 4 représente les plaques électrodes positives fixées sur le film support d'électrodes positives 6. Les côtés non attachés en vis-à-vis des plaques électrodes The assembled films are shown diagrammatically in FIG. 1, in which the mark 1 represents the negative electrode plates fixed on the support film for negative electrodes 2, the mark 4 represents the positive electrode plates fixed on the support film for positive electrodes 6 The sides not attached opposite the electrode plates
sont en contact avec la face correspondante du film d'élec- are in contact with the corresponding side of the electro film
trolyte polymère solide contenant du lithium 8. En variante, comme considéré ci-dessus, le film d'électrolyte polymère solide est remplacé par un film polymère microporeux imprégné solid polymer trolyte containing lithium 8. As a variant, as considered above, the film of solid polymer electrolyte is replaced by a microporous polymer film impregnated
d'un liquide organique contenant des ions lithium. Facultati- an organic liquid containing lithium ions. Facultati-
vement, une couche de revêtement adhésif 9 contenant des ions lithium est appliquée entre la plaque électrode et la face du film d'électrolyte polymère. Les films sont assemblés de telle sorte qu'un jeu d'électrodes d'une première polarité corresponde à un autre jeu des électrodes de la polarité A layer of adhesive coating 9 containing lithium ions is applied between the electrode plate and the face of the polymer electrolyte film. The films are assembled in such a way that a set of electrodes of a first polarity corresponds to another set of the electrodes of the polarity
opposée, constituant ainsi une série d'éléments électrochimi- opposite, thus constituting a series of electrochemical elements
ques séparés composés d'une paire de plaques électrodes de polarités opposées et d'un film d'électrolyte pris en sandwich entre les plaques électrodes. La longueur des plaques électrodes est de façon appropriée légèrement inférieure à la longueur du bac de la batterie au lithium à utiliser. L'espace entre deux plaques électrodes adjacentes est tel qu'il permet de plier les films avec les plaques électrodes discrètes situées entre eux sans former de fronces ques separated composed of a pair of electrode plates of opposite polarities and an electrolyte film sandwiched between the electrode plates. The length of the electrode plates is suitably slightly less than the length of the lithium battery tray to be used. The space between two adjacent electrode plates is such that it allows the films to be folded with the discrete electrode plates located between them without forming gathers
ou de renflements dans les films.or bulges in the movies.
Les films assemblés, ayant des plaques électrodes discrètes positives et négatives disposées entre eux à intervalles espacés, sont ensuite pliés en accordéon pour constituer plusieurs éléments électrochimiques à base d'ions lithium empilés d'une manière représentée schématiquement sur la figure 2. Des repères identiques sur la figure 2 représentent des éléments identiques de la figure 1. Les éléments électro- The assembled films, having discrete positive and negative electrode plates arranged between them at spaced intervals, are then folded in an accordion fashion to constitute several electrochemical elements based on lithium ions stacked in a manner shown schematically in FIG. 2. Identical references in FIG. 2 represent identical elements of FIG. 1. The electro-
chimiques empilés comme représenté ont des sections parallè- chemicals stacked as shown have parallel sections
les et des sections de coude flexibles, ces dernières étant référencées en 10 et 12, de chaque côté de l'empilage d'éléments. Les sections de coude flexibles sont dépourvues de plaques électrodes. Le courant produit par les éléments électrochimiques empilés est de façon appropriée recueilli par des languettes allongées de feuilles métalliques 14 et 16, placées entre les sections parallèles d'une manière conventionnelle; 14 représente le collecteur de courant de la première polarité et 16 représente le collecteur de courant and flexible bend sections, the latter being referenced at 10 and 12, on each side of the stack of elements. The flexible elbow sections are devoid of electrode plates. The current produced by the stacked electrochemical cells is suitably collected by elongated tabs of metal sheets 14 and 16, placed between the parallel sections in a conventional manner; 14 represents the current collector of the first polarity and 16 represents the current collector
de la deuxième polarité. Les collecteurs de courant métalli- of the second polarity. Metallic current collectors
ques peuvent également être utilisés pour recharger la batterie au lithium. On peut également utiliser d'autres procédes connus pour raccorder électriquement les collecteurs de courant à leurs films supports d'électrodes conducteurs de They can also be used to recharge the lithium battery. It is also possible to use other known methods for electrically connecting the current collectors to their films supporting electrodes conducting
courant respectifs.respective current.
Les éléments électrochimiques empilés construits de films allongés pliés et de plaques électrodes discrètes positives Stacked electrochemical cells constructed of folded elongated films and discrete positive electrode plates
et négatives disposées entre eux sont tassés dans un réci- and negatives arranged between them are packed in a reci-
pient ou bac conventionnel pour former une batterie au pient or conventional tank to form a battery at
lithium. Les collecteurs de courant métalliques sont raccor- lithium. The metallic current collectors are connected
dés de la manière habituelle à des fils conducteurs exté- dice in the usual way to external conductive wires
rieurs pour tirer du courant électrique lorsque la batterie se décharge et pour recharger la batterie lorsque c'est nécessaire. Les éléments électrochimiques à base d'ions lithium empilés et tassés dans un récipient sont protégés de l'humidité atmosphérique et de la corrosion d'une manière laughers to draw electric current when the battery is discharged and to recharge the battery when necessary. Electrochemical cells based on lithium ions stacked and packed in a container are protected from atmospheric humidity and corrosion in a way
bien connue.well known.
Dans une autre réalisation de la présente invention, la largeur du film d'électrolyte polymère solide est augmentée par une bande polymère fixée sur un, et de préférence sur les deux bords, du film d'électrolyte polymère contenant du lithium. La bande polymère fixée sur le film d'électrolyte polymère ne contient pas d'ions lithium mobiles, elle n'est n'est pas non plus électriquement conductrice; de ce fait, elle peut agir en tant que séparateur entre les bords des plaques électrodes discrètes positives et négatives à l'intérieur des plis empilés de la batterie aux ions lithium In another embodiment of the present invention, the width of the solid polymer electrolyte film is increased by a polymer strip fixed on one, and preferably on both edges, of the polymer electrolyte film containing lithium. The polymer strip fixed on the polymer electrolyte film does not contain mobile lithium ions, nor is it electrically conductive; therefore, it can act as a separator between the edges of the discrete positive and negative electrode plates inside the stacked folds of the lithium ion battery.
de la présente invention. La figure 3 représente schématique- of the present invention. Figure 3 shows schematically-
ment une section du film d'électrolyte polymère 8 ayant des bandes polymères 18 fixées sur chacun de ses deux bords ment a section of the polymer electrolyte film 8 having polymeric bands 18 fixed on each of its two edges
parallèles.parallel.
Comme envisagé ci-dessus, le film d'électrolyte polymère solide contenant du lithium utilisé comme film central des éléments électrochimiques empilés à base de lithium peut être remplacé par un film polymère microporeux imprégné d'un liquide organique contenant des ions lithium. Dans la deuxième réalisation de l'invention, les portions bordant les bords du film polymère microporeux selon la longueur du polymère microporeux ne sont pas imprégnées par le liquide organique contenant les ions lithium; de ce fait, les portions de bord seront dépourvues d'ions lithium et pourront servir de séparateur entre les bords des plaques électrodes As envisaged above, the lithium polymer solid electrolyte film used as the central film of the lithium-based stacked electrochemical cells can be replaced by a microporous polymer film impregnated with an organic liquid containing lithium ions. In the second embodiment of the invention, the portions bordering the edges of the microporous polymer film along the length of the microporous polymer are not impregnated with the organic liquid containing the lithium ions; therefore, the edge portions will be devoid of lithium ions and may serve as a separator between the edges of the electrode plates
discrètes positives et négatives situées dans les plis. discrete positive and negative located in the folds.
Les films assemblés pliés formant les éléments électro- The assembled folded films forming the electro-
chimiques empilés sont ensuite tassés dans un récipient ou bac approprié, équipé de moyens de connexion par fils électriques conventionnels pour procurer une batterie aux ions lithium avec des conducteurs positif etnégatif. Les conducteurs sont conçus pour permettre à la batterie d'être stacked chemicals are then packed into a suitable container or bin, equipped with conventional electrical connection means to provide a lithium ion battery with positive and negative conductors. The conductors are designed to allow the battery to be
chargée et de fournir du courant lorsqu'elle est déchargée. charged and supply current when discharged.
ExemDle 1EXAMPLE 1
Un film à base de fluorure de polyvinylidène (PVDF) copolymé- A film based on copolymerized polyvinylidene fluoride (PVDF)
risé disponible dans le commerce, ayant LiPF6 dissous dans le polymère en une concentration molaire de 1 avant formation du film et les agents de plastification habituels, fut coupé en une longueur appropriée pour assembler 33 plis de 15/10 cm empilés dans une batterie à ions lithium. La largeur du film polymère à base de PVDF était 10 cm et l'épaisseur du film était 60 um. Un mélange contenant 90% en poids de coke de pétrole, 5% en poids de LiPF6 et 5% en poids d'un fluorure de polyvinylidène servant de liant fut extrudé en plaques ayant des dimensions de 95 x 140 mm et une épaisseur de 450 Mm; ces plaques devaient être utilisées comme plaques d'anode dans la commercially available risé, having LiPF6 dissolved in the polymer in a molar concentration of 1 before film formation and the usual plasticizers, was cut into an appropriate length to assemble 33 15/10 cm plies stacked in an ion battery lithium. The width of the PVDF-based polymer film was 10 cm and the film thickness was 60 µm. A mixture containing 90% by weight of petroleum coke, 5% by weight of LiPF6 and 5% by weight of a polyvinylidene fluoride serving as binder was extruded into plates having dimensions of 95 × 140 mm and a thickness of 450 mm. ; these plates were to be used as anode plates in the
batterie au lithium empilée.stacked lithium battery.
Un oxyde de cobalt et de lithium fin (LixCoO2, dans lequel 0<x<l), ayant une dimension moyenne de particules d'environ pm, fut mélangé avec 5% en poids de fluorure de polyvinyli- dène et le mélange plastique fut ensuite extrudé en plaques A fine lithium cobalt and oxide (LixCoO2, in which 0 <x <1), having an average particle size of about pm, was mixed with 5% by weight of polyvinylidene fluoride and the plastic mixture was then sheet extruded
rectangulaires de 95 x 140 mm ayant une épaisseur de 200 pm. rectangular 95 x 140 mm having a thickness of 200 µm.
Les plaques contenant l'oxyde de cobalt lithiné devaient être The plates containing the lithinated cobalt oxide had to be
utilisées comme plaques de cathode dans les éléments électro- used as cathode plates in electro-
chimiques empilés constituant la batterie au lithium décrite ci-dessus. Un polyéthylène contenant des plastifiants conventionnels fut mélangé avec du carbone fin ayant une dimension moyenne de particules de 0,5 Mm pour contenir 45% en volume de carbone, stacked chemicals making up the lithium battery described above. A polyethylene containing conventional plasticizers was mixed with fine carbon having an average particle size of 0.5 mm to contain 45% by volume of carbon,
et la pâte résultante fut laminée à une épaisseur de 20 pm. and the resulting dough was rolled to a thickness of 20 µm.
La largeur du film de polyéthylene contenant le carbone était 10 cm. Une longueur correspondant à la longueur du film d'électrolyte à base de fluorure de polyvinylidène considéré ci-dessus fut coupée dans le film de polyéthylene contenant The width of the polyethylene film containing the carbon was 10 cm. A length corresponding to the length of the polyvinylidene fluoride electrolyte film considered above was cut from the polyethylene film containing
le carbone et les plaques d'anode furent fixées longitudina- carbon and anode plates were fixed longitudinally
lement sur une face du film avec du carbonate d'éthylène, les plaques étant espacées pour former des intervalles de 1 cm entre elles. Un deuxième film de polyéthylene ayant une longueur semblable fut utilisé comme film support d'électrode positive et les plaques d'électrode positive contenant l'oxyde de cobalt lithiné furent fixées sur l'une de ses faces avec du carbonate d'éthylène d'une manière similaire, les plaques d'électrode positive étant espacées avec les mêmes intervalles que les plaques d'électrode négative. Les faces rectangulaires libres des plaques d'électrodes positive et négative furent ensuite revêtues d'une pâte dé carbonate d'éthylène et de carbonate de propylène contenant LiPF6 en une concentration molaire de 0,5. Les films furent assemblés comme représenté sur la figure 1, les côtés revêtus des plaques électrodes étant amenés en contact avec des faces appropriées du film de polyvinylidène, formant ainsi des sections d'éléments électrochimiques constitués par des plaques électrodes positives et négatives en contact avec des faces appropriées d'un film continu à base de fluorure de polyvinylidène contenant des ions lithium et les plaques électrodes étant supportées sur des films de polyethylène contenant du carbone. Les films assemblés furent pliés en accordéon selon un motif en zigzag comme représenté sur la figure 2 pour avoir 33 plis. Une feuille de cuivre de 20 Mm d'épaisseur fut placée entre les plis du film polymère support des plaques électrodes négatives et une feuille d'aluminium de la même épaisseur fut placée entre les plis du film polymère support d'électrodes positives de la manière représentée schématiquement sur la figure 2. L'épaisseur totale des films pliés portant les plaques électrodes était environ 25 mm. Les films assemblés pliés empilés furent emballés et scellés d'une manière connue et enfermés dans un Lely on one side of the film with ethylene carbonate, the plates being spaced to form intervals of 1 cm between them. A second polyethylene film having a similar length was used as the positive electrode support film and the positive electrode plates containing the lithinated cobalt oxide were fixed on one of its faces with ethylene carbonate of a similarly, the positive electrode plates being spaced at the same intervals as the negative electrode plates. The free rectangular faces of the positive and negative electrode plates were then coated with a paste of ethylene carbonate and propylene carbonate containing LiPF6 in a molar concentration of 0.5. The films were assembled as shown in FIG. 1, the coated sides of the electrode plates being brought into contact with suitable faces of the polyvinylidene film, thus forming sections of electrochemical elements constituted by positive and negative electrode plates in contact with appropriate faces of a continuous film based on polyvinylidene fluoride containing lithium ions and the electrode plates being supported on polyethylene films containing carbon. The assembled films were folded in an accordion in a zigzag pattern as shown in Figure 2 to have 33 folds. A 20 mm thick copper foil was placed between the plies of the polymer film supporting the negative electrode plates and an aluminum foil of the same thickness was placed between the plies of the polymer film supporting the positive electrodes as shown schematically in Figure 2. The total thickness of the folded films carrying the electrode plates was about 25 mm. The assembled folded films stacked were packaged and sealed in a known manner and enclosed in a
bac protecteur ayant des conducteurs électriques appropriés. protective tray with suitable electrical conductors.
La batterie au lithium faite des éléments électrochimiques The lithium battery made of electrochemical cells
pliés empilés comme décrit ci-dessus fut chargée en appli- folded stacked as described above was loaded in app
quant à ses bornes une tension de 4,2 volts jusqu'à atteindre une tension de batterie stable de 4,0 volts. On trouva que la batterie au lithium totalement chargée fournissait une as for its terminals a voltage of 4.2 volts until reaching a stable battery voltage of 4.0 volts. The fully charged lithium battery was found to provide
tension de décharge moyenne de 3,2 volts. L'énergie spécifi- average discharge voltage of 3.2 volts. The specific energy
que produite par la batterie au lithium fut mesurée come that produced by the lithium battery was measured as
étant 103 watts.heure/kg et on trouva que la densité d'éner- being 103 watts.hour / kg and it was found that the energy density
gie de la batterie au lithium faite selon la présente lithium battery made in accordance with this
invention était 237 watts.heure/litre. invention was 237 watt hours / liter.
Exemple 2Example 2
Un film polymère à base de polyéthylène microporeux de 25 mm de largeur, vendu sous le nom de "Cellgard", fut imprégné avec un liquide organique contenant du carbonate d'éthylène et du carbonate de propylène en un rapport 1:1 et LiClO4 en une concentration molaire de 1. Une longueur fut coupée dans ce film microporeux imprégné pour faire dix plis, chaque pli A 25 mm wide microporous polyethylene based polymer film, sold under the name "Cellgard", was impregnated with an organic liquid containing ethylene carbonate and propylene carbonate in a 1: 1 ratio and LiClO4 in a molar concentration of 1. A length was cut from this impregnated microporous film to make ten folds, each fold
recevant des plaques électrodes de 24 mm x 24 mm. receiving 24 mm x 24 mm electrode plates.
iO0 Le mélange d'anode à base de coke de pétrole fut constitué de fines particules de coke, de 5% en poids de perchlorate de lithium et d'un liant à base de fluorure de polyvinylidène, et il fut extrudé d'une manière semblable à celle décrite dans l'exemple 1; le mélange de cathode contenait un oxyde de cobalt lithiné comme dans l'exemple 1, et les plaques électrodes de la batterie au lithium de l'exemple 2 avaient les dimensions d'un carré de 24 mm x 24 mm. L'épaisseur des plaques électrodes négatives à base de coke de pétrole était 450 Mm et celle de la plaque électrode positive à base de iO0 The petroleum coke anode mixture consisted of fine coke particles, 5% by weight of lithium perchlorate and a binder based on polyvinylidene fluoride, and was extruded in a similar manner to that described in Example 1; the cathode mixture contained a lithiated cobalt oxide as in example 1, and the electrode plates of the lithium battery of example 2 had the dimensions of a square of 24 mm × 24 mm. The thickness of the negative electrode plates based on petroleum coke was 450 mm and that of the positive electrode plate based on
LiCoO2 était 200 pm respectivement, comme dans l'exemple 1. LiCoO2 was 200 µm respectively, as in Example 1.
Les plaques électrodes étaient fixées sur des films de polyéthylène chargés à 45% en volume de carbone et de 25 mm de largeur, d'une manière semblable à celle décrite dans l'exemple 1, procurant ainsi un jeu de plaques électrodes négatives supportées sur un film polymère contenant du carbone conducteur et un autre jeu de plaques électrodes positives supportées sur un autre film polymère contenant du carbone conducteur. Le film polymère microporeux contenant des ions lithium et les films portant les plaques électrodes The electrode plates were fixed on polyethylene films loaded with 45% by volume of carbon and 25 mm in width, in a manner similar to that described in Example 1, thus providing a set of negative electrode plates supported on a polymer film containing conductive carbon and another set of positive electrode plates supported on another polymer film containing conductive carbon. The microporous polymer film containing lithium ions and the films carrying the electrode plates
étaient assemblés et pliés, comme le représentent respective- were assembled and folded, as represented respectively-
ment les figures 1 et 2. La batterie au lithium constituée par dix éléments électrochimiques pliés et empilés fut Figures 1 and 2. The lithium battery consisting of ten folded and stacked electrochemical cells was
scellée et emballée comme décrit dans l'exemple 1. sealed and packaged as described in Example 1.
La batterie au lithium composée de dix éléments carrés de 25 The lithium battery composed of ten square cells of 25
mm de côté empilés fut ensuite chargée comme dans l'exem- mm stacked side was then loaded as in the example
ple 1. On trouva que la batterie totalement chargée présen- ple 1. It was found that the fully charged battery
tait une tension en circuit ouvert de 3,8 volts. La tension de décharge moyenne était 3,12 volts. L'ensemble d'éléments électrochimiques pliés empilés à base d'ions lithium donnait une énergie spécifique au taux de 85 watts.heure/kg et une densité d'énergie au taux de 200 watts. heure/litre. was an open circuit voltage of 3.8 volts. The average discharge voltage was 3.12 volts. The set of folded electrochemical cells stacked based on lithium ions gave a specific energy at the rate of 85 watts.hour / kg and an energy density at the rate of 200 watts. hour / liter.
Dans ce qui précède, on a décrit les principes, les réalisa- In the foregoing, the principles, the
tions préférées et des modes d'opération de la présente invention. Toutefois, l'invention ne doit pas être considérée preferred tions and modes of operation of the present invention. However, the invention should not be considered
comme étant limitée aux réalisations particulières envisa- as being limited to the particular realizations envisaged
gées. Au lieu de cela, on doit considérer les réalisations décrites cidessus comme illustratives plutôt que comme restrictives, et on doit noter que l'homme de l'art peut apporter des variantes dans ses réalisations sans s'écarter aged. Instead, the embodiments described above should be considered as illustrative rather than restrictive, and it should be noted that those skilled in the art can make variations in their embodiments without departing
de la portée de la présente invention. of the scope of the present invention.
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