FR2762934A1 - Procede de fabrication d'une electrode utilisee pour une pile prismatique (parallelepipedique) - Google Patents

Procede de fabrication d'une electrode utilisee pour une pile prismatique (parallelepipedique) Download PDF

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Abstract

Il est fourni un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), comprenant les étapes (a) d'enroulement d'une feuille d'électrode (1, 2, 3) autour d'un noyau (6), la feuille d'électrode comprenant une feuille d'électrode positive (2), une feuille d'électrode négative (1), et une feuille isolante (3) prise en sandwich entre les feuilles d'électrode, (b) de tirage du noyau (6) pour former de ce fait un dépôt de feuille d'électrode enroulée (10), (c) de chauffage du dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) à une température égale ou inférieure à une température de fusion de la feuille isolante (3), et (d) de compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) avec une pression uniaxiale pour aplatir de ce fait le dépôt de feuille d'électrode enroulée (10). Suivant le procédé, il est possible d'augmenter la capacité d'une pile par unité de volume dans une pile prismatique (parallélépipédique), puisque la feuille d'électrode peut être enroulée de plus d'un demi-tour ou une pluralité de fois.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UNE ELECTRODE
UTILISEE POUR UNE PILE PRISMATIQUE (PARALLELEPIPEDIQUE)
Arrière-plan de l'invention
Domaine de l'invention
La présente invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), et plus particulièrement, à un procédé de fabrication d'une électrode comprenant une électrode positive sous la forme d'une feuille, une électrode négative sous la forme d'une feuille, et une feuille isolante prise en sandwich entre les électrodes positive et négative, les électrodes et la feuille isolante étant en état aplati et enroulé.
Description de la technique apparentée
Etant donné que des dispositifs pratiques, tels qu'un ordinateur bloc-notes et un téléphone cellulaire ont été récemment fabriqués avec une taille plus petite et un poids plus léger, une pile jouant le rôle de source d'alimentation doit être en conséquence d'une taille plus petite et d'un poids plus léger. Une pile cylindrique a d'abord été largement utilisée.
Cependant, une pile prismatique (parallélépipédique) peut être incorporée dans un espace dans un dispositif pratique plus efficacement qu'une pile cylindrique, lorsqu'une pile ou des piles doit ou doivent être incorporée(s) dans un dispositif pratique. Par suite, une pile prismatique (parallélépipédique) a été largement employée comme source d'alimentation pour un dispositif pratique.
Par exemple, la Publication du Brevet japonais non examiné N" 6-96801 a suggéré un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique). Selon le procédé, une électrode pour une pile prismatique (parallélépipédique) est formée en déposant une électrode positive et une électrode négative, toutes deux sous forme d'une feuille avec une feuille en plastique poreuse isolante prise en sandwich entre celles-ci, en enroulant le dépôt autour d'un noyau plat de type planar, et en tirant le noyau du dépôt enroulé.
A la place du noyau plat de type planar, un noyau ayant une section circulaire ou un noyau ayant une section ovale peut être employé. Avant que l'électrode ainsi formée ne soit insérée dans un boîtier de pile prismatique (parallélépipédique), l'électrode ou le dépôt enroulé est comprimé(e) dans un sens diamétral pour faire en sorte, de ce fait, que l'électrode ait une section en ellipse, conformément à une forme du boîtier de pile prismatique (parallélépipédique), tel que suggéré dans la Publication du brevet japonais non examiné N" 60-501729, basée sur la demande du brevet américain N" 509133, déposée le 29 juin 1983, qui est de plus basée sur le document PCT/US84/00977.
Cependant, une électrode- enroulée formée par enroulement d'un dépôt de feuilles autour d'un noyau plat de type planar ou d'un noyau ayant une section ovale ou circulaire glisse souvent de place ou se décolle vers l'intérieur à proximité d'un coin sur lequel le dépôt est incurvé, lorsque le dépôt est comprimé en forme d'ellipse. En conséquence, un interstice est généré entre les feuilles des électrodes positive et négative.
Pour pallier ce problème, les Publications de brevets japonais non examinés N" 8-158519 et 8-171917 ont suggéré un procédé incluant les étapes d'enroulement d'un dépôt de feuille d'électrode, qui comprend une électrode positive sous forme d'une feuille, une électrode négative sous forme d'une feuille, et une feuille poreuse isolante en polypropylène prise en sandwich entre les électrodes positive et négative pour assurer une isolation électrique entre elles, autour d'un noyau ayant une section rhombique une pluralité de fois, en tirant le noyau du dépôt de feuille d'électrode enroulée ainsi formée, et en comprimant le dépôt de feuille d'électrode enroulée en une forme d'ellipse. Selon les
Publications, il est possible d'éviter au dépôt de feuille d'électrode enroulée de glisser de place ou de se décoller. La raison en est la suivante. A savoir que, puisque le noyau ayant une section rhombique a une résistance adéquate, un dépôt de feuille d'électrode ne s incurve pas pendant qu'il est enroulé autour du noyau, ce qui se traduit par le non-déplacement du dépôt de feuille d'électrode enroulée. De plus, on force le dépôt de feuille d'électrode enroulée à avoir une tendance à la flexion le long d'un angle aigu du noyau rhombique. Par suite, le dépôt de feuille d'électrode enroulée est comprimé de manière qu'une partie ayant la tendance à la flexion soit incurvée, garantissant que le dépôt de feuille d'électrode enroulée ne se décolle pas.
Cependant, même après l'incorporation du dépôt de feuille d'électrode enroulée ainsi formée dans un boîtier de pile prismatique (parallélépipédique), il existe toujours un espace placé au centre du dépôt de feuille d'électrode enroulée, un interstice entre la feuille d'électrode positive et la feuille en plastique isolante, et un interstice entre la feuille d'électrode négative et la feuille en plastique isolante. La raison pour laquelle cet espace et ces interstices existent toujours est que le dépôt de feuille d'électrode enroulée est comprimé tel quel, c'est-à-dire, sans autre prétraitement.
De plus, l'espace et les interstices susmentionnés empêchent une pile d'avoir une capacité accrue.
Résumé de l'invention
Un objet de la présente invention est de fournir un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), lequel procédé permet à une électrode de ne pas se décoller même lorsqu'un dépôt de feuilles d'électrode est enroulé autour d'un noyau ayant une section quelconque, telle que circulaire, ovale, en forme de plaque et rhombique, et de ne pas avoir un espace placé au centre d'un dépôt de feuille d'électrode enroulée, un interstice entre une feuille d'électrode positive et une feuille isolante, et un interstice entre une feuille d'électrode négative et une feuille isolante.
Un objet de la présente invention est également de fournir un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), lequel procédé augmente la capacité d'une pile par unité de volume d'un boîtier de pile dans lequel l'électrode est enfermée.
Il est prévu un procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), incluant les étapes (a) d'enroulement d'une feuille d'électrode autour d'un noyau, la feuille d'électrode comprenant une électrode positive sous forme d'une feuille, une électrode négative sous forme d'une feuille, et une feuille isolante prise en sandwich entre les électrodes positive et négative, (b) de tirage du noyau pour former de ce fait un dépôt de feuille d'électrode enroulée, et (c) de compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée pour aplatir de ce fait le dépôt de feuille d'électrode enroulée, caractérisé par l'étape de chauffage du dépôt de feuille d'électrode enroulée avant insertion du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un boîtier de pile.
Par exemple, le dépôt de feuille d'électrode enroulée peut être maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé ou peut être chauffé avant que le dépôt de feuille d'électrode enroulée ne soit comprimé.
Le procédé peut inclure, de plus, les étapes (d) de fixation du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un moule, (e) d'insertion du dépôt de feuille d'électrode enroulée et du moule dans un sac composé de plastique mou, et (f) de thermoscellage du dépôt de feuille d'électrode enroulée et du moule dans le sac, auquel cas le dépôt de feuille d'électrode enroulée est maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé. Ces étapes (d), (e) et (f) sont effectuées entre les étapes (b) et (c).
Le procédé peut inclure, de plus, les étapes (d) de fixation du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un moule, (e) d'insertion du dépôt de feuille d'électrode enroulée et du moule dans un sac composé de plastique mou, (f) de thermoscellage du dépôt de feuille d'électrode enroulée et du moule dans le sac, et (g) de chauffage du dépôt de feuille d'électrode enroulée. Ces étapes (d) à (g) sont effectuées entre les étapes (b) et (c).
Le procédé peut inclure, de plus, les étapes (d) de fixation du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un moule, (e) d'insertion du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un sac composé de plastique mou, et (f) de thermoscellage du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans le sac, auquel cas le dépôt de feuille d'électrode enroulée est maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé. Ces étapes (d), (e) et (f) sont effectuées entre les étapes (b) et (c).
Le procédé peut inclure, de plus, les étapes (d) d'insertion du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un sac composé de plastique mou, (e) de thermoscellage du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans le sac, (f) de fixation du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un moule, (g) de chauffage du dépôt de feuille d'électrode enroulée. Ces étapes (d) à (g) sont effectuées entre les étapes (b) et (c).
L'ordre de réalisation des étapes (f) et (g) n'est pas fixé. L'étape (f) peut être réalisée avant l'étape (g) ou l'étape (g) peut être réalisée avant.
Il est préférable que le dépôt de feuille d'électrode enroulée soit maintenu comprimé pendant une certaine période de temps à l'étape (c). Par exemple, le dépôt de feuille d'électrode enroulée est comprimé avec une pression uniaxiale ou avec une pression isotropique à l'étape (c). La pression isotropique peut être transmise par une pression d'un gaz ou d'un fluide.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée est de préférence maintenu à une température égale ou inférieure à une température de fusion de la feuille isolante à l'étape (c). Par suite, une plage de températures dans laquelle le dépôt de feuille d'électrode enroulée est chauffé varie en fonction d'une matière dont est composée la feuille isolante.
Par exemple, lorsque la feuille isolante est composée de polyéthylène (PE), le dépôt de feuille d'électrode enroulée est maintenu à une température, de préférence dans la plage de 30 à 130 degrés centigrades, les deux inclus, et de préférence encore dans la plage de 60 à 120 degrés centigrades, les deux inclus. Par exemple, lorsque la feuille isolante est composée de polypropylène (PP), le dépôt de feuille d'électrode enroulée est maintenu à une température de préférence dans la plage de 30 à 160 degrés centigrades, les deux inclus, et de préférence encore dans la plage de 60 à 150 degrés centigrades, les deux inclus. Lorsque la feuille isolante a une structure multicouches composée d'un film de polypropylène (PP), d'un film de polyéthylène (PE), et d'un film de polypropylène (PP), le dépôt de feuille d'électrode enroulée est maintenu à une température de préférence dans la plage de 30 à 130 degrés centigrades, les deux inclus, et de préférence encore dans la plage de 60 à 120 degrés centigrades, les deux inclus.
Il est préférable que le dépôt de feuille d'électrode enroulée soit comprimé à l'étape (c) sous une pression réduite. Le moule est de préférence conçu pour avoir une largeur intérieure inférieure à une largeur intérieure d'un boîtier de pile dans lequel le dépôt de feuille d'électrode enroulée doit être inséré.
Par exemple, le dépôt de feuille d'électrode enroulée est chauffé pendant 30 minutes ou moins à l'étape (c). Il est préférable de chauffer le dépôt de feuille d'électrode enroulée pendant qu'il est comprimé.
Par exemple, le sac en plastique mou peut être composé de polymère thermoplastique tel que polyéthylène, polypropylène, nylon ou une combinaison :de ces matières.
Suivant la présente invention, une électrode sous la forme d'un dépôt de feuille enroulée est comprimée, l'électrode étant maintenue à une température élevée avant que l'électrode ne soit placée dans un boîtier de pile. En comprimant à une température élevée, un espace situé au centre du dépôt de feuille enroulée, un interstice entre une feuille d'électrode positive et une feuille isolante, et un interstice entre une feuille d'électrode négative et une feuille isolante sont tous éliminés. Par suite, une feuille de dépôt peut être de plus enroulée d'un demi-tour ou d'une pluralité de tours, si la feuille de dépôt est placée dans le boîtier de pile de même taille. Ainsi, il est maintenant possible d'augmenter la capacité d'une pile.
De plus, l'élimination de l'espace et des interstices susmentionnés assure une réaction uniforme dans une pile, qui garantit, de plus, une efficacité des cycles de charge et de décharge.
En outre, il est possible d'éviter qu'une électrode soit mal placée dans un boîtier de pile.
Brève description des dessins
La figure 1 est une vue en coupe transversale illustrant une électrode fabriquée suivant le premier mode de réalisation.
La figure 2A est une vue en perspective illustrant une feuille d'électrode positive, une feuille d'électrode négative et une feuille en plastique étant enroulées autour d'un noyau.
La figure 2B est une vue en perspective illustrant un dépôt d'électrode enroulée.
La figure 3 est une vue en perspective illustrant un moule dans lequel un dépôt de feuille d'électrode enroulée est fixé pour compression.
La figure 4 est une vue en coupe transversale illustrant l'électrode illustrée à la figure 1, placée dans un boîtier de pile.
La figure 5 est une vue en perspective illustrant qu'un dépôt de feuille d'électrode enroulée fixé dans un moule est inséré dans un sac en plastique mou dans le deuxième mode de réalisation.
La figure 6 est une vue en perspective illustrant qu'un dépôt de feuille d'électrode enroulée inséré dans un sac en plastique mou est sur le point d'être placé dans un moule dans le troisième mode de réalisation.
La figure 7 est un graphique illustrant les efficacités de cycle de quatre piles prismatiques (parallélépipédiques) comprenant chacune des électrodes suivant le premier au troisième modes de réalisation, et une électrode suivant un échantillon de référence.
Description des modes de réalisation préférés
[Premier mode de réalisation]
La figure 1 illustre une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), fabriquée suivant le premier mode de réalisation. L'électrode illustrée 10 est sous la forme d'un dépôt de feuille d'électrode enroulée. Le dépôt de feuille d'électrode comprend une électrode négative 1 sous la forme d'une feuille, une électrode positive 2 sous la forme d'une feuille, et une feuille en plastique poreux 3 prise en sandwich entre les électrodes en feuille positive et négative 1 et 2. La feuille en plastique poreux 3 agit comme un isolant pour isoler électriquement les électrodes en feuille positive et négative 1 et 2 l'une de l'autre. L'électrode 10 est formée à une extrémité de celle-ci, avec une patte d'électrode négative 4 reliée électriquement à l'électrode en feuille négative 1, et est de plus formée à l'autre extrémité avec une patte d'électrode positive 5 reliée électriquement à l'électrode en feuille positive 2.
L'électrode 10 est formée par compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un sens diamétral, c'est-à-dire, dans un sens A, de sorte qu'il n existe aucun espace au centre du dépôt de feuille d'électrode enroulée, aucun interstice entre la feuille d'électrode positive 2 et la feuille en plastique poreux 3, et aucun interstice entre la feuille d'électrode négative 1 et la feuille en plastique poreux 3.
L'électrode 10 suivant le présent mode de réalisation a été fabriquée de la manière suivante.
Comme matière active de l'électrode négative, on a employé du charbon dans lequel des ions lithium (Li) peuvent être dopés et à partir duquel des ions lithium peuvent être extraits, tels que des microperles de charbon mésophasé. Comme matière active de l'électrode positive, on a employé un oxyde métallique de transition contenant du lithium, tel que le manganate de lithium.
L'électrode négative 1 sous la forme de feuille a été fabriquée de la manière suivante. Un liant, et un conducteur électrique, si nécessaire, ont été d'abord mélangés avec la matière active de l'électrode négative susmentionnée. On a réalisé ensuite une pâte en dispersant la matière active de l'électrode négative contenant un liant et un conducteur électrique en milieu de dispersion en pâte. Puis, la pâte a été appliquée sur une feuille collectrice de courant composée de cuivre et ayant une épaisseur de 10 um. La feuille collectrice de courant sur laquelle la pâte a été appliquée a été ensuite séchée et comprimée. Ainsi, l'électrode en feuille négative 1 a été réalisée laquelle avait une largeur de 39 mm et une longueur de 500 mm.
L'électrode positive 2 sous la forme de feuille a été fabriquée de la manière suivante. Un liant et un conducteur électrique, si nécessaire, ont d'abord été mélangés avec la matière active de l'électrode positive susmentionnée. On a réalisé ensuite une pâte en dispersant la matière active de l'électrode positive contenant un liant et un conducteur électrique en milieu de dispersion. Puis, la pâte a été appliquée sur une feuille collectrice de courant composée d'aluminium et ayant une épaisseur de 20 um. La feuille collectrice de courant sur laquelle la pâte a été appliquée a été ensuite séchée et comprimée. Ainsi, l'électrode en feuille positive 2 a été réalisée laquelle avait une largeur de 37 mm et une longueur de 435 mm.
On a préparé ensuite une feuille en plastique poreux 3 comme isolant. On peut employer dans ce cas une feuille de polyéthylène (PE), une feuille de polypropylène (PP) ou une feuille ayant une structure multi-couches PP/PE/PP comme la feuille en plastique poreux 3. La feuille d'électrode positive 2, la feuille en plastique poreux 3, la feuille d'électrode négative 1, et la feuille en plastique poreux 3, ont été ensuite déposées, dans cet ordre, pour former, de ce fait, un dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 de la manière décrite ci-après.
Comme illustré à la figure 2A, la feuille d'électrode positive 2 a été d'abord enroulée autour d'un noyau ovale 6. La feuille en plastique poreux 3 a été ensuite enroulée autour de la feuille d'électrode positive 2. Puis, la feuille d'électrode négative 1 a été enroulée autour de la feuille en plastique poreux 3, et la feuille en plastique poreux 3 a été enroulée de nouveau autour de la feuille d'électrode négative 1.
C'est-à-dire que les feuilles d'électrodes positive et négative 1 et 2 ont été enroulées autour du noyau ovale 6, de manière qu'elles soient toujours prises en sandwich entre les feuilles en plastique poreux 3.
Comme également illustré à la figure 2A, la patte d'électrode négative 4 est prise en sandwich entre l'une quelconque des feuilles en plastique négatives 1 et la feuille en plastique poreux 3 adjacente à cellesci. De manière similaire, la patte d'électrode positive 5 est prise en sandwich entre l'une quelconque des feuilles en plastique positives 2 et la feuille en plastique poreux 3 adjacente à celles-ci.
Une extrémité de la feuille en plastique poreux 3 à un tour final a été collée sur une surface du tour précédent avec un ruban adhésif (non illustré) . Puis, le noyau- ovale 6 a été tiré du dépôt de feuille d'électrode enroulée. Ainsi, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été formé, comme illustré à la figure 2B. Le dépôt de feuille d'électrode enroulée ainsi formé 10 a été ensuite comprimé dans un sens A.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé au moyen d'un élément de compression uniaxiale hydraulique équipé d'un élément chauffant. Cet élément de compression peut comprimer un objet avec l'objet à chauffer. Un élément chauffant peut être préparé séparément d'un élément de compression, et peut être utilisé parallèlement avec un élément de compression lorsque le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est comprimé.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été chauffé pendant qu'il était comprimé à une température égale ou inférieure à une température de fusion de la feuille en plastique poreux 3. Par exemple, lorsqu'une feuille de polyéthylène (PE) est utilisée comme feuille en plastique poreux 3, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est chauffé à une température dans la plage d'environ 30 à environ 130 degrés centigrades, cette dernière étant un point de fusion du PE, et de préférence encore dans la plage d'environ 60 à environ 120 degrés centigrades. Lorsqu'une feuille de polypropylène (PP) est utilisée comme feuille en plastique poreux 3, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est chauffé à une température dans la plage d'environ 30 à environ 160 degrés centigrades, cette dernière étant un point de fusion du PP, et de préférence encore dans la plage d'environ 60 à environ 150 degrés centigrades. Lorsqu'une feuille ayant une structure multi-couches PP/PE/PP est utilisée comme feuille en plastique poreux 3, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est chauffé à une température dans la plage d'environ 30 à environ 130 degrés centigrades, cette dernière étant un point de fusion du
PE qui est inférieure à un point de fusion du PP, et de préférence encore dans la plage d'environ 60 à environ 120 degrés centigrades.
Le dépôt de feuille d'électrode'enroulée 10 a été inséré à l'intérieur d'un et fixé dans un moule 7 illustré à la figure 3. Le moule 7 est formé d'une ouverture rectangulaire 8 dans laquelle le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est inséré. L'ouverture rectangulaire 8 a une largeur D. Le moule 7 est formé, de plus, d'un premier évidement 9a et d'un second évidement 9b. L'ouverture 8 est en communication aux extrémités opposées de celle-ci avec l'atmosphère à travers le premier et le second évidements 9a et 9b. Le premier évidement 9a a une largeur inférieure à la largeur D de l'ouverture 8, tandis que le second évidement 9b a une largeur égale à la largeur D de l'ouverture 8.
La largeur D de l'ouverture rectangulaire 8 est conçue pour être inférieure à une largeur intérieure d'un boîtier de pile de 0,5 mm à 5 mm. Cette configuration est destinée à empêcher qu'une largeur du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 ne s'étende au-delà d'une largeur intérieure d'un boîtier de pile après avoir été comprimé et chauffé.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 fixé dans le moule 7 a été ensuite comprimé au moyen de l'élément de compression uniaxiale hydraulique susmentionné avec le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 chauffé à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3. Dans le premier mode de réalisation, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé à 80 degrés centigrades.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé à une pression telle que la feuille d'électrode positive 2 n'a pas été court-circuitée par la feuille d'électrode négative 1, de manière à éviter que la feuille en plastique poreux 3 ne soit endommagée par compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10. Si la feuille en plastique poreux 3 a été endommagée, la feuille d'électrode positive 2 a fait contact avec et, par suite, a été court-circuitée par, la feuille d'électrode négative 1.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 peut être maintenu comprimé à la pression susmentionnée et chauffé pendant une certaine période de temps, qui se situe, par exemple, dans la plage de 5 secondes à 180 secondes.
Avant que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 n'ait été comprimé, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 pourrait. être maintenu chauffé à l'avance à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3 pendant 30 minutes ou moins. Si le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé avant qu'il n'ait été suffisamment chauffé, il apparaît une différence entre des parties du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 par rapport à un degré de ramollissement de celui-ci. Cela se traduit par une concentration de contraintes qui entraîne le détachement partiel de la feuille collectrice de courant par la/les matière(s) active(s) de l'électrode positive et/ou négative. Pour éviter ceci, il est préférable de chauffer à l'avance le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 avant de le comprimer.
Ainsi, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été aplati en ayant une section transversale en ellipse par compression.
Comme illustré à la figure 4, le dépôt de feuille :d'électrode enroulée 10 ainsi aplati a été ensuite placé dans un boîtier de pile rectangulaire 11 composé d'acier inoxydable ou de fer nickelé, une plaque à ressort 12 étant prise en sandwich entre le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 et une paroi intérieure du boîtier de pile 11. Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été ensuite déposé sur les surfaces supérieure et inférieure de celui-ci de feuilles ou de plaques isolantes (non illustrées).
La patte d'électrode positive 5 a été ensuite soudée à un couvercle de pile (non illustré) et la patte d'électrode négative 4 a été soudée au boîtier de pile 11. Puis, le couvercle de pile et le boîtier de pile 11 ont été soudés l'un à l'autre au moyen d'un laser. Après qu'un électrolyte a été versé dans le boîtier de pile 11 à travers une entrée d'électrolyte (non illustrée), l'entrée d'électrolyte a été fermée pour fermer de ce fait hermétiquement le boîtier de pile 11. Une pile prismatique (parallélépipédique) a été ainsi obtenue.
Dans le présent mode de réalisation, les éléments suivants sont utilisés comme solvant pour la pile prismatique (parallélépipédique) : carbonate de propylène ; carbonate d'éthylène ; diéthyle carbonate ; diméthyle carbonate ; méthyle-éthyle carbonate ; éther diméthylique de l'étylèneglycol ("1,2-dimethoxy ethane") ; éther diéthylique de l'étylèneglycol ("1,2diethoxy ethane") ; y-butyrolactone ("y-butylolactone") tétrahydrofuranne ; dioxolanne-1,3 ("1,3-dioxoran") ; méthyl-4 dioxolanne-1,3 ("4-methyl-1,3 dioxoran") ; diéthyle oxyde ("diethyl ether") ; sulfolane ("sulforan") ; méthyle sulfolane ("methylsulforan") ; acétonitrile ; et propionitrile, seuls ou en -combinaison.
Les éléments suivants sont utilisés comme électrode de support pour la pile prismatique (parallélépipédique) : LiCiO4 ; LiAs F6 ; LiPF6 ; LiBF4
LiB(C6H5)4 ; LiCl ; LiBr ; CH3SO3Li ; et CF6SO6Li.
Il est possible d'améliorer considérablement la capacité d'une pile en réalisant la compression susmentionnée du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10. La compression entraîne l'aplatissement ou la diminution en épaisseur du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 dans le sens A à la figure 1. Par suite, le dépôt de feuille d'électrode comprenant la structure déposée de la feuille d'électrode négative 1, la feuille en plastique poreux 3, et la feuille d'électrode positive 2, peut être enroulé autour du noyau 6 (voir figure 2A), de plus, d'un demi-tour ou d'une pluralité de tours, en fonction du degré d'aplatissement du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10. Par suite, en conséquence, une pile prismatique (parallélépipédique) résultante peut avoir une capacité de pile augmentée.
Si la capacité d'une pile pouvait être maintenue non augmentée ou telle quelle, un boîtier de pile pourrait être rendu plus petit en épaisseur. Ainsi, il est possible d'augmenter à la fois la capacité d'une pile par unité de volume d'une pile et la capacité d'une pile par unité de poids d'une pile.
En réalisant la compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10, il est possible d'éliminer un espace existant au centre du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10, un interstice entre la feuille d'électrode positive 2 et la feuille en plastique poreux 3, et un interstice entre la feuille d'électrode négative 1 et la feuille en plastique poreux 3. Par suite, une réaction dans les électrodes devient uniforme, garantissant aucune réduction ni aucune dispersion d'une capacité de pile, et garantissant, de plus, la prévention de la détérioration dans une efficacité de cycle de charge et de décharge.
[Second mode de réalisation]
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a d'abord été fabriqué de la même manière que celle du premier mode de réalisation précédent. Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été inséré à l'intérieur du et fixé dans le moule 7 illustré à la figure 3, de manière similaire au premier mode de réalisation.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 avec le moule 7 a été ensuite inséré dans un sac en plastique mou 13 à travers une ouverture 13a du sac 13, tel qu'illustré à la figure 5. Le sac en plastique mou 13 peut être composé de polyéthylène, de polypropylène ou de nylon, par exemple. Le sac en plastique mou 13 dans lequel le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 et le moule 7 sont insérés, a été réduit en pression, et a été thermoscellé de manière que l'intérieur du sac en plastique mou 13 soit sous vide. En réduisant une pression dans le sac en plastique mou 13, l'air autour de la feuille d'électrode positive 2,. de la feuille en plastique poreux 3, et de la feuille d'électrode négative 1 est déchargé, se traduisant par le fait que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 peut être comprimé plus intensivement.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 scellé dans le sac en plastique 13 a été ensuite :comprimé au moyen d'une presse à pression isotropique, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 étant maintenu chauffé à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3. Dans le second mode de réalisation, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé en étant chauffé à 90 degrés centigrades. En chauffant le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10, le sac en plastique mou 13 a été polymérisé et, en conséquence, collé étroitement au dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 et au moule 7.
Pour la même raison que le premier mode de réalisation, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé à une pression telle que la feuille d'électrode positive 2 n'a pas été court-circuitée par la feuille d'électrode négative 1, de manière à éviter que la feuille en plastique poreux 3 ne soit endommagée par compression.
De manière similaire au premier mode de réalisation, il est préférable de maintenir le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 comprimé pendant une certaine période de temps, par exemple, dans la plage de 5 secondes à 180 secondes.
Pour la même raison que le premier mode de réalisation, il est préférable que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 soit maintenu chauffé à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3 pendant 30 minutes ou moins.
Comme milieu de transfert d'une pression dans la compression précédente, il est possible d'utiliser un gaz ou un liquide. Lorsqu'un gaz doit être utilisé, un gaz inerte est de préférence utilisé. Plus spécialement, un gaz azote ou l'air est de préférence utilisé. Lorsqu'un liquide doit être utilisé, l'eau est de préférence utilisée.
Lorsque la compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été terminée, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été sorti du moule 7.
En sortant le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 du moule 7, le sac en plastique mou 13 a été rompu, et, par suite, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été déposé sur les surfaces supérieure et inférieure de celui-ci avec le film en plastique polymérisé, qui agit comme isolant pour isoler électriquement le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 d'un boîtier de pile lorsque le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est placé dans le boîtier de pile.
La compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 pendant qu'il est chauffé permet d'augmenter considérablement la capacité d'une pile.
Dans un dépôt de feuille d'électrode enroulée ayant le grand nombre de tours, fabriqué suivant les procédés classiques, puisqu'un interstice entre des feuilles d'électrodes positive et négative a tendance à devenir grand dans des parties latérales B (voir figure 1), les parties latérales B ont tendance à avoir une plus grande épaisseur que celle d'une partie centrale C, et, par suite, il a été très difficile d'utiliser effectivement les parties latérales B. Cependant, suivant le présent mode de réalisation, il est possible de former les parties latérales B pour avoir la même épaisseur que celle de la partie centrale C, en comprimant isotropiquement le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10. Par suite, il est maintenant possible d'utiliser effectivement les parties latérales B, ce qui assure une augmentation de la capacité d'une pile.
Le second mode de réalisation susmentionné fournit les mêmes avantages que ceux du premier mode de réalisation.
[Troisième mode de réalisation]
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a d'abord été fabriqué de la même manière que celle du premier mode de réalisation sus-mentionné. Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été ensuite inséré dans un sac en plastique mou 14, comme illustré à la figure 6. Le sac en plastique mou 14 peut être composé de polyéthylène, de polypropylène ou de nylon, par exemple, de manière similaire au sac en plastique mou 13 dans le second mode de réalisation. Le sac en plastique mou 14, dans lequel le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été ensuite inséré, est réduit en pression, et a été thermoscellé de manière que l'intérieur du sac en plastique mou 14 soit sous vide.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 inséré dans le sac en plastique mou 14 a été placé à l'intérieur de et fixé dans l'ouverture rectangulaire 8a du moule 7 illustré à la figure 6.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 scellé dans le sac en plastique 14 a été ensuite comprimé au moyen d'une presse à pression isotropique, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 étant maintenu chauffé à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3. En chauffant le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10, le sac en plastique mou 14 a été -polymérisé, et, en conséquence, collé étroitement au dépôt de feuille d'électrode enroulée 10.
Pour la même raison que le premier mode de réalisation, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été comprimé à une pression telle que la feuille d'électrode positive 2 n'a pas été court-circuitée par la feuille d'électrode négative 1, de manière à éviter que la feuille en plastique poreux 3 ne soit endommagée par compression.
De manière similaire au premier mode de réalisation, il est préférable de maintenir le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 comprimé pendant une certaine période de temps, par exemple, dans la plage de 5 secondes à 180 secondes.
Pour la même raison que le premier mode de réalisation, il est préférable que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 soit maintenu chauffé à une température égale ou inférieure à un point de fusion de la feuille en plastique poreux 3 pendant 30 minutes ou moins.
Lorsque que la compression du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été terminée, le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été sorti du moule 7.
Le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 a été déposé sur une surface extérieure de celui-ci avec le film en plastique polymérisé, qui agit comme isolant pour isoler électriquement le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 d'un boîtier de pile lorsque le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est placé dans le boîtier de pile.
Le présent mode de réalisation fournit les mêmes avantages que ceux du second mode de réalisation. De plus, le présent mode de réalisation fournit un avantage supplémentaire en ce que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est entièrement recouvert d'un film de protection isolant comprenant du plastique polymérisé. Par suite, lorsque le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 est placé dans un boîtier de pile, il n'est plus nécessaire d'isoler électriquement le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 du boîtier de pile.
[Echantillon de référence]
Pour vérifier les avantages du procédé suivant la présente invention, on a fabriqué un dépôt de feuille d'électrode enroulée en comprimant un dépôt de feuille d'électrode de la même manière que dans le premier mode de réalisation, à l'exception au fait que le dépôt de feuille d'électrode enroulée suivant l'échantillon de référence n'était pas maintenu chauffé pendant qu'il était comprimé, à la différence du premier mode de réalisation.
Les dépôts de feuille d'électrode enroulée 10 fabriqués suivant les premier, deuxième et troisième modes de réalisation et suivant l'échantillon de référence ont été placés dans des boîtiers de pile ayant les mêmes forme et dimensions, pour fabriquer, de ce fait, quatre piles prismatiques (parallélépipédiques). La figure 7 illustre les caractéristiques de cycle de ces quatre piles prismatiques (parallélépipédiques)
On a employé une solution électrolytique incluant du LiPF6 comme électrode de support, et un mélange de solvant de carbonate d'éthylène et de diéthyle carbonate.
Comme cela apparaît évident sur la figure 7, les piles prismatiques (parallélépipédiques) incluant les dépôts de feuille d'électrode enroulée 10 fabriqués suivant les premier au troisième modes de réalisation ont une capacité considérablement augmentée en comparaison de la pile prismatique (parallélépipédique) incluant le dépôt de feuille d'électrode enroulée suivant l'échantillon de référence.
Comme cela apparaît également évident sur la figure 7, les piles prismatiques (parallélépipédiques) incluant les dépôts de feuille d'électrode enroulée 10 fabriqués suivant les premier à troisième modes de réalisation ont une efficacité de cycle accrue en charge et décharge, par rapport à la pile prismatique (parallélépipédique) incluant le dépôt de feuille d'électrode enroulée suivant l'échantillon de référence. La raison en est que les interstices dans la feuille d'électrode négative 1, la feuille en plastique poreux 3, et la feuille d'électrode positive 2 sont éliminés, entraînant une réaction uniforme dans le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10.
Les premier à troisième modes de réalisation susmentionnés fournissent un avantage supplémentaire, en ce que le dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 peut être plus facilement placé dans un boîtier de pile que le dépôt de feuille d'électrode enroulée fabriqué suivant l'échantillon de référence. La raison en est que la feuille en plastique poreux . 3 ou la feuille d'électrode négative 1 à un tour extérieur du dépôt de feuille d'électrode enroulée 10 adhère pratiquement étroitement à un tour adjacent.
Les inventeurs avaient également vérifié la présence éventuelle d'une fraction défectueuse pour la mise en place d'un dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un boîtier de pile. Les fractions défectueuses étaient de 0 % pour les deux dépôts de feuille d'électrode enroulée 10 fabriqués suivant les premier à troisième modes de réalisation, tandis que la fraction défectueuse était de 3 % pour le dépôt de feuille d'électrode enroulée fabriqué suivant l'échantillon de référence. Ainsi, les premier à troisième modes de réalisation améliorent considérablement une fraction défectueuse pour la mise en place d'un dépôt de feuille d'électrode enroulée dans un boîtier de pile.

Claims (20)

REVENDICATIONS
1. Procédé de fabrication d'une électrode utilisée pour une pile prismatique (parallélépipédique), comprenant les étapes
(a) d'enroulement d'une feuille d'électrode (1, 2, 3) autour d'un noyau (6), ladite feuille d'électrode comprenant une électrode positive (2) sous la forme d'une feuille, une électrode négative (1) sous la forme d'une feuille, et une feuille isolante (3) prise en sandwich entre lesdites électrodes positive et négative (1, 2)
(b) de tirage dudit noyau (6) pour former, de ce fait, un dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) et
(c) de compression dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) pour aplatir, de ce fait, ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10),
caractérisé par l'étape de
chauffage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) avant insertion dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un boîtier de pile (11).
2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé.
3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est chauffé avant que ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) ne soit comprimé.
4. Procédé selon la revendication 1, comprenant de plus les étapes
(d) de fixation dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un moule (7)
(e) d'insertion dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) et dudit moule (7) dans un sac (13) composé de plastique mou ; et
(f) de thermoscellage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) et dudit moule (7) dans ledit sac (13),
lesdites étapes (d), (e) et (f) devant être réalisées entre lesdites étapes (b) et (c),
et dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé.
5. Procédé selon la revendication 1, comprenant de plus les étapes
(d) de fixation dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un moule (7)
(e) d'insertion dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) et dudit moule (7) dans un sac (13) composé de plastique mou
(f) de thermoscellage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) et dudit moule (7) dans ledit sac (13) ; et
(g) de chauffage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10),
lesdites étapes (d) à (g) devant être réalisées entre lesdites étapes (b) et (c).
6. Procédé selon la revendication 1, comprenant de plus les étapes
(d) de fixation dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un moule (7)
(e) d'insertion dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un sac (13) composé de plastique mou ; et
(f) de thermoscellage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans ledit sac (13),
lesdites étapes (d), (e) et (f) devant être réalisées entre lesdites étapes (b) et (c),
et dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu chauffé pendant qu'il est comprimé.
7. Procédé selon la revendication 1, comprenant de plus les étapes
(d) d'insertion dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un sac (14) composé de plastique mou
(e) de thermoscellage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans ledit sac (14),
(f) de fixation dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) dans un moule (7)
(g) de chauffage dudit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10),
lesdites étapes (d) à (g) devant être réalisées entre lesdites étapes (b) et (c).
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu comprimé pendant une certaine période de temps à ladite étape (c)
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est comprimé avec une pression uniaxiale à ladite étape (c).
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est comprimé avec une pression isotropique à ladite étape (c).
11. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu à une température égale ou inférieure à une température de fusion de ladite feuille isolante (3).
12. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite feuille isolante (3) est composée de polyéthylène (PE), et dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu à une température dans la plage de 30 à 130 degrés centigrades, ces deux températures incluses.
13. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite feuille isolante. (3) est composée de polypropylène (PP), et dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu à une température dans la plage de 30 à 160 degrés centigrades, ces deux températures incluses.
14. Procédé selon la revendication 11, dans lequel ladite feuille isolante (3) a une structure multi-couches composée d'un film de polypropylène (PP), d'un film de polyéthylène (PE), et d'un film de polypropylène (PP), et dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est maintenu à une température dans la plage de 30 à 130 degrés centigrades, ces deux températures incluses.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est comprimé à ladite étape (c) sous une pression réduite.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est chauffé pendant 30 minutes ou moins.
17. Procédé selon la revendication 3, 5 ou 7, dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) est chauffé pendant qu'il est comprimé à ladite étape (d).
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel ledit sac (13, 14) est composé de polymère thermoplastique.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 7, dans lequel ledit moule (7) a une largeur intérieure inférieure à une largeur intérieure d'un boîtier de pile (11) dans lequel ledit dépôt de feuille d'électrode enroulée (10) doit être inséré.
20. Procédé selon la revendication 10, dans lequel ladite pression isotropique est transmise par une pression de gaz et de fluide.
FR9805096A 1997-04-24 1998-04-23 Procede de fabrication d'une electrode utilisee pour une pile prismatique (parallelepipedique) Expired - Lifetime FR2762934B1 (fr)

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