FR3007205A1 - METHOD FOR MANUFACTURING A CURRENT COLLECTOR FOR SECONDARY BATTERY - Google Patents

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Abstract

Ce procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire, comprend les étapes suivantes : - activation d'un substrat polymérique par traitement par plasma à froid ; - formation d'un collecteur de courant par dépôt d'une suspension aqueuse de nanotubes de carbone sur la surface du substrat traitée par le plasma à froid.This method of manufacturing a secondary battery current collector comprises the following steps: activation of a polymeric substrate by cold plasma treatment; - Formation of a current collector by depositing an aqueous suspension of carbon nanotubes on the surface of the substrate treated with the cold plasma.

Description

PROCEDE DE FABRICATION D'UN COLLECTEUR DE COURANT POUR BATTERIE SECONDAIRE DOMAINE DE L'INVENTION L'invention concerne un procédé de fabrication d'un collecteur de courant en nanotubes de carbone pour une batterie secondaire. Les domaines d'utilisation de la présente invention concernent notamment les applications nécessitant une batterie flexible, tel que par exemple le textile. ETAT ANTERIEUR DE LA TECHNIQUE Une batterie secondaire est une batterie rechargeable qui comprend un coeur de pile constitué de deux électrodes entre lesquelles est intercalé un électrolyte. Cet électrolyte est généralement supporté par un séparateur d'électrodes. Ces éléments peuvent être protégés et isolés électriquement de l'extérieur de la pile par un boitier souple ou rigide.FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a method for manufacturing a carbon nanotube current collector for a secondary battery. The fields of use of the present invention relate in particular to applications requiring a flexible battery, such as, for example, textiles. STATE OF THE PRIOR ART A secondary battery is a rechargeable battery which comprises a battery core consisting of two electrodes between which an electrolyte is inserted. This electrolyte is generally supported by an electrode separator. These elements can be protected and electrically isolated from the outside of the battery by a flexible or rigid housing.

A titre d'exemple, la figure 1 illustre une batterie secondaire de type lithium-ion (1) dont le coeur de pile comprend : une électrode positive (3) constituée d'au moins un matériau d'insertion du cation lithium ; un séparateur (4) d'électrodes ; une électrode négative (5). Les deux électrodes positive (3) et négative (5) sont respectivement associées aux collecteurs de courant (2) et (6).By way of example, FIG. 1 illustrates a lithium-ion secondary battery (1) whose stack core comprises: a positive electrode (3) consisting of at least one lithium cation insertion material; an electrode separator (4); a negative electrode (5). The two positive (3) and negative (5) electrodes are respectively associated with the current collectors (2) and (6).

Le coeur de pile est intégralement recouvert par l'emballage, ou boitier (7). En revanche, une partie des collecteurs de courant (2) et (6) demeure apparente, en dehors de l'emballage (7) de manière à pouvoir connecter électriquement la pile.35 Les procédés de l'art antérieur permettent notamment de préparer des collecteurs de courant métalliques (aluminium, cuivre, acier, nickel...), dont la conductivité électronique est compatible avec la circulation des électrons dans le fonctionnement d'une batterie secondaire. Toutefois, les propriétés de ces collecteurs, particulièrement ceux en aluminium, peuvent être altérées par la corrosion. Le Demandeur a mis au point un procédé de fabrication de collecteurs de courant permettant non seulement d'éliminer les problèmes de corrosion, mais également d'améliorer les propriétés de résistance d'accroche du collecteur au substrat sur lequel repose la batterie secondaire. EXPOSE DE L'INVENTION La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un collecteur de courant en carbone, permettant notamment de déposer ledit collecteur sur des substrats souples. Ce collecteur de courant est résistant aux phénomènes de corrosion qui peuvent généralement altérer les propriétés des collecteurs métalliques de l'art antérieur. Ce collecteur de courant peut être utilisé dans une batterie secondaire, et notamment une batterie lithium-ion ou une batterie alcaline (zinc-nickel par exemple). Plus précisément, la présente invention concerne un procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire, comprenant les étapes suivantes : - activation d'un substrat polymérique par traitement par plasma à froid ; - formation d'un collecteur de courant par dépôt d'une suspension aqueuse de nanotubes de carbone (NTC) sur la surface du substrat traitée par le plasma à froid ; - optionnellement, séchage du dépôt de nanotubes de carbone.The battery core is completely covered by the package, or case (7). On the other hand, a part of the current collectors (2) and (6) remains visible, outside the packaging (7) so as to be able to electrically connect the battery. The methods of the prior art make it possible in particular to prepare metal current collectors (aluminum, copper, steel, nickel, etc.) whose electronic conductivity is compatible with the circulation of electrons in the operation of a secondary battery. However, the properties of these collectors, particularly those of aluminum, can be altered by corrosion. The Applicant has developed a method of manufacturing current collectors not only to eliminate corrosion problems, but also to improve the resistance of the collector resistance properties to the substrate on which the secondary battery rests. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a method of manufacturing a carbon current collector, in particular for depositing said collector on flexible substrates. This current collector is resistant to corrosion phenomena which can generally alter the properties of metal collectors of the prior art. This current collector can be used in a secondary battery, and in particular a lithium-ion battery or an alkaline battery (zinc-nickel for example). More specifically, the present invention relates to a method of manufacturing a secondary battery current collector, comprising the following steps: activation of a polymeric substrate by cold plasma treatment; forming a current collector by depositing an aqueous suspension of carbon nanotubes (CNTs) on the surface of the substrate treated with the cold plasma; optionally, drying the deposit of carbon nanotubes.

Le traitement par plasma à froid est avantageusement un traitement corona, c'est à dire l'application d'une décharge électrique vers le substrat polymérique, à haute fréquence. Il est avantageusement réalisé sous atmosphère ambiante, c'est-à-dire sous air.The cold plasma treatment is advantageously a corona treatment, that is to say the application of an electric discharge to the polymeric substrate at high frequency. It is advantageously carried out under ambient atmosphere, that is to say under air.

La puissance du traitement plasma à froid est avantageusement comprise entre 10 et 600 watt/min/m2, plus avantageusement encore entre 60 et 100 watt/min/m2.The power of the cold plasma treatment is advantageously between 10 and 600 watts / min / m 2, more advantageously still between 60 and 100 watts / min / m 2.

Ce traitement plasma permet notamment d'améliorer l'énergie de surface du substrat et donc sa mouillabilité. Ce traitement permet ainsi d'améliorer l'accroche/adhérence du collecteur de courant au substrat.This plasma treatment notably makes it possible to improve the surface energy of the substrate and therefore its wettability. This treatment thus improves the adhesion / adhesion of the current collector to the substrate.

Le traitement de surface par plasma à froid est généralement localisé sur la partie du substrat devant être recouverte du collecteur de courant. Il permet d'améliorer la liaison entre la surface traitée et le collecteur de courant déposé. En effet, la suspension aqueuse de NTC adhère moins fortement à une surface non traitée.The cold plasma surface treatment is generally located on the part of the substrate to be covered by the current collector. It improves the bond between the treated surface and the deposited current collector. Indeed, the aqueous suspension of CNT adheres less strongly to an untreated surface.

Afin de mieux définir les parties du substrat traitées par plasma à froid, un mode de réalisation particulier de l'invention consiste à placer un masque sur le substrat, avant le traitement plasma. Ce masque permet ainsi de créer un motif particulier pour le collecteur de courant.In order to better define the parts of the substrate treated by cold plasma, a particular embodiment of the invention consists in placing a mask on the substrate, before the plasma treatment. This mask thus makes it possible to create a particular pattern for the current collector.

Le masquage d'au moins une partie de la surface du substrat peut notamment s'effectuer à l'aide d'adhésifs de manière à obtenir une bonne définition des bords. Le substrat est de type polymérique. Il présente une épaisseur avantageusement inférieure à 150 micromètres, et plus avantageusement comprise entre 20 et 100 20 micromètres. Il peut notamment être en au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant les composés suivants : polyacrylates (AA) ; acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS) ; éthylène vinyle alcool (E/VAL) ; fluoroplastiques (PTFE), (FEP, PFA, CTFE) ; polystyrène impact (HIPS : high impact polystyrène) ; melamine formaldehyde (MF) ; polymères cristaux-liquides 25 (LCP) ; polyacétal (POM) ; acrylo nitrile (PAN) ; phénol-formaldéhyde plastique (PF); polyamide (PA) ; polyamide-imide (PAI) ; polyaryl éther cétone (PAEK) polyéther éther cétone (PEEK) ; cis 1,4-poly butadiène (PBD) ; trans 1,4-poly butadiène (PBD) ; poly 1-butène (PB) ; polybutylène téréphthalate (PBT) ; poly caprolactame ; poly carbonate (PC) ; polycarbonate/acrylonitrile butadiène styrène (PC/ABS) ; poly 2,6- 30 diméthyl-1,4-phénylène éther (PPE) ; polydicyclopentadiène (PDCP) ; polyester (PL) ; polyéther éther cétone (PEEK); poly étherimide (PEI); poly éthylène (PE, LDPE, MDPE, HDPE, UHDPE) ; polyéthylènechlorinates (PEC) ; poly(éthylène glycol) (PEG) ; poly éthylène hexaméthylène dicarbamate (PEHD) ; poly éthylène oxide (PEO) ; polyéthersulfone (PES) ; poly éthylène sulphide (PES) ; poly éthylène 35 téréphthalate (PET) ; phenolics (PF) ; poly hexaméthylène adipamide (PHMA) ; poly hexaméthylène sebacamide (PHMS) ; polyhydroxyéthylméthacrylate (HEMA); poly imide (PI tel que le KAPTON) ; poly isobutylène (PM) ; polycétone (PK) ; polylactic acide (PLA) ; poly méthyl méthacrylate (PMMA) ; poly méthyl pentène (PMP) ; poly m-méthyl styrène (PMMS) ; poly p-méthyl styrène (PPMS); poly oxyméthylène (POM) ; poly pentaméthylène hexaméthylène dicarbamate (PPHD) ; poly mphénylène ; isophthalamide (PMIA) ; poly phénylène oxide (PPO) ; poly p-phénylène sulphide (PPS) ; poly p-phénylène téréphthalamide (PPTA) ; polyphthalamide (PTA) ; poly propylène (PP) ; poly propylène oxide (PPDX) ; poly styrène (PS) ; polysulfone (PSU) ; poly tétrafluoro éthylène (PTFE) ; poly(triméthy1ène téréphthalate) (PTT) ; poly polyuréthane (PU) ; polyvinyl butyral (PVB) ; poly chlorure de vinyle (PVC) ; poly chlorure de vinylidène (PVDC) ; poly fluorure de vinylidène (PVDF) ; poly vinyl méthyl éther (PVME) ; poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) silicone (SI) ; résine styrène- acrylonitrile (SAN) ; élastomères thermoplastiques (TPE) ; polymères thermoplastiques (TP) ; et urea-formaldéhyde (UF). Il s'agit avantageusement d'un substrat flexible. Le collecteur de courant ainsi obtenu présente avantageusement des propriétés de flexibilité. Selon un mode de réalisation particulier, tous les constituants de la batterie secondaire contenant ce collecteur de courant en NTC présentent des propriétés de flexibilité mécanique.The masking of at least a portion of the surface of the substrate can in particular be carried out using adhesives so as to obtain a good definition of the edges. The substrate is of polymeric type. It has a thickness advantageously less than 150 micrometers, and more advantageously between 20 and 100 micrometers. It may especially be at least one material selected from the group consisting of the following compounds: polyacrylates (AA); acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS); ethylene vinyl alcohol (E / VAL); fluoroplastics (PTFE), (FEP, PFA, CTFE); impact polystyrene (HIPS: high impact polystyrene); melamine formaldehyde (MF); liquid crystal polymers (LCP); polyacetal (POM); acrylo nitrile (PAN); phenol-formaldehyde plastic (PF); polyamide (PA); polyamide-imide (PAI); polyaryl ether ketone (PAEK) polyether ether ketone (PEEK); cis 1,4-polybutadiene (PBD); trans 1,4-polybutadiene (PBD); poly 1-butene (PB); polybutylene terephthalate (PBT); polycaprolactam; polycarbonate (PC); polycarbonate / acrylonitrile butadiene styrene (PC / ABS); poly 2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether (PPE); polydicyclopentadiene (PDCP); polyester (PL); polyether ether ketone (PEEK); polyetherimide (PEI); polyethylene (PE, LDPE, MDPE, HDPE, UHDPE); polyethylenechlorinates (PEC); poly (ethylene glycol) (PEG); polyethylene hexamethylene dicarbamate (HDPE); polyethylene oxide (PEO); polyethersulfone (PES); polyethylene sulphide (PES); polyethylene terephthalate (PET); phenolics (PF); poly hexamethylene adipamide (PHMA); poly hexamethylene sebacamide (PHMS); polyhydroxyethyl methacrylate (HEMA); polyimide (PI such as KAPTON); polyisobutylene (PM); polyketone (PK); polylactic acid (PLA); poly methyl methacrylate (PMMA); poly methyl pentene (PMP); poly m-methyl styrene (PMMS); poly p-methyl styrene (PPMS); polyoxymethylene (POM); poly pentamethylene hexamethylene dicarbamate (PPHD); poly-methylenylene; isophthalamide (PMIA); polyphenylene oxide (PPO); poly p-phenylene sulphide (PPS); poly p-phenylene terephthalamide (PPTA); polyphthalamide (PTA); polypropylene (PP); poly propylene oxide (PPDX); poly styrene (PS); polysulfone (PSU); poly tetrafluoroethylene (PTFE); poly (trimethylene terephthalate) (PTT); polyurethane (PU); polyvinyl butyral (PVB); polyvinyl chloride (PVC); polyvinylidene chloride (PVDC); polyvinylidene fluoride (PVDF); poly vinyl methyl ether (PVME); poly (vinyl pyrrolidone) (PVP) silicone (SI); styrene-acrylonitrile resin (SAN); thermoplastic elastomers (TPE); thermoplastic polymers (TP); and urea-formaldehyde (UF). It is advantageously a flexible substrate. The current collector thus obtained advantageously has flexibility properties. According to a particular embodiment, all the constituents of the secondary battery containing this current collector in CNT have mechanical flexibility properties.

Par flexible, on entend un matériau ayant la propriété de reprendre, partiellement ou préférentiellement totalement, sa forme après avoir été comprimé, tordu, ou étiré. L'épaisseur de la couche de nanotubes de carbone (NTC) déposée est avantageusement comprise entre 1 et 50 micromètres, plus avantageusement encore entre 10 et 20. Préférentiellement, la suspension aqueuse de nanotubes de carbone comprend entre 1 et 30 % en poids de nanotubes de carbone.By flexible means a material having the property to resume, partially or preferably completely, its shape after being compressed, twisted or stretched. The thickness of the layer of carbon nanotubes (CNT) deposited is advantageously between 1 and 50 microns, more advantageously between 10 and 20. Preferably, the aqueous suspension of carbon nanotubes comprises between 1 and 30% by weight of nanotubes of carbon.

Elle est avantageusement déposée sur le substrat par pulvérisation ou par impression (sérigraphie ou jet d'encre). Par exemple, le dépôt de la suspension de NTC peut être réalisé au moyen d'un équipement de pulvérisation, dont la finesse du cône d'éjection est contrôlable.It is advantageously deposited on the substrate by spraying or printing (screen printing or inkjet). For example, the deposition of the CNT suspension can be achieved by means of a spraying equipment, the fineness of the ejection cone is controllable.

Les conditions de pulvérisation sont typiquement les suivantes : - pression : 1 - 3 bars ; - taille de la buse : 500 à 1200 micromètres.The spraying conditions are typically as follows: pressure: 1 to 3 bars; - size of the nozzle: 500 to 1200 micrometers.

La suspension aqueuse de NTC peut comprendre au moins un additif pouvant notamment être choisi dans le groupe comprenant les dispersants et les conducteurs électronique de grade nanométrique, tel que du noir de carbone. Parmi les dispersants, un polymère conducteur, par exemple de type PEDOT-PSS ou polyaniline, peut-être ajouté dans des proportions inférieures à 10 % en poids. Outre son aspect conducteur, le polymère permet aussi une bonne dispersion des NTC. La suspension aqueuse de NTC peut notamment être le GRAPHISTRENGTH® C Ml-20 commercialisé par Arkema, et comprenant 20 % en poids de MWNT (nanotubes de carbone à parois multiples). Les NTC mis en oeuvre sont conducteurs ou semi-conducteurs électriques. Ils présentent généralement une conductivité comprise entre 1 et 100 S/cm.The aqueous suspension of CNT may comprise at least one additive that may especially be chosen from the group comprising dispersants and nanoscale electronic conductors, such as carbon black. Among the dispersants, a conductive polymer, for example of the PEDOT-PSS or polyaniline type, may be added in proportions of less than 10% by weight. In addition to its conductive appearance, the polymer also allows good dispersion of CNTs. The aqueous suspension of NTC may in particular be GRAPHISTRENGTH® C Ml-20 marketed by Arkema, and comprising 20% by weight of MWNT (multi-walled carbon nanotubes). The CNTs used are electrical conductors or semiconductors. They generally have a conductivity of between 1 and 100 S / cm.

Comme déjà indiqué, après le dépôt de la suspension aqueuse de NTC, le procédé peut également comprendre une étape de séchage des nanotubes de carbone déposés sur le substrat. Ce séchage est avantageusement réalisé à une température comprise entre 60 et 120 °C.As already indicated, after the deposition of the aqueous suspension of CNTs, the process may also comprise a step of drying the carbon nanotubes deposited on the substrate. This drying is advantageously carried out at a temperature of between 60 and 120 ° C.

La durée de séchage est avantageusement comprise entre 10 et 60 minutes. Selon un mode de réalisation particulier, les étapes consistant à déposer la suspension de NTC et à éventuellement la sécher sont réitérés afin d'ajuster l'épaisseur du collecteur de courant.The drying time is advantageously between 10 and 60 minutes. According to a particular embodiment, the steps of depositing the CNT suspension and optionally drying it are repeated to adjust the thickness of the current collector.

La présente invention concerne également le collecteur de courant obtenu selon le procédé décrit ci-avant, mais également son utilisation dans une batterie secondaire, notamment une batterie lithium-ion.The present invention also relates to the current collector obtained according to the method described above, but also to its use in a secondary battery, in particular a lithium-ion battery.

Ce collecteur de courant comprend un substrat associé à une couche de nanotubes de carbone. Il est avantageusement flexible. D'autre part, la présente invention concerne également une batterie secondaire, avantageusement une batterie lithium-ion, comprenant le collecteur de courant décrit ci-avant, ainsi que son procédé de fabrication. Cette batterie secondaire comprend au moins un coeur de pile.This current collector comprises a substrate associated with a layer of carbon nanotubes. It is advantageously flexible. On the other hand, the present invention also relates to a secondary battery, advantageously a lithium-ion battery, comprising the current collector described above, as well as its manufacturing method. This secondary battery comprises at least one battery core.

Son procédé de fabrication comprend les étapes suivantes : activation d'un substrat polymérique par traitement par plasma à froid ; formation d'un premier collecteur de courant par dépôt d'une suspension aqueuse de nanotubes de carbone sur la surface du substrat polymérique traitée par le plasma à froid ; optionnellement, séchage de la suspension aqueuse de nanotubes de carbone déposée ; formation d'une première électrode sur le premier collecteur de courant, avantageusement par dépôt d'une encre d'électrode, notamment par impression ; formation d'un séparateur d'électrodes sur la première électrode ; formation d'une deuxième électrode de signe opposé à la première électrode, sur le séparateur d'électrodes, avantageusement par dépôt d'une encre d'électrode, notamment par impression ; formation d'un deuxième collecteur de courant sur la deuxième électrode, avantageusement en nanotubes de carbone. Selon un mode de réalisation particulier, un masque peut être positionné sur le substrat, préalablement au traitement par plasma à froid. Ce masque permet ainsi de créer un motif particulier pour le collecteur de courant, c'est-à-dire définir la zone 20 d'accroche pour le dépôt de NTC. Selon un autre mode de réalisation particulier, un masque peut être positionné sur le collecteur de courant, constitué de NTC, préalablement au dépôt de la première électrode. De manière avantageuse, ce masque recouvre une partie du collecteur de 25 courant, afin que la première électrode ne soit pas déposée sur l'intégralité du collecteur de courant en NTC. Un masque peut être utilisé pour le dépôt de chaque élément de la batterie secondaire, de manière à obtenir un dispositif dans lequel une partie des collecteurs de courant 30 reste apparente pour former les connexions électriques. Lorsque la batterie est de type lithium-ion, l'électrode de signe positif est une électrode lithiée. En revanche, dans une batterie secondaire alcaline zinc-nickel, l'électrode positive est à base de zinc alors que l'électrode négative est à base de nickel. 35 La première et/ou la deuxième électrodes sont avantageusement déposées par impression d'une encre contenant un matériau d'électrode.Its manufacturing process comprises the following steps: activation of a polymeric substrate by cold plasma treatment; forming a first current collector by depositing an aqueous suspension of carbon nanotubes on the surface of the polymeric substrate treated with the cold plasma; optionally, drying the aqueous suspension of deposited carbon nanotubes; forming a first electrode on the first current collector, advantageously by depositing an electrode ink, in particular by printing; forming an electrode separator on the first electrode; forming a second electrode of opposite sign to the first electrode, on the electrode separator, advantageously by deposition of an electrode ink, in particular by printing; forming a second current collector on the second electrode, preferably carbon nanotubes. According to a particular embodiment, a mask may be positioned on the substrate, prior to the cold plasma treatment. This mask thus makes it possible to create a particular pattern for the current collector, that is to say, to define the zone 20 of attachment for the deposition of NTC. According to another particular embodiment, a mask may be positioned on the current collector, consisting of NTC, prior to the deposition of the first electrode. Advantageously, this mask covers a part of the current collector, so that the first electrode is not deposited on the entire current collector in NTC. A mask may be used for the deposition of each element of the secondary battery, so as to obtain a device in which part of the current collectors 30 remains apparent to form the electrical connections. When the battery is lithium-ion type, the positive-sign electrode is a lithiated electrode. On the other hand, in a zinc-nickel alkaline secondary battery, the positive electrode is based on zinc whereas the negative electrode is based on nickel. The first and / or second electrodes are advantageously deposited by printing an ink containing an electrode material.

Les matériaux mis en oeuvre pour préparer cette batterie secondaire sont ceux couramment utilisés par l'homme du métier. Selon le mode de réalisation mis en oeuvre, les matériaux d'électrodes peuvent être déposés sur les collecteurs de courant par enduction, sérigraphie, jet d'encre, ou pulvérisation. Le collecteur de courant en NTC déposé selon le procédé - objet de l'invention présente des propriétés de surface compatibles avec l'impression ultérieure d'une encre d'électrode positive ou négative. Dans la batterie secondaire selon l'invention, le au moins un coeur de pile est avantageusement un empilement d'une première électrode, d'un séparateur d'électrodes, et d'une deuxième électrode de signe opposé à la première.The materials used to prepare this secondary battery are those commonly used by those skilled in the art. According to the embodiment used, the electrode materials can be deposited on the current collectors by coating, screen printing, inkjet, or spraying. The current collector in NTC deposited according to the method - object of the invention has surface properties compatible with the subsequent printing of a positive or negative electrode ink. In the secondary battery according to the invention, the at least one stack core is advantageously a stack of a first electrode, an electrode separator, and a second electrode of opposite sign to the first.

Lorsqu'elle comprend une pluralité de coeurs de pile, ils sont avantageusement déposés de manière à former un empilement (« stack »). En outre, et de manière avantageuse, chacune des électrodes du ou des coeurs de pile est associée à un collecteur de courant. Le collecteur de courant est en contact avec la face de l'électrode opposée au séparateur d'électrodes. Il peut ainsi permettre d'assurer le contact électrique avec l'extérieur de la pile. Le dépôt du coeur électrochimique peut être réalisé par dépôts successifs des différentes couches selon des procédés faisant partie des connaissances de l'homme du métier. Ainsi, selon un mode de réalisation particulier, dans le procédé selon l'invention, le coeur de pile peut être réalisé selon les étapes suivantes : - dépôt d'un premier collecteur de courant en NTC ; - dépôt d'une première électrode, avantageusement d'une électrode négative ; - dépôt d'un séparateur d'électrodes ; - dépôt d'une deuxième électrode de signe opposé à la première électrode ; - dépôt d'un deuxième collecteur de courant, avantageusement par pulvérisation d'une suspension de NTC.When it comprises a plurality of stack cores, they are advantageously deposited so as to form a stack ("stack"). In addition, and advantageously, each of the electrodes of the cell or cores is associated with a current collector. The current collector is in contact with the face of the electrode opposite to the electrode separator. It can thus make it possible to ensure the electrical contact with the outside of the battery. The deposition of the electrochemical core can be achieved by successive deposition of the different layers according to methods forming part of the knowledge of those skilled in the art. Thus, according to a particular embodiment, in the process according to the invention, the cell core can be produced according to the following steps: depositing a first current collector in NTC; depositing a first electrode, advantageously a negative electrode; depositing an electrode separator; depositing a second electrode of opposite sign to the first electrode; depositing a second current collector, advantageously by spraying a suspension of CNTs.

De manière avantageuse, le séparateur de courant recouvre l'intégralité de la première électrode et partiellement le premier collecteur de courant. Préférentiellement, il recouvre également une partie du substrat.Advantageously, the current separator covers the entirety of the first electrode and partially the first current collector. Preferably, it also covers part of the substrate.

L'électrode négative peut être imprimée à partir d'une encre de matériau d'électrode négative. Elle est avantageusement imprimée par sérigraphie au travers d'un écran (stencil) selon un motif spécifique. L'épaisseur de la couche ainsi imprimée dépend de la rhéologie de l'encre, de l'épaisseur du stencil et de la pression appliquées sur la racle de sérigraphie. Le dépôt est ensuite séché, avantageusement entre 60 et 120 °C, pendant une durée dépendant de l'extrait sec de l'encre, ainsi que de l'épaisseur de la couche.The negative electrode may be printed from an ink of negative electrode material. It is advantageously printed by screen printing through a screen (stencil) in a specific pattern. The thickness of the layer thus printed depends on the rheology of the ink, the thickness of the stencil and the pressure applied to the screen-printing doctor. The deposit is then dried, preferably between 60 and 120 ° C, for a time depending on the dry extract of the ink, as well as the thickness of the layer.

L'encre séchée peut ensuite être densifiée par calandrage pour réduire les résistances de contact du réseau de conduction électronique et pour ajuster la porosité finale. A titre d'exemple, dans le cas d'une batterie lithium-ion, l'électrode négative peut notamment être réalisée à partir de graphite ou de matériau titanate Li4Ti5O12 dans le cas des électrodes de puissance. En ce qui concerne le séparateur d'électrodes, il peut être composé d'un séparateur polymère ou composite microporeux imbibé d'électrolyte organique permettant le déplacement de l'ion lithium (cas d'une batterie lithium-ion) de l'électrode positive vers l'électrode négative et inversement (cas de la charge ou la décharge) générant ainsi le courant. Par exemple, un séparateur à base de PVdF-HFP (polyfluorure de vinylidène - cohexafluoropropène) peut être imprimé à partir d'une encre selon la technique décrite ci-dessus, directement sur la première électrode. Après dépôt, l'encre de séparateur est avantageusement séchée entre 60 et 120 °C. Le séparateur ainsi obtenu peut-être poreux ou dense en fonction de la formulation mise en oeuvre. Il peut ensuite être imbibé d'électrolyte.The dried ink can then be densified by calendering to reduce the contact resistances of the electronic conduction network and to adjust the final porosity. For example, in the case of a lithium-ion battery, the negative electrode may in particular be made from graphite or titanate material Li4Ti5O12 in the case of power electrodes. As regards the electrode separator, it may be composed of a microporous polymer or composite separator impregnated with organic electrolyte allowing the displacement of the lithium ion (case of a lithium-ion battery) of the positive electrode. to the negative electrode and vice versa (case of charging or discharging) thus generating the current. For example, a separator based on PVdF-HFP (polyvinylidene fluoride - cohexafluoropropene) can be printed from an ink according to the technique described above, directly on the first electrode. After deposition, the separator ink is advantageously dried at 60 to 120 ° C. The separator thus obtained may be porous or dense depending on the formulation used. It can then be soaked with electrolyte.

L'électrolyte est généralement un mélange de solvants organiques, tels que les carbonates, dans lequel est ajouté un sel de métal alcalin. Dans une batterie lithium-ion, ce sel peut notamment être un sel de lithium, par exemple du LiPF6 ou du LiTFSI (lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide). Dans la mesure du possible, ce mélange est exempt de traces d'eau ou d'oxygène. L'électrode positive lithiée d'une batterie lithium-ion est constituée d'au moins un matériau d'insertion du cation lithium, par exemple le LiFePO4 (phosphate de fer lithié), ou les oxyde de métaux de transition (matériaux lamellaires : oxyde de cobalt lithié, LiCoO2 ; LiNio 33Mno 33C00 3302 ...). Le matériau d'insertion constituant l'électrode positive peut être déposé sur le séparateur d'électrodes, ou sur un collecteur de courant, par diverses techniques de dépôt comme l'enduction, la sérigraphie, le jet d'encre ou la pulvérisation.The electrolyte is generally a mixture of organic solvents, such as carbonates, in which an alkali metal salt is added. In a lithium-ion battery, this salt may especially be a lithium salt, for example LiPF6 or LiTFSI (lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide). As far as possible, this mixture is free of traces of water or oxygen. The lithiated positive electrode of a lithium-ion battery consists of at least one lithium cation insertion material, for example LiFePO4 (lithium iron phosphate), or transition metal oxides (lamellar materials: oxide lithiated cobalt, LiCoO2 LiNiO 33Mno 33C00 3302 ...). The insertion material constituting the positive electrode can be deposited on the electrode separator, or on a current collector, by various deposition techniques such as coating, screen printing, inkjet or sputtering.

Par exemple, une encre, notamment à base de phosphate de fer lithié (batterie lithium-ion), peut être imprimée directement sur le séparateur d'électrodes. En outre, de manière avantageuse, l'encre d'électrode positive est à base d'un solvant ne permettant pas de solubiliser le séparateur d'électrodes, et ne nécessite pas de densification ultérieure. Les encres d'électrode positive sont préférentiellement des encres aqueuses comprenant un liant polymère de type acide polyacrylique. Le deuxième collecteur de courant peut résulter de la pulvérisation, sur la deuxième électrode, d'une suspension de nanotubes de carbone ou de particules métalliques. La batterie secondaire ainsi formée peut ensuite être encapsulée. Cette batterie secondaire présente avantageusement des propriétés de flexibilité. Le procédé - objet de l'invention, peut également être mis en oeuvre de manière à fabriquer plusieurs collecteurs de courant, et donc plusieurs batteries secondaires, en 35 parallèle sur un même substrat. 30 Ces batteries peuvent ensuite être connectées entre elles ou désolidarisées par découpe du substrat. De manière avantageuse, la batterie secondaire peut présenter les avantages suivants : - interconnexion de systèmes à alimenter via un substrat commun ; - versatilité des matériaux mis en oeuvre (substrat, revêtement) en termes de propriétés ; - souplesse et finesse du produit fini ; - procédé à faible coût.For example, an ink, in particular based on lithium iron phosphate (lithium-ion battery), can be printed directly on the electrode separator. In addition, advantageously, the positive electrode ink is based on a solvent that does not make it possible to solubilize the electrode separator, and does not require further densification. The positive electrode inks are preferably aqueous inks comprising a polymeric binder of polyacrylic acid type. The second current collector may result from sputtering, on the second electrode, a suspension of carbon nanotubes or metal particles. The secondary battery thus formed can then be encapsulated. This secondary battery advantageously has flexibility properties. The method - object of the invention, can also be implemented so as to manufacture several current collectors, and therefore several secondary batteries, in parallel on the same substrate. These batteries can then be connected together or disconnected by cutting the substrate. Advantageously, the secondary battery can have the following advantages: interconnection of systems to be fed via a common substrate; - versatility of the materials used (substrate, coating) in terms of properties; - flexibility and fineness of the finished product; - low cost process.

L'invention et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des figures et exemples suivants donnés afin d'illustrer l'invention et non de manière limitative. DESCRIPTION DES FIGURES La figure 1 illustre une batterie secondaire conventionnelle. EXEMPLES DE REALISATION DE L'INVENTION Un collecteur de courant a été préparé selon le procédé suivant : Un substrat en PET (polyéthylène téréphtalate) de 140 micromètres d'épaisseur et ayant une énergie de surface initiale de 40mN/m, est traité par un procédé plasma à froid type Corona / 10-50 kV) pour augmenter son énergie de surface à 80mN/m.The invention and the advantages thereof will appear more clearly from the following figures and examples given to illustrate the invention and not in a limiting manner. DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 illustrates a conventional secondary battery. EXAMPLES OF THE INVENTION A current collector was prepared according to the following method: A PET substrate (polyethylene terephthalate) of 140 micrometers in thickness and having an initial surface energy of 40mN / m, is treated by a process Corona type cold plasma / 10-50 kV) to increase its surface energy to 80mN / m.

Une suspension de NTC (GRAPHISTRENGTH® C M1-20 commercialisé par Arkema, et comprenant 20% en poids de nanotubes de carbone à parois multiples) est ensuite déposée par pulvérisation sur le substrat, puis séchée à 80 °C. Ces étapes de dépôt et séchage sont répétées afin d'obtenir une couche dont l'épaisseur est de l'ordre de 10 micromètres. L'augmentation de l'énergie de surface du substrat en PET permet à la suspension aqueuse de NTC de s'étaler correctement sur le polymère et d'adhérer à ce dernier.35 La couche de nanotube ainsi obtenue est flexible. Elle adhère au substrat et présente une conductivité électronique de l'ordre de 105 S/m, ce qui est compatible avec l'application de collecte du courant pour une électrode de batterie lithium-ion.A suspension of NTC (GRAPHISTRENGTH® C M1-20 sold by Arkema, and comprising 20% by weight of multi-walled carbon nanotubes) is then deposited by spraying on the substrate, and then dried at 80 ° C. These deposition and drying steps are repeated in order to obtain a layer whose thickness is of the order of 10 microns. Increasing the surface energy of the PET substrate allows the aqueous NTC slurry to spread properly over and adhere to the polymer. The resulting nanotube layer is flexible. It adheres to the substrate and has an electronic conductivity of the order of 105 S / m, which is compatible with the current collection application for a lithium-ion battery electrode.

A titre de comparaison, le tableau 1 présente les conductivités électroniques de l'aluminium, du cuivre et des nanotubes. Matériaux Conductivité électrique en S/m Cuivre 59,6x106 Aluminium 37,7x106 NTC (MWNT) 105 Tableau 1 : Conductivité électrique de matériaux pour la collecte de courant (MWNT = nanotubes de carbone à parois multiples)By way of comparison, Table 1 presents the electronic conductivities of aluminum, copper and nanotubes. Materials Electrical Conductivity in S / m Copper 59.6x106 Aluminum 37.7x106 NTC (MWNT) 105 Table 1: Electrical Conductivity of Materials for Current Collection (MWNT = Multilayered Carbon Nanotubes)

Claims (13)

REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire, comprenant les étapes suivantes : - activation d'un substrat polymérique par traitement par plasma à froid ; - formation d'un collecteur de courant par dépôt d'une suspension aqueuse de nanotubes de carbone sur la surface du substrat traitée par le plasma à froid.REVENDICATIONS1. A method of manufacturing a current collector for a secondary battery, comprising the following steps: activation of a polymeric substrate by cold plasma treatment; - Formation of a current collector by depositing an aqueous suspension of carbon nanotubes on the surface of the substrate treated with the cold plasma. 2. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que le traitement par plasma à froid est un traitement corona.2. A method of manufacturing a current collector for secondary battery according to claim 1, characterized in that the cold plasma treatment is a corona treatment. 3. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la puissance du traitement par plasma à froid est comprise entre 10 et 600 watt/min/m2.3. A method of manufacturing a secondary battery current collector according to claim 1 or 2, characterized in that the power of the cold plasma treatment is between 10 and 600 watts / min / m2. 4. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le substrat se présente sous forme d'une feuille d'au moins un matériau choisi dans le groupe comprenant les composés suivants : polyacrylates ; acrylonitrile-butadiène-styrène ; éthylène vinyle alcool ; fluoroplastiques ; polystyrène impact ; melamine formaldehyde ; polymères cristaux-liquides ; polyacétal ; acrylo nitrile ; phénol-formaldéhyde plastique ; polyamide ; polyamide-imide ; polyaryl éther cétone polyéther éther cétone ; cis 1,4-poly butadiène ; trans 1,4-poly butadiène ; poly 1-butène ; polybutylène téréphthalate ; poly caprolactame ; poly carbonate ; polycarbonate/acrylonitrile butadiène styrène ; poly 2,6-diméthyl-1,4-phénylène éther ; polydicyclopentadiène ; polyester ; polyéther éther cétone ; poly étherimide ; poly éthylène ; polyéthylènechlorinates ; poly(éthylène glycol) ; poly éthylène hexaméthylène dicarbamate ; poly éthylène oxide ; polyéthersulfone ; poly éthylène sulphide ; poly éthylène téréphthalate ; phenolics ; poly hexaméthylène adipamide ; poly hexaméthylène sebacamide ; polyhydroxyéthylméthacrylate ; poly imide ; poly isobutylène ; polycétone ; polylactic acide ; poly méthyl méthacrylate ; poly méthyl pentène ; poly m- méthyl styrène ; poly p-méthyl styrène ; poly oxyméthylène ; poly pentaméthylène hexaméthylène dicarbamate ; poly m-phénylène ; isophthalamide ; poly phénylène oxide ; poly p-phénylène sulphide ; poly p-phénylène téréphthalamide ; polyphthalamide ; poly propylène ; poly propylène oxide ; poly styrène ; polysulfone ; poly tétrafluoro éthylène ; poly(triméthylène téréphthalate) ; poly polyuréthane ; polyvinyl butyral ; poly chlorure de vinyle ; poly chlorure de vinylidène ; poly fluorure de vinylidène ; poly vinyl méthyl éther ; poly(vinyl pyrrolidone) silicone ; résine styrène- acrylonitrile ; élastomères thermoplastiques ; polymères thermoplastiques ; et urea-formaldéhyde.4. A method of manufacturing a current collector for secondary battery according to one of the preceding claims, characterized in that the substrate is in the form of a sheet of at least one material selected from the group consisting of the following compounds : polyacrylates; acrylonitrile-butadiene-styrene; ethylene vinyl alcohol; fluoroplastics; polystyrene impact; melamine formaldehyde; liquid crystal polymers; polyacetal; acrylo nitrile; phenol-formaldehyde plastic; polyamide; polyamide-imide; polyaryl ether ketone polyether ether ketone; cis 1,4-polybutadiene; trans 1,4-polybutadiene; poly 1-butene; polybutylene terephthalate; polycaprolactam; polycarbonate; polycarbonate / acrylonitrile butadiene styrene; poly 2,6-dimethyl-1,4-phenylene ether; polydicyclopentadiene; polyester; polyether ether ketone; polyetherimide; polyethylene; polyethylenechlorinates; poly (ethylene glycol); polyethylene hexamethylene dicarbamate; polyethylene oxide; polyethersulfone; polyethylene sulphide; polyethylene terephthalate; phenolics; poly hexamethylene adipamide; poly hexamethylene sebacamide; polyhydroxyethyl methacrylate; poly imide; polyisobutylene; polyketone; polylactic acid; poly methyl methacrylate; poly methyl pentene; poly m-methyl styrene; poly p-methyl styrene; polyoxymethylene; poly pentamethylene hexamethylene dicarbamate; poly m-phenylene; isophthalamide; polyphenylene oxide; poly p-phenylene sulphide; poly p-phenylene terephthalamide; polyphthalamide; polypropylene; poly propylene oxide; poly styrene; polysulfone; polytetrafluoroethylene; poly (trimethylene terephthalate); polyurethane; polyvinyl butyral; polyvinyl chloride; polyvinylidene chloride; polyvinylidene fluoride; poly vinyl methyl ether; poly (vinyl pyrrolidone) silicone; styrene-acrylonitrile resin; thermoplastic elastomers; thermoplastic polymers; and urea-formaldehyde. 5. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension aqueuse de nanotubes de carbone comprend entre 1 et 30 % en poids de nanotubes de carbone.5. A method of manufacturing a secondary battery current collector according to one of the preceding claims, characterized in that the aqueous suspension of carbon nanotubes comprises between 1 and 30% by weight of carbon nanotubes. 6. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la suspension aqueuse de nanotubes de carbone est déposée par pulvérisation ou par impression.6. A method of manufacturing a current collector for secondary battery according to one of the preceding claims, characterized in that the aqueous suspension of carbon nanotubes is deposited by spraying or printing. 7. Procédé de fabrication d'un collecteur de courant pour batterie secondaire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à positionner un masque sur le substrat avant le traitement par plasma à froid.7. A method of manufacturing a current collector for secondary battery according to one of the preceding claims, characterized in that it further comprises a step of positioning a mask on the substrate before the cold plasma treatment. 8. Collecteur de courant obtenu selon le procédé - objet de l'une des revendications 1 à 7, ledit collecteur de courant comprenant un substrat associé à une couche de nanotubes de carbone.8. current collector obtained by the process - object of one of claims 1 to 7, said current collector comprising a substrate associated with a layer of carbon nanotubes. 9. Collecteur de courant flexible selon la revendication 8.Flexible current collector according to claim 8. 10. Utilisation du collecteur de courant selon la revendication 8 ou 9 dans une batterie secondaire, avantageusement de type lithium-ion.10. Use of the current collector according to claim 8 or 9 in a secondary battery, preferably lithium-ion type. 11. Procédé de fabrication d'une batterie secondaire, selon les étapes suivantes : - activation d'un substrat polymérique par traitement par plasma à froid ; - formation d'un premier collecteur de courant par dépôt d'une suspension aqueuse de nanotubes de carbone sur le substrat polymérique ; - optionnellement, séchage de la suspension aqueuse de nanotubes de carbone déposée ; - formation d'une première électrode sur le premier collecteur de courant, avantageusement par impression ; - dépôt d'un séparateur d'électrodes sur la première électrode ; - dépôt d'une deuxième électrode de signe opposé à la première électrode, par dépôt sur le séparateur d'électrodes, avantageusement par impression ; - dépôt d'un deuxième collecteur de courant sur la deuxième électrode, avantageusement en nanotubes de carbone.11. A method of manufacturing a secondary battery, according to the following steps: activation of a polymeric substrate by cold plasma treatment; forming a first current collector by depositing an aqueous suspension of carbon nanotubes on the polymeric substrate; optionally, drying the aqueous suspension of deposited carbon nanotubes; - forming a first electrode on the first current collector, preferably by printing; depositing an electrode separator on the first electrode; depositing a second electrode of sign opposite the first electrode, by depositing on the electrode separator, advantageously by printing; depositing a second current collector on the second electrode, advantageously made of carbon nanotubes. 12. Procédé de fabrication d'une batterie secondaire selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à positionner un masque sur le substrat préalablement au traitement par plasma à froid.12. A method of manufacturing a secondary battery according to claim 11, characterized in that it further comprises a step of positioning a mask on the substrate prior to the cold plasma treatment. 13. Procédé de fabrication d'une batterie secondaire selon l'une des revendications 11 à 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape consistant à positionner un masque sur le collecteur de courant, constitué du dépôt de nanotubes de carbone, préalablement au dépôt de la première électrode.13. A method of manufacturing a secondary battery according to one of claims 11 to 12, characterized in that it further comprises a step of positioning a mask on the current collector, consisting of the deposit of carbon nanotubes, prior to depositing the first electrode.
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