FR3021810A1 - LEAD-ACID BATTERY, METHOD OF MANUFACTURING SUCH ACCUMULATOR, AND METHOD OF MANUFACTURING ELECTRODE - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de fabrication d'une électrode de cellule électrochimique comprenant les étapes suivantes : - prévoir des première et seconde feuilles de papier d'empattage (30a, 30b) et une feuille collectrice de courant (32) ; - déposer sur chacune des première et seconde feuilles de papier d'empattage (30a, 30b) une couche de pâte de matériau actif (31a, 31b) ; et - coller simultanément, au moyen du matériau actif, la première feuille de papier d'empattage (30a) sur une première face de la feuille collectrice de courant (32) et la seconde feuille de papier d'empattage (30b) sur une seconde face opposée de la feuille collectrice de courant (32), d'où il résulte un empilement multicouche.The invention relates to a method of manufacturing an electrochemical cell electrode comprising the following steps: - providing first and second sheets of flattening paper (30a, 30b) and a current collecting sheet (32); depositing on each of the first and second sheets of stripping paper (30a, 30b) a layer of paste of active material (31a, 31b); and - simultaneously gluing, by means of the active material, the first sheet of flattening paper (30a) on a first face of the current collecting sheet (32) and the second sheet of flattening paper (30b) on a second opposite side of the current collecting sheet (32), resulting in a multilayer stack.
Description
1 ACCUMULATEUR AU PLOMB-ACIDE, PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UN TEL ACCUMULATEUR ET PROCÉDÉ DE FABRICATION D'UNE ÉLECTRODE DOMAINE TECHNIQUE La présente invention concerne un accumulateur de type plomb-acide utilisé comme système de stockage d'énergie électrochimique, notamment dans le domaine de l'automobile, un procédé de fabrication d'une électrode et un procédé de fabrication d'un accumulateur au plomb-acide. ETAT DE LA TECHNIQUE Un accumulateur au plomb-acide comporte une électrode positive et une électrode négative plongées dans un électrolyte liquide à base d'acide sulfurique. Chaque électrode comporte classiquement un collecteur de courant en plomb sur lequel est disposé un matériau actif à base de plomb, typiquement du dioxyde de plomb poreux pour l'électrode positive et du plomb poreux pour l'électrode négative. Le collecteur de courant, par exemple en forme de grille ou de plaque, sert de support mécanique au matériau actif et assure la connexion électrique entre le matériau actif de l'électrode et une borne de l'accumulateur. Les réactions chimiques ayant lieu dans l'accumulateur en décharge convertissent le dioxyde de plomb (Pb02) de l'électrode positive et le plomb (Pb) de l'électrode négative en sulfate de plomb (PbSO4), et inversement en charge.TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lead-acid storage battery used as an electrochemical energy storage system, particularly in the field of electrochemical energy storage. of the automobile, a method of manufacturing an electrode and a method of manufacturing a lead acid battery. STATE OF THE ART A lead-acid accumulator comprises a positive electrode and a negative electrode immersed in a liquid electrolyte based on sulfuric acid. Each electrode conventionally comprises a lead current collector on which is disposed an active material based on lead, typically porous lead dioxide for the positive electrode and porous lead for the negative electrode. The current collector, for example in the form of a grid or a plate, serves as a mechanical support for the active material and provides the electrical connection between the active material of the electrode and a terminal of the accumulator. The chemical reactions taking place in the discharge accumulator convert the lead dioxide (PbO2) of the positive electrode and the lead (Pb) of the negative electrode into lead sulphate (PbSO4), and conversely into charge.
Ce type d'accumulateur électrochimique est particulièrement robuste, mais sa densité d'énergie massique (appelée également énergie spécifique) est faible, de l'ordre de 30 à 40 Wh/kg. Cette valeur de la densité énergétique résulte du poids significatif des collecteurs de courant en plomb et d'une utilisation limitée des matériaux actifs. Par exemple, les coefficients d'utilisation des matériaux actifs positif et négatif en décharge (soit les taux de conversion du plomb et du dioxyde de plomb en sulfate de plomb) sont compris entre 30 % et 50 % pour des collecteurs de courant en forme de grille et un courant de décharge modéré (par exemple Cn/10h, 3021810 2 où Cn est la capacité nominale de la batterie en Ah). Afin d'augmenter les coefficients d'utilisation des matériaux actifs, certains auteurs ont proposé de modifier la géométrie des électrodes, en réduisant notamment 5 l'épaisseur des collecteurs de courant et des couches de matériau actif recouvrant ces collecteurs. Ainsi, dans l'article [« Lead acid battery with thin metal film technology for high power applications », R. C. Bhardwaj et al., J. of Power Sources 91, pp.51-61, 2000], 10 l'électrode positive et l'électrode négative comprennent chacune une fine feuille de plomb (environ 50 pm d'épaisseur) recouverte sur ses deux faces d'une couche de matériau actif (de 100 pm d'épaisseur environ). Les électrodes positive et négative sont enroulées en spirale, avec une feuille séparatrice en microfibres de verre disposée entre les deux électrodes. Une bande non-revêtue de matériau actif, 15 correspondant à un bord de chaque feuille de plomb, fait saillie à chaque extrémité de l'enroulement en spirale. Deux connecteurs cylindriques en plomb, formant les bornes positive et négative de l'accumulateur, sont ensuite moulés aux deux extrémités de l'enroulement, sur toute la longueur des bandes en saillie.This type of electrochemical accumulator is particularly robust, but its specific energy density (also called specific energy) is low, of the order of 30 to 40 Wh / kg. This value of the energy density results from the significant weight of lead current collectors and a limited use of active materials. For example, the coefficients of use of the positive and negative active materials in discharge (ie the conversion rates of lead and lead dioxide to lead sulphate) are between 30% and 50% for current collectors in the form of gate and a moderate discharge current (for example Cn / 10h, 3021810 2 where Cn is the nominal capacity of the battery in Ah). In order to increase the utilization coefficients of the active materials, some authors have proposed modifying the geometry of the electrodes, in particular by reducing the thickness of the current collectors and layers of active material covering these collectors. Thus, in the article [RCA Bhardwaj et al., J. of Power Sources 91, pp.51-61, 2000], the positive electrode and the negative electrode each comprise a thin sheet of lead (approximately 50 μm thick) coated on both sides with a layer of active material (approximately 100 μm thick). The positive and negative electrodes are wound spirally, with a glass microfiber separator sheet disposed between the two electrodes. An uncoated web of active material, corresponding to one edge of each lead sheet, protrudes at each end of the spiral winding. Two cylindrical lead connectors, forming the positive and negative terminals of the accumulator, are then molded at both ends of the winding over the entire length of the projecting strips.
20 Dans cet accumulateur au plomb, les coefficients d'utilisation des matériaux actifs positif et négatif sont supérieurs à 80 %. Toutefois, en raison de la faible épaisseur des feuilles de plomb, la durée de vie de l'accumulateur est limitée. En effet, le collecteur de courant de l'électrode positive est sujet à un phénomène de corrosion, le plomb se convertissant peu à peu en dioxyde de plomb. Or, le dioxyde de plomb 25 est fragile, ce qui peut impliquer une perte de stabilité dimensionnelle. Par ailleurs, l'utilisation de connecteurs volumineux en plomb limite la densité d'énergie massique de l'accumulateur (de l'ordre de 30 Wh/kg). La densité énergétique peut être améliorée en remplaçant le plomb du collecteur de 30 courant positif par un métal plus léger, comme le titane, le nickel, l'étain ou encore le molybdène. Ainsi, dans le brevet US4326017, une grille en titane (de 250 pm d'épaisseur) constitue le collecteur de courant de l'électrode positive. Cette grille possède une résistance électrique comparable à celle d'une grille en plomb 302 1 8 10 3 classique, mais son poids est moindre. La grille en titane est revêtue d'une couche protectrice en oxyde métallique semi-conducteur (par exemple SnO2 dopé au fluor) et d'une couche dense en dioxyde de plomb (Pb02), avant d'être recouverte de matériau actif (de l'oxyde de plomb Pb02 poreux, 10 pm à 10 mm d'épaisseur). La 5 couche en oxyde métallique semi-conducteur empêche le contact entre l'électrolyte à base d'acide sulfurique et la grille en titane. Le collecteur de courant en titane est ainsi protégé de l'oxydation et la durée de vie de l'accumulateur est augmentée. La couche dense de Pb02 connecte le matériau actif au collecteur de courant et réduit les chutes de tension dans l'électrode.In this lead-acid battery, the utilization coefficients of the positive and negative active materials are greater than 80%. However, due to the small thickness of the lead sheets, the life of the accumulator is limited. Indeed, the current collector of the positive electrode is subject to a corrosion phenomenon, the lead gradually becoming lead dioxide. However, the lead dioxide is fragile, which may involve a loss of dimensional stability. In addition, the use of large lead connectors limits the specific energy density of the battery (of the order of 30 Wh / kg). The energy density can be improved by replacing the lead of the positive current collector with a lighter metal such as titanium, nickel, tin or molybdenum. Thus, in US Pat. No. 4,323,017, a titanium grid (250 μm thick) constitutes the current collector of the positive electrode. This grid has an electrical resistance comparable to that of a conventional 302 1 8 10 3 lead grid, but its weight is less. The titanium grid is coated with a protective layer of semiconductor metal oxide (for example fluorine-doped SnO 2) and a dense layer of lead dioxide (PbO 2) before being coated with active material. porous PbO 2 lead oxide, 10 μm to 10 mm thick). The semiconductor metal oxide layer prevents contact between the sulfuric acid electrolyte and the titanium grid. The titanium current collector is thus protected from oxidation and the life of the accumulator is increased. The dense layer of PbO2 connects the active material to the current collector and reduces voltage drop across the electrode.
10 En combinaison avec cette électrode positive, le brevet US4326017 décrit deux électrodes négatives comprenant chacune une feuille de plomb. Du fait de l'utilisation du plomb comme collecteur de courant négatif, l'énergie spécifique d'un tel accumulateur au plomb n'est que partiellement améliorée.In combination with this positive electrode, US4326017 discloses two negative electrodes each comprising a lead sheet. Due to the use of lead as a negative current collector, the specific energy of such a lead accumulator is only partially improved.
15 Par ailleurs, le brevet EP2313353 décrit une électrode pour batterie plomb-acide comprenant une feuille de carbone flexible, ayant une épaisseur comprise entre 60 pm et 180 pm, recouverte sur ses deux faces d'une couche de matériau actif de 200 pm à 250 pm d'épaisseur. L'électrode comprend en outre une couche 20 d'accroche contenant du plomb et de l'étain entre la feuille de carbone et chaque couche de matériau actif. Deux électrodes de ce type sont enroulées en spirale pour former une batterie plomb-acide. Cependant, cette batterie montre une durée de vie limitée, car l'électrode positive se 25 dégrade au fil des cycles de charge et de décharge. Quelle que soit la géométrie proposée et la nature des électrodes, aucune des solutions proposées jusqu'à maintenant n'a permis d'obtenir simultanément une forte densité d'énergie massique et une durée de vie élevée.Furthermore, patent EP2313353 describes a lead-acid battery electrode comprising a flexible carbon sheet, having a thickness of between 60 μm and 180 μm, covered on both sides with a layer of active material of 200 μm to 250 μm. pm thick. The electrode further comprises a tie layer containing lead and tin between the carbon sheet and each layer of active material. Two electrodes of this type are spirally wound to form a lead-acid battery. However, this battery has a limited life because the positive electrode degrades over the charging and discharging cycles. Whatever the geometry proposed and the nature of the electrodes, none of the solutions proposed up to now has made it possible simultaneously to obtain a high density of specific energy and a long lifetime.
30 Par ailleurs, le brevet US4606982 décrit un procédé de fabrication d'une électrode de batterie au plomb. Une pâte de matériau actif est d'abord déposée sur les deux faces d'une grille en plomb. Puis, une feuille de papier en matériau poreux est collée sur 302 1 8 10 4 chaque face de la grille recouverte de pâte, pour former un empilement de couches stratifiées. Chaque feuille de papier adhère à la grille en exerçant une pression suffisante pour que la pâte de matériau actif imprègne le matériau poreux.Furthermore, US Pat. No. 4,606,982 discloses a method of manufacturing a lead battery electrode. A paste of active material is first deposited on both sides of a lead grid. Then, a sheet of porous material paper is adhered to each face of the dough-covered grid to form a stack of laminated layers. Each sheet of paper adheres to the grid by exerting sufficient pressure for the paste of active material to impregnate the porous material.
5 Pour former la batterie, l'électrode est assemblée avec une ou plusieurs autres électrodes multicouches de polarité opposée. Les deux feuilles de papier sont en microfibres de verre et sont conservées dans la structure finale de la batterie, où elles jouent le rôle de séparateur avec les électrodes de polarité opposée.To form the battery, the electrode is assembled with one or more other multilayer electrodes of opposite polarity. The two sheets of paper are made of glass microfibers and are stored in the final structure of the battery, where they act as a separator with electrodes of opposite polarity.
10 RESUME DE L'INVENTION Il existe donc un besoin de prévoir un accumulateur électrochimique au plomb-acide présentant à la fois une durée de vie élevée et une forte énergie spécifique.SUMMARY OF THE INVENTION There is therefore a need to provide a lead-acid electrochemical accumulator having both a high lifetime and a high specific energy.
15 Selon l'invention, on tend à satisfaire ce besoin en prévoyant une électrode négative comprenant : un collecteur de courant formé d'une feuille de carbone ayant une épaisseur comprise entre 50 pm et 200 pm et de préférence entre 130 pm et 200 pm ; des première et seconde couches à base de plomb couvrant respectivement 20 des première et seconde faces de la feuille de carbone ; et des première et seconde couches d'un matériau actif contenant du plomb, ayant une épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm et de préférence entre 300 pm et 400 pm, et disposées de part et d'autre de la feuille de carbone, respectivement sur les première et seconde couches à base de 25 plomb ; et une électrode positive comprenant : un collecteur de courant formé d'une feuille de titane ayant une épaisseur comprise entre 50 pm et 250 pm et de préférence entre 100 pm et 150 pm ; des première et seconde couches en oxyde métallique conductrices 30 électriquement, couvrant respectivement des première et seconde faces de la feuille de titane ; et des première et seconde couches d'un matériau actif contenant du plomb, ayant une épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm et de préférence 3021810 5 entre 130 um et 200 um, et disposées de part et d'autre de la feuille de titane, respectivement sur les première et seconde couches en oxyde métallique.According to the invention, there is a tendency to satisfy this requirement by providing a negative electrode comprising: a current collector formed of a carbon sheet having a thickness of between 50 μm and 200 μm and preferably between 130 μm and 200 μm; first and second lead layers respectively covering first and second faces of the carbon sheet; and first and second layers of a lead-containing active material having a thickness of between 100 μm and 500 μm, and preferably between 300 μm and 400 μm, and disposed on either side of the carbon sheet, respectively on the first and second layers of 25 lead; and a positive electrode comprising: a current collector formed from a titanium sheet having a thickness of between 50 μm and 250 μm and preferably between 100 μm and 150 μm; electrically conductive first and second electrically conductive metal layers respectively covering first and second faces of the titanium foil; and first and second layers of a lead-containing active material having a thickness of between 100 μm and 500 μm, and preferably between 130 μm and 200 μm, and disposed on either side of the titanium sheet. respectively on the first and second metal oxide layers.
5 De préférence, l'électrode négative et l'électrode positive sont séparées par au moins une feuille d'un matériau poreux électriquement isolant et maintenues ensemble de telle sorte que le matériau poreux est comprimé. Dans un premier mode de réalisation, l'électrode négative, l'électrode positive et 10 deux feuilles de matériau poreux forment un empilement multicouche, ledit empilement multicouche étant enroulé sur lui-même pour donner à l'accumulateur une forme de spirale. Selon un développement de ce premier mode de réalisation, les électrodes négative 15 et positive comportent chacune des portions de collecteur en saillie non revêtues des première et seconde couches de matériau actif, les portions en saillie de chacune des électrodes négative et positive étant réparties le long d'un rayon de la spirale. Dans un deuxième mode de réalisation, l'une des électrodes négative et positive 20 comporte plusieurs portions d'électrode. Deux feuilles de matériau poreux et l'autre des électrodes négative et positive forment un empilement multicouche, ledit empilement multicouche étant plié en serpentin pour recevoir, sous chaque pli, une des portions d'électrode.Preferably, the negative electrode and the positive electrode are separated by at least one sheet of porous electrically insulating material and held together so that the porous material is compressed. In a first embodiment, the negative electrode, the positive electrode and two sheets of porous material form a multilayer stack, said multilayer stack being wound on itself to give the battery a spiral shape. According to a development of this first embodiment, the negative and positive electrodes 15 each comprise projecting collector portions not coated with the first and second layers of active material, the protruding portions of each of the negative and positive electrodes being distributed along a radius of the spiral. In a second embodiment, one of the negative and positive electrodes 20 has a plurality of electrode portions. Two sheets of porous material and the other of negative and positive electrodes form a multilayer stack, said multilayer stack being folded into a coil to receive, under each fold, one of the electrode portions.
25 Selon un développement de ce deuxième mode de réalisation, les électrodes négative et positive comportent chacune des portions de collecteur en saillie non revêtues des première et seconde couches de matériau actif, les portions en saillie de l'électrode négative étant alignées d'un côté de l'empilement en serpentin et les portions en saillie de l'électrode négative étant alignées d'un côté opposé de 30 l'empilement en serpentin. L'accumulateur peut également présenter une ou plusieurs des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons 3021810 6 techniquement possibles : - les première et seconde couches à base de plomb de l'électrode négative ont une épaisseur comprise entre 10 um et 20 um ; - les première et seconde couches en oxyde métallique de l'électrode positive 5 ont une épaisseur comprise entre 0,5 um et 2 um ; - chacune des première et seconde couches de matériau actif de l'électrode négative et de l'électrode positive est recouverte d'une feuille de papier en fibres de verre ou à base de cellulose ; - l'électrode négative comporte en outre des première et seconde couches en 10 cuivre disposées de part et d'autre de la feuille de carbone, entre chacune des première et seconde couches à base de plomb et la feuille de carbone ; - l'électrode positive comporte en outre des première et seconde couches en oxyde de plomb disposées de part et d'autre de la feuille de titane, respectivement entre la première couche en oxyde métallique et la première 15 couche de matériau actif, et entre la seconde couche en oxyde métallique et la seconde couche de matériau actif ; - l'accumulateur comprend en outre un connecteur en plomb connecté électriquement à une portion de la feuille de carbone et un connecteur en titane connecté électriquement à une portion de la feuille de titane, les 20 connecteurs en plomb et en titane formant respectivement les bornes négative et positive de l'accumulateur ; - les connecteurs en plomb et en titane occupent en partie seulement une même face de l'accumulateur ; - la feuille de carbone est une feuille en graphite, du papier de carbone flexible 25 ou un tissu de carbone ; et - la feuille de titane est munie d'ouvertures traversantes, avantageusement de section carrée, ronde ou sous forme de losange. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel accumulateur au 30 plomb-acide comprenant les étapes suivantes : - former une électrode négative en déposant successivement sur chacune des deux faces d'une feuille de carbone, d'épaisseur comprise entre 50 um et 200 um, une couche à base de plomb et une couche de matériau actif 3021810 7 contenant du plomb, d'épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm ; former une électrode positive en déposant successivement sur chacune des deux faces d'une feuille de titane, d'épaisseur comprise entre 50 pm et 250 pm, une couche en oxyde métallique électriquement conductrice et une 5 couche de matériau actif contenant du plomb, d'épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm ; et assembler les électrodes négative et positive avec au moins une feuille d'un matériau poreux électriquement isolant séparant les électrodes négative et positive.According to a development of this second embodiment, the negative and positive electrodes each comprise projecting collector portions not coated with the first and second layers of active material, the protruding portions of the negative electrode being aligned on one side. of the serpentine stack and the protruding portions of the negative electrode being aligned on an opposite side of the serpentine stack. The accumulator may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination: the first and second lead-based layers of the negative electrode have a thickness of between 10 μm and 20 μm; the first and second metal oxide layers of the positive electrode 5 have a thickness of between 0.5 μm and 2 μm; each of the first and second active material layers of the negative electrode and of the positive electrode is covered with a sheet of paper made of glass fibers or of cellulose; the negative electrode further comprises first and second copper layers disposed on either side of the carbon sheet, between each of the first and second lead-based layers and the carbon sheet; the positive electrode further comprises first and second lead oxide layers disposed on either side of the titanium foil, respectively between the first metal oxide layer and the first layer of active material, and between the second layer of metal oxide and the second layer of active material; the accumulator further comprises a lead connector electrically connected to a portion of the carbon sheet and a titanium connector electrically connected to a portion of the titanium sheet, the lead and titanium connectors respectively forming the negative terminals. and positive of the accumulator; - The lead and titanium connectors occupy part of only one face of the accumulator; the carbon sheet is a graphite sheet, flexible carbon paper or a carbon fabric; and the titanium sheet is provided with through openings, advantageously of square, round or diamond-shaped section. The invention also relates to a method of manufacturing such a lead acid battery comprising the following steps: forming a negative electrode by successively depositing on each of the two faces of a carbon sheet, with a thickness of between 50 um and 200 μm, a lead-based layer and a lead-containing material layer of thickness between 100 μm and 500 μm; forming a positive electrode by successively depositing on each of the two faces of a titanium sheet, of thickness between 50 μm and 250 μm, an electrically conductive metal oxide layer and a layer of lead-containing active material, thickness between 100 μm and 500 μm; and assembling the negative and positive electrodes with at least one sheet of porous electrically insulating material separating the negative and positive electrodes.
10 Selon un premier mode de mise en oeuvre, l'assemblage des électrodes négative et positive comporte les étapes suivantes : coller, au moyen du matériau actif, une feuille en matériau poreux électriquement isolant sur chacune des électrodes négative et positive ; 15 plaquer l'une contre l'autre les électrodes négative et positive sur lesquelles sont collées les feuilles en matériau poreux, de manière à former un empilement multicouche ; et enrouler l'empilement multicouche de sorte à comprimer le matériau poreux.According to a first embodiment, the assembly of the negative and positive electrodes comprises the steps of: bonding, by means of the active material, a sheet of electrically insulating porous material to each of the negative and positive electrodes; Pressing the negative and positive electrodes against each other on which the sheets of porous material are glued, so as to form a multilayer stack; and winding the multilayer stack so as to compress the porous material.
20 Avantageusement, les feuilles de matériau poreux sont partiellement imprégnées d'eau lors de l'enroulement de l'empilement multicouche. Selon un deuxième mode de mise en oeuvre, l'assemblage des électrodes négative et positive comporte les étapes suivantes : 25 coller, au moyen du matériau actif, une feuille en matériau poreux électriquement isolant sur chacune des faces de l'une des électrodes négative et positive, d'où il résulte un empilement multicouche ; plier l'empilement multicouche en plusieurs zones ; découper l'autre des électrodes négative et positive en une pluralité de 30 portions d'électrode ; et disposer une portion d'électrode sous chaque pli de l'empilement multicouche.Advantageously, the sheets of porous material are partially impregnated with water during the winding of the multilayer stack. According to a second embodiment, the assembly of the negative and positive electrodes comprises the following steps: bonding, by means of the active material, a sheet of electrically insulating porous material on each of the faces of one of the negative electrodes and positive, from which results a multilayer stack; fold the multilayer stack into several areas; cutting the other of the negative and positive electrodes into a plurality of electrode portions; and disposing an electrode portion under each fold of the multilayer stack.
3021810 8 De préférence, l'électrode négative et l'électrode positive sont, pendant l'étape d'assemblage, distribuées sous la forme de bandes continues et flexibles, entrainées par des cylindres rotatifs et mises en forme en parallèle l'une de l'autre.Preferably, the negative electrode and the positive electrode are, during the assembly step, distributed in the form of continuous and flexible bands, driven by rotary cylinders and shaped in parallel with one of the two. 'other.
5 La mise en forme des électrodes négative et positive peut comprendre une étape de brossage et une étape de découpage d'une portion de la feuille de carbone et d'une portion de la feuille de titane, de manière à former des languettes de connexion sur chacune des électrodes négative et positive, lesdites portions étant dépourvues de matériau actif.Negative and positive electrode shaping may comprise a brushing step and a step of cutting a portion of the carbon sheet and a portion of the titanium foil, so as to form connecting tabs on each of the negative and positive electrodes, said portions being devoid of active material.
10 Un autre aspect de l'invention concerne un procédé de fabrication d'une électrode, pour un accumulateur de type plomb-acide ou tout autre technologie d'accumulateur. Ce procédé comporte les étapes suivantes : 15 - prévoir des première et seconde feuilles de papier d'empattage et une feuille collectrice de courant ; - déposer sur chacune des première et seconde feuilles de papier d'empattage une couche de pâte de matériau actif ; et - coller simultanément, au moyen du matériau actif, la première feuille de 20 papier d'empattage sur une première face de la feuille collectrice de courant et la seconde feuille de papier d'empattage sur une seconde face opposée de la feuille collectrice de courant, d'où il résulte un empilement multicouche. Le procédé de fabrication d'une électrode peut également présenter une ou plusieurs 25 des caractéristiques ci-dessous, considérées individuellement ou selon toutes les combinaisons techniquement possibles : - la feuille collectrice de courant est en forme de bande orientée verticalement et chacune des première et seconde feuilles de papier d'empattage est amenée en contact avec la feuille collectrice de courant selon une direction 30 perpendiculaire à la feuille collectrice de courant ; - les première et seconde feuilles de papier d'empattage sont en forme de bandes, chaque bande étant portée par un convoyeur à courroie pendant l'étape de dépôt de la couche de pâte ; 3021810 9 - les première et seconde feuilles de papier d'empattage se déplacent à une vitesse comprise entre 5 cm/s et 1 m/s et de préférence entre 5 cm/s et 50 cm/s ; - les première et seconde feuilles de papier d'empattage sont collées à la 5 feuille collectrice de courant à l'aide de deux cylindres de calandrage exerçant une pression de part et d'autre de la feuille collectrice de courant ; - l'empilement multicouche est en outre laminé au moyen de deux cylindres de laminage disposés de part et d'autre de la feuille collectrice de courant ; - les première et seconde feuilles de papier d'empattage ont une épaisseur 10 comprise entre 20 pm et 200 pm ; - la couche de pâte de matériau actif disposée sur chacune des première et seconde feuilles de papier d'empattage a une épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm ; - la pâte de matériau actif est étalée sur chacune des première et seconde 15 feuilles de papier d'empattage au moyen d'un cylindre d'étalement et lissée au moyen d'une racle ; - la pâte de matériau actif est déposée en cordons sur chacune des première et seconde feuilles de papier d'empattage au moyen d'une pluralité de buses d'enduction et étalée lors de l'étape de collage par pression de ladite feuille 20 de papier d'empattage contre la feuille collectrice de courant ; - la feuille collectrice de courant est en carbone ou en titane et la pâte de matériau actif contient du plomb ; - l'électrode est configurée pour une batterie Ni-MH, Ni-Cd, Ni-Zn, Zn-Ag ou un supercondensateur C/Pb02.Another aspect of the invention relates to a method of manufacturing an electrode, for a lead acid battery or other battery technology. This method comprises the steps of: providing first and second blanking paper sheets and a current collecting sheet; depositing on each of the first and second sheets of stripping paper a layer of paste of active material; and simultaneously adhering, by means of the active material, the first sheet of caliper paper to a first face of the current collecting sheet and the second sheet of caliper paper to a second opposite side of the current collecting sheet from which results a multilayer stack. The method of manufacturing an electrode may also have one or more of the following characteristics, considered individually or in any technically possible combination: the current collecting sheet is in the form of a vertically oriented strip and each of the first and second sheets of pickling paper is brought into contact with the current collecting sheet in a direction perpendicular to the current collecting sheet; the first and second sheets of strapping paper are in the form of strips, each strip being carried by a belt conveyor during the step of depositing the layer of dough; The first and second sheets of flattening paper move at a speed of between 5 cm / s and 1 m / s and preferably between 5 cm / s and 50 cm / s; the first and second sheets of pickling paper are adhered to the current collecting sheet by means of two calendering rolls exerting a pressure on either side of the current collecting sheet; - The multilayer stack is further laminated by means of two rolling rolls disposed on either side of the current collector sheet; the first and second sheets of stripping paper have a thickness of between 20 μm and 200 μm; the layer of active material paste disposed on each of the first and second sheets of stripping paper has a thickness of between 100 μm and 500 μm; the paste of active material is spread on each of the first and second sheets of pickling paper by means of a spreading roll and smoothed by means of a doctor blade; the active material paste is laid in beads on each of the first and second blanking paper sheets by means of a plurality of coating nozzles and spread during the pressing step of said paper sheet flattening against the current collecting sheet; the current collecting sheet is made of carbon or titanium and the paste of active material contains lead; the electrode is configured for a Ni-MH, Ni-Cd, Ni-Zn or Zn-Ag battery or a C / Pb02 supercapacitor.
25 BREVES DESCRIPTION DES FIGURES D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est donnée ci-dessous, à titre indicatif et nullement limitatif, en 30 référence aux figures annexées, parmi lesquelles : - la figure 1 est une vue en coupe transversale d'une électrode négative pour un accumulateur au plomb selon l'invention ; 3021810 10 - la figure 2 est une vue en coupe transversale d'une électrode positive pour un accumulateur au plomb selon l'invention ; - les figures 3A et 3B représentent un premier mode de réalisation d'un accumulateur au plomb selon l'invention, dans lequel les électrodes négative 5 et positive des figures 1 et 2 sont enroulées en spirale ; - la figure 4 est une vue de face de l'électrode négative des figures 3A et 3B, agencée sous la forme d'une bande avant son enroulement en spirale ; - la figure 5 représente un deuxième mode de réalisation d'un accumulateur au plomb selon l'invention, dans lequel les électrodes négative et positive des 10 figures 1 et 2 sont assemblées en une cellule prismatique ; - la figure 6 représente en vue de face l'électrode négative et l'électrode positive de la figure 5, avant qu'elles ne soient respectivement pliée et découpée pour être assemblées sous la forme de la figure 5 ; - les figures 7, 8A et 8B représentent un premier connecteur électrique fixé aux 15 éléments de connexion en saillie d'une électrode négative et formant la borne négative d'un accumulateur au plomb ; - la figure 9 représente un second connecteur électrique, formant la borne positive d'un accumulateur au plomb ; - les figures 10A et 10B représentent deux modes de fixation du connecteur de 20 la figure 9 aux éléments de connexion en saillie d'une électrode positive ; - la figure 11 représente un mode de mise préférentiel d'un procédé de fabrication d'une électrode, de type « roll-to-roll » ; - les figures 12A à 12C représentent une variante de mise en oeuvre de l'étape d'empattage de l'électrode de la figure 11 ; et 25 - la figure 13 représente un mode de mise préférentiel en oeuvre de l'étape d'assemblage d'un accumulateur en spirale, de type « roll-to-roll ». DESCRIPTION DETAILLEE D'AU MOINS UN MODE DE REALISATION 30 Les figures 1 et 2 représentent respectivement une électrode négative 1 et une électrode positive 2 d'un accumulateur au plomb-acide ayant une densité énergétique (ou énergie spécifique) et une densité de puissance (ou puissance spécifique) élevées.BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES Other characteristics and advantages of the invention will emerge clearly from the description which is given below, by way of indication and in no way limitative, with reference to the appended figures, among which: FIG. a cross sectional view of a negative electrode for a lead accumulator according to the invention; FIG. 2 is a cross-sectional view of a positive electrode for a lead-acid accumulator according to the invention; FIGS. 3A and 3B show a first embodiment of a lead-acid accumulator according to the invention, in which the negative and positive electrodes of FIGS. 1 and 2 are wound in a spiral; FIG. 4 is a front view of the negative electrode of FIGS. 3A and 3B, arranged in the form of a strip before its spiral winding; FIG. 5 represents a second embodiment of a lead-acid accumulator according to the invention, in which the negative and positive electrodes of FIGS. 1 and 2 are assembled into a prismatic cell; - Figure 6 shows a front view of the negative electrode and the positive electrode of Figure 5, before they are respectively folded and cut to be assembled in the form of Figure 5; FIGS. 7, 8A and 8B show a first electrical connector fixed to the connection elements projecting from a negative electrode and forming the negative terminal of a lead-acid battery; - Figure 9 shows a second electrical connector, forming the positive terminal of a lead accumulator; FIGS. 10A and 10B show two modes of attachment of the connector of FIG. 9 to the connection elements projecting from a positive electrode; FIG. 11 represents a preferred embodiment of a method for manufacturing an electrode, of the "roll-to-roll" type; FIGS. 12A to 12C show an alternative embodiment of the etching step of the electrode of FIG. 11; and FIG. 13 represents a preferred mode of implementation of the step of assembling a spiral accumulator, of the "roll-to-roll" type. DETAILED DESCRIPTION OF AT LEAST ONE EMBODIMENT FIGS. 1 and 2 respectively represent a negative electrode 1 and a positive electrode 2 of a lead-acid accumulator having an energy density (or specific energy) and a power density ( or specific power).
302 1 8 10 11 Chaque électrode est constituée d'un empilement multicouche construit de façon symétrique autour d'un collecteur de courant ayant la forme d'une feuille, c'est-à-dire une plaque mince et flexible. Cette feuille constitue le support de deux couches de 5 matériau actif, appelé ci-après matériau actif négatif (NAM, « Negative Active Material ») pour l'électrode négative et matériau actif positif (PAM, « Positive Active Material ») pour l'électrode positive. Une couche de matériau actif couvre chaque côté de la feuille.Each electrode consists of a multilayer stack constructed symmetrically around a current collector in the form of a sheet, i.e., a thin, flexible plate. This sheet constitutes the support of two layers of active material, hereinafter called Negative Active Material (NAM) for the negative electrode and positive active material (PAM) for the active material. positive electrode. A layer of active material covers each side of the sheet.
10 Dans l'électrode négative 1 de la figure 1, le collecteur de courant 10 est à base de carbone. Il est, de préférence, formé d'une feuille en carbone vitreux ou en graphite, par opposition aux mousses de carbone qui contiennent en général un volume important de pores. Alternativement, il peut être constitué de fibres de carbone ou graphite, sous la forme d'un papier flexible (i.e. les fibres sont coupées et 15 maintenues par un liant - elles ne sont pas tissées) ou d'un tissu (i.e. les fibres sont tissées). L'épaisseur du collecteur 10 en carbone est comprise entre 50 pm et 200 pm, et de préférence comprise entre 130 pm et 200 pm. A titre d'exemple, une feuille en graphite (connue sous le terme anglo-saxon de « graphite foil ») peut présenter une densité de l'ordre de 1 g.cm-3 à 2 g.cm-3. La feuille de carbone 10 présente par 20 ailleurs une conductivité thermique dix fois supérieure à celle du plomb, ce qui permet d'utiliser l'accumulateur dans des applications à forte puissance. La feuille de carbone 10 comprend deux faces principales et parallèles 10a et 10b, revêtues chacune d'une fine couche en plomb ou un alliage de plomb (par exemple 25 plomb et étain). Une première couche 11a à base de plomb est ainsi disposée sur la face 10a et une seconde couche 11b à base de plomb est disposée sur la face 10b. Les couches lla et llb permettent une meilleure accroche du matériau actif négatif, également à base de plomb, sur le collecteur de courant 10. En outre, elles améliorent la conductivité électrique et la résistance mécanique du collecteur 10 en 30 carbone. De préférence, les couches lla et llb recouvrent toute la surface de feuille de carbone 10 et leur épaisseur est comprise entre 10 pm et 20 pm, de sorte qu'elles soient dépourvues de trous.In the negative electrode 1 of Figure 1, the current collector 10 is carbon-based. It is preferably formed of a glassy carbon or graphite sheet, as opposed to carbon foams which generally contain a large volume of pores. Alternatively, it may be made of carbon or graphite fibers, in the form of a flexible paper (ie the fibers are cut and held by a binder - they are not woven) or of a fabric (ie the fibers are woven). The thickness of the carbon collector 10 is between 50 μm and 200 μm, and preferably between 130 μm and 200 μm. By way of example, a graphite foil (known under the Anglo-Saxon term "graphite foil") can have a density of the order of 1 g.cm-3 to 2 g.cm-3. The carbon sheet 10 also has a thermal conductivity ten times greater than that of lead, which allows the use of the battery in high power applications. The carbon sheet 10 comprises two main and parallel faces 10a and 10b, each coated with a thin layer of lead or a lead alloy (eg lead and tin). A first lead-based layer 11a is thus disposed on the face 10a and a second lead-based layer 11b is disposed on the face 10b. The layers 11a and 11b allow a better grip of the negative active material, also based on lead, on the current collector 10. In addition, they improve the electrical conductivity and the mechanical strength of the collector 10 in carbon. Preferably, the layers 11a and 11b cover the entire carbon sheet surface 10 and their thickness is between 10 μm and 20 μm, so that they are devoid of holes.
3021810 12 L'électrode négative 1 de la figure 1 comporte en outre deux couches de matériau actif négatif (NAM) 12a et 12b disposées respectivement sur les couches 11 a et 11 b à base de plomb. Les couches de NAM 12a et 12b ont une épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm, et de préférence entre 300 pm et 400 pm. Des couches 12a et 5 12b plus épaisses rendraient l'électrode moins flexible et complexifieraient son assemblage avec l'électrode positive pour former une cellule électrochimique, tandis qu'une épaisseur plus faible provoquerait une utilisation moindre du matériau actif. Le matériau actif négatif est, de préférence, du plomb poreux.The negative electrode 1 of FIG. 1 further comprises two layers of negative active material (NAM) 12a and 12b respectively arranged on the lead layers 11a and 11b. The NAM layers 12a and 12b have a thickness of between 100 μm and 500 μm, and preferably between 300 μm and 400 μm. Thicker layers 12a and 12b would make the electrode less flexible and complicate its assembly with the positive electrode to form an electrochemical cell, while a lower thickness would cause less use of the active material. The negative active material is preferably porous lead.
10 Deux feuilles 13a et 13b, de papier, en fibres de verre (d'environ 100 pm d'épaisseur) ou à base de cellulose (d'environ 50 pm d'épaisseur), peuvent être disposées de part et d'autre de la feuille en carbone 10 sur les couches de matériau actif 12a et 12b. Les feuilles 13a et 13b empêchent les couches de matériaux actifs 12a et 12b et de se fissurer lors de l'assemblage des électrodes et de s'écailler 15 au cours du fonctionnement de l'accumulateur. Avantageusement, l'électrode négative 1 comprend deux couches intermédiaires en cuivre 14a et 14b, ayant de préférence une épaisseur comprise entre 5 pm et 10 pm, et disposées de part et d'autre de la feuille de carbone 10, entre chacune des 20 couches à base de plomb 11a-11b et la feuille de carbone 10. Ces couches en cuivre 14a, 14b améliorent considérablement la conductivité électrique de la feuille de carbone 10, avec un minimum de poids supplémentaire compte tenu de leur faible épaisseur.Two paper sheets 13a and 13b made of fiberglass (about 100 μm thick) or cellulose-based (about 50 μm thick) can be placed on either side of the sheet. the carbon sheet 10 on the layers of active material 12a and 12b. The sheets 13a and 13b prevent the layers of active materials 12a and 12b from cracking during assembly of the electrodes and flaking during operation of the accumulator. Advantageously, the negative electrode 1 comprises two intermediate copper layers 14a and 14b, preferably having a thickness of between 5 .mu.m and 10 .mu.m, and disposed on either side of the carbon sheet 10, between each of the 20 layers. 11a-11b lead and carbon sheet 10. These copper layers 14a, 14b significantly improve the electrical conductivity of the carbon sheet 10, with a minimum of additional weight given their small thickness.
25 L'électrode positive 2, représentée sur la figure 2, comporte une feuille de titane 20 d'épaisseur comprise entre 50 pm et 250 pm, et de préférence comprise entre 100 pm et 150 ilm. Cette feuille 20 peut être pleine (i.e. non percée) ou munie d'ouvertures traversantes, par exemple de section carrée, ronde ou sous forme de losange (dans ce dernier cas, on parle de titane expansé, « expanded foil »). La taille 30 des ouvertures (i.e. leur côté ou diamètre) est avantageusement comprise entre 50 pm et 250 pm (pour la section en forme de losange, on considère la moyenne des deux diagonales du losange). Le titane constituant la feuille 20 est, de préférence, pur à plus de 99 % (classe 1 et/ou classe 2). Il est ainsi mou et ductile, facilitant sa 3021810 13 mise en oeuvre dans l'accumulateur au plomb en tant que collecteur de courant de l'électrode positive. Chacune des deux faces 20a et 20b de la feuille de titane 20 est revêtue d'une 5 couche en oxyde métallique conductrice électriquement, respectivement 21a et 21b, par exemple en dioxyde d'étain Sn02. Les couches 21a et 21b recouvrent, de préférence, le collecteur de courant 20 en totalité. Elles constituent des couches de corrosion artificielles et protège le titane de l'oxydation, évitant ainsi la formation d'un oxyde de titane TiO2 électriquement résistif et peu soluble dans l'électrolyte. Ainsi, le 10 collecteur de courant en titane 20 soumis à des potentiels positifs peut résister plus longtemps à l'électrolyte. L'oxyde métallique est, de préférence, un semi-conducteur dopé avec du fluor (F), de l'antimoine (Sb) ou des ions d'un métal de transition, afin d'augmenter sa 15 conductivité électrique. Son épaisseur dans les couches 21a et 21b est avantageusement comprise entre 0,5 pm et 2 pm, afin qu'elles contiennent un minimum de défauts. Deux couches de matériau actif positif (PAM) 22a et 22b sont disposées de part et 20 d'autre de la feuille de titane 20 revêtue de l'oxyde métallique semi-conducteur 21a- 21b. La couche 22a recouvre la couche 21a d'oxyde métallique et la couche 22b, située de l'autre côté de l'électrode par rapport à la feuille de titane 20, recouvre la couche 21b. Comme les couches de NAM 12a et 12b, les couches de PAM 22a et 22b ont une épaisseur comprise entre 100 pm et 500 pm, et de préférence entre 25 130 pm et 200 pm. Le matériau actif positif des couches 22a et 22b est, de préférence, du dioxyde de plomb poreux (Pb02). A l'instar de l'électrode négative 1, chacune des couches 22a et 22b en Pb02 de l'électrode positive 2 peut être recouverte d'une feuille de papier en fibres de verre 30 ou à base de cellulose. Ces couches portent respectivement les références 23a et 23b sur la figure 2. Enfin, l'électrode positive 2 comporte avantageusement deux couches denses de 3021810 14 dioxyde de plomb 24a et 24b (i.e. dépourvues de pores, à l'inverse des couches de PAM). Ces couches 24a et 24b de Pb02, dont l'épaisseur est comprise entre 5 um et 20 um, sont disposées de part et d'autre de la feuille de titane 20, respectivement entre la couche en oxyde métallique semi-conducteur 21a et la couche de PAM 22a, 5 et entre la couche en oxyde métallique semi-conducteur 21b et la couche de PAM 22b. Grâce à ces couches 24a et 24b, le matériau PAM adhère mieux au collecteur de courant en titane 20 (recouvert des couches de corrosion artificielles 21a-21b).The positive electrode 2, shown in FIG. 2, comprises a sheet of titanium having a thickness of between 50 μm and 250 μm, and preferably between 100 μm and 150 μm. This sheet 20 may be solid (i.e. not pierced) or provided with through openings, for example of square, round or diamond-shaped section (in the latter case, it is called expanded titanium, "expanded foil"). The size of the openings (i.e. their side or diameter) is advantageously between 50 pm and 250 pm (for the diamond-shaped section, the average of the two diagonals of the diamond is considered). The titanium constituting the sheet 20 is preferably more than 99% pure (class 1 and / or class 2). It is thus soft and ductile, facilitating its implementation in the lead accumulator as a current collector of the positive electrode. Each of the two faces 20a and 20b of the titanium foil 20 is coated with an electrically conductive metal oxide layer, 21a and 21b respectively, for example tin dioxide SnO 2. The layers 21a and 21b preferably cover the current collector 20 in their entirety. They constitute artificial corrosion layers and protect the titanium from oxidation, thus avoiding the formation of an electrically resistive TiO2 titanium oxide that is poorly soluble in the electrolyte. Thus, the titanium current collector 20 with positive potentials can withstand the electrolyte longer. The metal oxide is preferably a semiconductor doped with fluorine (F), antimony (Sb) or transition metal ions to increase its electrical conductivity. Its thickness in the layers 21a and 21b is advantageously between 0.5 pm and 2 pm, so that they contain a minimum of defects. Two layers of positive active material (PAM) 22a and 22b are disposed on each side of the titanium foil 20 coated with the semiconductor metal oxide 21a-21b. The layer 22a covers the layer 21a of metal oxide and the layer 22b, located on the other side of the electrode with respect to the titanium sheet 20, covers the layer 21b. Like the NAM layers 12a and 12b, the PAM layers 22a and 22b have a thickness of between 100 μm and 500 μm, and preferably between 130 μm and 200 μm. The positive active material of the layers 22a and 22b is preferably porous lead dioxide (PbO 2). Like the negative electrode 1, each of the layers 22a and 22b in Pb02 of the positive electrode 2 can be covered with a sheet of paper made of glass fiber or cellulose. These layers bear respectively the references 23a and 23b in FIG. 2. Finally, the positive electrode 2 advantageously comprises two dense layers of lead dioxide 24a and 24b (ie without pores, unlike the PAM layers). . These layers 24a and 24b of PbO 2, whose thickness is between 5 .mu.m and 20 .mu.m, are arranged on either side of the titanium foil 20, respectively between the semiconductor metal oxide layer 21a and the layer PAM 22a, 5 and between the semiconductor metal oxide layer 21b and the PAM layer 22b. With these layers 24a and 24b, the PAM material adheres better to the titanium current collector 20 (covered with artificial corrosion layers 21a-21b).
10 Ainsi, l'électrode négative comporte un collecteur de courant formé d'une feuille de carbone, revêtue sur chacune de ses deux faces d'une couche à base de plomb, puis d'une couche d'un matériau actif contenant du plomb ayant une épaisseur comprise entre 100 um et 500 um. De façon similaire, l'électrode positive est formée d'une feuille de titane revêtue successivement sur ses deux faces d'une couche 15 électriquement conductrice en oxyde métallique et d'une couche d'un matériau actif contenant plomb ayant une épaisseur comprise entre 100 um et 500 um. Grâce à ces configurations particulières d'électrodes, les coefficients d'utilisation des matériaux actifs positif et négatif sont particulièrement élevés, de l'ordre de 90 %.Thus, the negative electrode comprises a current collector formed of a carbon sheet, coated on each of its two faces with a lead-based layer, then with a layer of a lead-containing active material having a thickness of between 100 μm and 500 μm. Similarly, the positive electrode is formed of a titanium foil successively coated on both sides with an electrically conductive metal oxide layer and a layer of a lead containing active material having a thickness of between 100. um and 500 μm. Thanks to these particular configurations of electrodes, the coefficients of use of the positive and negative active materials are particularly high, of the order of 90%.
20 Cela est dû en partie aux faibles taux d'occupation des matériaux actifs sur les collecteurs de courant (exprimés en masse de matériau actif par unité de surface). En effet, compte tenu des épaisseurs des couches de matériau actif et de la géométrie des collecteurs de courant, ce taux d'occupation, appelé également coefficient y, est inférieur à 0,5 g/cm2 pour chacune des électrodes positive et 25 négative. En outre, le rapport massique du matériau actif sur le collecteur de courant est de forte valeur, comprise entre 3 et 7 pour chacune des électrodes. Les coefficients d'utilisation et les rapports massiques précités procurent, après assemblage des électrodes négative et positive, des valeurs élevées de densités 30 massiques d'énergie et de puissance, respectivement de 60 Wh/kg à 90 Wh/kg environ et de 1 kW/kg à 10 kW/kg environ. A titre de comparaison, la densité d'énergie d'un accumulateur comprenant des collecteurs minces en plomb, comme décrit dans l'article [« Lead acid battery with thin metal film technology for high power 3021810 15 applications », R. C. Bhardwaj et al., J. of Power Sources 91, pp.51-61, 2000], est inférieure à 30 Wh/kg. Par ailleurs, chacune des électrodes est conçue pour résister à la corrosion par 5 l'électrolyte. Le collecteur de courant négatif en carbone est insensible à l'électrolyte d'acide sulfurique sous des potentiels négatifs tandis que le collecteur de courant positif est protégé sur toute sa surface en contact avec l'électrolyte par les couches d'oxyde métallique semi-conducteur. Cela garantit une durée de vie élevée à l'accumulateur au plomb comprenant ces deux électrodes.This is due in part to the low occupancy rates of the active materials on the current collectors (expressed as mass of active material per unit area). In fact, given the thicknesses of the active material layers and the geometry of the current collectors, this occupancy rate, also called coefficient y, is less than 0.5 g / cm 2 for each of the positive and negative electrodes. In addition, the mass ratio of the active material on the current collector is high, between 3 and 7 for each of the electrodes. The aforementioned utilization coefficients and mass ratios provide, after assembly of the negative and positive electrodes, high values of mass densities of energy and power, respectively from 60 Wh / kg to about 90 Wh / kg and 1 kW. kg to about 10 kW / kg. By way of comparison, the energy density of an accumulator comprising thin lead collectors, as described in the article ["Lead acid battery with thin metal film technology for high power 3021810 applications", RC Bhardwaj et al. , J. of Power Sources 91, pp.51-61, 2000], is less than 30 Wh / kg. Furthermore, each of the electrodes is designed to resist corrosion by the electrolyte. The negative carbon current collector is insensitive to the sulfuric acid electrolyte at negative potentials while the positive current collector is protected over its entire surface in contact with the electrolyte by the semiconductor metal oxide layers. . This ensures a long life to the lead accumulator comprising these two electrodes.
10 En outre, l'acceptance de charge (synonyme d'efficacité de charge) et la capacité de décharge à fort courant de l'accumulateur sont élevées, car les électrodes positive et négative sont minces comparées à celles des batteries au plomb classiques. Ces hautes performances électriques sont principalement dues à une diffusion rapide des 15 ions sulfates à travers les couches de matériau actif et une faible résistance électrique des couches de matériau actif. De préférence, l'épaisseur totale des électrodes n'excède pas 0,8 mm. Pour former un accumulateur au plomb, les électrodes négative et positive des 20 figures 1 et 2 sont jointes, en interposant entre elles au moins une feuille d'un matériau poreux électriquement isolant. Ce matériau poreux est destiné à contenir l'électrolyte de l'accumulateur, typiquement de l'acide sulfurique, et à isoler électriquement les deux électrodes.In addition, the charge acceptance (synonymous with charge efficiency) and the high current discharge capacity of the battery are high because the positive and negative electrodes are thin compared to those of conventional lead-acid batteries. These high electrical performances are mainly due to rapid diffusion of the sulfate ions through the layers of active material and low electrical resistance of the active material layers. Preferably, the total thickness of the electrodes does not exceed 0.8 mm. To form a lead accumulator, the negative and positive electrodes of FIGS. 1 and 2 are joined by interposing at least one sheet of an electrically insulating porous material between them. This porous material is intended to contain the electrolyte of the accumulator, typically sulfuric acid, and to electrically isolate the two electrodes.
25 Les électrodes sont avantageusement assemblées, de telle sorte que le matériau poreux de la feuille séparatrice est comprimé. Cette compression se mesure par une réduction de l'épaisseur de la feuille séparatrice, d'environ 20 %. Elle permet d'augmenter encore la durée de vie de l'accumulateur, les matériaux actifs étant moins susceptibles de se ramollir et de s'écailler dans le temps. Plusieurs formes 30 d'assemblage des électrodes négative et positive peuvent être envisagées. Selon un premier mode de réalisation représenté par les figures 3A et 3B, respectivement en vue de dessus et en vue de perspective, les électrodes négative 1 3021810 16 et positive 2 sont empilées avec deux feuilles de séparateur 3 formées du matériau poreux et isolant. Cet empilement multicouche est enroulé sur lui-même pour donner à l'accumulateur une forme de spirale.The electrodes are advantageously assembled such that the porous material of the separator sheet is compressed. This compression is measured by a reduction in the thickness of the separator sheet of about 20%. It can further increase the life of the battery, the active materials are less likely to soften and flake over time. Several forms of assembly of the negative and positive electrodes can be envisaged. According to a first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B, respectively in plan view and in perspective view, the negative and positive electrodes 2 2 are stacked with two separator sheets 3 formed of the porous and insulating material. This multilayer stack is wound on itself to give the accumulator a spiral shape.
5 Les feuilles 3 sont agencées de sorte qu'en tout point de l'enroulement, l'une d'elles sépare les électrodes négative 1 et positive 2. Ainsi, aucun court-circuit entre les électrodes 1 et 2 n'est possible et le coefficient d'utilisation de l'électrolyte est maximal. Les deux feuilles de séparateur 3 sont par exemple disposées de part et d'autre de l'électrode positive 2 sur la figure 3A.The sheets 3 are arranged so that at any point of the winding, one of them separates the negative electrodes 1 and positive 2. Thus, no short circuit between the electrodes 1 and 2 is possible and the utilization coefficient of the electrolyte is maximum. The two separator sheets 3 are for example disposed on either side of the positive electrode 2 in FIG. 3A.
10 Les feuilles de séparateur 3 sont, de préférence, de type AGM (« Adsorptive Glass Mat »), c'est-à-dire des couches en fibres de verre microporeuses. Ce type de séparateurs est couramment employé dans les batteries au plomb-acide à régulation par soupape (VRLA : « Valve-Regulated Lead-Acid »), pour stocker l'électrolyte et 15 maintenir le matériau actif sur les électrodes. Les feuilles 3 ont, de préférence, une épaisseur (avant compression) de l'ordre de 2 mm pour une batterie de forte densité énergétique. Pour une batterie de forte densité de puissance, l'épaisseur des feuilles 3 est avantageusement comprise entre 0,8 mm et 1 mm. Dans les deux cas, les feuilles de séparateur 3 peuvent stocker un volume d'électrolyte suffisant pour 20 atteindre des coefficients d'utilisation de matériau actif (positif et négatif) d'environ 90 %. L'accumulateur en spirale des figures 3A et 3B comprend en outre deux séries de languettes de connexion en saillie, par exemple du côté de la face supérieure de 25 l'empilement. Chaque série de languettes permet la fixation d'un connecteur électrique, de préférence métallique. Les languettes 15 appartiennent à l'électrode négative 1 (Fig.3A) et sont fixées à un connecteur 16 (Fig.3B), tandis que les languettes 25 appartiennent à l'électrode positive 2 et sont fixées à un connecteur 26. Ainsi, chacun des connecteurs 16, 26 relient les languettes de connexion 15, 25 30 électriquement en parallèle Les connecteurs 16 et 26 forment respectivement les bornes négative et positive, qui s'étendent jusqu'en dehors de l'accumulateur. Ils seront décrits en détail en relation 3021810 17 avec les figures 7, 8A-8B, 9 et 10A-10B. Les languettes de connexion de chaque électrode assurent le transport du courant électrique entre le collecteur de cette électrode et la borne électrique correspondante 5 de l'accumulateur. Elles sont avantageusement alignées et réparties selon un rayon de la spirale, comme cela est représenté sur la figure 3A. Cette configuration des languettes simplifie la géométrie des connecteurs 16, 26 et facilite leur fixation à l'empilement en spirale.The separator sheets 3 are preferably AGM ("Adsorptive Glass Mat"), that is, microporous glass fiber layers. This type of separator is commonly employed in Valve-Regulated Lead-Acid (VRLA) batteries to store the electrolyte and keep the active material on the electrodes. The sheets 3 preferably have a thickness (before compression) of the order of 2 mm for a battery of high energy density. For a battery of high power density, the thickness of the sheets 3 is advantageously between 0.8 mm and 1 mm. In both cases, the separator sheets 3 can store an electrolyte volume sufficient to achieve active material utilization coefficients (positive and negative) of about 90%. The spiral accumulator of FIGS. 3A and 3B further comprises two sets of projecting connecting tabs, for example on the upper side of the stack. Each series of tongues allows the attachment of an electrical connector, preferably metal. The tongues 15 belong to the negative electrode 1 (FIG. 3A) and are fixed to a connector 16 (FIG. 3B), whereas the tongues 25 belong to the positive electrode 2 and are fixed to a connector 26. Thus, Each of the connectors 16, 26 connect the connection tongues 15, 25 electrically in parallel. The connectors 16 and 26 respectively form the negative and positive terminals, which extend to the outside of the accumulator. They will be described in detail in relation to 3021810 17 with FIGS. 7, 8A-8B, 9 and 10A-10B. The connection tongues of each electrode ensure the transport of the electric current between the collector of this electrode and the corresponding electrical terminal 5 of the accumulator. They are advantageously aligned and distributed along a radius of the spiral, as shown in FIG. 3A. This configuration of the tabs simplifies the geometry of the connectors 16, 26 and facilitates their attachment to the spiral stack.
10 La figure 4 représente une disposition des languettes de connexion 15 de l'électrode négative 1 avant son assemblage avec l'électrode positive 2. De préférence, les languettes 15 sont chacune constituées d'une portion en saillie de la feuille de carbone revêtue des couches à base de plomb 11a et 11 b. Elles s'étendent d'un même côté de l'électrode 1 et, à la différence du reste de l'électrode, elles ne sont 15 pas recouvertes des couches de matériau actif 12a et 12b. Les languettes de connexion 15 sont avantageusement espacées deux à deux d'une distance qui varie en augmentant (en regardant de gauche à droite sur la figure 4). Plus précisément, l'espacement entre les languettes 15 est choisi de sorte qu'après 20 enroulement de l'électrode 1 avec l'électrode 2 et les séparateurs 3, les languettes 15 se trouvent alignées. En outre, la longueur L des languettes 15 augmente au fur et à mesure qu'on s'éloigne du centre de la spirale (Fig.3), soit en même temps que l'augmentation de leur espacement (Fig.4). On vise ainsi à obtenir un positionnement des languettes dans un cône, qui présente un angle le plus élevé 25 possible, par exemple de 90°. Cela permet d'obtenir un rapport entre la somme des longueurs L des languettes 15 et la largeur totale de l'électrode largement supérieur à celui d'une configuration prismatique, d'où il résulte une injection de courant supérieure et donc une puissance supérieure (au moins 3 fois supérieure à celle d'une cellule prismatique).FIG. 4 shows an arrangement of the connecting tabs 15 of the negative electrode 1 prior to its assembly with the positive electrode 2. Preferably, the tabs 15 each consist of a projecting portion of the carbon sheet coated with the lead-based layers 11a and 11b. They extend on the same side of the electrode 1 and, unlike the rest of the electrode, they are not covered with the layers of active material 12a and 12b. The connecting tabs 15 are advantageously spaced two by two by a distance that varies by increasing (looking from left to right in Figure 4). More specifically, the spacing between the tongues 15 is chosen so that after winding the electrode 1 with the electrode 2 and the separators 3, the tongues 15 are aligned. In addition, the length L of the tongues 15 increases as one moves away from the center of the spiral (FIG. 3), at the same time as the increase in their spacing (FIG. It is thus intended to obtain a positioning of the tongues in a cone, which has the highest angle possible, for example 90 °. This makes it possible to obtain a ratio between the sum of the lengths L of the tongues 15 and the total width of the electrode much greater than that of a prismatic configuration, which results in a higher current injection and therefore a higher power ( at least 3 times higher than that of a prismatic cell).
30 Dans le mode de réalisation représenté aux figures 3A, 3B et 4, l'espacement des languettes 15 est tel que chaque languette se positionne de façon centrée sur un même rayon de la spirale, à chaque tour de spirale. Cet agencement des 3021810 18 languettes 15 est particulièrement adapté aux cellules électrochimiques de forte puissance, qui nécessitent un nombre important de ces éléments de connexion 7) afin de mieux distribuer le courant. Dans une variante de réalisation (non représentée) destinée aux accumulateurs de plus faible densité de courant, on 5 souhaite qu'une languette apparaisse seulement un tour sur deux et l'espacement peut être choisi en conséquence. Les languettes de connexion 25 de l'électrode positive 2 sont chacune constituées d'une portion du collecteur de courant en titane recouverte des couches d'oxyde 10 métallique, mais non-revêtue de matériau actif. Elles sont, de préférence, agencées de la même façon que les languettes 15. A titre d'exemple, l'accumulateur au plomb comporte une électrode négative du type de la figure 1 et une électrode positive du type de la figure 2, empilées avec deux 15 séparateurs AGM de 2 mm d'épaisseur. Les électrodes ont, sans tenir compte des languettes de connexion, une surface rectangulaire égale à 10 cm x 150 cm. Chaque électrode expose donc une surface de matériau actif de l'ordre de 3000 cm2. L'empilement enroulé occupe un cylindre de 10,5 cm de diamètre et de 10 cm de haut, ce qui correspond approximativement à 8 tours d'enroulement. Le nombre de 20 languettes de chaque électrode est égal à 7. L'enroulement d'électrodes et de séparateurs est disposé dans un boîtier cylindrique, d'environ 11 cm de diamètre et 12 cm de hauteur, fermé par un couvercle. Boîtier et couvercle, tous deux en polypropylène, ont des parois de 2,5 mm d'épaisseur environ. Un connecteur en plomb et un connecteur en titane forment respectivement les bornes négative et 25 positive de l'accumulateur. Le volume restant du boîtier cylindrique est rempli d'une solution ayant une concentration en acide sulfurique (à l'état complètement chargé) de 5 mol/L et une masse volumique de 1,285 g/mL. Le tableau 1 ci-dessous liste les composants de cet accumulateur en spirale et 30 donne, pour chacun d'eux, son épaisseur et son poids. On notera que les valeurs d'épaisseur indiquées dans le tableau concernent l'épaisseur d'un seul exemplaire du composant, et pas l'épaisseur cumulée de plusieurs exemplaires d'un même composant (si plusieurs exemplaires existent). Par contre, les valeurs de poids 302 1 8 10 19 représentent le poids total de tous les exemplaires confondus d'un même composant. Ces remarques sont valables pour les couches de NAM, PAM, Pb, Pb02 et AGM (2 exemplaires chacun). Composant Epaisseur Poids Utilisation Capacité (Ah) Énergie (Wh) NAM 300 um 360 g 90 % 83.9 168 PAM 350 um 441 g 85 % 84.0 5M H2SO4 - 892 g 90 % 83.7 Feuille de Ti 50 um 34 g Surface totale : 3000 cm2 Revêtement Pb02 15 um 43 g Sur les deux faces Feuille de graphite 100 um 18 g Surface totale : 3000 cm2 Revêtement Pb 15 um 51 g Sur les deux faces Boîtier + couvercle 2,5 mm 124 g Polypropylene ; 0=11 cm / h=12 cm Connecteur Ti - 22 g Sur 7 languettes de connexion Connecteur Pb - 187 g Sur 7 languettes de connexion AGM [400g/m2] 2.2 mm* 120 g 2 mm AGM + 2x0,1 mm papier fibre de verre Poids total 2292 g 73 Wh/kg Volume de la cellule 1140 mL 147 Wh/L 5 Tableau 1 Concernant l'électrode négative, le collecteur de courant est une feuille de graphite d'épaisseur égale à 100 um et sa masse volumique est de l'ordre de 1,2 g/cm3. Les couches de matériau actif négatif (NAM) sont constituées de plomb à l'état pur (4 g/cm3) et ont une épaisseur de 300 ilm. Les revêtements galvaniques de plomb lo sur le collecteur de carbone ont une épaisseur de 15 um et les couches de papier ont une épaisseur de 100 um (les couches de papier sont assimilées aux AGM dans le tableau 1). Pour cette électrode négative, le taux d'occupation du matériau actif négatif yNAM est égal à 0,12 g/cm2 environ (comparé aux valeurs allant de 2 à 2,5 g/cm2 pour les collecteurs en grille de l'art antérieur) et le rapport de la masse de 15 NAM sur la masse du collecteur est d'environ 7:1. Les détails concernant l'électrode positive sont les suivants : - une feuille de titane de 50 um d'épaisseur (masse volumique égale à 4,5 g/cm3) ; 20 - deux couches de SnO2 dopées à l'antimoine de 2µm d'épaisseur ; 3021810 20 - deux couches de Pb02 dopées au fluor ayant chacune une épaisseur de 15 pm ; - deux couches de PAM (Pb02) de 350 pm d'épaisseur (masse volumique égale à 4,2 g/cm3) ; 5 - deux feuilles de papier en fibres de verre de 100 pm d'épaisseur ; Le taux d'occupation du matériau actif positif yPAM est égal à 0,15 g/cm2 environ et le ratio massique PAM/collecteur est d'environ 7:1. Outre les coefficients d'utilisation des matériaux actifs négatif et positif, le tableau 1 10 ci-dessus donne les capacités (exprimées en Ah) relatives à chaque matériau actif et à l'électrolyte, ainsi que l'énergie (exprimée en Wh) développée par leur combinaison. Cette dernière est, dans les dernières lignes du tableau 1, rapportée au poids total et au volume de la cellule pour donner respectivement la densité d'énergie massique et la densité d'énergie volumique.In the embodiment shown in FIGS. 3A, 3B and 4, the spacing of the tongues 15 is such that each tongue is positioned centrally on the same radius of the spiral, at each spiral turn. This arrangement of the tongues 15 is particularly suitable for high power electrochemical cells, which require a large number of these connection elements 7) in order to better distribute the current. In an alternative embodiment (not shown) for the lower current density accumulators, it is desired that one tab appear only every second turn and the spacing may be chosen accordingly. The connecting tabs 25 of the positive electrode 2 each consist of a portion of the titanium current collector covered with the metal oxide layers, but not coated with active material. They are preferably arranged in the same way as the tongues 15. By way of example, the lead accumulator comprises a negative electrode of the type of FIG. 1 and a positive electrode of the type of FIG. 2, stacked with two AGM separators 2 mm thick. The electrodes have, regardless of the connection tabs, a rectangular surface equal to 10 cm x 150 cm. Each electrode therefore exposes a surface of active material of the order of 3000 cm 2. The wound stack occupies a cylinder 10.5 cm in diameter and 10 cm high, which corresponds approximately to 8 turns of winding. The number of tongues of each electrode is 7. The winding of electrodes and separators is arranged in a cylindrical housing, about 11 cm in diameter and 12 cm in height, closed by a cover. Housing and cover, both made of polypropylene, have walls approximately 2.5 mm thick. A lead connector and a titanium connector respectively form the negative and positive terminals of the accumulator. The remaining volume of the cylindrical housing is filled with a solution having a concentration of sulfuric acid (in the fully charged state) of 5 mol / L and a density of 1.285 g / mL. Table 1 below lists the components of this spiral accumulator and gives, for each of them, its thickness and weight. It should be noted that the thickness values indicated in the table concern the thickness of a single copy of the component, and not the cumulative thickness of several copies of the same component (if several copies exist). On the other hand, the weight values 302 1 8 10 19 represent the total weight of all the copies of the same component. These remarks are valid for the layers of NAM, PAM, Pb, Pb02 and AGM (2 copies each). Component Thickness Weight Utilization Capacity (Ah) Energy (Wh) NAM 300 μm 360 g 90% 83.9 168 PAM 350 μm 441 g 85% 84.0 5M H2SO4 - 892 g 90% 83.7 Ti sheet 50 μm 34 g Total area: 3000 cm2 Coating PbO 2 15 μm 43 g On both sides 100 μm graphite sheet 18 g Total surface: 3000 cm2 Pb coating 15 μm 51 g On both sides Housing + lid 2.5 mm 124 g Polypropylene; 0 = 11 cm / h = 12 cm Ti connector - 22 g On 7 connection tabs Pb connector - 187 g On 7 AGM connection tabs [400g / m2] 2.2 mm * 120 g 2 mm AGM + 2x0.1 mm fiber paper of glass Total weight 2292 g 73 Wh / kg Cell volume 1140 mL 147 Wh / L 5 Table 1 For the negative electrode, the current collector is a graphite sheet of 100 μm thickness and its density is of the order of 1.2 g / cm3. The active negative material (NAM) layers consist of pure lead (4 g / cm3) and have a thickness of 300 μm. The galvanic lead coatings on the carbon collector have a thickness of 15 μm and the paper layers have a thickness of 100 μm (the paper layers are assimilated to AGM in Table 1). For this negative electrode, the occupancy rate of the negative active material yNAM is equal to approximately 0.12 g / cm 2 (compared with values ranging from 2 to 2.5 g / cm 2 for the prior art grid collectors) and the ratio of the mass of NAM to the mass of the collector is about 7: 1. The details concerning the positive electrode are as follows: a sheet of titanium 50 μm thick (density equal to 4.5 g / cm 3); Two layers of antimony-doped SnO 2 of 2 μm thickness; Two fluorine doped PbO 2 layers each having a thickness of 15 μm; two layers of PAM (PbO 2) of 350 μm thickness (density equal to 4.2 g / cm 3); 5 - two sheets of fiberglass paper 100 μm thick; The occupancy level of the positive active material yPAM is about 0.15 g / cm 2 and the mass ratio PAM / collector is about 7: 1. In addition to the coefficients of use of the negative and positive active materials, Table 1 above gives the capacities (expressed in Ah) relative to each active material and to the electrolyte, as well as the energy (expressed in Wh) developed. by their combination. The latter is, in the last lines of Table 1, relative to the total weight and the volume of the cell to give respectively the mass energy density and the density of energy density.
15 Selon le tableau 1, cet exemple d'accumulateur en spirale montre des coefficients d'utilisation de NAM et PAM respectivement de 90 % et 85 %, d'où il résulte une densité d'énergie de 73Wh/kg (massique) ou de 147 Wh/L (volumique), soit plus de deux fois supérieure aux accumulateurs de l'art antérieur. En outre, lorsque 20 l'accumulateur est déchargé avec un courant égal à 30*Cn/h (où Cn est la capacité nominale de l'accumulateur en Ah), la densité de puissance délivrée par l'accumulateur est proche de 2 kW/kg (ou 4 kW/L). La figure 5 représente, en vue de dessus, un deuxième mode de réalisation d'un 25 accumulateur au plomb, dans lequel les électrodes 1 et 2 sont assemblées sous une forme ondulée, à la manière d'un serpentin. L'accumulateur électrochimique ainsi configuré ressemble à une cellule prismatique, où les électrodes positive(s) et négative(s) sont rangées en parallèle les unes aux autres dans un boîtier parallélépipédique.According to Table 1, this example of a spiral accumulator shows utilization coefficients of NAM and PAM respectively of 90% and 85%, which results in an energy density of 73Wh / kg (mass) or 147 Wh / L (volumetric), more than twice as much as the accumulators of the prior art. In addition, when the accumulator is discharged with a current equal to 30 ° C./h (where Cn is the nominal capacity of the accumulator in Ah), the power density delivered by the accumulator is close to 2 kW / kg (or 4 kW / L). Figure 5 shows, in top view, a second embodiment of a lead accumulator, in which the electrodes 1 and 2 are assembled in an undulating form, in the manner of a coil. The electrochemical accumulator thus configured resembles a prismatic cell, where the positive (s) and negative (s) electrodes are arranged parallel to each other in a parallelepipedal housing.
30 L'une des électrodes positive et négative, ici l'électrode négative 1, est disposée entre deux couches de séparateurs 3, de préférence de type AGM. L'empilement multicouche ainsi obtenu est plié en forme de serpentin, c'est-à-dire de façon répétée 3021810 21 et dans des sens contraires d'un pli 4 à l'autre. Sous chaque pli 4 est disposée une portion 2' d'électrode positive. Ces portions 2' sont par exemple obtenues après découpage d'une électrode positive 2 de plus grandes dimensions.One of the positive and negative electrodes, here the negative electrode 1, is disposed between two layers of separators 3, preferably of the AGM type. The multilayer stack thus obtained is folded into a serpentine shape, that is to say, repeatedly and in opposite directions of a fold 4 to another. Under each fold 4 is disposed a portion 2 'of positive electrode. These portions 2 'are for example obtained after cutting a positive electrode 2 of larger dimensions.
5 Les électrodes de l'accumulateur disposent également, dans ce deuxième mode de réalisation, de languettes ou éléments de connexion 15 et 25 en saillie. Ces languettes s'étendent dans une direction parallèle aux pliures de l'électrode négative 1, perpendiculairement au plan de la figure 5.The electrodes of the accumulator also have, in this second embodiment, tongues or connecting elements 15 and 25 protruding. These tongues extend in a direction parallel to the bends of the negative electrode 1, perpendicular to the plane of FIG. 5.
10 Les languettes de chaque électrode peuvent être, ici aussi, alignées pour faciliter la conception et la mise en place des connecteurs (non représentés). Par exemple, les languettes 15 de l'électrode négative continue 1 s'étendent au-dessus des zones de pliage 5 de l'empilement 3-1-3, ces zones 5 étant situées d'un même côté de l'assemblage en serpentin. Les languettes 25 de l'électrode positive, qui est 15 « éclatée » en plusieurs portions 2', sont situées du côté opposé de l'assemblage, à proximité immédiate des zones de pliage 6. Les zones 6 résultent du pliage de l'empilement dans un sens contraire à celui des zones 5. Bien sûr, la configuration de la figure 5 peut être inversée. L'électrode positive 2 est 20 alors empilée avec les séparateurs AGM 3, puis pliée, et l'électrode négative 1 est subdivisée en une pluralité de portions disposées sous les plis de l'électrode positive 2. La figure 6 représente les électrodes 1 et 2 avant leur assemblage sous la forme de 25 la figure 5, et plus particulièrement la disposition de leurs languettes de connexion 15 et 25. Les électrodes 1 et 2 sont en forme de bandes, c'est-à-dire longues et étroites. Leur composition est identique à celle décrite en relation avec la figure 1 ou 2. Comme 30 mentionné précédemment, les languettes 15 et 25 sont formées de portions du collecteur de courant (respectivement en carbone et en titane), en saillie d'un même côté de l'électrode et non recouvertes pas les couches de matériau actif (NAM et PAM respectivement). Ainsi, par rapport à la configuration des électrodes en figure 4, 3021810 22 seuls l'espacement et les dimensions des languettes 15 et 25 diffèrent. Sur l'électrode négative 1, les languettes 15 sont situées au niveau des zones de pliage 5 de l'électrode, schématisées par des lignes en traits pointillés sur la figure 6.The tabs of each electrode can be, here too, aligned to facilitate the design and placement of the connectors (not shown). For example, the tongues 15 of the continuous negative electrode 1 extend above the folding zones 5 of the stack 3-1-3, these zones 5 being located on the same side of the coil assembly. . The tabs 25 of the positive electrode, which is "exploded" into several portions 2 ', are located on the opposite side of the assembly, in the immediate vicinity of the folding zones 6. The zones 6 result from the folding of the stack in a direction contrary to that of the zones 5. Of course, the configuration of FIG. 5 can be reversed. The positive electrode 2 is then stacked with the AGM separators 3, then folded, and the negative electrode 1 is subdivided into a plurality of portions arranged under the folds of the positive electrode 2. FIG. 2 before assembly in the form of Figure 5, and more particularly the arrangement of their connecting tongues 15 and 25. The electrodes 1 and 2 are strip-shaped, that is to say, long and narrow. Their composition is identical to that described with reference to FIG. 1 or 2. As previously mentioned, the tabs 15 and 25 are formed of portions of the current collector (respectively made of carbon and titanium), projecting from the same side of the electrode and not covered by the layers of active material (NAM and PAM respectively). Thus, with respect to the configuration of the electrodes in FIG. 4, only the spacing and the dimensions of the tongues 15 and 25 differ. On the negative electrode 1, the tongues 15 are located at the fold zones 5 of the electrode, shown schematically by dashed lines in FIG. 6.
5 Elles sont, de préférence, centrées sur ces lignes de pliage 5. En outre, deux languettes 15 successives sont séparées par une zone de pliage 6, réduite également à une ligne en traits pointillés. Autrement dit, il n'y a pas de languettes 15 dans les zones de pliage 6, comme cela est également visible sur la figure 5.They are preferably centered on these fold lines 5. In addition, two successive tongues 15 are separated by a folding zone 6, also reduced to a dashed line. In other words, there are no tongues 15 in the folding zones 6, as is also visible in FIG. 5.
10 L'électrode positive 2 est représentée sur la figure 6 avant son découpage en portions 2'. Les portions d'électrode 2' sont délimitées par des lignes de découpage 7. De préférence, elles ont la même taille et disposent chacune d'une languette de connexion 25.The positive electrode 2 is shown in FIG. 6 before being cut into portions 2 '. The electrode portions 2 'are delimited by cutting lines 7. Preferably, they are the same size and each have a connecting tab 25.
15 Dans ce deuxième mode de réalisation, les languettes 15 de l'électrode négative 1 d'une part, et les languettes 25 de l'électrode négative 2 d'autre part, sont régulièrement espacées le long des bandes 1 et 2 (comme les lignes de pliage 5 et 6). Toutes les languettes 15 de l'électrode négative 1 ont la même taille, contrairement à celles de la figure 4. De même, les languettes 25 d'électrode positive 20 sont toutes identiques, leur surface étant par exemple égale à la moitié de celle d'une languette 15 d'électrode négative. Par rapport à un accumulateur en spirale, l'accumulateur prismatique présente l'avantage d'être plus compact (la densité volumique d'énergie est légèrement 25 supérieure). Toutefois, le maintien de la compression dans cette configuration exige un boîtier avec des parois latérales renforcées mécaniquement, ce qui le rend plus lourd (d'où une densité massique d'énergie plus faible que dans l'accumulateur en spirale).In this second embodiment, the tabs 15 of the negative electrode 1 on the one hand, and the tongues 25 of the negative electrode 2 on the other hand, are regularly spaced along the strips 1 and 2 (as the fold lines 5 and 6). All the tongues 15 of the negative electrode 1 have the same size, unlike those of FIG. 4. Similarly, the positive electrode tongues 20 are all identical, their area being for example equal to half that of a negative electrode tab. Compared with a spiral accumulator, the prismatic accumulator has the advantage of being more compact (the density of energy is slightly higher). However, maintaining compression in this configuration requires a casing with mechanically reinforced sidewalls, which makes it heavier (hence lower mass density of energy than in the spiral accumulator).
30 Les figures 7 et 9 représentent des modes de réalisation préférentiels des connecteurs électriques 16 et 26, formant respectivement les bornes négative et positive de l'accumulateur. Ces bornes relient les électrodes négative et positive (et plus particulièrement leur collecteur de courant) à un circuit électrique extérieur, par 3021810 23 exemple une charge à alimenter en énergie. Les connecteurs 16 et 26, qui sont décrits en relation avec ces figures, sont compatibles avec l'accumulateur au plomb selon l'invention quelle que soit sa 5 configuration - par exemple en spirale ou prismatique. Leur composition et leur technique d'élaboration varient, car la nature du collecteur de courant auquel ils sont fixés diffère selon que ce collecteur appartient à l'électrode positive ou l'électrode négative.Figures 7 and 9 show preferred embodiments of the electrical connectors 16 and 26, respectively forming the negative and positive terminals of the accumulator. These terminals connect the negative and positive electrodes (and more particularly their current collector) to an external electrical circuit, for example a load to supply energy. The connectors 16 and 26, which are described in connection with these figures, are compatible with the lead accumulator according to the invention regardless of its configuration - for example spiral or prismatic. Their composition and processing technique vary, because the nature of the current collector to which they are attached differs depending on whether this collector belongs to the positive electrode or the negative electrode.
10 Le connecteur négatif 16 de la figure 7 est, de préférence, formé d'une seule pièce en plomb obtenue par un procédé de moulage autour des languettes de connexion 15 de l'électrode négative (procédé dit « Cast-On-Strap », COS). Le choix du plomb comme matériau garantit une fixation solide du connecteur 16 aux languettes de connexion 15, qui sont également recouvertes de plomb (couches 11a-11b).The negative connector 16 of FIG. 7 is preferably formed of a single piece of lead obtained by a molding process around the connection tabs 15 of the negative electrode ("Cast-On-Strap" process). COS). The choice of lead as a material ensures a secure attachment of the connector 16 to the connecting tabs 15, which are also covered with lead (layers 11a-11b).
15 Pendant ce procédé « COS », l'accumulateur cylindrique est retourné afin que les languettes de connexion 15, arrangées en saillie parallèlement les unes aux autres, soient placées dans un moule. Le moule est rempli d'un métal en fusion, ici du plomb, puis refroidi afin de libérer la pièce moulée. Le moule contient la forme finale 20 du connecteur négatif 16, représentée en figure 7. Les figures 8A et 8B sont d'autres vues du connecteur négatif 16 de la figure 7, prises de face et de côté, et faisant apparaître plus clairement les languettes de connexion 15 de l'électrode négative.During this "COS" process, the cylindrical accumulator is turned over so that the connecting tongues 15, arranged projecting parallel to one another, are placed in a mold. The mold is filled with a molten metal, here lead, then cooled to release the molded part. The mold contains the final shape 20 of the negative connector 16, shown in FIG. 7. FIGS. 8A and 8B are other views of the negative connector 16 of FIG. 7, taken from the front and from the side, and making the tabs more clearly visible. connection 15 of the negative electrode.
25 Le connecteur 16 comprend une première portion plane 16a moulée autour des languettes 15 et une deuxième portion plane 16b, dans le prolongement de la première portion 16a. Comme cela est apparent sur les figures 8A et 8B, les languettes 15 s'étendent perpendiculairement au plan de la portion 16a. L'épaisseur 30 de la portion 16a est avantageusement comprise entre 5 mm et 20 mm. La deuxième portion plane 16b s'étend également dans une direction perpendiculaire au plan de la portion 16a, mais dans un sens opposé à celui des languettes 15. Son épaisseur est avantageusement comprise entre 5 mm et 15 mm. Dans l'accumulateur finalisé, la 3021810 24 portion 16b du connecteur 16 sort du boîtier et constitue la borne négative de l'accumulateur. Avantageusement, les languettes de connexion 15 comporte chacune un trou 15', de 5 sorte que pendant l'étape de moulage, celui-ci est rempli de plomb. Cela renforce les connexions mécanique et électrique entre les languettes 15 et le connecteur 16. Le collecteur de courant de l'électrode positive étant en titane, le connecteur positif 26 de la figure 9 est avantageusement formé de titane, idéalement de même 10 qualité (classe 1 et/ou 2). Le connecteur 26 est, par exemple, obtenu par poinçonnage d'une feuille de titane ayant une épaisseur comprise entre 0,5 mm et 3 mm, selon la puissance de l'accumulateur (une épaisseur élevée est prévue dans le cas d'une forte capacité électrique et d'une forte puissance électrique, et inversement).The connector 16 comprises a first flat portion 16a molded around the tongues 15 and a second flat portion 16b, in the extension of the first portion 16a. As is apparent in Figures 8A and 8B, the tabs 15 extend perpendicularly to the plane of the portion 16a. The thickness of the portion 16a is advantageously between 5 mm and 20 mm. The second flat portion 16b also extends in a direction perpendicular to the plane of the portion 16a, but in a direction opposite to that of the tongues 15. Its thickness is advantageously between 5 mm and 15 mm. In the finalized accumulator, the portion 16b of the connector 16 leaves the housing and constitutes the negative terminal of the accumulator. Advantageously, the connecting tongues 15 each comprise a hole 15 ', so that during the molding step, the latter is filled with lead. This reinforces the mechanical and electrical connections between the tongues 15 and the connector 16. The current collector of the positive electrode being made of titanium, the positive connector 26 of FIG. 9 is advantageously made of titanium, ideally of the same quality (class 1 and / or 2). The connector 26 is, for example, obtained by punching a titanium sheet having a thickness of between 0.5 mm and 3 mm, depending on the power of the accumulator (a high thickness is provided in the case of a strong electrical capacity and a high electrical power, and vice versa).
15 Le connecteur 26 comporte une première portion 26a et une deuxième portion 26b, qui, après pliage de la feuille de titane selon l'axe 260 représenté en traits pointillés, s'étend perpendiculairement à la portion 26a. La portion 26a comprend des entailles 261 destinées à recevoir les languettes de connexion de l'électrode positive.The connector 26 has a first portion 26a and a second portion 26b, which, after folding the titanium foil along the axis 260 shown in broken lines, extends perpendicular to the portion 26a. The portion 26a includes notches 261 for receiving the connection tabs of the positive electrode.
20 A cet effet, les entailles 261 ont une largeur notée « I » légèrement supérieure à l'épaisseur des languettes et leur longueur « L' » correspond sensiblement à la longueur « L » des languettes (Fig.4). Leur forme peut être rectiligne, comme cela est représenté sur la figure 9 ou en arc de cercle, dans le cas de l'accumulateur en spirale par exemple (le rayon de courbure des entailles 261 correspond alors au 25 rayon de courbure de chaque languette, cf. Figs.3A-3B). Les entailles 261 sont, de préférence, agencées parallèlement les unes aux autres dans la portion 26a. Les figures 10A et 10B représentent deux modes de fixation du connecteur positif 26 sur les languettes de connexion 25 de l'électrode positive.For this purpose, the notches 261 have a width denoted "I" slightly greater than the thickness of the tongues and their length "L '" substantially corresponds to the length "L" of the tongues (Fig.4). Their shape may be rectilinear, as shown in FIG. 9 or in an arc of a circle, in the case of the spiral accumulator for example (the radius of curvature of the notches 261 then corresponds to the radius of curvature of each tongue, see Figs.3A-3B). The notches 261 are preferably arranged parallel to each other in the portion 26a. Figures 10A and 10B show two modes of attachment of the positive connector 26 on the connection tabs 25 of the positive electrode.
30 Selon un premier mode représenté sur la figure 10A, les languettes 25 de l'électrode positive sont insérées dans les fentes 261 du connecteur 26, puis pliées de façon à ce que leur extrémité libre soit plaquée contre la surface de la portion 26a. Puis, 3021810 25 chaque extrémité de languette 25 est fixée à la portion 26a du connecteur grâce à plusieurs points de soudure par résistance 262 répartis le long de chaque fente 261. Selon un deuxième mode représenté sur la figure 10B, les languettes 25 sont 5 insérées dans les fentes 261, puis taillées de façon à ce qu'elles ne dépassent pas de la surface de la portion 26a. Puis, chaque languette 25 est soudée à la portion 26a du connecteur en titane sur toute la longueur du bord inséré dans les fentes 261. Cette soudure est réalisée grâce à un laser sous une atmosphère comprenant un gaz de protection, par exemple de l'argon.According to a first embodiment shown in FIG. 10A, the tongues 25 of the positive electrode are inserted into the slots 261 of the connector 26, and then folded so that their free end is pressed against the surface of the portion 26a. Then, each tongue end 25 is attached to connector portion 26a by a plurality of resistance weld points 262 distributed along each slot 261. In a second embodiment shown in FIG. 10B, tabs 25 are inserted. in the slots 261, then cut so that they do not exceed the surface of the portion 26a. Then, each tab 25 is welded to the portion 26a of the titanium connector over the entire length of the edge inserted into the slots 261. This welding is performed by a laser under an atmosphere comprising a shielding gas, for example argon .
10 Ces deux techniques de soudage, par résistance par point (« resistance spot welding ») ou par laser (« laser welding »), sont rapides et peu coûteuses, notamment grâce au fait qu'elles peuvent être automatisées ou semi-automatisées.Both of these welding techniques, by resistance by spot ("resistance spot welding") or by laser ("laser welding"), are fast and inexpensive, especially because they can be automated or semi-automated.
15 Dans l'exemple des figures 7 et 9, la portion 16a du connecteur négatif 16 et la portion 26a du connecteur positif 26 ont une forme trapézoïdale adaptée à des languettes de connexion de longueur variable. Cette forme convient donc plus particulièrement aux languettes de connexion de l'accumulateur en spirale (cf. Figs.3A-3B). Alternativement, les portions 16a et 26a peuvent avoir une forme 20 rectangulaire, plus adaptée à des languettes de connexion de même longueur (les fentes 261 du connecteur 26 sont dans ce cas de même longueur). A la différence des connecteurs de l'art antérieur, les connecteurs 16 et 26 des figures 7 à 10 sont conçus pour n'occuper qu'une portion de la face supérieure de 25 l'accumulateur (Figs.3B et 5). Leur impact négatif sur l'énergie spécifique et la puissance spécifique de l'accumulateur est ainsi limité. Bien sûr, d'autres formes de connecteurs 16 et 26 que celles représentées sur les figures 7 et 9 peuvent être envisagées. Par exemple, le bord extérieur des portions de connecteur 16a et 26a peut être arrondi, plutôt que droit, et ainsi coïncider avec le boîtier cylindrique de 30 l'accumulateur en spirale. Un procédé de fabrication d'un accumulateur au plomb selon l'invention va maintenant être décrit. Ce procédé comprend les étapes suivantes : 3021810 26 - la formation d'une électrode négative à partir d'une feuille de carbone (Fig.1) ; - la formation d'une électrode positive à partir d'une feuille de titane (Fig.2) ; et - l'assemblage des électrodes négative et positive avec au moins une feuille matériau isolant et poreux les séparant, par exemple en spirale (Fig.3A-3B) ou 5 sous forme prismatique (Fig.5). Pour former l'électrode négative 1 de la figure 1, on dépose successivement sur chacune des deux faces 10a et 10b de la feuille de carbone 10, une couche à base de plomb (couches 11a-11 b) et une couche de matériau actif contenant du plomb 10 (couches 12a-12b). Les couches à base de plomb 11 a et 11 b peuvent être formées par électrodéposition de plomb ou d'un alliage de plomb sur la surface du collecteur de courant en carbone, par exemple en appliquant les conditions opératoires décrites dans le 15 brevet EP2313353. Optionnellement, les couches de cuivre 14a et 14b sont électro- déposées à la surface de la feuille de carbone 10, avant le dépôt des couches à base de plomb 11 a et 11 b, selon un mode opératoire également décrit dans ce document.In the example of FIGS. 7 and 9, the portion 16a of the negative connector 16 and the portion 26a of the positive connector 26 have a trapezoidal shape adapted to connection tongues of variable length. This shape is therefore more particularly suitable for connecting tongues of the spiral accumulator (see Figs.3A-3B). Alternatively, the portions 16a and 26a may have a rectangular shape, more adapted to connecting tongues of the same length (the slots 261 of the connector 26 are in this case the same length). Unlike the connectors of the prior art, the connectors 16 and 26 of FIGS. 7 to 10 are designed to occupy only a portion of the upper face of the accumulator (FIGS. 3B and 5). Their negative impact on the specific energy and the specific power of the accumulator is thus limited. Of course, other forms of connectors 16 and 26 than those shown in FIGS. 7 and 9 can be envisaged. For example, the outer edge of connector portions 16a and 26a may be rounded, rather than straight, and so coincide with the cylindrical housing of the spiral accumulator. A method of manufacturing a lead accumulator according to the invention will now be described. This process comprises the steps of: forming a negative electrode from a carbon sheet (Fig.1); the formation of a positive electrode from a titanium foil (FIG. and the assembly of the negative and positive electrodes with at least one insulating and porous material sheet separating them, for example in a spiral (FIG. 3A-3B) or in a prismatic form (FIG. To form the negative electrode 1 of Figure 1, is deposited successively on each of the two faces 10a and 10b of the carbon sheet 10, a lead-based layer (layers 11a-11b) and a layer of active material containing lead 10 (layers 12a-12b). The lead-based layers 11a and 11b may be formed by electrodeposition of lead or a lead alloy on the surface of the carbon current collector, for example by applying the operating conditions described in EP2313353. Optionally, the copper layers 14a and 14b are electro-deposited on the surface of the carbon sheet 10, before the deposition of the lead layers 11a and 11b, according to a procedure also described herein.
20 De façon avantageuse, la feuille de carbone 10 subit, préalablement au dépôt des couches de plomb 11 a et 11 b, un traitement visant à augmenter sa rugosité de surface. En effet, une rugosité élevée garantit une meilleure accroche des couches 11 a et llb à base de plomb. Ce traitement peut être réalisé mécaniquement, par polissage, brossage ou sablage, chimiquement par traitement thermique sous 25 oxygène ou par immersion dans une solution oxydante, ou électro-chimiquement par gravure anodique (en plongeant la feuille de carbone dans un électrolyte et en appliquant un potentiel positif). Puis, une pâte de matériau actif négatif (NAM) est étalée sur chacune des faces de 30 la feuille de carbone recouverte de plomb (étape dite d'empattage, « pasting » en anglais). La pâte de NAM contient, de préférence, de l'oxyde de plomb (PbO), de l'eau, de l'acide sulfurique et un (ou plusieurs) additif, par exemple connu sous le nom anglo-saxon « expander » et formé de lignosulfonates, de BaSO4 ou de fines 3021810 27 particules de carbone. Enfin, la feuille de carbone recouverte des couches de pâte 12a-12b peut être laminée avec les deux feuilles de papier 13a et 13b en fibres de verre ou à base de 5 cellulose. Les couches de pâte 12a et 12b ayant une faible viscosité peuvent être partiellement séchées avant l'étape de laminage des feuilles de papier 13a-13b. Pour une pâte de forte viscosité, une telle étape de séchage n'est pas nécessaire, car les feuilles de 10 papier 13a et 13b absorbent l'humidité en excès dans la pâte. Les pâtes de matériau actif sont des mélanges thixotropes dont la viscosité dépend de la vitesse de malaxage, comprise entre 0,5 et 5 tours/s, par exemple de 1 tour/s. La formation de l'électrode positive 2 comprend successivement, sur chacune des 15 faces 20a-20b de la feuille en titane 20 (Fig.2), le dépôt d'une couche en oxyde métallique semi-conducteur (couches 21a-21b), puis éventuellement le dépôt d'une couche dense d'oxyde de plomb Pb02 (couches 24a-24b) et enfin le dépôt d'une couche de matériau actif contenant du plomb (couches 22a-22b).Advantageously, the carbon sheet 10 undergoes, prior to the deposition of the lead layers 11a and 11b, a treatment aimed at increasing its surface roughness. Indeed, a high roughness guarantees a better grip of the layers 11a and 11b made of lead. This treatment can be carried out mechanically, by polishing, brushing or sanding, chemically by thermal treatment with oxygen or by immersion in an oxidizing solution, or electro-chemically by anodic etching (by dipping the carbon sheet in an electrolyte and applying a positive potential). Then, a paste of negative active material (NAM) is spread on each of the faces of the lead-coated carbon sheet (so-called "pasting" step). The paste of NAM preferably contains lead oxide (PbO), water, sulfuric acid and one or more additives, for example known under the name Anglo-Saxon "expander" and formed of lignosulfonates, BaSO4 or fine carbon particles. Finally, the carbon sheet coated with the layers of dough 12a-12b can be laminated with the two sheets of paper 13a and 13b made of glass fiber or cellulose. The dough layers 12a and 12b having a low viscosity can be partially dried before the step of rolling the paper sheets 13a-13b. For a high viscosity paste, such a drying step is not necessary because the paper sheets 13a and 13b absorb excess moisture in the dough. Pastes of active material are thixotropic mixtures whose viscosity depends on the mixing speed, between 0.5 and 5 revolutions / s, for example 1 turn / s. The formation of the positive electrode 2 comprises successively, on each of the faces 20a-20b of the titanium foil 20 (FIG. 2), the deposition of a semiconductor metal oxide layer (layers 21a-21b), then possibly the deposition of a dense layer of lead oxide PbO2 (layers 24a-24b) and finally the deposition of a layer of active material containing lead (layers 22a-22b).
20 De préférence, la feuille de titane 20 est traitée pour augmenter sa rugosité de surface, avant de recevoir les couches d'oxyde métallique semi-conducteur 21a-21b. Ce traitement peut être réalisé mécaniquement, par sablage ou brossage, et/ou chimiquement par immersion dans une solution d'acide chlorhydrique ou d'acide oxalique (par exemple pendant 2 min à 5 min dans une solution bouillante d'acide 25 chlorhydrique à 10 % ou pendant 30 min à 60 min dans une solution bouillante d'acide oxalique à 10-15 %). Le dépôt des couches en oxyde métallique semi-conducteur 21a-21b peut être réalisé de différentes manières, notamment par spray-pyrolyse. A titre d'exemple, la 30 solution pulvérisée sur le substrat (chauffé à 400-500 °C) contient une solution de SnCl2 à 0,5 mol/L, une solution de SbCI3 à 0,05 mol/L et une solution d'HCI à 0,1 mol/L dans un mélange d'éthanol et d'eau (40 % éthanol, 60 % eau).Preferably, the titanium foil 20 is treated to increase its surface roughness, before receiving the semiconductor metal oxide layers 21a-21b. This treatment can be carried out mechanically, by sandblasting or brushing, and / or chemically by immersion in a solution of hydrochloric acid or oxalic acid (for example for 2 minutes to 5 minutes in a boiling solution of 10% hydrochloric acid). % or for 30 min to 60 min in a boiling solution of 10-15% oxalic acid). The deposition of the semiconductor metal oxide layers 21a-21b can be carried out in various ways, in particular by spray-pyrolysis. For example, the solution sprayed onto the substrate (heated to 400-500 ° C) contains a solution of SnCl2 at 0.5 mol / L, a solution of SbCl3 at 0.05 mol / L and a solution of 0.1 mol / l HCl in a mixture of ethanol and water (40% ethanol, 60% water).
3021810 28 Les couches 24a-24b d'oxyde de plomb Pb02 sont, de préférence, formées par électrodéposition, en mélangeant au bain galvanique une source de dopants, par exemple NaF pour un dopage au fluor. A titre d'exemple, le bain galvanique comporte une solution de méthanesulfonate de plomb (II) à 0,1-1 mol/L, une solution 5 d'acide methane sulfonique à 0,1-0,2 mol/L, une solution contenant un sel de cétrimonium (bromure, chlorure ou tosylate de cétrimonium) à 0,05 mol/L et une solution de NaF à 0,01 mol/L. Ces trois étapes préliminaires de préparation du collecteur de courant en titane 10 empêchent la formation d'un oxyde de titane TiO2 superficiel et fortement résistif, avant l'application des couches de pâte de matériau actif positif (PAM). La pâte de PAM comporte classiquement de l'oxyde de plomb (PbO), de l'eau et de l'acide sulfurique. Elle est étalée sur les deux faces de la feuille de titane recouverte des couches de SnO2 et Pb02, par exemple à la racle.The layers 24a-24b of lead oxide PbO 2 are preferably formed by electrodeposition, by mixing a source of dopants in the plating bath, for example NaF for fluorine doping. By way of example, the galvanic bath comprises a 0.1-1 mol / L solution of lead methanesulphonate (II), a solution of 0.1-0.2 mol / L methane sulphonic acid, a solution containing a cetrimonium salt (bromide, chloride or cetrimonium tosylate) at 0.05 mol / L and a NaF solution at 0.01 mol / L. These three preliminary stages of preparation of the titanium current collector 10 prevent the formation of a superficial and highly resistive TiO 2 titanium oxide prior to the application of the positive active material (PAM) paste layers. PAM paste conventionally comprises lead oxide (PbO), water and sulfuric acid. It is spread on both sides of the titanium sheet covered with SnO2 and PbO2 layers, for example by squeegee.
15 Enfin, deux feuilles de papier 23a et 23b en fibres de verre ou à base de cellulose sont avantageusement laminées sur les deux couches de pâte de matériau actif 22a et 22b.Finally, two sheets of paper 23a and 23b of fiberglass or of cellulose are advantageously laminated on the two active material paste layers 22a and 22b.
20 Lors de l'étape d'empattage des électrodes, un bord de la feuille de carbone et un bord de la feuille de titane ne sont pas recouverts de la pâte de matériau actif. Ces bords sont destinés à former les languettes de connexion de chaque électrode. Avantageusement, les électrodes négative et positive ont la forme de longues 25 bandes continues et flexibles et sont fabriquées selon un procédé « roll-to-roll » (« traitement par rouleaux »), à partir d'une feuille collectrice de courant (par exemple en carbone ou titane) stockée sous la forme d'une bobine. Ce type de procédé est particulièrement bien adapté à la formation d'électrodes de batterie en couches minces et permet d'atteindre un rendement de production élevé.In the step of etching the electrodes, an edge of the carbon sheet and an edge of the titanium foil are not covered with the paste of active material. These edges are intended to form the connecting tongues of each electrode. Advantageously, the negative and positive electrodes are in the form of long continuous and flexible bands and are manufactured by a "roll-to-roll" process from a current collecting sheet (e.g. carbon or titanium) stored as a coil. This type of process is particularly well suited to the formation of thin film battery electrodes and achieves a high production efficiency.
30 La figure 11 représente un mode de mise en oeuvre préférentiel de ce procédé de fabrication d'électrode, dans lequel une feuille de papier, servant de support au matériau actif de l'électrode, est reportée sur chacune des faces de la feuille 302 1 8 10 29 collectrice de courant. Deux feuilles de papier 30a et 30b sont, indépendamment l'une de l'autre, enduites d'une pâte de matériau actif (PAM ou NAM selon la nature de l'électrode à fabriquer).FIG. 11 shows a preferred embodiment of this electrode manufacturing method, in which a sheet of paper, serving as a support for the active material of the electrode, is carried on each of the faces of the sheet 302. 8 10 29 current collector. Two sheets of paper 30a and 30b are, independently of one another, coated with a paste of active material (PAM or NAM depending on the nature of the electrode to be manufactured).
5 Le papier des feuilles 30a et 30b est communément appelé papier d'empattage, car il est adapté au dépôt d'une pâte de matériau actif. Il est, de préférence, formé de fibres de verre, avec une structure identique à celle des séparateurs AGM utilisés dans les batteries au plomb. Alternativement, il peut être formé de fibres d'un matériau autre que le verre (cellulose, polyester) ou d'un mélange de fibres de verre 10 et de fibres de cet autre matériau. Les feuilles de papier 30a et 30b ont, de préférence, une épaisseur comprise entre 50 um et 200 um. Les étapes d'empattage des feuilles de papier 30a et 30b sont, de préférence, réalisées simultanément à l'aide de deux machines d'empattage à courroie. Ainsi, les 15 feuilles 30a et 30b en forme de bandes sont portées chacune par un convoyeur à courroie pendant le dépôt de la pâte de matériau actif. La bande de papier 30a, provenant d'un rouleau 300a, est entraînée par un convoyeur à courroie 40a et recouverte d'une couche de pâte 31a, au moyen d'un dispositif d'enduction 41a. De la même manière, la bande de papier 30b, provenant du rouleau 300b, est entraînée 20 par un convoyeur à courroie 40b et recouverte d'une couche de pâte 31b, au moyen d'un dispositif d'enduction 41b. Le mouvement des courroies 40a-40b a pour effet de dérouler progressivement les rouleaux de papier 300a-300b. Les couches de pâte 31a et 31b ont, de préférence, une épaisseur comprise entre 100 um et 500 um.The paper of the sheets 30a and 30b is commonly referred to as calving paper because it is suitable for depositing a paste of active material. It is preferably formed of glass fibers, with a structure identical to that of the AGM separators used in lead batteries. Alternatively, it may be formed of fibers of a material other than glass (cellulose, polyester) or a mixture of glass fibers 10 and fibers of this other material. The paper sheets 30a and 30b preferably have a thickness of between 50 μm and 200 μm. The steps of squatting the sheets of paper 30a and 30b are preferably carried out simultaneously using two belt-pressing machines. Thus, the strip-shaped sheets 30a and 30b are each carried by a belt conveyor during the deposition of the active material paste. The paper web 30a from a roll 300a is driven by a belt conveyor 40a and covered with a dough layer 31a by means of a coating device 41a. In the same way, the paper web 30b from the roll 300b is driven by a belt conveyor 40b and covered with a dough layer 31b by means of a coating device 41b. The movement of the belts 40a-40b has the effect of progressively unrolling the paper rolls 300a-300b. The dough layers 31a and 31b preferably have a thickness of between 100 μm and 500 μm.
25 Les feuilles de papier 30a et 30b sont ensuite collées de part et d'autre de la feuille collectrice de courant 32, au moyen de la pâte de matériau actif. Autrement dit, les couches 31a et 31b jouent le rôle de colle pour fixer respectivement la feuille de papier 30a sur une première face de la feuille 32 et la feuille de papier 30b sur une seconde face opposée de la feuille 32. Une pression peut être exercée sur les 30 feuilles de papier 30a-30b afin de renforcer ce collage, par exemple en faisant passer les feuilles 30a, 30b et 32 entre deux cylindres de calandrage 42a-42b. Les cylindres 42a-42b tournent dans des sens contraires.The sheets of paper 30a and 30b are then glued on either side of the current collection sheet 32, by means of the paste of active material. In other words, the layers 31a and 31b act as glue for respectively fixing the paper sheet 30a on a first face of the sheet 32 and the paper sheet 30b on a second opposite face of the sheet 32. A pressure can be exerted on the 30 sheets of paper 30a-30b to reinforce this bonding, for example by passing the sheets 30a, 30b and 32 between two calendering rolls 42a-42b. The cylinders 42a-42b rotate in opposite directions.
3021810 30 Avantageusement, les feuilles de papier 30a-30b sont (d'un côté seulement) entièrement recouvertes de pâte de matériau actif et ont une largeur inférieure à celle de la feuille collectrice de courant 32. Ainsi, un bord de la feuille 32 est dépourvu de pâte de matériau actif (des deux côtés) et servira à former les 5 languettes de connexion de l'électrode. La feuille collectrice de courant 32 peut être formée de différents matériaux et éventuellement recouverte de couches d'adhésion et/ou d'anticorrosion. Son épaisseur est, de préférence, comprise entre 20 pm et 200 pm. Par exemple, dans le 10 cas d'une électrode pour accumulateur au plomb, la feuille 32 est avantageusement en carbone (électrode négative) ou en titane (électrode positive), et la pâte de matériau actif contient du plomb. Dans le mode de réalisation préférentiel représenté sur la figure 11, la feuille 15 collectrice de courant 32 est une bande continue et flexible, provenant d'une bobine 301 et orientée verticalement. Les feuilles de papier 30a-30b recouvertes de pâte sont amenées en contact avec la feuille 32, selon une direction perpendiculaire à la feuille 32. Cet agencement permet d'exercer une pression identique de part et d'autre de la feuille 32. Ainsi, les couches de pâte 31a et 31b ont après le collage 20 sensiblement la même épaisseur. Les feuilles de papier 30a-30b se déplacent ainsi en direction de la feuille 32 dans des sens opposés. La vitesse de déplacement de la feuille 30a sur le convoyeur 40a est, de préférence, égale à celle de la feuille 30b sur le convoyeur 40b et comprise 25 entre 5 cm/s et 1 m/s, avantageusement entre 5 cm/s et 50 cm/s. La feuille 32 est entrainée à la même vitesse de déplacement par les bandes de papier 30a et 30b. Après l'opération de collage, l'empilement des feuilles 30a-31a-32-31b-30b constitue une bande d'électrode multicouche, prête pour l'assemblage dans un accumulateur.Advantageously, the sheets of paper 30a-30b are (on one side only) completely covered with paste of active material and have a width smaller than that of the current collecting sheet 32. Thus, an edge of the sheet 32 is without active material paste (on both sides) and will serve to form the 5 connection tongues of the electrode. The current collecting sheet 32 may be formed of different materials and possibly covered with adhesion and / or anticorrosive layers. Its thickness is preferably between 20 μm and 200 μm. For example, in the case of a lead accumulator electrode, the sheet 32 is preferably carbon (negative electrode) or titanium (positive electrode), and the active material paste contains lead. In the preferred embodiment shown in Fig. 11, the current collecting sheet 32 is a continuous flexible strip from a coil 301 and oriented vertically. The sheets of paper 30a-30b coated with paste are brought into contact with the sheet 32, in a direction perpendicular to the sheet 32. This arrangement makes it possible to exert an identical pressure on either side of the sheet 32. Thus, the paste layers 31a and 31b have after bonding substantially the same thickness. The sheets of paper 30a-30b thus move toward the sheet 32 in opposite directions. The speed of movement of the sheet 30a on the conveyor 40a is preferably equal to that of the sheet 30b on the conveyor 40b and between 5 cm / s and 1 m / s, preferably between 5 cm / s and 50 cm / s. The sheet 32 is driven at the same speed of movement by the paper strips 30a and 30b. After the gluing operation, the stack of sheets 30a-31a-32-31b-30b constitutes a multilayer electrode strip, ready for assembly in an accumulator.
30 Cet empilement est avantageusement laminé, en le faisant passer entre une autre paire de cylindres 43a-43b disposés de part et d'autre de la feuille collectrice de courant 32. Cette opération est menée si l'on souhaite réduire l'épaisseur de la bande d'électrode, par exemple lorsque la pression exercée par les cylindres 42a- 3021810 31 42b n'est pas suffisante pour atteindre l'épaisseur souhaitée. Ainsi, on peut ajuster plus facilement l'épaisseur de l'électrode et parfaire l'adhésion entre les différentes couches de l'empilement.This stack is advantageously laminated, passing it between another pair of cylinders 43a-43b disposed on either side of the current collecting sheet 32. This operation is carried out if it is desired to reduce the thickness of the electrode strip, for example when the pressure exerted by the cylinders 42a-42b is not sufficient to achieve the desired thickness. Thus, it is easier to adjust the thickness of the electrode and perfect the adhesion between the different layers of the stack.
5 Une autre étape optionnelle du procédé de fabrication consiste à coller contre la bande d'électrode multicouche une feuille de séparateur 33, en préparation de l'assemblage des électrodes positive et négative de l'accumulateur. La feuille de séparateur 33 est, de préférence, une bande de type AGM provenant d'un rouleau 302. Elle est plaquée contre la bande d'électrode au moyen d'une paire de cylindres 10 de calandrage 44a-44b. Pour faciliter son conditionnement, la bande d'électrode (avec ou sans séparateur AGM 33) peut être également enroulée en une bobine 303 immédiatement après sa fabrication.Another optional step of the manufacturing process is to glue a separator sheet 33 against the multilayer electrode strip in preparation for the assembly of the positive and negative electrodes of the accumulator. The separator sheet 33 is preferably an AGM-type strip from a roll 302. It is pressed against the electrode strip by means of a pair of calendering rolls 44a-44b. To facilitate its packaging, the electrode strip (with or without AGM separator 33) can also be wound into a coil 303 immediately after its manufacture.
15 Une fois la bobine d'électrode 303 bloquée ou immobilisée, elle peut être enroulée avec un adhésif, puis mise en étuve à 60-120°C pendant 12-24 heures afin de sécher et cuire la pâte de matériau actif.Once the electrode coil 303 is locked or immobilized, it can be rolled up with an adhesive, then put in an oven at 60-120 ° C for 12-24 hours in order to dry and bake the paste of active material.
20 Ce procédé de fabrication d'électrode permet de déposer, rapidement et avec une bonne précision (+1- 50 pm), deux couches de pâte de matériau actif de part et d'autre d'une feuille collectrice de courant. Ainsi, on peut produire en grande quantité et à moindre coût des électrodes pour batterie de grande capacité, ayant une épaisseur totale comprise entre 100 pm et 1000 pm, et de préférence entre 200 pm 25 et 600 pm. Utiliser les feuilles de papier d'empattage comme support de la pâte de matériau actif, plutôt que le collecteur de courant, rend plus facile l'étape d'empattage et permet un meilleur contrôle de l'épaisseur des couches de matériau actif. Ainsi, 30 comparé aux procédés de fabrication d'électrodes de l'art antérieur, notamment celui décrit dans le brevet US4606982, il est plus facile d'atteindre des couches de pâte d'épaisseur identique des deux côtés du collecteur de courant, et donc d'obtenir une meilleure utilisation du matériau actif. Enfin, le fait de travailler simultanément avec 3021810 32 les deux faces de l'électrode permet un gain en termes de productivité. Sur la figure 11, chaque dispositif d'enduction 41a-41b comporte un réservoir de pâte 410, un cylindre d'étalement 411 et au moins un mélangeur 412 disposés dans 5 le réservoir 410. En outre, une racle 413 est disposée en sortie du dispositif d'enduction pour ajuster l'épaisseur de la couche de pâte déposée sur la feuille de papier en mouvement. La pâte de matériau actif est donc, dans ce mode de mise en oeuvre de l'étape d'empattage, étalée sur chacune des feuilles de papier 30a et 30b au moyen du cylindre d'étalement 411 et lissée grâce à la racle 413.This electrode manufacturing method makes it possible to deposit, quickly and with good accuracy (+ 1-50 μm), two layers of active material paste on either side of a current collecting sheet. Thus, large battery electrodes having a total thickness of between 100 μm and 1000 μm, and preferably between 200 μm and 600 μm, can be produced in large quantities and at low cost. Using the sheets of stripping paper as a support for the active material paste, rather than the current collector, makes the step of the stripping easier and allows better control of the thickness of the layers of active material. Thus, compared to the prior art electrode manufacturing methods, especially that described in US Pat. No. 4,606,982, it is easier to achieve layers of paste of identical thickness on both sides of the current collector, and therefore to obtain a better use of the active material. Finally, the fact of working simultaneously with both faces of the electrode allows a gain in terms of productivity. In FIG. 11, each coating device 41a-41b comprises a dough tank 410, a spreading cylinder 411 and at least one mixer 412 disposed in the tank 410. In addition, a squeegee 413 is disposed at the outlet of the coating device for adjusting the thickness of the layer of dough deposited on the moving paper sheet. The paste of active material is, in this embodiment of the etching step, spread on each of the paper sheets 30a and 30b by means of the spreading roller 411 and smoothed by means of the doctor blade 413.
10 Dans une variante de mise en oeuvre représentée aux figures 12A à 12C, la pâte de matériau actif est déposée sur les feuilles de papier d'empattage 30a-30b sous la forme de cordons 31' rectilignes. Les dispositifs d'enduction 41a-41b comportent à cet effet une pluralité de buses d'enduction 414, au lieu du cylindre d'étalement 411 15 et de la racle 413. De préférence, les buses 414 sont alignées perpendiculairement au sens de déplacement des bandes de papier 30a-30b, symbolisé par les flèches 45, de sorte que les cordons de pâte 31' soient parallèles entre eux. Les buses 414 sont alimentées en pâte de matériau actif par le réservoir 410.In an alternative embodiment shown in Figs. 12A-12C, the active material paste is deposited on the strapping paper sheets 30a-30b in the form of rectilinear strands 31 '. For this purpose, the coating devices 41a-41b comprise a plurality of coating nozzles 414, instead of the spreading roll 411 and the doctor blade 413. Preferably, the nozzles 414 are aligned perpendicular to the direction of movement of the rollers 414. strips of paper 30a-30b, symbolized by the arrows 45, so that the dough strips 31 'are parallel to each other. The nozzles 414 are fed with paste of active material through the tank 410.
20 Lors de l'étape de collage des feuilles de papier 30a-30b sur le collecteur 32, une pression est exercée sur chaque feuille de papier (au moyen des cylindres de calandrage 42a-42b) (cf. Figs.12B-12C). Alors, les cordons de pâte 31' s'étalent et se joignent pour former les couches de pâte 31a-31b.In the step of gluing the sheets of paper 30a-30b to the manifold 32, pressure is exerted on each sheet of paper (by means of the calendering rolls 42a-42b) (see Figs.12B-12C). Then, the dough strands 31 'spread and join to form the dough layers 31a-31b.
25 Cette variante de mise en oeuvre est plus adaptée aux pâtes de forte viscosité que la méthode dite du « Doctor Blade » représentée sur la figure 11. Comme la vitesse de défilement des feuilles de papier 30a-30b et le flux de pâte dans les buses 414 sont constants, on peut contrôler précisément la charge de pâte (i.e. le grammage par unité de surface) déposée sur chaque feuille. En outre, cette technique permet 30 d'interrompre plus facilement, c'est-à-dire à tout moment, le dépôt de pâte de matériau actif. Cela est particulièrement avantageux lorsqu'on souhaite qu'une extrémité des feuilles de papier, et donc de la bande d'électrode, ne soit pas recouverte de pâte. Par exemple, dans un assemblage d'électrodes en spirale 3021810 33 (cf. Fig.3A), il est inutile de déposer du matériau sur la face de l'électrode tournée vers l'extérieur de l'enroulement, car cette surface (appartenant à l'électrode positive 2 dans l'exemple représenté) fait face au boîtier cylindrique (non représenté) de l'accumulateur, plutôt qu'à l'électrode de polarité opposée. Du matériau actif sur 5 cette surface ne participerait pas aux réactions électrochimiques. Il convient donc de ne pas en déposer, par souci d'économie et pour ne pas alourdir inutilement l'accumulateur en spirale. L'étape d'assemblage des électrodes positive et négative consiste à plaquer les 10 électrodes l'une contre l'autre, en les séparant d'au moins une feuille de matériau poreux et électriquement isolant, et à mettre en forme l'empilement qui résulte de ce placage, par exemple par pliage, découpage, enroulement... Au cours de cette étape d'assemblage, on peut également procéder à la mise en forme des éléments de connexion de l'électrode. Toutes ces opérations peuvent d'ailleurs être réalisées au 15 sein d'un même équipement d'assemblage. La figure 12 représente un mode de mise en oeuvre préférentiel de l'étape d'assemblage d'un accumulateur en spirale, dans lequel l'électrode négative 1 et l'électrode positive 2 ont la forme de bandes continues et flexibles, fournies 20 respectivement par des bobines de stockage 303 et 303'. Les bobines 303 et 303', qui sont chargées dans l'équipement, contiennent chacune un enroulement d'une seule électrode, positive ou négative. Par exemple, la bobine inférieure 303 contient la bande d'électrode négative 1, tandis que la bobine 25 supérieure 303' contient la bande d'électrode positive 2. La bobine 303 d'électrode négative et la bobine 303' d'électrode positive ont, de préférence, été produites au cours de l'étape de la figure 11. Une feuille de séparateur 3 est collée à chaque électrode, au moyen du matériau 30 actif de l'électrode. Ce collage peut avoir été réalisé immédiatement après la fabrication de l'électrode, comme cela a été mentionné précédemment en relation avec la figure 11. Les feuilles de séparateur 3 sont alors contenues dans les bobines 303 et 303'. Une alternative consiste à fournir quatre bobines (au lieu de deux) : deux 3021810 34 bobines contenant uniquement les bandes d'électrode positive et négative et deux bobines supplémentaires pour les feuilles de séparateur. Les quatre bobines sont déroulées simultanément deux à deux, chaque feuille de séparateur étant laminée sur une bande d'électrode.This variant embodiment is more suitable for high viscosity pastes than the so-called "Doctor Blade" method shown in FIG. 11. As the speed of travel of the sheets of paper 30a-30b and the flow of paste in the nozzles 414 are constant, one can precisely control the dough load (ie the basis weight per unit area) deposited on each sheet. In addition, this technique makes it easier to interrupt, that is to say at any time, the deposition of active material paste. This is particularly advantageous when it is desired that one end of the paper sheets, and therefore of the electrode strip, is not covered with paste. For example, in a spiral electrode assembly 3021810 33 (see FIG. 3A), it is unnecessary to deposit material on the face of the electrode turned towards the outside of the winding, since this surface (belonging to at the positive electrode 2 in the example shown) faces the cylindrical housing (not shown) of the accumulator, rather than the opposite polarity electrode. Active material on this surface would not participate in the electrochemical reactions. It should therefore not be deposited, for the sake of economy and not to unnecessarily burden the spiral accumulator. The step of assembling the positive and negative electrodes consists in pressing the electrodes against each other, separating them from at least one sheet of porous and electrically insulating material, and shaping the stack which As a result of this plating, for example by folding, cutting, winding ... During this assembly step, it is also possible to shape the connection elements of the electrode. All these operations can also be performed within the same assembly equipment. FIG. 12 shows a preferred embodiment of the step of assembling a spiral accumulator, in which the negative electrode 1 and the positive electrode 2 have the form of continuous and flexible bands, respectively provided by storage coils 303 and 303 '. The coils 303 and 303 ', which are loaded into the equipment, each contain a winding of a single electrode, positive or negative. For example, the lower coil 303 contains the negative electrode strip 1, while the upper coil 303 'contains the positive electrode strip 2. The negative electrode coil 303 and the positive electrode coil 303' have Preferably, it has been produced in the step of FIG. 11. A separator sheet 3 is adhered to each electrode by means of the active material of the electrode. This bonding may have been carried out immediately after the manufacture of the electrode, as mentioned previously in connection with FIG. 11. The separator sheets 3 are then contained in the coils 303 and 303 '. An alternative is to provide four coils (instead of two): two coils containing only the positive and negative electrode strips and two additional coils for the separator sheets. The four coils are unwound simultaneously in pairs, each separator sheet being laminated on an electrode strip.
5 Au fur et à mesure que les bobines 303 et 303' sont déroulées, les bandes d'électrode 1 et 2 progressent dans la machine d'assemblage et sont traitées en parallèle l'une de l'autre. Ce traitement comporte notamment le brossage et le découpage des portions d'électrode dépourvues de matériau actif, pour former les 10 languettes de connexion sur chacune des électrodes. Chaque couple électrode-séparateur peut éventuellement passer entre une paire de cylindres de laminage 45, afin de réduire son épaisseur.As the coils 303 and 303 'are unwound, the electrode strips 1 and 2 progress in the assembly machine and are processed in parallel with each other. This treatment comprises in particular the brushing and cutting of the electrode portions devoid of active material, to form the connection tabs on each of the electrodes. Each electrode-separator pair may optionally pass between a pair of rolling rolls 45, in order to reduce its thickness.
15 Puis, les bandes d'électrodes 1 et 2 sont plaquées l'une contre l'autre, en interposant entre elles l'une des deux feuilles 3 de matériau poreux. Pour se faire, les bandes d'électrodes 1-2 et leurs feuilles de séparateur 3 associées sont introduites entre deux cylindres de calandrage 46.Then, the electrode strips 1 and 2 are pressed against each other, interposing between them one of the two sheets 3 of porous material. In order to do this, the electrode strips 1-2 and their associated separator sheets 3 are introduced between two calendering rolls 46.
20 Enfin, l'empilement des électrodes 1-2 et des feuilles de séparateur 3 est enroulé sur lui-même, de sorte à comprimer le matériau poreux. Au cours de cette opération, le matériau poreux de la feuille 3 disposée entre les deux bandes d'électrodes 1-2 s'imprègne des matériaux actifs positif et négatif, ce qui lie définitivement les deux électrodes. Avantageusement, les feuilles 3 en matériau poreux sont partiellement 25 imprégnées d'eau lors de cette étape. Cela permet d'atteindre un niveau de compression élevé - et donc d'améliorer la durée de vie de l'accumulateur - car le matériau poreux est moins élastique en étant mouillé. Enfin, pour préserver la compression du matériau poreux, l'empilement peut être 30 tenu fermement enroulé par une bande adhésive ou un film plastique, avant d'être disposé dans un boîtier cylindrique. Pour assembler un accumulateur au plomb sous forme prismatique, on peut 3021810 procéder de façon analogue avec des bandes d'électrode selon un procédé « roll-toroll », sauf à coller les deux feuilles de matériau poreux de part et d'autre d'une même électrode, par exemple l'électrode négative. Puis, plutôt que de plaquer les électrodes l'une contre l'autre, l'empilement de l'électrode négative et des 5 séparateurs est plié à plusieurs reprises tandis que l'électrode positive est découpée en plusieurs portions. Chaque portion d'électrode positive est ensuite disposée sous un pli de l'empilement. La compression du matériau poreux des séparateurs intervient lorsque les électrodes positive et négative ainsi assemblées sont introduites dans le boîtier, cette fois en forme de parallélépipède rectangle.Finally, the stack of electrodes 1-2 and separator sheets 3 is wound on itself, so as to compress the porous material. During this operation, the porous material of the sheet 3 disposed between the two electrode strips 1-2 impregnates positive and negative active materials, which definitively binds the two electrodes. Advantageously, the sheets 3 of porous material are partially impregnated with water during this step. This makes it possible to achieve a high level of compression - and thus to improve the life of the accumulator - because the porous material is less elastic while being wet. Finally, to preserve the compression of the porous material, the stack can be held firmly wrapped by an adhesive tape or a plastic film, before being placed in a cylindrical housing. To assemble a lead-acid accumulator in prismatic form, it is possible to proceed analogously with electrode strips according to a "roll-toroll" method, except for bonding the two sheets of porous material on either side of a same electrode, for example the negative electrode. Then, instead of pressing the electrodes against each other, the stack of the negative electrode and the separators is repeatedly bent while the positive electrode is cut into several portions. Each positive electrode portion is then disposed under a fold of the stack. Compression of the porous material of the separators occurs when the positive and negative electrodes thus assembled are introduced into the housing, this time in the shape of a rectangular parallelepiped.
10 Le procédé de fabrication d'électrode de la figure 11 et l'étape d'assemblage de la figure 12 sont évidemment applicables à la technologie d'accumulateur au plomb décrite en relation avec les figures 1 à 6, en utilisant notamment une feuille collectrice en titane pour l'électrode positive et une feuille collectrice en carbone pour 15 l'électrode négative. Il s'en suit alors une étape d'activation des électrodes, où la pâte de NAM et la pâte de PAM à base de PbO sont converties en sulfate de plomb PbSO4, après quoi l'accumulateur peut être utilisé normalement (en commençant par une charge de formation).The electrode manufacturing method of FIG. 11 and the assembly step of FIG. 12 are obviously applicable to the lead accumulator technology described in connection with FIGS. 1 to 6, in particular by using a collector sheet. titanium for the positive electrode and a carbon collector foil for the negative electrode. It then follows an electrode activation step, where the NAM paste and the PbO-based PAM paste are converted to lead sulfate PbSO4, after which the accumulator can be used normally (starting with a Training Officer).
20 On notera cependant que le procédé de fabrication de la figure 11 peut être utilisé pour former d'autres types d'électrodes. Parmi les exemples de batteries possibles, on peut citer : - Ni-MH avec une pâte d'oxyde de nickel et suspension à base d'un alliage multi-composants pulvérulent ; 25 - Ni-Cd avec oxyde ou hydroxyde de nickel d'un côté et Cd(OH)2 de l'autre - Ni-Zn avec oxyde ou hydroxyde de nickel d'un côté et oxyde de zinc de l'autre ; et - Zn-Ag avec argent pulvérulent et oxyde de zinc ; Les feuilles collectrices de courant sont en cuivre, nickel, acier, plomb ou aluminium 30 selon les applications. Le procédé de la figure 11 permet aussi la formation d'électrodes pour des supercondensateurs, tel que C/Pb02 (« supercapacitor hybrid ») avec suspension de 3021810 36 carbone et pâte à base de Pb02, H2SO4 et d'eau.It will be appreciated, however, that the manufacturing method of FIG. 11 can be used to form other types of electrodes. Among the examples of possible batteries, mention may be made of: Ni-MH with a nickel oxide paste and suspension based on a multi-component powdery alloy; Ni-Cd with nickel oxide or hydroxide on one side and Cd (OH) 2 on the other side - Ni-Zn with nickel oxide or hydroxide on one side and zinc oxide on the other side; and Zn-Ag with powdered silver and zinc oxide; The current collector sheets are copper, nickel, steel, lead or aluminum depending on the applications. The process of FIG. 11 also allows the formation of electrodes for supercapacitors, such as C / PbO 2 ("supercapacitor hybrid") with carbon suspension and PbO 2, H 2 SO 4 and water paste.
Claims (12)
Priority Applications (5)
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