FR3158385A3 - Cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur - Google Patents

Cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur

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Abstract

Cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur L’invention concerne une cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, constituée de plusieurs unités de batterie (20) empilées, chacune constituée d'un système électrochimique (201) formé par le serrage de deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) et encapsulé par les couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) et un adhésif structural (26) entourant le système électrochimique (201), les côtés des couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) se trouvant en contact avec les revêtements isolants (30) étant isolés et un adhésif thermoconducteur (40) se trouvant en contact avec les revêtements isolants (30) et les adhésifs structuraux (26) étant en outre ajouté, ce par quoi les unités de batterie (20) fournissent un meilleur effet d'isolation et de dissipation de la chaleur. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 6C

Description

Cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur Domaine de l'invention
La présente invention concerne une cellule de batterie et, en particulier, une cellule de batterie qui est constituée d'unités de batterie entièrement et individuellement encapsulées et dont les côtés sont pourvus de revêtements isolants et d'un adhésif thermoconducteur.
État antérieur de la technique
Ces dernières années, avec le développement rapide de différents domaines tels que les domaines des produits électroniques portables/des véhicules électriques/des centrales de stockage d'énergie, les exigences élevées pour les dispositifs de stockage d'énergie avec une densité de stockage d'énergie élevée et un haut niveau de protection de l'environnement ont été constamment augmentées. Les batteries secondaires ioniques sont devenues le premier choix. Différentes batteries secondaires ont également été développées, telles que les batteries secondaires au lithium-ion, les batteries secondaires au magnésium-ion et les batteries secondaires au sodium-ion. Dans la pratique, une cellule de batterie est généralement formée par l'empilement uniaxial d'unités de batterie planes et de connexions électriques appropriées, de manière à obtenir une capacité suffisante pouvant être utilisée pour différents appareils.
La méthode traditionnelle de connexion en série prévoit notamment que la connexion s'effectue par les bornes de contact électriquement conductrices situées sur le côté extérieur de la cellule de batterie, en utilisant un film rétractable pour l'encapsulation et l'isolation. Toutefois, comme le film rétractable n'a qu'un effet isolant et ne présente aucune capacité de dissipation de la chaleur, l'effet de dissipation de la chaleur de l'ensemble de la cellule de batterie est fortement réduit. Parallèlement, cette structure réduit également la densité énergétique de la cellule de batterie, car des mécanismes externes tels que des bornes de contact électriquement conductrices occupent une certaine place. En même temps, la résistance interne de la cellule de batterie est augmentée par la présence de bornes de contact électriquement conductrices et d'autres mécanismes. Il est certes possible d'utiliser de l'adhésif thermoconducteur pour dissiper la chaleur de la cellule de batterie, mais celui-ci ne peut pas dissiper directement la chaleur des unités internes de la batterie, où la chaleur réelle est produite, car l'adhésif thermoconducteur n'est en contact qu'avec la surface extérieure de la cellule de batterie. L'effet de dissipation de la chaleur est donc assez limité.
L'invention a pour but de résoudre les problèmes mentionnés ci-dessus et de proposer une nouvelle cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur.
Objectif de l'invention
L'objectif principal de la présente invention est de proposer une cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, dans laquelle un adhésif conducteur de chaleur et des revêtements isolants sont disposés sur les côtés des couches collectrices de courant d'électrode des unités de batterie empilées, afin de réduire considérablement la résistance thermique entre la cellule de batterie et les contacts extérieurs et d'améliorer ainsi l'efficacité de dissipation de la chaleur des unités de batterie.
La présente invention concerne une cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, qui comporte plusieurs unités de batterie empilées, dans lesquelles des couches collectrices de courant d'électrode de polarité différente sont en contact et sont empilées, des revêtements isolants appliqués sur les côtés des couches collectrices de courant d'électrode et un adhésif thermoconducteur entourant les côtés de la cellule de batterie, chaque unité de batterie étant un module complet et indépendant et comportant deux couches collectrices de courant d'électrode et un système électrochimique disposé entre les deux couches collectrices de courant d'électrode et présentant un système électrolytique, un adhésif structural étant disposé à chaque fois entre deux couches collectrices de courant d'électrode et entourant le système électrochimique correspondant, les revêtements isolants étant disposés entre des adhésifs structuraux adjacents et recouvrant chacun les côtés des deux couches collectrices de courant d'électrode correspondantes afin d'isoler les côtés des couches collectrices de courant d'électrode, puis un adhésif thermoconducteur étant ajouté pour entourer les côtés de la cellule de batterie et recouvrir les adhésifs structuraux et les revêtements isolants. En même temps, l'adhésif thermoconducteur contient des particules thermoconductrices capables de dissiper la chaleur directement à partir des unités de batterie afin de réduire considérablement la résistance thermique de contact entre les unités de batterie et le boîtier, améliorant ainsi l'efficacité de dissipation de la chaleur des unités de batterie. En outre, les particules de l'adhésif thermoconducteur ont au moins deux tailles de particule différentes afin d'obtenir un effet d'empilement dense et d'améliorer ainsi encore la résistance aux forces extérieures.
Ainsi, la présente invention a d’abord pour objet une cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, ladite cellule comportant :
  • plusieurs unités de batterie qui sont empilées sur un seul axe et comportent chacune ce qui suit :
    • deux couches collectrices de courant d'électrode qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre ;
    • un système électrochimique, qui est disposé entre les deux couches collectrices de courant d'électrode ;
    • un adhésif structural, qui est disposé entre les deux couches collectrices de courant d'électrode et qui entoure le système électrochimique ; et
  • deux revêtements isolants, qui recouvrent chacun les côtés des deux couches collectrices de courant d'électrode ; et
  • un adhésif thermoconducteur, qui entoure les côtés des unités de batterie et recouvre les adhésifs structuraux et les revêtements isolants et comporte des particules thermoconductrices, les particules ayant au moins deux tailles de particule différentes.
Conformément à d’autres caractéristiques facultatives particulières :
- l'adhésif structural et les deux couches collectrices de courant d'électrode servent de structure d'encapsulation d'une unité de batterie, de telle sorte que, dans une unité de batterie, seul un transfert de charge a lieu, mais qu'il n'y a pas de réaction électrochimique, et donc que les systèmes électrolytiques du système électrochimique ne sont pas reliés entre eux de manière continue ; et/ou
- l'adhésif structural fait saillie des deux couches collectrices de courant d'électrode ; et/ou
- les revêtements isolants s'étendent en outre jusqu'aux côtés des adhésifs structuraux ; et/ou
- les adhésifs structuraux font en outre saillie des revêtements isolants ; et/ou
- l'adhésif thermoconducteur remplit en outre les renfoncements qui sont formés par les adhésifs structuraux des unités de batterie, lesquels font saillie des couches collectrices de courant d'électrode ; et/ou
- les unités de batterie sont disposées décalées les unes par rapport aux autres, les revêtements isolants pénétrant dans l'espace entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode empilées adjacentes pour fermer les espaces exposés, se trouvant entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode adjacentes, et les bords latéraux ; et/ou
- les revêtements isolants s'étendent en outre jusqu'aux côtés des adhésifs structuraux ; et/ou
- un revêtement isolant respectif contient des particules isolantes inorganiques, la taille de particule des particules isolantes inorganiques étant inférieure à la taille de particule des particules se trouvant dans l'adhésif thermoconducteur et présentant la conductivité thermique ; et/ou
- l'adhésif thermoconducteur contient de la poudre de métal ou d'oxyde métallique.
Afin de mieux comprendre les problèmes, le contenu technique, les caractéristiques et les effets avantageux de la présente invention, des exemples concrets de réalisation sont décrits en détail ci-après.
FIG. 1montre une vue schématique de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 1montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 2montre une vue schématique d'une unité de batterie de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 2montre une vue éclatée schématique d'une unité de batterie de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 3montre une vue schématique des unités de batterie empilées de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 3montre une vue schématique de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, dans laquelle les unités de batterie empilées sont pourvues de revêtements isolants supplémentaires ;
FIG. 4montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation des revêtements isolants de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 4montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation des revêtements isolants de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 5montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation d'une unité de batterie de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 6montre une vue schématique dans laquelle la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est constituée des unités de batterie représentées à laFIG. 5;
FIG. 6montre une vue schématique dans laquelle la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est constituée des unités de batterie représentées à laFIG. 5;
FIG. 6montre une vue schématique dans laquelle la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est constituée des unités de batterie représentées à laFIG. 5;
FIG. 6montre une vue schématique dans laquelle la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est constituée des unités de batterie représentées à laFIG. 5;
FIG. 7montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation des revêtements isolants de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 7montre une vue schématique d'un autre exemple de réalisation des revêtements isolants de la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur ;
FIG. 8montre une vue schématique d'un exemple de réalisation dans lequel la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est appliquée à une batterie prismatique ;
FIG. 9montre un diagramme schématique de comparaison des températures d'une expérience dans laquelle la cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, est appliquée à une batterie prismatique.
Description détaillée des exemples de réalisation
Afin de mieux faire comprendre les avantages, la nature et les caractéristiques de la présente invention, des exemples de réalisation sont décrits en détail ci-après avec référence aux dessins annexés. La présente invention est décrite en référence à des exemples de réalisation donnés et en référence à des dessins donnés, mais l'invention n'est pas limitée à ceux-ci. Ces exemples de réalisation ne sont fournis que dans le but de rendre la présente divulgation plus approfondie et plus facile à comprendre.
La terminologie utilisée ici sert uniquement à décrire des exemples de réalisation donnés et ne doit pas limiter l'idée générale de l'invention. Sauf définition contraire, tous les termes utilisés dans le présent document (y compris les termes techniques et scientifiques) ont le même sens que celui qu'une personne du métier de qualification moyenne, spécialisée dans le domaine auquel appartiennent les exemples de réalisation, leur attribue. Il convient également de préciser que les expressions, par exemple celles définis dans des dictionnaires d'usage courant, doivent être interprétées comme ayant le sens cohérent avec leur signification dans le contexte de la technique concernée, et non dans un sens idéalisé ou excessivement formel, à moins que cela ne soit expressément défini dans la présente description.
Dans l'ensemble de cette description, une référence à "un seul mode de réalisation" ou à "tout mode de réalisation" signifie qu'une fonction, une structure ou une propriété décrite dans le contexte du mode de réalisation est incluse dans au moins un mode de réalisation de la présente invention. Ainsi, les expressions "dans un seul mode de réalisation" ou "dans tout mode de réalisation" utilisées à différents endroits de la présente description ne se rapportent pas nécessairement toutes au même mode de réalisation, mais peuvent se rapporter à différents modes de réalisation. En outre, comme une personne ayant des connaissances techniques moyennes peut le constater dans la présente invention, les différentes fonctions, structures ou caractéristiques peuvent être combinées de manière appropriée dans un ou plusieurs modes de réalisation.
Il sera fait référence à laFIG. 1. La cellule de batterie selon l'invention, avec des adhésifs structuraux 10 disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, comporte plusieurs unités de batterie 20 empilées le long d'un axe, les côtés des unités de batterie 20 étant revêtus de revêtements isolants 30 et d'un adhésif thermoconducteur 40, et chaque unité de batterie 20 étant un module complet et autonome. La cellule de batterie 10 peut être placée dans un boîtier pour servir d'unité d'alimentation électrique, comme une batterie prismatique. Une unité de batterie 20 est décrite ci-après.
Il sera fait référence aux Figures 2A et 2B. L'unité de batterie 20 comporte deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, un système électrochimique 201 et un adhésif structural 26, le système électrochimique 201 comportant une couche de séparation 21, deux couches de matériau actif 22, 23 disposées sur deux côtés de la couche de séparation 21, et un système électrolytique transférant les ions réactifs des couches de matériau actif 22, 23. Le matériau choisi pour la couche de séparation 21 peut être un matériau isolant sans conductivité ionique ou un matériau avec conductivité ionique. Si le matériau choisi pour la couche de séparation 21 est un matériau isolant sans conductivité ionique, il présente des microtrous pour permettre aux ions de traverser la couche de séparation au moyen d'un milieu électrolytique. Si le matériau de la couche de séparation 21 ne présente pas lui-même de conductivité ionique, la couche de séparation 21 présente des microtrous pour permettre aux ions de traverser la couche de séparation au moyen d'un milieu électrolytique. La couche de séparation 21 est une couche poreuse de matériaux polymères ou de fibres de verre, une structure microporeuse formée par empilement ou frittage de matériaux céramiques particulaires, ou une combinaison de ces matériaux. Si le matériau de la couche de séparation 21 est un matériau conducteur d'ions, comme par exemple la poudre céramique d'un électrolyte solide oxydé, la couche de séparation 21 ne doit pas, dans ce cas, présenter de microtrous pour le transport des ions, mais le transport s'effectue par la propre interface solide/solide de l'électrolyte solide oxyde. Les microtrous peuvent se présenter sous la forme de trous traversants ou de trous sinueux (non linéaires et continus).
La poudre céramique formant la couche de séparation 21 peut être, dans la couche de séparation 21, un matériau isolant sans conductivité ionique ou un électrolyte solide oxyde avec conductivité ionique et sa gamme de taille de particules initiale peut être à l'échelle micrométrique ou nanométrique ou être un mélange de deux échelles très différentes, comme par exemple un mélange d'échelle micrométrique et d'échelle nanométrique. Si un matériau isolant sans conductivité ionique est choisi pour le matériau céramique, il peut être constitué de matériaux à l'échelle micrométrique ou nanométrique tels que le dioxyde de titane (TiO2), l'oxyde d'aluminium (I) (Al2O3), le dioxyde de silicium (SiO2), etc. ou de particules céramiques alkylées. Si l'on choisit pour la poudre céramique un électrolyte solide oxyde présentant une conductivité ionique, il peut s'agir par exemple d'oxyde de lithium–lanthane-zirconium (oxyde de lithium, de lanthane et de zirconium ; Li7La3Zr2O12; LLZO), de phosphate de lithium-aluminium-titane (LATP) et autres matériaux similaires. En outre, le matériau céramique utilisé dans la couche de séparation 21 peut être un mélange de matériau céramique isolant et d'électrolyte solide oxyde. Lorsque la couche de séparation est formée par empilement de la poudre céramique, elle peut en outre comporter un adhésif polymère tel que le poly(fluorure de vinylidène) (PVDF), le copolymère poly(fluorure de vinylidène)-hexafluoropropylène (PVDF-HFP), le polytétrafluoroéthylène (PTFE), l'adhésif acrylique (colle d’acide acrylique), la résine époxy, le poly(oxyde d'éthylène) (PEO), le polyacrylonitrile (PAN) et le polyimide (PI).
Le système électrolytique peut être un électrolyte liquide, colloïdal, solide, ou un électrolyte mélangé à partir de n'importe quelle combinaison de ceux-ci. Les couches de matériau actif 22, 23 sont séparées par la couche de séparation 21 située entre elles, les couches de matériau actif 22, 23, le système électrolytique et la couche de séparation 21 formant ensemble un système électrochimique 201. L'extraction ou l'apport/l'alliage des matériaux actifs des couches de matériau actif 22, 23 permet de convertir l'énergie chimique en énergie électrique (alimentation électrique) ou de convertir l'énergie électrique en énergie chimique et de la stocker dans le système (charge), les électrons générés pouvant être directement extraits des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25. Les matériaux des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 sont des matériaux conducteurs électroniques - le cuivre et l'aluminium sont courants. Bien entendu, les matériaux de celles-ci peuvent également être d'autres métaux tels que le nickel, l'étain, l'argent et l'or ou des alliages de métaux. Les matériaux des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 peuvent également être des matériaux polymères conducteurs.
Les couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 de l'unité de batterie 20 sont adaptées à l'adhésif structural 26 situé sur la périphérie et servent ensemble de structure d'encapsulation de l'unité de batterie 20 pour isoler le système électrochimique 201 de l'environnement extérieur. L'adhésif structural 26 est un matériau polymère, et hormis le fait qu'il puisse adhérer aux surfaces des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 et qu'il doive résister dans le système électrolytique, il n'est pas soumis à des contraintes particulières, une résine duroplastique étant préférée. Par exemple, le matériau de l'adhésif structural 26 peut être une résine époxy, du polyéthylène, du polypropylène, du polyuréthane, du polyimide thermoplastique, une résine de silicone, une résine acrylique, du gel de silice ou un adhésif durcissant aux UV. L'adhésif structural 26 est disposé à la périphérie entre les deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 et entoure le système électrochimique 201 (les couches de matériau actif 22, 23 et la couche de séparation 21 située entre elles), ses deux surfaces d'extrémité étant en même temps collées au moins partiellement aux deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25. L'adhésif structural 26 et les deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 encapsulent le système électrolytique entre les deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 sans fuite et ne communiquent pas avec les systèmes électrolytiques des autres unités de batterie 20. Par conséquent, une unité de batterie 20 est un module d'alimentation électrique autonome et complet, qui est formé par l'utilisation directe des deux couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 et de l'adhésif structural 26 comme structure d'encapsulation.
On se réfèrera maintenant à laFIG. 3. Pour former un circuit en série, les unités de batterie 20 sont empilées dans le même sens sur un seul axe. Comme le montre la figure, pour l'empilement, toutes les couches collectrices de courant d'électrode 24 d'une polarité sont orientées vers le haut et toutes les couches collectrices de courant d'électrode 25 de l'autre polarité sont orientées vers le bas. Il sera ensuite fait référence aux Figures 1A, 3A et 3B. Les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 sont revêtus de revêtements isolants 30 afin d'isoler les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 de l'environnement extérieur. L'adhésif thermoconducteur 40 est ensuite appliqué. Comme le montre laFIG. 3, des renfoncements ouverts 301 sont formés entre les couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 revêtues des revêtements isolants 30 et les adhésifs structuraux 26. Comme l'adhésif thermoconducteur 40 est appliqué sur le côté extérieur des revêtements isolants 30 et des adhésifs structuraux 26, il remplit également les renfoncements 301 et recouvre en même temps les revêtements isolants 30 et les adhésifs structuraux 26, ce qui améliore encore l'effet de dissipation de la chaleur. En ce qui concerne la cellule de batterie 10, dans les unités de batterie internes 20, les couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 forment une connexion interne en série par contact direct de surface. L'utilisation de cette connexion à grande surface permet de réduire la résistance interne et l'énergie thermique générée pendant le fonctionnement. Extérieurement, la couche collectrice de courant d'électrode 24 de l'unité de batterie 20 la plus haute et la couche collectrice de courant d'électrode 25 de l'unité de batterie 20 la plus basse servent de bornes de sortie, les bords étant recouverts par l'adhésif thermoconducteur 40, ce qui permet de réduire considérablement la résistance thermique entre la cellule de batterie 10 et les contacts extérieurs, et donc d'améliorer l'efficacité de dissipation de la chaleur de la cellule de batterie 10.
On se réfèrera à laFIG. 1. En outre, les revêtements isolants 30 peuvent également s'étendre jusqu'aux côtés de toutes les unités de batterie 20, c'est-à-dire qu'en plus de recouvrir les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, les revêtements isolants 30 recouvrent également les côtés des adhésifs structuraux 26. Ensuite, l'adhésif thermoconducteur 40 est appliqué sur les revêtements isolants 30.
On se réfèrera maintenant à laFIG. 4. Lorsque les unités de batterie 20 sont légèrement décalées les unes par rapport aux autres pendant le processus de revêtement des revêtements isolants 30 décrit ci-dessus, les revêtements isolants 30 pénètrent dans l'espace entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode empilées 24, 25 adjacentes afin de fermer les espaces exposés et les bords latéraux entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode empilées 24, 25 et d'empêcher l'adhésif thermoconducteur 40 appliqué ensuite d'entrer en contact avec les couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 à travers les espaces. Comme le montre laFIG. 4, les revêtements isolants 30 peuvent également s'étendre jusqu'aux côtés de toutes les unités de batterie 20, c'est-à-dire qu'en plus de recouvrir les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, les revêtements isolants 30 recouvrent également les côtés des adhésifs structuraux 26. L'adhésif thermoconducteur 40 est ensuite appliqué sur les revêtements isolants 30.
En plus de remplir les renfoncements 301 et de recouvrir les revêtements isolants 30 et les adhésifs structuraux 26 par le procédé de revêtement susmentionné, on peut en outre former l'adhésif thermoconducteur 40 par trempage sur le côté extérieur des revêtements isolants 30 et des adhésifs structuraux 26 après l'application des revêtements isolants 30.
Dans ce cas, les revêtements isolants 30 peuvent être constitués de particules isolantes inorganiques et leur matériau peut être du carbure de silicium (SiC), de l'oxyde d'aluminium (Al2O3), du carbure de bore (B4C), du nitrure de silicium (Si3N4) ou du nitrure de titane (TiN), etc. L'adhésif thermoconducteur 40 est constitué d'un matériau amorphe remplissant les espaces et présentant une capacité certaine à se déformer sous l'effet d'une charge, comme par exemple un silicone thermoconducteur, un gel thermoconducteur ou une pâte isolante thermoconductrice. Par rapport aux revêtements isolants 30, l'adhésif thermoconducteur présente une meilleure conductivité thermique, tout en permettant l'addition de poudres à haute capacité de transfert thermique, comme par exemple des poudres de zinc, d'aluminium et d’autres métaux ou oxydes métalliques.
En ce qui concerne la taille des particules de matériau, un revêtement isolant respectif 30 peut être un revêtement composé de particules isolantes inorganiques de l'ordre du nanomètre, tandis que l'adhésif thermoconducteur 40 est composé de particules ayant une conductivité thermique élevée, la taille des particules de l'adhésif thermoconducteur 40 ayant la conductivité thermique étant supérieure à la taille de particule des particules isolantes inorganiques des revêtements isolants 30. Par exemple, la taille de particule des particules présentant la conductivité thermique de l'adhésif thermoconducteur 40 est de l'ordre du micromètre, l'adhésif thermoconducteur contenant au moins deux poudres de tailles différentes pour obtenir un effet d'empilement dense. L'adhésif thermoconducteur 40 de taille micrométrique et empilé de manière dense permet d'obtenir une rigidité adéquate afin d'améliorer la résistance de la cellule de batterie 10 aux forces extérieures. Les particules isolantes inorganiques des revêtements isolants 30 présentent une taille de particule plus petite, ce qui permet de former une surface plus dense et plus isolante sur les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, et donc de réduire l'épaisseur requise d'un revêtement isolant 30 respectif afin d'augmenter la proportion de l'adhésif thermoconducteur 40 et d'améliorer ainsi l'efficacité de la dissipation de la chaleur de la cellule de batterie 10.
Il sera maintenant fait référence à laFIG. 5. En outre, un adhésif structural 26 respectif peut être conçu pour faire saillie des côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 afin d'éviter un contact inapproprié des bords rugueux des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 ou un contact inapproprié des couches collectrices de courant d'électrode en raison d'une flexion ou d'un mauvais alignement entre les unités de batterie 20, ce qui entraînerait sinon un court-circuit. Il sera fait référence aux Figures 6A et 6B. Une fois les unités de batterie 20 empilées, elles sont isolées en recouvrant les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 par les revêtements isolants 30. Dans ce cas, les adhésifs structuraux 26 dépassent des revêtements isolants 30, comme le montre laFIG. 6. Comme les adhésifs structuraux 26 dépassent des côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25 et des revêtements isolants 30, des renfoncements 301 sont formés entre les adhésifs structuraux 26. L'adhésif thermoconducteur 40 est ensuite appliqué et remplit les renfoncements 301, l'adhésif thermoconducteur 40 recouvrant en même temps les revêtements isolants 30 et les adhésifs structuraux 26 afin d'améliorer encore l'effet de dissipation de la chaleur. En plus de remplir les renfoncements 301 et de recouvrir les revêtements isolants 30 et les adhésifs structuraux 26 par le procédé de revêtement susmentionné, l'adhésif thermoconducteur 40 peut également être formé par trempage après l'application des revêtements isolants 30. Comme illustré à laFIG. 6, les revêtements isolants 30 peuvent également s'étendre jusqu'aux côtés de toutes les unités de batterie 20, c'est-à-dire qu'en plus de recouvrir les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, les revêtements isolants 30 recouvrent également les côtés des adhésifs structuraux 26. L'adhésif thermoconducteur 40 est ensuite appliqué sur les revêtements isolants 30.
Il sera maintenant fait référence à laFIG. 7. Si, pendant le processus d'application des revêtements isolants 30 décrits ci-dessus, les unités de batterie 20 sont légèrement décalées les unes par rapport aux autres, les revêtements isolants 30 pénètrent dans l'espace entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode empilées 24, 25 adjacentes afin de fermer les espaces exposés et les bords latéraux entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode empilées 24, 25 et d'empêcher l'adhésif thermoconducteur 40 appliqué ensuite d'entrer en contact avec les couches collectrices de courant d'électrodes 24, 25 à travers les espaces. Comme le montre laFIG. 7, les revêtements isolants 30 peuvent également s'étendre jusqu'aux côtés de toutes les unités de batterie 20, c'est-à-dire qu'en plus de recouvrir les côtés des couches collectrices de courant d'électrode 24, 25, le revêtement isolant 30 recouvre également les côtés des adhésifs structuraux 26. L'adhésif thermoconducteur 40 est ensuite appliqué sur les revêtements isolants 30.
Afin de vérifier les performances de dissipation de la chaleur de la présente invention, un test de simulation a été réalisé sur une batterie prismatique formée en plaçant dans un boîtier 50 (voirFIG. 8) la cellule de batterie selon l'invention avec des adhésifs structuraux 10 disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, la différence de température entre le boîtier 50 et les côtés des unités de batterie 20 étant calculée à des fins de vérification. En particulier, la différence de température peut être calculée à l'aide de la formule suivante :
où ΔX est la distance entre deux points d'échantillonnage (m), qx/A, le flux thermique (W/m2) et K, le coefficient de conductivité thermique effectif (W/m K).
On se réfèrera à laFIG. 9, qui montre la courbe de différence de température calculée par cette simulation. On voit clairement qu'au fil du temps, la température (la différence de température) obtenue en utilisant la structure selon l'invention est nettement inférieure à la différence de température de la structure classique. En d'autres termes, la différence de température entre le boîtier et les côtés des unités de batterie de la présente invention est inférieure à la différence de température entre le boîtier et les côtés des unités de batterie de la structure classique. Par rapport à la structure classique, l'énergie thermique accumulée par les unités de batterie situées dans le boîtier peut être transférée dans le boîtier par l'adhésif thermoconducteur pour dissiper la chaleur, ce qui améliore l'efficacité de la dissipation de la chaleur des unités de batterie.
En résumé, la présente invention concerne une cellule de batterie avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, dans lequel la résistance est réduite en empilant directement les couches collectrices de courant d'électrode à l'intérieur et la densité d'énergie totale est augmentée en omettant les bornes de contact électriquement conductrices externes, tout en revêtant simultanément les côtés des couches collectrices de courant d'électrode par les revêtements isolants pour isoler les côtés des couches collectrices de courant d'électrode et réduire le risque d'un court-circuit lors de la connexion interne en série. Ensuite, l'adhésif thermoconducteur est versé dans les renfoncements situés entre les revêtements isolants et les adhésifs structuraux et recouvre simultanément les revêtements isolants et les adhésifs structuraux. En même temps, l'adhésif thermoconducteur contient des particules thermoconductrices capables de dissiper directement la chaleur des unités de batterie afin de réduire considérablement la résistance thermique de contact entre les unités de batterie et le boîtier, améliorant ainsi l'efficacité de dissipation de la chaleur des unités de batterie. En outre, les particules de l'adhésif thermoconducteur ont au moins deux tailles de particule différentes afin d'obtenir un effet d'empilement dense et d'améliorer ainsi encore la résistance aux forces extérieures.
La description ci-dessus ne représente que des exemples de réalisation préférés de l'invention et ne doit pas limiter la portée de la protection. Tous changements équivalents et toutes modifications équivalentes qui, conformément à la description et aux dessins de l'invention, peuvent être apportés par une personne du métier dans ce domaine, entrent dans le champ de protection de la présente invention.
Liste des chiffres de référence
10 Cellule de batterie
20 Unité de batterie
201 Système électrochimique
21 Couche de séparation
22, 23 Couche de matériau actif
24, 25 Couche collectrice de courant d'électrode
26 Adhésif structural
30 Revêtement isolant
301 Renfoncement
40 Adhésif thermoconducteur
50 Boîtier

Claims (10)

  1. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, ladite cellule comportant :
    • plusieurs unités de batterie (20) qui sont empilées sur un seul axe et comportent chacune ce qui suit :
      • deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) qui sont disposées parallèlement l'une à l'autre ;
      • un système électrochimique (201), qui est disposé entre les deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) ;
      • un adhésif structural (26), qui est disposé entre les deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) et qui entoure le système électrochimique (201) ; et
    • deux revêtements isolants (30), qui recouvrent chacun les côtés des deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) ; et
    • un adhésif thermoconducteur (40), qui entoure les côtés des unités de batterie (20) et recouvre les adhésifs structuraux (26) et les revêtements isolants et comporte des particules thermoconductrices, les particules ayant au moins deux tailles de particule différentes.
  2. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'adhésif structural (26) et les deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) servent de structure d'encapsulation d'une unité de batterie (20), de telle sorte que, dans une unité de batterie (20), seul un transfert de charge a lieu, mais qu'il n'y a pas de réaction électrochimique, et donc que les systèmes électrolytiques du système électrochimique (201) ne sont pas reliés entre eux de manière continue.
  3. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'adhésif structural (26) fait saillie des deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25).
  4. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisée par le fait que les revêtements isolants (30) s'étendent en outre jusqu'aux côtés des adhésifs structuraux (26).
  5. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 3, caractérisée par le fait que les adhésifs structuraux (26) font en outre saillie des revêtements isolants (30).
  6. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 5, caractérisée par le fait que l'adhésif thermoconducteur (40) remplit en outre les renfoncements (301) qui sont formés par les adhésifs structuraux (26) des unités de batterie (20), lesquels font saillie des couches collectrices de courant d'électrode (24, 25).
  7. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon l'une des revendications 1 ou 3, caractérisée par le fait que les unités de batterie (20) sont disposées décalées les unes par rapport aux autres, les revêtements isolants (30) pénétrant dans l'espace entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) empilées adjacentes pour fermer les espaces exposés, se trouvant entre à chaque fois deux couches collectrices de courant d'électrode (24, 25) adjacentes, et les bords latéraux.
  8. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 7, caractérisée par le fait que les revêtements isolants (30) s'étendent en outre jusqu'aux côtés des adhésifs structuraux (26).
  9. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux (26) disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 1, caractérisée par le fait qu'un revêtement isolant respectif (30) contient des particules isolantes inorganiques, la taille de particule des particules isolantes inorganiques étant inférieure à la taille de particule des particules se trouvant dans l'adhésif thermoconducteur (40) et présentant la conductivité thermique.
  10. Cellule de batterie (10) avec des adhésifs structuraux disposés latéralement et servant à la dissipation de la chaleur, selon la revendication 1, caractérisée par le fait que l'adhésif thermoconducteur (40) contient de la poudre de métal ou d'oxyde métallique.
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