WO2023001464A1 - Cellule électrochimique de stockage d'énergie électrique - Google Patents

Cellule électrochimique de stockage d'énergie électrique Download PDF

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WO2023001464A1
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shell
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electrochemical cell
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Nicolas Besnard
David Leray
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Renault S.A.S.
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Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical cell for an electrical energy storage device, in particular an electric battery.
  • the invention also relates to an electrical energy storage device comprising said cell and a vehicle equipped with such a storage device and/or such a cell.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing an electrochemical cell.
  • storage devices also called “battery pack” or “battery pack”, or more simply “battery”
  • battery pack or “battery pack”
  • battery pack include a plurality of cells, in particular of the Lithium or Li-ion type, which can be realized according to different architectures.
  • Cylindrical and prismatic cells consist of a coil or a stack of electrodes slipped into a rigid metal casing previously manufactured and closed by a cover.
  • the winding or the stack of electrodes exhibits volume expansion and contraction during the charging and discharging phases respectively.
  • the amplitude of such a volume variation depends on the active materials used. It is, for example, maximized when using silicon technology as the active material of the negative electrode.
  • a volume expansion of the elements is also observed during the life cycle of the cell, in particular with its aging.
  • the document US9634351 discloses an example of a rigid-packaged electrochemical cell, one winding of electrodes of which is held by a helical return element.
  • a return element aims to facilitate the assembly of the cell by maintaining the winding of electrodes in position, it does not however have the function of compressing the winding on the scale of the life of the cell.
  • pressure and local mechanical stresses are exerted at the contact surfaces between the return element and the electrode coil. Since this pressure is applied locally, it is likely to cause shearing of the external elements of the electrode winding.
  • this local pressure variation can lead to local heterogeneities between compressed and non-compressed zones, which can lead to heterogeneities in the aging of the cell and therefore to a degradation of its operation.
  • the present invention falls within this context and aims to solve the aforementioned drawbacks by proposing an electrochemical cell equipped with a device for compressing the winding or the stack of electrodes in the case of electrochemical cells in rigid packaging, by performing this compression within the cell, and not at the module or battery pack scale.
  • This system makes it possible to apply a constant pressure whatever the state of charge of the battery and its state of aging.
  • the present invention proposes an electrochemical cell comprising a plurality of electrodes, a device for compressing the plurality of electrodes and a rigid packaging capable of receiving the plurality of electrodes and the compression device, the compression device comprising :
  • At least one at least partially elastically deformable return element configured to be deformed between a first configuration and a second configuration as a function of a volume of the plurality of electrodes, the at least one return element being interposed between the plurality of electrodes and at least part of the rigid packaging;
  • a metal shell comprising one or more part(s), the shell being interposed between the at least one return element and the plurality of electrodes and the shell surrounding the plurality of electrodes so as to present at least one zone of che- vouchement of two distinct portions of the shell whose surface varies according to the volume of the plurality of electrodes.
  • the at least one return element may comprise a rigid body and a plurality of elastically deformable fins, connected to the body and having an inclination a relative thereto, a value of the inclination a being maximum when the at least one return element is in the first configuration such that the plurality of fins protrude from the body, and a value of the inclination a being minimum when the at least one return element is in the second configuration, at least the plurality of fins extending in contact with the hull.
  • the at least one return element may have an "accordion" structure comprising a plurality of undulations or elastically deformable folds whose shape and/or angles b vary according to the volume of the plurality of electrodes.
  • the shell can be centered on a main axis, a minimum surface of the overlap zone being delimited by an angular sector, originating from the main axis and defined in a plane orthogonal to the main axis, between 10 and 30°, in particular 10 and 20°.
  • the plurality of electrodes may be arranged in a winding centered on an extension axis and/or in a stack extending along an extension axis, the at least one return element and/or or the hull being centered on such an axis.
  • the compression device may comprise a plurality of return elements arranged along at least one dimension, in particular a longest dimension, of the plurality of electrodes and/or of the shell, the plurality of return elements extending over all or part of said dimension.
  • the plurality of reminder elements may comprise a first reminder element, having a central position along the defined dimension, and at least a second reminder element, having a more extreme position along this same dimension, the first element recall having a greater stiffness coefficient than the at least one second recall element.
  • the electrochemical cell may comprise an electrically insulating sheet arranged around the plurality of electrodes so as to be interposed between the plurality of electrodes and the shell.
  • the invention also relates to an electrical energy storage device, in particular intended for a motor vehicle, comprising at least one electrochemical cell as described above.
  • the invention also relates to a hybrid or electric motor vehicle comprising at least one electrochemical cell and/or at least one electrical energy storage device according to the invention.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing an electrochemical cell as described above, comprising:
  • FIG.l is an exploded schematic representation of an embodiment of an electrochemical cell according to the invention.
  • the [Fig.2] is a schematic representation in perspective of the electrochemical cell.
  • FIG.3 is a schematic sectional representation of an electrochemical cell comprising a return element according to a first embodiment.
  • the [Fig.4] is a perspective view of the return element according to the first embodiment.
  • the [Fig.5] is a schematic representation of the electrochemical cell illustrated in [Fig.3], when the return element is in a first configuration.
  • the [Fig.6] is a schematic representation of the electrochemical cell illustrated in [Fig.3], when the return element is in a second configuration.
  • the [Fig.7] is a lateral schematic representation of the return element according to the first embodiment.
  • the [Fig.8] is a schematic representation seen from above of a shell of the electrochemical cell.
  • FIG.9 is a schematic representation of an alternative embodiment of the electrochemical cell.
  • the [Fig.10] is a schematic representation of an electrochemical cell comprising a return element according to a second embodiment, when it is in the first configuration.
  • the [Fig.11] is a schematic representation of an electrochemical cell comprising a return element according to the second embodiment, when it is in the second configuration.
  • the [Fig.12] is a schematic representation of steps of a method of manufacturing an electrochemical cell according to the invention.
  • FIGS 1 and 2 show an embodiment of an electrochemical cell 1 according to one embodiment of the invention for an electrical energy storage device.
  • the energy storage device also called “battery” or “electric battery”
  • the energy storage device comprises a plurality of electrochemical cells 1 and can be intended, by way of non-limiting example, for a mobile vehicle, in particular a vehicle with hybrid or electric motorization. It should be noted that, in all the figures, the dimensions and spacings separating the various components may be exaggerated for purposes of clarity.
  • the electrochemical cell 1 is able to store energy in chemical form and to restore it in the form of an electric current.
  • the electrochemical cells can, for example, be of the “lithium-ion” type, also called “Li-ion”.
  • the electrochemical cell 1 comprises a rigid packaging 2, a plurality of electrodes 3, and a compression device 4 of the plurality of electrodes 3.
  • Rigid packaging 2 comprises in particular a casing 21 capable of receiving at least the plurality of electrodes 3 and defining a negative terminal of electrochemical cell 1.
  • Packaging 2 further comprises a cover 22 configured to cooperate with the casing 21 in order to define, once assembled thereto, a hermetically closed space in which the plurality of electrodes 3 extend.
  • the electrochemical cell 1 can thus have a cylindrical structure, in particular with a circular base, or prismatic , that is to say with a polygonal base, in particular square or rectangular.
  • the packaging 2, in particular the box 21 and/or the cover 22, can for example be made of nickel-plated aluminum or of a polymer material. “Rigid” packaging 2 is thus understood to mean that it is little or even not deformable, in particular little deformable due to the material(s) used to make the packaging.
  • the plurality of electrodes 3 comprises at least one anode and one cathode spaced apart by an electrically insulating separation element, not shown, and is arranged so as to present an alternation of an anode and a cathode.
  • the plurality of electrodes 3 can be arranged in a winding, as illustrated in FIGS. 1 to 12, or, alternatively, in a stack. According to yet another alternative not shown, the plurality of electrodes 3 can be arranged according to a combination of winding(s) and stack(s).
  • the plurality of electrodes 3 when the plurality of electrodes 3 is arranged in a winding, the latter is centered on an extension axis 200, whereas when the plurality of electrodes 3 is arranged in a stack or a com- combination of stack(s) and winding(s), the latter can extend along such an extension axis 200.
  • This stacking arrangement can in particular be found in the case of prismatic electrochemical cells, not shown.
  • the electrochemical cell 1 can be at least partially filled with an electrolyte, for example an organic electrolyte, soaking the plurality of electrodes 3.
  • the electrolyte can, by way of non-limiting example, consist of lithium salts (LiPF 6 , LiBF 4 , LiC10 4 , LiTFSI, LiFSI, LiBOB) dissolved in one or more organic solvent(s) such as dimethyl, ethylene, diethyl, propylene, or acetonitrile.
  • the compression device 4 comprises a shell 5 and at least one return element 6.
  • the shell 5 is made of a metallic material, such as stainless steel.
  • the shell 5 may comprise one or more parts 50, in particular one or more blade(s) or lamella(es) arranged relative to each other so as to fit into a shape of shell 5 and configured to cooperate with each other.
  • the shell 5 can, for example, be initially made in a flat or substantially flat part then shaped or arranged in order to adopt the shape of a shell 5, in particular around an axis.
  • the shell 5 is configured to surround the plurality of electrodes 3 along a contour of the winding or of the stack of electrodes 3. In other words, in a plane orthogonal to the axis of extension 200, the shell is configured to surround the plurality of electrodes along a perimeter of the base of the electrode coil or stack.
  • the shell 5 is configured in order to present a form complementary, or substantially complementary, to the winding or the stacking of the plurality of electrodes 3 in order to maximize a contact surface, direct or indirect, with these.
  • the shell 5 preferably has a circular base.
  • the shell 5 has a polygonal base, in particular square or rectangular.
  • the shell 5 is centered on a main axis 500, which can, in particular, be confused with the axis of extension 200 of the plurality of electrodes 3.
  • the shell 5 is particularly dimensioned and shaped so that, when it is placed within the electrochemical cell 1, it has a closed shape along at least the outline, or the perimeter, of the plurality of electrodes 3. It has at least one overlap zone 51 of a plurality of distinct portions, specific to one or more part(s) 50 of the shell 5.
  • overlap is understood to mean a superposition of a plurality of portions of the shell 5 along a radial axis 250, or thogonal to the axis of extension 200 and/or to the main axis 500.
  • the shell 5 has a mobile structure.
  • the shell 5 is configured in such a way that the portions 511, 512 of the same overlapping zone 51 are moved relative to one another according to the volume variations of the plurality of electrodes 3 observed during operation, or again due to aging, of the electrochemical cell 1.
  • a main dimension 550 of the base of the shell 5 is caused to vary.
  • the term "main dimension" means in particular a diameter of a circular base, in the case of a cylindrical cell, or a diagonal of a polygonal base in the case of a prismatic cell.
  • Such a principal dimension 550 will thus increase with the expansion of the volume of the plurality of electrodes, and, conversely, decrease with its contraction.
  • the at least one overlapping zone 51 has a variable surface area depending on the volume of the plurality of electrodes 3.
  • the surface of the overlapping zone 51 is maximum when the volume of the plurality of electrodes 3 is minimal, for example in the case of an electrochemical cell 1 in the discharge phase and/or at the start of its life.
  • the main dimension 550 of the shell 5 is then also minimal.
  • the volume of the plurality of electrodes 3 increases, for example during charging of the electrochemical cell 1 and/or due to its aging, the first portion 511 and the second portion 512 are moved relative to one another. another due to the force exerted by the plurality of electrodes 3 on the shell 5.
  • the surface of the overlap zone 51 is then reduced.
  • a minimum surface value can be predefined beforehand as a function of a maximum volume of the plurality of electrodes, allowed by the cell, such a volume being able, for example, to be conditioned by the dimensions of the packaging 2 and/or of the return element 6, as further explained below.
  • the overlap zone 51 can be configured so as to fall within an angular sector m, coming from the main axis 500, between 10 and 30°, or even between 10 and 20°, in particular when the surface of the overlap zone 51 considered is minimal.
  • Such an arrangement aims in particular to prevent an abnormal displacement of the portions 511, 512 of the shell 5 and the appearance of areas of the contour of the plurality of "bare" electrodes, that is to say not surrounded by the shell 5 along the considered perimeter.
  • the shell 5 is advantageously configured to allow breathing of the electrochemical cell 1, its shape being adapted to the volume variation of the plurality of electrodes 3 both over the cycles of use of the latter and over its life.
  • the operation of the shell 5 relative to volume variations, in particular to volume contraction, of the plurality of electrodes 3 will be further detailed below.
  • the electrochemical cell 1 may further comprise an electrically insulating sheet 7 arranged around the plurality of electrodes 3 so as to be interposed between the plurality of electrodes 3 and the shell 5 on the along the radial axis 250.
  • a sheet 7 can be made of polyester, for example Mylar®.
  • Such a sheet 7 can be an added element and arranged so as to extend around the winding or the stack of electrodes 3 in order to prevent direct contact between the shell 5 and the latter and thus their friction or short circuits.
  • such a sheet 7 may correspond to an end part of the insulating element integrated into the winding or the stack of electrodes 3 in order to separate a cathode and an adjacent anode. The insulating element is then dimensioned in order to allow the stack or the winding of electrodes 3 to be surrounded.
  • the shell 5 may comprise a plurality of parts 50, in particular blades or slats. These parts 50, movable relative to each other, are configured to cooperate together and to fit into a shape defining the shell 5.
  • said parts 50 correspond to parts of a cylinder arranged so as to fit into a form of cylindrical or substantially cylindrical shell 5 .
  • a similar principle can also be implemented for a prismatic structure.
  • the shell 5 extends along the contour, or the perimeter, of the plurality of electrodes 3, and surrounds the plurality of electrodes 3. It then has a plurality of overlapping zones 51, the number of overlapping zones being in particular equal to the number of parts 50 of the shell 5.
  • a first blade 52 and a second blade 53 each comprise a first end portion 511 and a second extreme portion 512, opposite within the blade in question.
  • the first extreme portion 511 of the first blade 52 and the second extreme portion 512 of the second blade 53 are arranged so as to form a first overlapping zone 51', while the first extreme portion 511 of the second blade 53 and the second extreme portion 512 of the first blade 52 are arranged so as to form a second overlap zone 51”.
  • the first overlapping zone 51' and the second overlapping zone 51' can be configured so as to be inscribed in an angular sector, originating from the main axis 500, including between 10 and 30°, in particular 10 and 20°, in particular when the surface of the overlapping zone considered is minimal.
  • the different parts of the shell 5 are arranged so that portions 511, 512 of the same piece 50 have an alternation in their position from one overlap zone 51 to another.
  • the first portion 511 of the first strip 52 is interposed between the plurality of electrodes 3 and the second portion 512 of the second strip 53 along the radial axis 250 in the first zone of overlap 5G while the second portion 512 of the first blade 52 is at least separated from the plurality of electrodes 3 by the first portion 511 of the second blade 53 in the second overlap zone 51”.
  • the shell 5 can be configured so that the first overlapping zone 51 and the second overlapping zone 51 have an opposite or substantially opposite position, for example diametrically opposite in the example illustrated, within of the hull 5.
  • the shell 5 is interposed between the plurality of electrodes 3 and the at least one return element 6 along the radial axis 250.
  • the at least one return element is interposed between the plurality of electrodes 3, as well as the shell 5, on the one hand and at least a part of the packaging 2, in particular the housing 21, on the other hand, along the axis radial 250.
  • Figures 3 to 7 and 9 to 11 describe different embodiments and alternatives of the compression device 4.
  • Figures 3 to 7 illustrate examples of a compression device 4 comprising a single return element 6 made according to a first embodiment.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate an exemplary embodiment of a second embodiment of the return element 6.
  • [Lig.9] describes an alternative embodiment of a compression device 4 comprising a plurality of reminder according to the first embodiment. It is understood that the whole of the description given with reference to a return element 6 can then extend to all or part of the plurality of return elements when the compression device 4 comprises a plurality thereof. Also, the compression device 4 can advantageously comprise a plurality of return elements 6 according to the second embodiment or, alternatively, a plurality of return elements 6 according to the first and/or the second embodiment.
  • the return element 6 is at least partly elastically deformable and is configured to be deformed between at least a first configuration and a second configuration depending on the volume of the plurality of electrodes 3. It it is understood that such configurations represent the most extreme positions of the return element 6, at least one intermediate position being able to exist between said configurations.
  • the first configuration can be considered as a so-called “rest” configuration towards which the return element 6 returns, or aims to regain, by virtue of its elastic properties when it is not subjected to any force or when a such effort decreases.
  • the return element 6 comprises a body 61 and a plurality of fins 62.
  • the body 61 has a closed structure and is configured to surround at least the assembly formed by the plurality of electrodes 3 and the shell 5.
  • the body 61 preferably has a complementary shape of that of the shell 5 and/or of the plurality of electrodes 3.
  • the shell 5 has a circular base
  • the same applies to the body 61 of the return element 6 so as to optimize the surfaces of contact between the return element 6 and the shell 5.
  • a similar principle applies with a shell 5 having a polygonal base, in particular square or rectangular.
  • the body 61 can be centered on an axis 600, which can advantageously coincide with the axis of extension 200 of the plurality of electrodes 3 and/or the axis of extension 500 of the shell 5.
  • the plurality of electrodes 3 and/or the shell 5 and/or the at least one return element 6 can be concentric, or substantially concentric.
  • the body 61 particularly has a rigid structure, that is to say in particular a structure such that it is not, or only slightly, deformed by the volume variation of the plurality of electrodes 3.
  • the body can thus participate in setting a limit of the maximum tolerated volume of the plurality of electrodes 3.
  • the plurality of fins 62 is connected to the body 61 and has an elastically deformable structure.
  • the body 61 and the plurality of fins 62 form a one-piece assembly, that is to say they cannot be separated from each other without resulting in the destruction or degradation of the element reminder 6.
  • the reminder element 6 can be made of stainless steel, the plurality of fins 62 then being obtained by cutting in the body 61 and each fin 62 bordering an opening 64 included in the body 61.
  • the description below is made with reference to a fin 62, it is nevertheless understood that any characteristic relating to a fin can extend to all or part of the plurality of fins 62.
  • the fin 62 has a elongated structure, for example a rectangular structure.
  • the fin 62 can extend parallel, or substantially parallel, to the axis 600 of the body 61, in particular along the latter.
  • the fin 62 can extend over all or part of a height 675 of the body 61, measured along the axis 600. According to a non-limiting example, the fin 62 can extend to the less over most of the height 675 of the body 61, for example over 70 to 95% of such a height. Alternatively, a plurality of fins 62 may extend in continuity with each other along the height 675 of the body 61, each of said fins 62 then extending over part of the height 675 of the body 61.
  • the body 61 can comprise two extreme flanges 65, opposite along the axis 600, solid, that is to say devoid of fins 62.
  • the return element 6 can extend over all or part a height of the hull 5, such a height being defined along the main axis 500 on which the hull 5 is centered.
  • the height 675 of the return element 6 can advantageously be less than or equal to the height of the shell 5, the latter distributing the forces exerted by the return element 6. It is thus possible to reduce the mass of the assembly of the electrochemical cell by reducing the dimensions of the return element 6.
  • the fin 62 is connected to the body 61 at one of its sides and has a variable inclination a relative thereto, thus making the fin elastically deformable.
  • Such variability of the inclination a aims to ensure permanent contact between the fin 62 and the shell 5, independently of the volume of the plurality of electrodes 3 and of the main dimension 550 of the base of the shell 5.
  • the return element 6 exerts a constant and adapted compression on the plurality of electrodes 3 in order to maintain an adapted contact within the winding or the stack, and this independently of the operating cycle or of the wear of the electrochemical cell 1.
  • a value of the inclination a is maximum when the at least one return element 6 is in the first configuration, that is to say when the volume of the plurality of electrodes and the main dimension 550 of the shell 5 are minimal.
  • the fin 62 is then deployed and extends projecting from the body 61 in order to exert a compressive force on the shell 5 and therefore, indirectly, on the plurality of electrodes 3.
  • the force exerted by the return element 6 causes the deformation of the shell 5, and in particular the displacement of the portions 511 , 512 of the shell 5 relative to each other.
  • the area of the overlap zone increases and the main dimension 550 of the shell 5 is reduced.
  • the return element 6 thus allows the plating of the shell 5 against the plurality of electrodes 3 when their volume decreases, for example during a discharge phase, and allows the compression of the various components of the winding or the stacking to maintain good contact.
  • a space separating the shell 5 from the body 61 of the return element 6 then increases, until it is maximum when the return element 6 is in the first configuration.
  • the fin 62 can be configured so as to present an in- inclination a maximum strictly less than 90°, in particular less than 85°.
  • the latter exerts a force on the shell 5 which transmits it to the fin 62.
  • This is then folded towards the body 61 and the inclination a of the fin 62 is reduced compared to that observed when the return element 6 is in the first confi guration.
  • the fin 62 thus folded back exerts, in return, a compressive force on the shell 5 and the plurality of electrodes 3, also making it possible to maintain contact between the various components as explained above.
  • the value of the inclination a is minimum when the at least one return element 6 is in the second configuration, that is to say when the volume of the plurality of electrodes is maximum with respect to the limit maximum allowed by the compression device 4 and/or the packaging 2 of the cell.
  • the minimum inclination a can be zero, so that the shell
  • the presence of the shell 5 in combination with the return element 6 and interposed between the latter and the plurality of electrodes 3 along the radial axis 250 thus advantageously makes it possible to ensure a homogeneous distribution of the compressive force exerted by the return element 6 on the plurality of electrodes 3.
  • the force exerted locally by the fins 62 on an outer face 501 of the shell 5 is indeed distributed in the structure of the shell 5.
  • the contact surface between an internal face 502, opposite the external face 501, of the shell 5 with the winding or the stack of electrodes 3 being greater than the contact surface observed between the fins 62 and the shell 5, it thus allows a more homogeneous transmission of the force exerted by the return element
  • the plurality of fins 62 of the return element 6 has, preferably, a regular arrangement on the circumference of the body 61.
  • the fins are regularly distributed in the body 61 and have a spacing, separating adjacent fins 62, regular.
  • the fins 62 of the plurality of fins 62 preferably have identical dimensions.
  • the number of fins 62 illustrated, distributed along the circumference of the body 61, is in no way limiting. It is understood that the return element may comprise a distinct number of fins, in particular greater or less than what is shown in the various figures.
  • the compression device 4 can, alternatively, advantageously comprise a plurality of return elements 6, each extending at least partially in contact with the shell 5.
  • the previous description applies mutatis mutandis to this alternative, the characteristics relating to the reminder element 6 being able to extend to all or part of the plurality of elements of reminder 6.
  • the various reminder elements 6 are made according to the first embodiment as described above, that is to say that each comprises a body 61 and a plurality of fins 62.
  • the plurality of return elements 6 is arranged along at least one dimension, in particular a longest dimension, of the plurality of electrodes 3 and/or of the shell 5.
  • the plurality of return elements 6 can be arranged along the extension axis 200 of the plurality of electrodes 3 and/or along the main axis 500 on which the shell 5 is centered.
  • a dimension may be a height of the shell 5 and/or of the electrode winding 3 in the case of a cylindrical electrochemical cell 1 as illustrated.
  • the plurality of return elements 6 can then extend over all or part of such a dimension, the different return elements 601, 602, 603 possibly or not being in contact with each other.
  • the compression device 4 comprises a first return element 601, a second return element 602 and a third return element 603 arranged along the main axis 500 of the shell 5 and along of the extension axis 200 of the winding of the plurality of electrodes 3, that is to say along their height, in contact with each other.
  • the first biasing element 601 and/or the second biasing element 602 and/or the third biasing element 603 can be coaxial. In particular, these can be centered on the main axis 500 and/or on the extension axis 200, that is to say that all or part of the plurality of return elements 6 and/or the shell 5 and/or the winding or the stack of electrodes 3 can be concentric.
  • the first return element 601 has a central position along the dimension considered, while the second return element 602 and the third return element 603 have a more extreme position along this same dimension.
  • the second return element 602 and the third return element 603 extend on either side of the first return element 601 along the main axis 500 and/or the axis d extension 200.
  • the various return elements can be configured so as to have distinct characteristics, for example a distinct stiffness coefficient.
  • the variations in volume of the plurality of electrodes 3 can be heterogeneous within a winding or a stack considered. In particular, it is known that such variations can be greater at the level of a central part of the winding or of the stack.
  • the compression device 4 can advantageously be configured so that the first return element 601, having a central positioning along the height of the plurality of electrodes 3 and/or of the shell 5, is characterized by a coefficient of stiffness greater than that of the second return element 602 and/or of the third reminder element 603.
  • Such an arrangement thus makes it possible, on the one hand, to facilitate the assembly of the electrochemical cell 1 as detailed below, and, on the other hand, to adapt the compressive force exerted on the shell 5 to a possible heterogeneity of the volume variation of the plurality of electrodes 3 observed in different parts of the winding or the stack.
  • the example illustrated and previously detailed is in no way limiting.
  • the compression device 4 comprises a plurality of return elements 6, it may comprise less or more than three return elements 6, the preceding description then applies mutatis mutandis to such alternatives.
  • these different return elements 6 can then be arranged in contact or at a non-zero distance from each other so that they extend over all or part of the height of the shell 5, the latter advantageously allowing distribution the forces exerted by these various return elements.
  • the electrochemical cell 1 can comprise, alternatively or in combination of the embodiments and alternatives set out above, a plurality of shells 5, arranged along at least one dimension, in particular the longest dimension, of the plurality of electrodes 3.
  • the plurality of shells 5 can be arranged along the axis of extension 200 of the plurality of electrodes 3.
  • the description given with reference to a plurality of return elements 6 applies here mutatis mutandis, the plurality of shells 5 extending, preferably, over the whole of the considered dimension of the plurality of electrodes.
  • FIGS 10 and 11 schematically illustrate an embodiment of an electrochemical cell 1 comprising a second embodiment of the return element 6, respectively when the latter is in the first configuration and in the second configuration.
  • the illustrated electrochemical cell 1 differs from that previously described by its return element 6, also the previous description, in particular relating to the structure of the electrochemical cell 1, the number of return elements 6 or the shell 5, s applies mutatis mutandis to the description below.
  • the return element 6, or alternatively at least one return element 6 of a plurality of return elements 6, has a so-called “accordion” structure.
  • an accordion structure is preferably inscribed in a shape complementary to the shape of the shell 5 and/or of the plurality of electrodes 3.
  • An “accordion” structure is understood to mean a structure comprising a plurality of corrugations or, as shown, folds 63 that are elastically deformable and defined by angles b of variable dimensions depending on the volume of the plurality of electrodes 3, and therefore on the main dimension 550 of the shell 5.
  • the folds or undulations 63 are here defined in a plane orthogonal to the axis of extension 200 or to the main axis 500, it is nevertheless understood that they can extend over all or part of the height of the element of reminder 6. In other words, the different folds or undulations 63 can extend along the extension axis 200 of the plurality of electrodes 3 and/or the main axis of the shell 5. Also, it It is understood that the shape of the undulations or folds 63 illustrated is in no way limiting. Also, such (the) s on dulation or folds 63 may have, as shown, end portions, or peaks, pointed, rounded and / or flat as well as straight portions, as shown, or curved.
  • the return element 6 according to the present embodiment can be made of a metallic material, in particular stainless steel.
  • angles b and/or the shape of the folds 63 or undulations vary(s) depending on whether the at least one return element 6 is in the first configuration, that is to say when the volume of the plurality of electrode and the main dimension 550 of the shell 5 are minimal, or in the second configuration, that is to say when the volume of the plurality of electrodes 3 and the main dimension 550 of the shell 5 are the most big.
  • the angle value b specific to each fold or undulation 63 when the return element 6 is at rest in the first configuration can be between and 40 and 120°, or even between 45 and 60°.
  • the concertina structure is thus such that the return element 6 surrounds the shell 5 and has an alternation between zones of contact and non-contact with the shell 5, that is to say extending at a non-zero distance from the shell 5.
  • Each fold or undulation 63 of the return element 6 is here delimited by two zones of contact with the shell 5 along the outline, or the outer periphery, of the shell 5.
  • the return element 6 extends in contact with the packaging 2, in particular an internal surface of the packaging, facing the plurality of electrodes 3.
  • the compression device 4 allows the variation of the volume of the winding or of the stack of electrodes 3 by implementing a more or less significant crushing of the folds or undulations 63 of the return element 6 between shell 5 and packaging 2, which deform, for example as illustrated in the insert of [Fig.11].
  • the return element 6 thus bears against the packaging 2 and is constantly in contact, at least partially, with the shell 5 so as to allow the variation in volume of the plurality of electrodes 3 while exerting a force, at the level of the contact zones, on the shell 5 which is then transmitted homogeneously to the plurality of electrodes 3.
  • the main dimension 5 of the shell 5 does the same , crushing the return element 6 against the packaging 2.
  • the straight portions of the folds 63 are deformed so as to form circular arcs and the angle b is then gradually reduced until the return element 6 reaches the second configuration.
  • the return element 6 then exerts, in return, a compressive force on the shell 5 and the plurality of electrodes 3 as described above.
  • the return element 6, resting on the packaging 2 naturally returns to the first configuration. It exerts a force on the shell 5 causing the reduction of the main dimension 550 thereof and pressing it against the plurality of electrodes 3.
  • the compression force thus exerted locally by the return element 6 on the shell is then transmitted more homogeneously to the plurality of electrodes, as for the first embodiment. It is understood that the example of crushing of the return element 6 is in no way limiting and is represented here by way of indication.
  • the invention also relates to a method of manufacturing an electrochemical cell 1 as described above.
  • the method illustrated in [Fig.12] notably implements a compression device 4 comprising a single return element 6 according to the first embodiment. It is nevertheless understood that the present method extends, mutatis mutandis to the second embodiment as well as to the alternative embodiments comprising a plurality of return elements 6 and/or shells 5.
  • the method may optionally comprise a step of stacking or winding a plurality of electrodes 3 so as to present an alternation of an anode and a cathode, in particular so that an anode and an adjacent cathode are separated by an insulating element as explained above.
  • the plurality of electrodes 3 can be supplied assembled beforehand in a winding or a stack.
  • the method according to the invention comprises a step of positioning El of the at least one return element 6 on a tool 8, in particular a tool for holding and/or guiding the at least one return element 6
  • the compression device 4 comprises a plurality of return elements 6, these are arranged on the same tool 8.
  • the tool may, by way of non-limiting example, have a shape at least partly complementary to the return element 6, in particular of an inner face of the return element 6.
  • the tool can have a cylindrical shape .
  • such a tool can be configured so as to cooperate with the return element 6 when the latter is in the first configuration and/or in order to position the latter in the first configuration.
  • the shell 5 is positioned around the winding or the stack of the plurality of electrodes 3.
  • Such a positioning step can be carried out beforehand. lately, simultaneously or subsequently to the positioning El of the at least one return element 6 on the tool.
  • the method according to the invention comprises, prior to the positioning of the shell 5 on the plurality of electrodes 3, a step of winding the plurality of electrodes 3 in the sheet 7.
  • the shell 5 is then arranged around the assembly formed by the sheet 7 and the winding or the stack of electrodes 3 so as to be in direct contact only with the sheet .
  • the assembly formed by the plurality of electrodes 3 and the shell 5 is then placed E2 opposite the at least one return element 6, held by the tool.
  • such an assembly is arranged so that the shell 5 and the at least one return element 6 are concentric.
  • the shell 5 and the return element 6 are both centered on the main axis 500 of the shell 5 and/or the axis of extension 200 of the winding of electrodes 3.
  • the at least one return element 6 is deformed, during a deformation step E3, in order to be arranged so as to surround the shell 5.
  • the at least a return element can be deformed and moved E3 relative to the shell 5 so as to surround the shell 5 and the plurality of electrodes 3.
  • the at least one return element 6 can be moved according to a translational movement along the main axis 500 of the shell 5 and/or the extension axis 200 of the winding or of the stack of electrodes 3.
  • the assembly formed by the plurality of electrodes, the shell 5 and the at least one return element 6 can then be inserted into the rigid packaging 2, in particular into the housing 21.
  • the lid 22 is then placed in order to hermetically close the cell, then sealed.
  • the electrochemical cell 1 comprises an electrolyte
  • the latter is inserted into the casing 21 before or after the packaging 2 is closed by injection so that the compression device 4 and the plurality of electrodes 3 are immersed in said electrolyte.
  • the lid 22 can then be positioned and the packaging 2 closed and sealed.
  • the present invention thus proposes an electrochemical cell for an electrical energy storage device, in particular intended for a motor vehicle, comprising a plurality of electrodes and a compression device adapted to the volume variations of the plurality of electrodes. observed over the operating cycles and aging of the electrochemical cell.
  • the compression device comprises in particular a shell and at least one return element, at least partly elastically deformable.
  • Such a compression device advantageously allows the constant exercise of a suitable compression on the plurality of electrodes in order to maintain the various elements in contact with each other and thus allow a better homogeneity of its operation, and therefore of its ageing, thus making it more suitable for new charging methods.
  • the present invention cannot however be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technically effective combination of such means.
  • the shape and dimensions of the electrical terminals or the number of electrodes can be modified without harming the invention insofar as they ultimately fulfill the functions described and illustrated in this document.

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Abstract

Cellule électrochimique pour un dispositif de stockage d'énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant une pluralité d'électrodes (3) et un dispositif de compression (4) adapté aux variations volumiques de la pluralité d'électrodes (3), le dispositif de compression (4) comprenant une coque (5) et un élément de rappel (6), au moins en partie élastiquement déformable, permettant l'exercice constant d'une compression adaptée sur la pluralité d'électrodes (3) afin d'en maintenir les différents éléments au contact les uns des autres et ainsi permettre un fonctionnement plus homogène de la cellule

Description

Description
Titre de l'invention : CELLULE ÉLECTROCHIMIQUE DE STOCKAGE
D'ÉNERGIE ÉLECTRIQUE
[0001] La présente invention concerne une cellule électrochimique pour un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment une batterie électrique. L’invention concerne également un dispositif de stockage d’énergie électrique comprenant ladite cellule et un véhicule équipé d’un tel dispositif de stockage et/ou d’une telle cellule. L’invention concerne enfin un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique.
[0002] Dans les véhicules électriques ou hybrides, les moyens de motorisation électriques actuels font appel à des dispositifs de stockage électrique, ou batteries électriques, de plus en plus puissants afin de rivaliser avec les performances des moteurs thermiques. L’augmentation des performances motrices électriques repose en grande partie sur l’amélioration de l’autonomie du véhicule, par exemple par augmentation du volume des dispositifs de stockage.
[0003] Classiquement, les dispositifs de stockages, aussi dénommés selon l'anglicisme "pack batterie" ou "battery pack", ou plus simplement "batterie", comprennent une pluralité de cellules, notamment de type Lithium, ou Li-ion, qui peuvent être réalisées selon dif férentes architectures. Les cellules dites cylindriques et prismatiques consistent en un enroulement ou un empilement d’électrodes glissé dans un boîtier métallique rigide préalablement fabriqué et fermé par un couvercle.
[0004] Lors du cycle d’utilisation de la cellule, l’enroulement ou l’empilement d’électrodes présente une expansion et une contraction volumique lors des phases de charge et de décharge respectivement. L’amplitude d’une telle variation volumique dépend des matériaux actifs utilisés. Elle est par exemple maximisée lors de l’utilisation de la technologie Silicium comme matériau actif de l’électrode négative. Par ailleurs, une expansion volumique des éléments est également observée au cours du cycle de vie de la cellule, en particulier avec son vieillissement.
[0005] Également, certains types de cellules électrochimiques nécessitent, pour leur bon fonctionnement, l’application d’une pression sur l’enroulement ou l’empilement d’électrodes afin de favoriser la tenue mécanique et les contacts entre les différents éléments. Cette pression est plus particulièrement critique dans le cas des cellules à électrolyte solide. Cette pression s’avère également nécessaire dans le cas d’un système qui présente une respiration de grande amplitude en charge et en décharge, tel qu’évoqué précédemment pour la technologie Silicium, sans quoi des pertes de contacts entre les matériaux sont observées, impactant la durée de vie de la batterie.
[0006] Les dispositifs de compression visant à appliquer une pression sur les cellules élec- trochimiques, par exemple au moyen de systèmes de ressort ou de plaques vissées, existent à l’échelle du module ou du pack batterie. Ces solutions sont néanmoins uti lisables uniquement dans le cas d’une cellule électrochimique comprenant un emballage souple, c’est-à-dire dans le cas de cellules électrochimiques en sachet ou de type « pouch » selon le terme anglais. Ces solutions sont néanmoins incompatibles avec les cellules à emballage rigide.
[0007] Le document US9634351 divulgue un exemple de cellule électrochimique à emballage rigide dont un enroulement d’électrodes est maintenu par un élément de rappel hélicoïdal. Un tel élément de rappel vise à faciliter l’assemblage de la cellule en maintenant l’enroulement d’électrodes en position, il n’a néanmoins pas fonction de compression de l’enroulement à l’échelle de la vie de la cellule. Notamment, avec l’expansion volumique de l’enroulement d’électrodes, une pression et des contraintes mécaniques locales sont exercées au niveau des surfaces de contact entre l’élément de rappel et l’enroulement d’électrodes. Cette pression étant appliquée localement, elle est susceptible d’engendrer un cisaillement des éléments externes de l’enroulement d’électrodes. De plus, cette variation locale de pression peut conduire à des hétéro généités locales entre zones compressées et non compressées, pouvant conduire à des hétérogénéités de vieillissement de la cellule et donc à une dégradation de son fonc tionnement.
[0008] La présente invention s’inscrit dans ce contexte et vise à résoudre les inconvénients précités en proposant une cellule électrochimique équipée d’un dispositif de com pression de l’enroulement ou de l’empilement d’électrodes dans le cas des cellules électrochimiques à emballage rigide, en effectuant cette compression au sein de la cellule, et non à l’échelle module ou pack batterie. Ce système permet d’appliquer une pression constante quel que soit l’état de charge de la batterie et son état de vieillissement.
[0009] La présente invention propose une cellule électrochimique comprenant une pluralité d’électrodes, un dispositif de compression de la pluralité d’électrodes et un emballage rigide apte à recevoir la pluralité d’électrodes et le dispositif de compression, le dispositif de compression comprenant:
- au moins un élément de rappel au moins en partie élastiquement déformable configuré pour être déformé entre une première configuration et une deuxième confi guration en fonction d’un volume de la pluralité d’électrodes, l’au moins un élément de rappel étant interposé entre la pluralité d’électrode et au moins une partie de l’emballage rigide ;
- une coque métallique comprenant une ou plusieurs pièce(s), la coque étant in terposée entre l’au moins un élément de rappel et la pluralité d’électrodes et la coque entourant la pluralité d’électrodes de sorte à présenter au moins une zone de che- vauchement de deux portions distinctes de la coque dont une surface varie en fonction du volume de la pluralité d’électrodes.
[0010] Notamment, l’au moins un élément de rappel peut comprendre un corps rigide et une pluralité d’ailettes élastiquement déformables, reliée au corps et présentant une in clinaison a relativement à celui-ci, une valeur de l’inclinaison a étant maximale lorsque l’au moins un élément de rappel est dans la première configuration de sorte que la pluralité d’ailettes s’étend en saillie du corps, et une valeur de l’inclinaison a étant minimale lorsque l’au moins un élément de rappel est dans la deuxième configuration, au moins la pluralité d’ailettes s’étendant au contact de la coque.
[0011] Alternativement l’au moins un élément de rappel peut présenter une structure « en accordéon » comprenant une pluralité d’ondulations ou de plis élastiquement dé formables dont une forme et/ou des angles b varient en fonction du volume de la pluralité d’électrodes.
[0012] Notamment, la coque peut être centrée sur un axe principal, une surface minimale de la zone de chevauchement étant délimitée par un secteur angulaire, issu de l’axe principal et défini dans un plan orthogonal à l’axe principal, compris entre 10 et 30°, notamment 10 et 20°.
[0013] La pluralité d’électrodes peut être disposée selon un enroulement centré sur un axe d’extension et/ou selon un empilement s’étendant le long d’un axe d’extension, l’au moins un élément de rappel et/ou la coque étant centrés sur un tel axe.
[0014] Selon un exemple de réalisation, le dispositif de compression peut comprendre une pluralité d’éléments de rappel disposée le long d’au moins une dimension, notamment une dimension la plus longue, de la pluralité d’électrodes et/ou de la coque, la pluralité d’éléments de rappel s’étendant sur tout ou partie de ladite dimension. La pluralité d’éléments de rappel peut comprendre un premier élément de rappel, présentant une position centrale le long de la dimension définie, et au moins un deuxième élément de rappel, présentant une position plus extrêmale le long de cette même dimension, le premier élément de rappel présentant un coefficient de raideur supérieur à l’au moins un deuxième élément de rappel.
[0015] En outre, la cellule électrochimique peut comprendre un feuillet électriquement isolant disposé autour de la pluralité d’électrodes de sorte à être interposé entre la pluralité d’électrodes et la coque.
[0016] L’invention concerne également un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une cellule électro chimique tel qu’exposé plus haut.
[0017] L’invention porte également sur un véhicule automobile hybride ou électrique comprenant au moins une cellule électrochimique et/ou au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique selon l’invention. [0018] L’invention concerne enfin un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique tel qu’exposée précédemment, comprenant :
- une étape de positionnement de l’au moins un élément de rappel sur un outil, notamment dans la première configuration ;
- une étape de positionnement de la coque autour de la pluralité d’électrodes ;
- une étape de placement de l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes et par la coque en regard de l’au moins un élément de rappel, notamment de sorte que la coque et l’au moins un élément de rappel soient concentriques ; puis
- une étape de déformation de l’au moins un élément de rappel, notamment durant laquelle l’élément de rappel est déplacé selon un mouvement de translation rela tivement à la coque, de sorte que l’au moins un élément de rappel entoure la coque et la pluralité d’électrodes ; puis
- une étape d’insertion de l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes, la coque et l’au moins un élément de rappel dans l’emballage rigide.
[0019] D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, à titre indicatif et non limitatif, en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes :
[0020] La [Fig.l] est une représentation schématique éclatée d’un mode de réalisation d’une cellule électrochimique selon l’invention.
[0021] La [Fig.2] est une représentation schématique en perspective de la cellule électro chimique.
[0022] La [Fig.3] est une représentation schématique en coupe d’une cellule électrochimique comprenant un élément de rappel selon un premier mode de réalisation.
[0023] La [Fig.4] est une vue en perspective de l’élément de rappel selon le premier mode de réalisation.
[0024] La [Fig.5] est une représentation schématique de la cellule électrochimique illustrée à la [Fig.3], lorsque l’élément de rappel est dans une première configuration.
[0025] La [Fig.6] est une représentation schématique de la cellule électrochimique illustrée à la [Fig.3], lorsque l’élément de rappel est dans une deuxième configuration.
[0026] La [Fig.7] est une représentation schématique latérale de l’élément de rappel selon le premier mode de réalisation.
[0027] La [Fig.8] est une représentation schématique vue de dessus d’une coque de la cellule électrochimique.
[0028] La [Fig.9] est une représentation schématique d’une alternative de réalisation de la cellule électrochimique.
[0029] La [Fig.10] est une représentation schématique d’une cellule électrochimique comprenant un élément de rappel selon un deuxième mode de réalisation, lorsqu’il est dans la première configuration. [0030] La [Fig.11] est une représentation schématique d’une cellule électrochimique comprenant un élément de rappel selon le deuxième mode de réalisation, lorsqu’il est dans la deuxième configuration.
[0031] La [Fig.12] est une représentation schématique d’étapes d’un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique selon l’invention.
[0032] Les figures 1 et 2 représentent un exemple de réalisation d’une cellule électro chimique 1 selon un mode de réalisation de l’invention pour un dispositif de stockage d’énergie électrique. Le dispositif de stockage d'énergie, également dénommé « batterie » ou « batterie électrique », comprend une pluralité de cellules électro chimiques 1 et peut être destiné, à titre d’exemple non limitatif, à un véhicule au tomobile, notamment un véhicule à motorisation hybride ou électrique. Il est à noter que, dans l’ensemble des figures, les dimensions et espacements séparant les différents composants peuvent être exagérés à des fins de clarté.
[0033] La cellule électrochimique 1 est apte à stocker de l'énergie sous forme chimique et à la restituer sous forme d'un courant électrique. Les cellules électrochimiques peuvent, par exemple, être du type « lithium-ion », aussi appelé « Li-ion ». De manière générale, la cellule électrochimique 1 comprend un emballage 2 rigide, une pluralité d’électrodes 3, et un dispositif de compression 4 de la pluralité d’électrodes 3.
[0034] L’emballage 2 rigide comprend notamment un boîtier 21 apte à recevoir au moins la pluralité d’électrodes 3 et définissant une borne négative de la cellule électrochimique 1. L’emballage 2 comprend, en outre, un couvercle 22 configuré pour coopérer avec le boîtier 21 afin de définir, une fois assemblé à celui-ci, un espace hermétiquement clos dans lequel s’étend la pluralité d’électrodes 3. La cellule électrochimique 1 peut ainsi présenter une structure cylindrique, notamment à base circulaire, ou prismatique, c’est-à-dire à base polygonale, notamment carrée ou rectangulaire. L’emballage 2, notamment le boîtier 21 et/ou le couvercle 22, peut par exemple être réalisé en aluminium nickelé ou dans un matériau polymère. On entend ainsi par un emballage 2 « rigide » que celui-ci est peu, voire pas déformable, notamment peu déformable du fait du ou des matériau(x) utilisé(s) pour la réalisation de l’emballage.
[0035] La pluralité d’électrodes 3 comprend au moins une anode et une cathode espacées par un élément de séparation électriquement isolant, non représenté, et est arrangée de sorte à présenter une alternance d’une anode et d’une cathode. La pluralité d’électrodes 3 peut être disposée selon un enroulement, tel qu’illustré dans les figures 1 à 12, ou, de manière alternative, selon un empilement. Selon encore une alternative non re présentée, la pluralité d’électrodes 3 peut être disposée selon une combinaison d’enroulement(s) et d’empilement(s). Notamment, lorsque la pluralité d’électrodes 3 est disposée selon un enroulement, celui-ci est centré sur un axe d’extension 200 tandis que lorsque la pluralité d’électrodes 3 est arrangée selon un empilement ou une com- binaison d’empilement(s) et d’enroulement(s), celui-ci peut s’étendre le long d’un tel axe d’extension 200. Cet arrangement par empilement peut notamment être retrouvé dans le cas des cellules électrochimiques prismatiques, non représentées.
[0036] Optionnellement, la cellule électrochimique 1 peut être au moins partiellement remplie d’un électrolyte, par exemple un électrolyte organique, imbibant la pluralité d’électrodes 3. L’électrolyte peut, à titre d’exemple non limitatif, consister en des sels de lithium (LiPF6, LiBF4, LiC104, LiTFSI, LiFSI, LiBOB) dissouts dans un ou plusieurs solvant(s) organique(s) tel(s) que des carbonates de diméthyle, d’éthylène, de diéthyle, de propylène, ou de l’acétonitrile.
[0037] Le dispositif de compression 4 selon l’invention comprend une coque 5 et au moins un élément de rappel 6.
[0038] La coque 5 est réalisée dans un matériau métallique, tel que de l’acier inoxydable.
Elle peut comprendre une ou plusieurs pièces 50, notamment une ou plusieurs lame(s) ou lamelle(s) disposées les unes relativement aux autres de manière à s’inscrire dans une forme de coque 5 et configurées pour coopérer entre elles. La coque 5 peut, par exemple, être initialement réalisée dans une pièce plane ou sensiblement plane puis mise en forme ou disposée afin d’adopter la forme d’une coque 5, notamment autour d’un axe.
[0039] La coque 5 est configurée pour entourer la pluralité d’électrodes 3 le long d’un contour de l’enroulement ou de l’empilement d’électrodes 3. Autrement dit, dans un plan orthogonal à l’axe d’extension 200, la coque est configurée pour entourer la pluralité d’électrodes le long d’un périmètre de la base de l’enroulement ou de l’empilement d’électrode. La coque 5 est configurée afin de présenter une forme com plémentaire, ou sensiblement complémentaire, de l’enroulement ou de l’empilement de la pluralité d’électrodes 3 afin de maximiser une surface de contact, directe ou indirecte, avec celles-ci. Par exemple, lorsque la pluralité d’électrodes 3 est arrangée selon un enroulement, la coque 5 présente préférentiellement une base circulaire. A l’inverse, lorsque la pluralité d’électrodes 3 est arrangée selon un empilement, la coque 5 présente une base polygonale, notamment carrée ou rectangulaire. Notamment, la coque 5 est centrée sur un axe principal 500, lequel peut, de manière particulière, être confondu avec l’axe d’extension 200 de la pluralité d’électrodes 3.
[0040] La coque 5 est particulièrement dimensionnée et conformée de sorte que, lorsqu’elle est disposée au sein de la cellule électrochimique 1, elle présente une forme fermée le long d’au moins le contour, ou le périmètre, de la pluralité d’électrodes 3. Elle présente au moins une zone de chevauchement 51 d’une pluralité de portions distinctes, propre à une ou plusieurs pièce(s) 50 de la coque 5. On entend par « chevauchement » une su perposition d’une pluralité de portions de la coque 5 le long d’un axe radial 250, or thogonal à l’axe d’extension 200 et/ou à l’axe principal 500. Dans le cas d’une coque 5 comprenant une unique pièce 50, tel qu’illustré aux figures 2, 5, 6 et 8, une première portion 511 extrême et une deuxième portion 512 extrême, opposées l’une à l’autre au sein de de la pièce 50 formant la coque 5, s’étendent en superposition l’une de l’autre au sein de la coque 5 lorsque celle-ci est arrangée dans la cellule électrochimique 1.
[0041] Particulièrement, la coque 5 présente une structure mobile. La coque 5 est configurée de manière telle que les portions 511, 512 d’une même zone de chevauchement 51 sont déplacées relativement l’une à l’autre en fonction des variations volumiques de la pluralité d’électrodes 3 observées lors du fonctionnement, ou encore du fait du vieillissement, de la cellule électrochimique 1. Ainsi, afin d’accommoder l’expansion ou la contraction volumique des électrodes lors de la charge et de la décharge de la cellule électrochimique 1 respectivement, une dimension principale 550 de la base de la coque 5 est amenée à varier. On entend notamment par « dimension principale » un diamètre d’une base circulaire, dans le cas d’une cellule cylindrique, ou une diagonale d’une base polygonale dans le cas d’une cellule prismatique. Une telle dimension principale 550 va ainsi augmenter avec l’expansion du volume de la pluralité d’électrodes, et, inversement, diminuer avec sa contraction.
[0042] Il en résulte que l’au moins une zone de chevauchement 51 présente une surface variable en fonction du volume de la pluralité d’électrodes 3. La surface de la zone de chevauchement 51 est maximale lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 est minimal, par exemple dans le cas d’une cellule électrochimique 1 en phase de décharge et/ou en début de vie. La dimension principale 550 de la coque 5 est alors également minimale. Lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 augmente, par exemple lors de la charge de la cellule électrochimique 1 et/ou du fait de son vieillissement, la première portion 511 et la deuxième portion 512 sont déplacées l’une relativement à l’autre du fait de l’effort exercé par la pluralité d’électrode 3 sur la coque 5. La surface de la zone de chevauchement 51 est alors réduite. Notamment une valeur de surface minimale peut être préalablement prédéfinie an fonction d’un volume maximal de la pluralité d’électrodes, permis par la cellule, un tel volume pouvant, par exemple être conditionné par les dimensions de l’emballage 2 et/ou de l’élément de rappel 6, tel que davantage exposé ci-après.
[0043] Préférentiellement, la zone de chevauchement 51 peut être configurée de sorte à s’inscrire dans un secteur angulaire m, issu de l’axe principal 500, compris entre 10 et 30°, voire entre 10 et 20°, notamment lorsque la surface de la zone de chevauchement 51 considérée est minimale. Un tel arrangement vise notamment à prévenir un dé placement anormal des portion 511, 512 de la coque 5 et l’apparition de zones du contour de la pluralité d’électrodes « nues », c’est-à-dire non entourée par la coque 5 le long du périmètre considéré.
[0044] Ainsi, la coque 5 est avantageusement configurée pour permettre la respiration de la cellule électrochimique 1, sa forme étant adaptée à la variation volumique de la pluralité d’électrodes 3 aussi bien au fil des cycles d’utilisation de celle-ci qu’au fil de sa vie. Le fonctionnement de la coque 5 relativement aux variations volumiques, notamment à une contraction volumique, de la pluralité d’électrodes 3 sera davantage détaillé ci-après.
[0045] De manière optionnelle mais préférentielle, la cellule électrochimique 1 peut comprendre, en outre, un feuillet 7 électriquement isolant disposé autour de la pluralité d’électrodes 3 de sorte à être interposé entre la pluralité d’électrodes 3 et la coque 5 le long de l’axe radial 250. Notamment, un tel feuillet 7 peut être réalisé en polyester, par exemple en Mylar ®. Un tel feuillet 7 peut être un élément rapporté et disposé de manière à s’étendre autour de l’enroulement ou de l’empilement d’électrodes 3 afin de prévenir un contact direct entre la coque 5 et celui-ci et ainsi leur friction ou des courts circuits. Alternativement, un tel feuillet 7 peut correspondre à une partie extrême de l’élément isolant intégré à l’enroulement ou à l’empilement d’électrodes 3 afin de séparer une cathode et une anode adjacente. L’élément isolant est alors dimensionné afin de permettre d’entourer l’empilement ou l’enroulement d’électrodes 3.
[0046] Selon une alternative de réalisation, telle que visible aux [Fig.10] et 11, la coque 5 peut comprendre une pluralité de pièces 50, notamment de lames ou lamelles. Ces pièces 50, mobiles relativement les unes aux autres, sont configurées pour coopérer ensemble et pour s’inscrire dans une forme définissant la coque 5. Par exemple, tel qu’illustré, lesdites pièces 50 correspondent à des parties d’un cylindre disposées de sorte à s’inscrire dans une forme de coque 5 cylindrique ou sensiblement cylindrique. Un principe similaire peut également être mis en œuvre pour une structure prismatique.
[0047] Similairement à ce qui a été précédemment exposé, la coque 5 s’étend le long du contour, ou du périmètre, de la pluralité d’électrodes 3, et entoure la pluralité d’électrodes 3. Elle présente alors une pluralité de zones de chevauchement 51, le nombre de zones de chevauchement étant notamment égal au nombre de pièces 50 de la coque 5. Selon l’exemple illustré, non limitatif, une première lame 52 et une deuxième lame 53 comprennent chacune une première portion 511 extrême et une deuxième portion 512 extrême, opposées au sein de la lame considérée. La première portion 511 extrême de la première lame 52 et la deuxième portion 512 extrême de la deuxième lame 53 sont disposées de sorte à former une première zone de che vauchement 51’, tandis que la première portion 511 extrême de la deuxième lame 53 et la deuxième portion 512 extrême de la première lame 52 sont disposées de sorte à former une deuxième zone de chevauchement 51”.
[0048] Préférentiellement et tel qu’exposé précédemment, la première zone de che vauchement 51’ et la deuxième zone de chevauchement 51” peuvent être configurées de sorte à s’inscrire dans un secteur angulaire, issu de l’axe principal 500, compris entre 10 et 30°, notamment 10 et 20°, notamment lorsque la surface de la zone de che vauchement considérée est minimale.
[0049] Préférentiellement également, afin d’optimiser la surface de contact entre les pièces 50 de la coque 5 et la pluralité d’électrodes, les différentes pièces de la coque 5 sont disposées de sorte que des portions 511, 512 d’une même pièce 50 présentent une al ternance de leur position d’une zone de chevauchement 51 à une autre. Par exemple, dans l’exemple illustré, la première portion 511 de la première lame 52 est interposée entre la pluralité d’électrodes 3 et la deuxième portion 512 de la deuxième lame 53 le long de l’axe radial 250 dans la première zone de chevauchement 5G tandis que la deuxième portion 512 de la première lame 52 est au moins séparée de la pluralité d’électrodes 3 par la première portion 511 de la deuxième lame 53 dans la deuxième zone de chevauchement 51”.
[0050] En outre, la coque 5 peut être configurée de sorte que la première zone de che vauchement 51 et la deuxième zone de chevauchement 51 présentent un posi tionnement opposé ou sensiblement opposé, par exemple diamétralement opposé dans l’exemple illustré, au sein de la coque 5.
[0051] Au sein de la cellule électrochimique 1, la coque 5 est interposée entre la pluralité d’électrodes 3 et l’au moins un élément de rappel 6 le long de l’axe radial 250. Autrement dit, l’au moins un élément de rappel est interposé entre la pluralité d’électrode 3, ainsi que la coque 5, d’une part et au moins une partie de l’emballage 2, notamment le boîtier 21, d’autre part, le long de l’axe radial 250. Les figures 3 à 7 et 9 à 11 décrivent différents modes de réalisation et alternatives du dispositif de com pression 4. Les figures 3 à 7 illustrent des exemples d’un dispositif de compression 4 comprenant un unique élément de rappel 6 réalisé selon un premier mode de réa lisation. Les figures 10 et 11 illustrent un exemple de réalisation d’un deuxième mode de réalisation de l’élément de rappel 6. La [Lig.9] décrit une alternative de réalisation d’un dispositif de compression 4 comprenant une pluralité d’éléments de rappel selon le premier mode de réalisation. Il est entendu que l’ensemble de la description faite en référence à un élément de rappel 6 peut alors s’étendre à tout ou partie de la pluralité d’éléments de rappel lorsque le dispositif de compression 4 en comprend une pluralité. Egalement, le dispositif de compression 4 peut avantageusement comprendre une pluralité d’éléments de rappel 6 selon le deuxième mode de réalisation ou, de manière alternative, une pluralité d’éléments de rappel 6 selon le premier et/ou le deuxième mode de réalisation.
[0052] De manière générale, l’élément de rappel 6 est au moins en partie élastiquement dé formable et est configuré pour être déformé entre au moins une première configuration et une deuxième configuration en fonction du volume de la pluralité d’électrodes 3. Il est entendu que de telles configurations représentent des positions les plus extrêmes de l’élément de rappel 6, au moins une position intermédiaire pouvant exister entre lesdites configurations. Notamment, la première configuration peut être considérée comme une configuration dite « de repos » vers laquelle l’élément de rappel 6 retourne, ou vise à retrouver, de par ses propriétés élastiques lorsqu’il n’est soumis à aucun effort ou lorsqu’un tel effort diminue.
[0053] Selon le premier mode de réalisation, illustré aux figures 3 à 7, l’élément de rappel 6 comprend un corps 61 et une pluralité d’ailettes 62.
[0054] Le corps 61 présente une structure fermée et est configuré afin d’entourer au moins l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes 3 et la coque 5. Notamment, le corps 61 présente, de manière préférentielle, une forme complémentaire de celle de la coque 5 et/ou de la pluralité d’électrodes 3. Par exemple, lorsque la coque 5 présente une base circulaire, il en va de même pour le corps 61 de l’élément de rappel 6 de sorte à optimiser les surfaces de contact entre l’élément de rappel 6 et la coque 5. Un principe similaire s’applique avec une coque 5 présentant une base polygonale, notamment carrée ou rectangulaire. De la sorte, le corps 61 peut être centré sur un axe 600, lequel peut avantageusement être confondu avec l’axe d’extension 200 de la pluralité d’électrodes 3 et/ou l’axe d’extension 500 de la coque 5. Autrement dit, la pluralité d’électrodes 3 et/ou la coque 5 et/ou l’au moins un élément de rappel 6 peuvent être concentriques, ou sensiblement concentriques.
[0055] Le corps 61 présente particulièrement une structure rigide, c’est-à-dire notamment une structure telle qu’elle n’est pas, ou peu, déformée par la variation volumique de la pluralité d’électrodes 3. Le corps peut ainsi participer à fixer une limite du volume maximal toléré de la pluralité d’électrodes 3.
[0056] La pluralité d’ailettes 62 est reliée au corps 61 et présente une structure élastiquement déformable. Notamment, le corps 61 et la pluralité d’ailettes 62 forment un ensemble monobloc, c’est-à-dire qu’ils ne peuvent être dissociés l’un de l’autre sans résulter en la destruction ou la dégradation de l’élément de rappel 6. A titre d’exemple, l’élément de rappel 6 peut être réalisé en acier inoxydable, la pluralité d’ailettes 62 étant alors obtenue par découpe dans le corps 61 et chaque ailette 62 bordant une ouverture 64 comprise dans le corps 61.
[0057] La description ci-après est faite en référence à une ailette 62, il est néanmoins entendu que toute caractéristique relative à une ailette peut s’étendre à tout ou partie de la pluralité d’ailettes 62. L’ailette 62 présente une structure allongée, par exemple une structure rectangulaire. De manière particulière, l’ailette 62 peut s’étendre paral lèlement, ou sensiblement parallèlement, à l’axe 600 du corps 61, notamment le long de celui-ci.
[0058] L’ailette 62 peut s’étendre sur tout ou partie d’une hauteur 675 du corps 61, mesurée le long de l’axe 600. Selon un exemple non limitatif, l’ailette 62 peut s’étendre au moins sur l’essentiel de la hauteur 675 du corps 61, par exemple sur 70 à 95% d’une telle hauteur. Alternativement, une pluralité d’ailettes 62 peuvent s’étendre dans la continuité les unes des autres le long de la hauteur 675 du corps 61 chacune desdites ailettes 62 s’étendant alors sur une partie de la hauteur 675 du corps 61. Particu lièrement, le corps 61 peut comprendre deux rebords 65 extrêmes, opposés le long de l’axe 600, pleins, c’est-à-dire dépourvus d’ailettes 62. Egalement, l’élément de rappel 6 peut s’étendre sur tout ou partie d’une hauteur de la coque 5, une telle hauteur étant définie le long de l’axe principal 500 sur lequel est centré la coque 5. Autrement dit, la hauteur 675 de l’élément de rappel 6 peut avantageusement être inférieure ou égale à la hauteur de la coque 5, cette dernière répartissant les efforts exercés par l’élément de rappel 6. Il est ainsi possible de réduire la masse de l’ensemble de la cellule électro chimique en réduisant les dimensions de l’élément de rappel 6.
[0059] L’ailette 62 est reliée au corps 61 au niveau de l’un de ses côtés et présente une in clinaison a variable relativement à celui-ci, rendant ainsi l’ailette élastiquement dé formable. Une telle variabilité de l’inclinaison a vise à assurer un contact permanent entre l’ailette 62 et la coque 5, indépendamment du volume de la pluralité d’électrodes 3 et de la dimension principale 550 de la base de la coque 5. Il en résulte que l’élément de rappel 6 exerce une compression constante, et adaptée, sur la pluralité d’électrodes 3 afin de maintenir un contact adapté au sein de l’enroulement ou de l’empilement, et ce indépendamment du cycle de fonctionnement ou de l’usure de la cellule électro chimique 1.
[0060] Notamment, tel qu’illustré à la [Fig.5], une valeur de l’inclinaison a est maximale lorsque l’au moins un élément de rappel 6 est dans la première configuration, c’est-à-dire lorsque le volume de la pluralité d’électrode et la dimension principale 550 de la coque 5 sont minimales. L’ailette 62 est alors déployée et s’étend en saillie du corps 61 afin d’exercer un effort de compression sur la coque 5 et donc, indirectement, sur la pluralité d’électrodes 3. Lorsque l’élément de rappel est déplacé vers la première configuration, c’est-à-dire que les ailettes se déploient et que l’inclinaison a augmente, l’effort exercé par l’élément de rappel 6 entraîne la déformation de la coque 5, et notamment le déplacement des portions 511, 512 de la coque 5 relativement l’une à l’autre. La surface de la zone de chevauchement augmente et la dimension principale 550 de la coque 5 est réduite. L’élément de rappel 6 permet ainsi le plaquage de la coque 5 contre la pluralité d’électrodes 3 lorsque leur volume diminue, par exemple lors d’une phase de décharge, et permet la compression des différents composants de l’enroulement ou de l’empilement afin de maintenir leur bon contact. Un espace séparant la coque 5 du corps 61 de l’élément de rappel 6 augmente alors, jusqu’à être maximal lorsque l’élément de rappel 6 est dans la première configuration. A titre d’exemple préférentiel, l’ailette 62 peut être configurée de manière à présenter une in- clinaison a maximale strictement inférieure à 90°, notamment inférieure à 85°.
[0061] A l’inverse, comme exposé plus haut, lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 augmente, celle-ci exerce un effort sur la coque 5 qui le transmet à l’ailette 62. Celle-ci est alors rabattue vers le corps 61 et l’inclinaison a de l’ailette 62 est réduite par rapport à celle observée lorsque l’élément de rappel 6 est dans la première confi guration. L’ailette 62 ainsi rabattue exerce, en retour, un effort de compression sur la coque 5 et la pluralité d’électrodes 3, permettant également de maintenir le contact entre les différents composants tel qu’exposé précédemment. Notamment, la valeur de l’inclinaison a est minimale lorsque l’au moins un élément de rappel 6 est dans la deuxième configuration, c’est-à-dire lorsque le volume de la pluralité d’électrode est maximal par rapport à la limite maximale permise par le dispositif de compression 4 et/ou l’emballage 2 de la cellule. Particulièrement, lorsque le volume de la pluralité d’électrode est maximal, l’inclinaison a minimale peut être nulle, de sorte que la coque
5 vient s’étendre au contact de tout ou partie de la pluralité d’ailettes 62 et du corps 61.
[0062] La présence de la coque 5 en combinaison de l’élément de rappel 6 et interposée entre celui-ci et la pluralité d’électrodes 3 le long de l’axe radial 250 permet ainsi avantageusement d’assurer une répartition homogène de l’effort de compression exercé par l’élément de rappel 6 sur la pluralité d’électrodes 3. L’effort exercé localement par les ailettes 62 sur une face externe 501 de la coque 5 est en effet réparti dans la structure de la coque 5. La surface de contact entre une face interne 502, opposée à la face externe 501, de la coque 5 avec l’enroulement ou l’empilement d’électrodes 3 étant supérieure à la surface de contact observée entre les ailettes 62 et la coque 5, elle permet ainsi une transmission plus homogène de l’effort exercé par l’élément de rappel
6 sur la pluralité d’électrodes 3.
[0063] En ce sens, la pluralité d’ailettes 62 de l’élément de rappel 6 présente, de manière préférentielle, un agencement régulier sur la circonférence du corps 61. Autrement dit, les ailettes sont régulièrement réparties dans le corps 61 et présentent un espacement, séparant des ailettes 62 adjacentes, régulier. Similairement, les ailettes 62 de la pluralité d’ailettes 62 présentent, de préférence, des dimensions identiques.
[0064] A noter également que le nombre d’ailettes 62 illustrées, réparties le long de la cir conférence du corps 61, n’est en rien limitatif. Il est entendu que l’élément de rappel peut comprendre un nombre d’ailettes distinct, notamment supérieur ou inférieur, à ce qui est représenté dans les différentes figures.
[0065] Tel qu’exposé précédemment, le dispositif de compression 4 peut, de manière al ternative, avantageusement comprendre une pluralité d’éléments de rappel 6, chacun s’étendant au moins en partie au contact de la coque 5. La précédente description s’applique mutatis mutandis à la présente alternative, les caractéristiques relatives à l’élément de rappel 6 pouvant s’étendre à tout ou partie de la pluralité d’éléments de rappel 6. Dans l’exemple illustré à la [Fig.9], les différents éléments de rappel 6 sont réalisés selon le premier mode de réalisation tel que décrit précédemment, c’est à dire que chacun comprend un corps 61 et une pluralité d’ailettes 62.
[0066] La pluralité d’éléments de rappel 6 est disposée le long d’au moins une dimension, notamment une dimension la plus longue, de la pluralité d’électrodes 3 et/ou de la coque 5. Autrement dit, la pluralité d’éléments de rappel 6 peut être disposée le long de l’axe d’extension 200 de la pluralité d’électrodes 3 et/ou le long de l’axe principal 500 sur lequel est centré la coque 5. Par exemple, une telle dimension peut être une hauteur de la coque 5 et/ou de l’enroulement d’électrodes 3 dans le cas d’une cellule électro chimique 1 cylindrique telle qu’illustrée. La pluralité d’éléments de rappel 6 peut alors s’étendre sur tout ou partie d’une telle dimension, les différents éléments de rappel 601, 602, 603 pouvant ou non être au contact les uns des autres.
[0067] En l’espèce, le dispositif de compression 4 comprend un premier élément de rappel 601, un deuxième élément de rappel 602 et un troisième élément de rappel 603 disposés le long de l’axe principal 500 de la coque 5 et le long de l’axe d’extension 200 de l’enroulement de la pluralité d’électrodes 3, c’est-à-dire le long de leur hauteur, au contact les uns des autres. Particulièrement, le premier élément de rappel 601 et/ou le deuxième élément de rappel 602 et/ou le troisième élément de rappel 603 peuvent être coaxiaux. Notamment, ceux-ci peuvent être centrés sur l’axe principal 500 et/ou sur l’axe d’extension 200, c’est à dire que tout ou partie de la pluralité d’éléments de rappel 6 et/ou la coque 5 et/ou l’enroulement ou l’empilement d’électrodes 3 peuvent être concentriques.
[0068] Le premier élément de rappel 601 présente une position centrale le long de la dimension considérée, tandis que le deuxième élément de rappel 602 et le troisième élément de rappel 603 présentent une position plus extrêmale le long de cette même dimension. En d’autres termes, le deuxième élément de rappel 602 et le troisième élément de rappel 603 s’étendent de part et d’autre du premier élément de rappel 601 le long de l’axe principal 500 et/ou de l’axe d’extension 200.
[0069] Particulièrement, les différents éléments de rappel peuvent être configurés de manière à présenter des caractéristiques distinctes, par exemple un coefficient de raideur distinct. En effet, les variations de volume de la pluralité d’électrodes 3 peuvent être hétérogènes au sein d’un enroulement ou d’un empilement considéré. Notamment il est connu que de telles variations peuvent être plus importantes au niveau d’une partie centrale de l’enroulement ou de l’empilement. En ce sens, le dispositif de compression 4 peut avantageusement être configuré de sorte que le premier élément de rappel 601, présentant un positionnement central le long de la hauteur de la pluralité d’électrodes 3 et/ou de la coque 5, soit caractérisé par un co efficient de raideur supérieur à celui du deuxième élément de rappel 602 et/ou du troisième élément de rappel 603.
[0070] Un tel arrangement permet ainsi, d’une part, de faciliter l’assemblage de la cellule électrochimique 1 tel que détaillé ci-après, et, d’autre part, d’adapter l’effort de com pression exercé sur la coque 5 à une éventuelle hétérogénéité de la variation volumique de la pluralité d’électrodes 3 observée dans différentes parties de l’enroulement ou de l’empilement. Il est entendu que l’exemple illustré et précédemment détaillé n’est en rien limitatif. Aussi, lorsque le dispositif de compression 4 comprend une pluralité d’éléments de rappel 6, il peut comprendre moins ou plus de trois éléments de rappel 6, la description précédente s’applique alors mutatis mutandis à de telles alternatives. Egalement, ces différents éléments de rappel 6 peuvent alors être disposés au contact ou à distance non nulle les uns des autres de sorte qu’ils s’étendent sur tout ou partie de la hauteur de la coque 5, celle-ci permettant avantageusement de répartir les efforts exercés par ces différents éléments de rappel.
[0071] Selon une autre alternative, non représentée, pouvant être mise en œuvre avec les différents mode et alternatives ci-dessus, la cellule électrochimique 1 peut comprendre, alternativement ou en combinaison des modes de réalisation et alternatives exposées précédemment, une pluralité de coques 5, disposées le long d’au moins une dimension, notamment la dimension la plus longue, de la pluralité d’électrodes 3. Autrement dit, la pluralité de coques 5 peut être disposée le long de l’axe d’extension 200 de la pluralité d’électrodes 3. La description faite en référence à une pluralité d’éléments de rappel 6 s’applique ici mutatis mutandis , la pluralité de coques 5 s’étendant, de préférence, sur l’ensemble de la dimension considérée de la pluralité d’électrodes.
[0072] Les figures 10 et 11 illustrent de façon schématique un exemple de réalisation d’une cellule électrochimique 1 comprenant un deuxième mode de réalisation de l’élément de rappel 6, respectivement lorsque celui-ci est dans la première configuration et dans la deuxième configuration. La cellule électrochimique 1 illustrée se distingue de celle précédemment décrite de par son élément de rappel 6, aussi la précédente description, notamment relative à la structure de la cellule électrochimique 1, au nombre d’éléments de rappel 6 ou à la coque 5, s’applique mutatis mutandis à la description ci- après.
[0073] Dans le présent mode de réalisation, l’élément de rappel 6, ou alternativement au moins un élément de rappel 6 d’une pluralité d’éléments de rappel 6, présente une structure dite « en accordéon ». Notamment, une telle structure en accordéon s’inscrit de préférence dans une forme complémentaire de la forme de la coque 5 et/ou de la pluralité d’électrodes 3. On entend par une structure « en accordéon » une structure comprenant une pluralité d’ondulations ou, tel qu’illustré, de plis 63 élastiquement dé formables et définis par des angles b de dimensions variables en fonction du volume de la pluralité d’électrodes 3, et donc de la dimension principale 550 de la coque 5. Les plis ou ondulations 63 sont ici définis dans un plan orthogonal à l’axe d’extension 200 ou à l’axe principal 500, il est néanmoins entendu qu’ils peuvent s’étendre sur tout ou partie de la hauteur de l’élément de rappel 6. Autrement dit, les différents plis ou on dulations 63 peuvent s’étendre le long de l’axe d’extension 200 de la pluralité d’électrodes 3 et/ou de l’axe principal de la coque 5. Egalement, il est entendu que la forme des ondulation ou plis 63 illustrés n’est en rien limitative. Aussi, de tel(le)s on dulation ou plis 63 peuvent présenter, tel qu’illustré, des parties extrêmes, ou sommets, pointus, arrondis et/ou plats ainsi que des portions droites, telles qu’illustrées, ou courbées.
[0074] Similairement à ce qui a été précédemment exposé, l’élément de rappel 6 selon le présent mode de réalisation peut être réalisé dans un matériau métallique, notamment en acier inoxydable.
[0075] Les angles b et/ou la forme des plis 63 ou ondulations varie(nt) selon que l’au moins un élément de rappel 6 est dans la première configuration, c’est-à-dire lorsque le volume de la pluralité d’électrode et la dimension principale 550 de la coque 5 sont minimaux, ou dans la deuxième configuration, c’est-à-dire lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 et la dimension principale 550 de la coque 5 sont les plus grands. A titre d’exemple, la valeur d’angle b propre à chaque pli ou ondulation 63 lorsque l’élément de rappel 6 est au repos dans la première configuration, tel qu’illustré à la [Fig.10], peut être comprise entre et 40 et 120°, voire entre 45 et 60°.
[0076] La structure en accordéon est ainsi telle que l’élément de rappel 6 entoure la coque 5 et présente une alternance entre des zones de contact et de non-contact avec la coque 5, c’est-à-dire s’étendant à distance non nulle de la coque 5. Chaque pli ou ondulation 63 de l’élément de rappel 6 est ici délimité par deux zones de contact avec la coque 5 le long du contour, ou de la périphérie, externe de la coque 5. De façon similaire, l’élément de rappel 6 s’étend au contact de l’emballage 2, notamment d’une surface interne de l’emballage, tournée vers la pluralité d’électrodes 3.
[0077] Le dispositif de compression 4 selon le deuxième mode de réalisation permet la variation du volume de l’enroulement ou de l’empilement d’électrodes 3 en mettant en œuvre un écrasement plus ou moins important des plis ou ondulations 63 de l’élément de rappel 6 entre la coque 5 et l’emballage 2, qui se déforment, par exemple tel qu’illustré dans l’encart de la [Fig.11]. L’élément de rappel 6 est ainsi en appui contre l’emballage 2 et est constamment en contact, au moins partiel, avec la coque 5 de manière à permettre la variation de volume de la pluralité d’électrodes 3 tout en exerçant un effort, au niveau des zones de contact, sur la coque 5 qui est ensuite transmis de façon homogène à la pluralité d’électrodes 3. Lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 augmente, la dimension principale 5 de la coque 5 en fait de même, écrasant l’élément de rappel 6 contre l’emballage 2. Dans l’exemple illustré, les portions droites des plis 63 se déforment de sorte à former des arcs de cercle et l’angle b est alors graduellement réduit jusqu’à ce que l’élément de rappel 6 atteigne la deuxième configuration. L’élément de rappel 6 exerce alors, en retour, un effort de compression sur la coque 5 et la pluralité d’électrodes 3 tel que décrit plus haut. A l’inverse, lorsque le volume de la pluralité d’électrodes 3 diminue, l’élément de rappel 6, en appui de l’emballage 2, retourne naturellement vers la première configuration. Il exerce un effort sur la coque 5 entraînant la réduction de la dimension principale 550 de celle-ci et la plaquant contre la pluralité d’électrodes 3. L’effort de compression ainsi exercé localement par l’élément de rappel 6 sur la coque est alors transmis de façon plus homogène à la pluralité d’électrodes, comme pour le premier mode de réa lisation. Il est entendu que l’exemple d’écrasement de l’élément de rappel 6 n’est en rien limitatif et est ici représenté à titre indicatif.
[0078] L’invention concerne également un procédé de fabrication d’une cellule électro chimique 1 telle qu’exposée précédemment. Le procédé illustré à la [Fig.12] met notamment en œuvre un dispositif de compression 4 comprenant un unique élément de rappel 6 selon le premier mode de réalisation. Il est néanmoins entendu que le présent procédé s’étend, mutatis mutandis au deuxième mode de réalisation ainsi qu’aux al ternatives de réalisation comprenant une pluralité d’éléments de rappel 6 et/ou de coques 5.
[0079] Le procédé peut optionnellement comprendre une étape d’empilement ou d’enroulement d’une pluralité d’électrodes 3 de sorte à présenter une alternance d’une anode et d’une cathode, notamment de sorte à ce qu’une anode et une cathode ad jacentes soient séparées par un élément isolant tel qu’exposé précédemment. Alterna tivement, la pluralité d’électrodes 3 peut être fournie préalablement assemblée selon un enroulement ou un empilement.
[0080] Le procédé selon l’invention comprend une étape de positionnement El de l’au moins un élément de rappel 6 sur un outil 8, notamment un outil de maintien et/ou de guidage de l’au moins un élément de rappel 6. Lorsque le dispositif de compression 4 comprend une pluralité d’éléments de rappel 6, ceux-ci sont disposés sur un même outil 8. L’outil peut, à titre d’exemple non limitatif, présenter une forme au moins en partie complémentaire de l’élément de rappel 6, en particulier d’une face intérieure de l’élément de rappel 6. Par exemple pour un élément de rappel 6 s’inscrivant dans une forme cylindrique ou sensiblement cylindrique, l’outil peut présenter une forme cy lindrique. Particulièrement, un tel outil peut être configuré de sorte à coopérer avec l’élément de rappel 6 lorsque celui-ci est dans la première configuration et/ou afin de positionner celui-ci dans la première configuration.
[0081] En parallèle, la coque 5 est positionnée autour de l’enroulement ou de l’empilement de la pluralité d’électrodes 3. Une telle étape de positionnement peut être réalisée préa- lablement, simultanément ou ultérieurement au positionnement El de l’au moins un élément de rappel 6 sur l’outil.
[0082] Lorsque la cellule électrochimique 1 comprend un feuillet 7 électriquement isolant, le procédé selon l’invention comprend, préalablement au positionnement de la coque 5 sur la pluralité d’électrodes 3, une étape d’enroulement de la pluralité d’électrodes 3 dans le feuillet 7. Autrement dit, la coque 5 est alors disposée autour de l’ensemble formé par le feuillet 7 et l’enroulement ou l’empilement d’électrodes 3 de sorte à n’être en contact direct qu’avec le feuillet.
[0083] L’ensemble formé par la pluralité d’électrodes 3 et la coque 5 est ensuite placé E2 en regard de l’au moins un élément de rappel 6, maintenu par l’outil. En particulier, un tel ensemble est disposé de sorte que la coque 5 et l’au moins un élément de rappel 6 soient concentriques. En l’espèce, la coque 5 et l’élément de rappel 6 sont tous deux centrés sur l’axe principal 500 de la coque 5 et/ou l’axe d’extension 200 de l’enroulement d’électrodes 3.
[0084] Puis, l’au moins un élément de rappel 6 est déformé, lors d’une étape de déformation E3, afin d’être disposé de sorte à entourer la coque 5. Lors de l’étape E3, l’au moins un élément de rappel peut être déformé et déplacé E3 relativement à la coque 5 de sorte à venir entourer la coque 5 et la pluralité d’électrodes 3. Notamment, l’au moins un élément de rappel 6 peur être déplacé selon un mouvement de translation le long de l’axe principal 500 de la coque 5 et/ou de l’axe d’extension 200 de l’enroulement ou de l’empilement d’électrodes 3.
[0085] L’ensemble formé par la pluralité d’électrode, la coque 5 et l’au moins un élément de rappel 6 peut ensuite être inséré dans l’emballage 2 rigide, notamment dans le boîtier 21. Le couvercle 22 est ensuite disposé afin de fermer hermétiquement la cellule, puis scellée. Alternativement, lorsque la cellule électrochimique 1 comprend un électrolyte, celui-ci est inséré dans le boîtier 21 préalablement ou postérieurement à la fermeture de l’emballage 2 par injection de sorte que le dispositif de compression 4 et la pluralité d’électrodes 3 baignent dans ledit électrolyte. Le couvercle 22 peut ensuite être po sitionné et l’emballage 2 fermé et scellé.
[0086] La présente invention propose ainsi une cellule électrochimique pour un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant une pluralité d’électrodes et un dispositif de compression adapté aux va riations volumiques de la pluralité d’électrodes observées au fil des cycles de fonc tionnement et du vieillissement de la cellule électrochimique. Le dispositif de com pression comprend notamment une coque et au moins un élément de rappel, au moins en partie élastiquement déformable. Un tel dispositif de compression permet avanta geusement l’exercice constant d’une compression adaptée sur la pluralité d’électrodes afin d’en maintenir les différents éléments au contact les uns des autres et ainsi permettre une meilleure homogénéité de son fonctionnement, et donc de son vieillissement, la rendant ainsi plus adaptées aux nouveaux modes de recharge.
[0087] La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En par ticulier la forme et les dimensions des terminaux électriques ou le nombre d’électrodes peuvent être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent in fine les fonctionnalités décrites et illustrées dans le présent document.

Claims

Revendications
[Revendication 1] Cellule électrochimique (1) de stockage d’énergie électrique caractérisée en ce qu’elle comprend une pluralité d’électrodes (3), un dispositif de compression (4) de la pluralité d’électrodes (3) et un emballage (2) rigide apte à recevoir la pluralité d’électrodes (3) et le dispositif de com pression (4), le dispositif de compression (4) comprenant :
- au moins un élément de rappel (6) au moins en partie élastiquement déformable configuré pour être déformé entre une première confi guration et une deuxième configuration en fonction d’un volume de la pluralité d’électrodes (3), l’au moins un élément de rappel (6) étant interposé entre la pluralité d’électrode et au moins une partie de l’emballage (2) rigide ;
- une coque (5) métallique comprenant une ou plusieurs pièce(s) (50), la coque (5) étant interposée entre l’au moins un élément de rappel (6) et la pluralité d’électrodes (3) et la coque (5) entourant la pluralité d’électrodes (3) de sorte à présenter au moins une zone de che vauchement (51) de deux portions distinctes de la coque (5) dont une surface varie en fonction du volume de la pluralité d’électrodes (3).
[Revendication 2] Cellule électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle l’au moins un élément de rappel (6) comprend un corps (61) rigide et une pluralité d’ailettes (62) élastiquement déformables, reliée au corps (61) et présentant une inclinaison (a) relativement à celui-ci, une valeur de l’inclinaison (a) étant maximale lorsque l’au moins un élément de rappel (6) est dans la première configuration de sorte que la pluralité d’ailettes (62) s’étend en saillie du corps (61), et une valeur de l’inclinaison a étant minimale lorsque l’au moins un élément de rappel (6) est dans la deuxième configuration, au moins la pluralité d’ailettes (62) s’étendant au contact de la coque (5).
[Revendication 3] Cellule électrochimique (1) selon la revendication 1, dans laquelle l’au moins un élément de rappel (6) présente une structure « en accordéon » comprenant une pluralité d’ondulations ou de plis (63) élastiquement déformables dont une forme et/ou des angles (b) varient en fonction du volume de la pluralité d’électrodes (3).
[Revendication 4] Cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications précédentes, dont la coque (5) est centrée sur un axe principal (500), une surface minimale de la zone de chevauchement (51) étant délimitée par un secteur angulaire, issu de l’axe principal (500) et défini dans un plan or- thogonal à l’axe principal (500), compris entre 10 et 30°, notamment 10 et 20°.
[Revendication 5] Cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle la pluralité d’électrodes (3) est disposée selon un en roulement centré sur un axe d’extension (200) et/ou selon un em pilement s’étendant le long d’un axe d’extension (200), l’au moins un élément de rappel (6) et/ou la coque (5) étant centrés sur un tel axe.
[Revendication 6] Cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le dispositif de compression (4) comprend une pluralité d’éléments de rappel (6) disposée le long d’au moins une dimension, notamment une dimension la plus longue, de la pluralité d’électrodes (3) et/ou de la coque (5), la pluralité d’éléments de rappel (6) s’étendant sur tout ou partie de ladite dimension.
[Revendication 7] Cellule électrochimique (1) selon la revendication précédente, dans laquelle la pluralité d’éléments de rappel (6) comprend un premier élément de rappel (601), présentant une position centrale le long de la dimension définie, et au moins un deuxième élément de rappel (602, 603), présentant une position plus extrêmale le long de cette même dimension, le premier élément de rappel (6) présentant un coefficient de raideur supérieur à l’au moins un deuxième élément de rappel (602, 603).
[Revendication 8] Cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications précédentes, comprenant, en outre, un feuillet (7) électriquement isolant disposé autour de la pluralité d’électrodes (3) de sorte à être interposé entre la pluralité d’électrodes (3) et la coque (5).
[Revendication 9] Dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications précédentes.
[Revendication 10] Véhicule automobile hybride ou électrique comprenant au moins une cellule électrochimique (1) selon les revendications 1 à 8 et/ou au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique selon la revendication 9.
[Revendication 11] Procédé de fabrication d’une cellule électrochimique (1) selon l’une des revendications 1 à 8, comprenant :
- une étape de positionnement (El) de l’au moins un élément de rappel (6) sur un outil (8), notamment dans la première configuration ;
- une étape de positionnement de la coque (5) autour de la pluralité d’électrodes (3) ;
- une étape de placement (E2) de l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes (3) et par la coque (5) en regard de l’au moins un élément de rappel (6), notamment de sorte que la coque (5) et l’au moins un élément de rappel (6) soient concentriques ; puis
- une étape de déformation (E3) de l’au moins un élément de rappel (6), notamment durant laquelle l’élément de rappel (6) est déplacé selon un mouvement de translation relativement à la coque (5), de sorte que l’au moins un élément de rappel (6) entoure la coque (5) et la pluralité d’électrodes (3) ; puis
- une étape d’insertion de l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes (3), la coque (5) et l’au moins un élément de rappel (6) dans l’emballage (2) rigide.
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