Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
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La présente invention concerne un dispositif
d'emballage d'au moins une batterie au lithium, et
une méthode de réalisation de cet emballage. Plus
précisement, la présente invention se rapporte à
des ernballages pour batterie au lithium qui peuvent
être thermoscellés, lesquelles batteries comporten'
un electrolyte polymère solide en contact
elec~rique avec une anode au lithium ou d'alliage
de lithium et une cathode renfermant au moins un
sel metallique, notamment V O , TiS2 ou autre de
même nature.
Les batteries au lithium ou en alliage de
lithium impliquant l'utilisation d'un électrolyte
polymère solide sont connues, telles que divulgées
notamrnent dans les brevets U.S. suivants:
4.517.265 14 mai 1985
4.652.506 24 mars 1987
4.690.840 1 septembre 1987
JP 1239759 daté du 25 septembre 1989 au nom
de Hitachi-Maxell divulgue un matériau de scellage
pour batteries du type mentionné ci-dessus lequel
comporte un adhésif thermofusible d'acide déhydro-
malonique lequel peut être thermoscellé à 200C.
JP 62064065 daté du 20 mars 1987 par Hitachi
divulgue l'utilisation de films de verre qui
peuvent être soudés par l'utilisation d'un faisceau
au lazer.
JP 61277151 daté du 10 août 1986 de Dai
Nippon divulgue l'utilisation de copolymères
d ' éthylène et d'acide ac~ylique renfermant des
radicaux acétoxyl.
JP 612483598 du 5 novembre 1986, JP 61185867
daté du 19 août 1986, JP 61074256 daté du 16 avril
1986, et JP 61068860 daté du 7 avril 1986, tous par
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SEIKO divulguent l'utilisation de copolymères
d'éthylène et de tétrafluoroéthylène qui peuvent
être thermoscellés à 280C.
JP 1239759 et JP 61277151 préconisent
l'utilisation des polymères polaires partiellement
hydrophiles, qui ne donnent cependant pas
suffisamment de résistance contre l'humidité. Les
rnatériaux de scellage des références
Hitachi-Maxell, DAI NIPPON et SEIKO n'adhèrent pas
de façon parfaite aux métaux et ne possèdent qu'une
résistance limitée au pelage. Le matériau de
scellage de HITACHI peut produire des fissures.
A tout prendre, les matériaux de scellage de
l'art antérieur risquent de se délaminer et de
provoquer des fuites. Compte tenu du fait que dans
tous les cas on fait face à des températures de
thermoscellage relativement élevées, il y a
toujours risque de dommage à une batterie qui est
sensible à la chaleur.
Selon l'invention, il est prévu un dispositif
d'emballage d'au moins une batterie au lithium, la
batterie au lithium comportant un électrolyte
polymere solide en contact électrique avec une
anode de lithium ou d'alliage de lithium et une
cathode renfermant au moins un sel métallique. Le
disposi-tif comprend:
Une premiere feuille métallique ayant un
premier ruban d'un film plastique fixë par adhésion
sur ladite premiere feuille tou-t le long du
pourtour de ladi-te feuille métallique,
une seconde feuille métallique ayant un
second ruban d'un film de plastique fixé par
adhésion sur ladite feuille tout le long du
pourtour de ladite seconde feuille métallique, la
premiere et la seconde feuille étant disposée l'une
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au-dessus de l'autre, le premier et le second film
de plastique etant disposés au voisinage l'un de
l'autre en se faisant face,
ladite batterie au lithium étant en sandwiche
entre les première et seconde feuilles métalliques
dans un espace prevu à l'interieur des premier et
second rubans continus de film plastique, l'anode
etant en contact avec une des feuilles métalliques
et la cathode etant en contact avec l'autre feuille
metallique, les premier et second rubans continus
de film plastique etant hermetiquement
thermoscelles ensemble, pour faire en sorte
qu'aucune substance externe ne puisse venir en
contact avec la batterie.
Selon une réalisation préférée de
l'invention, les feuilles métalliques sont
constituées du meme matériau, lequel est de
préference de l'acier inoxydable, du nickel, du
cuivre, de l'aluminium ou des alliages de ceux-ci.
Les feuilles metalliques sont preférentiellement
constituees d'acier inoxydable.
En genexal, les feuilles métalliques ont une
epaisseur se situant entre 8 p et 50 ~. Lorsque
les feuilles metalliques sont en acier inoxydable,
elles ont habituellement une épaisseur entre 9 ~ et
12 ~. Lorsqu'elles sont faites de nickel, leur
epaisseur est en general d'environ 9 ~.
Lorsqu'elles sont faites d'aluminium, leur
epaisseur est en genéral d'environ 25 ~. On peut
utiliser des lames métalliques plus épaisses
possédant une surface plane et uniforme, au lieu
des feuilles métalliques.
Selon une réalisation préférée de
l'invention, les première et deuxième feuilles
métalliques sont sous forme de feuille
rectangulaire plane, bien qu'elles peuvent
présenter toute forme désirable, notamment, ronde.
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.
Selon une autre réalisation préférée de
l'invention, au moins la seconde feuille est
conformée sous forme d'un récipient comportant une
bride peripherique à sa partie ouverte, le second
ruban continu etant relié par adhésion à la
totalLte de la bride périphérique.
Possiblement, la première et la seconde
feuilles metalliques ont toutes deux la forme d'un
recipient, chacun possédant une bride periphérique.
Selon une autre réalisation de l'invention,
la première feuille métallique a la forme d'un
récipient peu profond possédant une première
collerette périphérique, la deuxième feuille
métallique a la forme d'un récipient plus profond
avec une seconde collerette plus prononcée, le
récipient plus profond étant fait pour recevoir le
récipient peu profond à sa partie supérieure. Le
premier ruban continu est lié par adhésion le long
de l'arête supérieure à l'exté.ieur de la première
collerette et le second ruban continu est lié par
adhésion le long de l'arête supérieure à
l'intérieur de la seconde collerette.
Les premier et second rubans continus de film
plastique sont constitués de préférence de
polyéthylène de type laminé bien que tout autre
materiau plastique acceptable puisse être utilise.
On a constate que le materiau préféré est du
polyéthylène haute densité, notamment DuPont HDPE.
Selon une autre réalisation préférée de
l'invention, le film de polyéthylène de type laminé
est traité couronne d'un côté. Le film de
polyéthylène a de préférence une épaisseur qui se
situe entre environ 25 ~ et 100 ~, de préférence
environ 50JU.
Le film en polyéthylène est de préférence lié
à la feuille métallique par l'entremise d'un
adhesif de polyester à deux éléments, notamment un
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adhésif vendu par Morton Thiokol sous la marque de
commence ADCOT~ 548. Le lien adhésif possède de
préférence une épaisseur d'environ 5 ~ à 25 ~ après
prise du lien, de préférence environ 10 ~.
Normalement, le côté traité couronne fait
face à la feuille métallique correspondante, et le
lien adhésif est farmé entre le côté traité
couronne et la feuille métallique.
Selon une autre réalisa'.ion préférée de
l'invention, la première feuille métallique et le
premier ruban continu possèdent une surface
légèrement plus petite que la seconde feuille
métallique et au second ruban continu de façon à
empêcher tout contact électrique possible entre la
première et la seconde feuille métallique lorsque
le dispositif est monté. Dans des conditions b~en
contrôlées d'assemblage et de thermoscellage,
pourra toutefois aussi utiliser des surfaces
identiques.
Selon une autre ~éalisation préférée de
l'invention, on a prévu une méthode d'emballage
d'au moins une batterie au lithium laquelle
comp~end les étapes suivantes:
On prépare au moins une batterie au lithium
comportant un électrolyte polymère solide en
contact électrique avec une anode au lithium ou
d'alliage de lithium et une cathode comportant au
moins un sel métallique,
on se muni d'une première et d'une seconde
feuilles métalliques et d'un premier et d'un second
rubans continus de film plastique, chacun des
rubans de film de plastique comportant un côté
traité cou.ronne,
on dépose sur lesdites feuilles métalliques
ou sur lesdits rubans continus de film plastique
une couche d'un adhésif pouvant produire un joint
imperméable respectivement entre la première
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feuille métalli~ue et le côté couronne du premier
ruban continu de film plastique, et entre la
seconde feuille métallique et le côté traité
couronne du second ruban de film plasti~ue,
séparément, on lamine la première feuille
métallique avec le premier ruban continu de film
plastique, et la seconde feuille métallique avec le
second ruban continu de film plastique, de façon à
étendre l'adhésif entre les feuilles métalliques et
les films plastiques et produire un premier et un
second laminages,
on s'assure que l'adhésif vient en prise
jusqu'à ce qu'un joint imperméable soit forme,
on insère au moins l'une desdites batteries
au lithium entre le premier et le second laminages
à l'interieur des rubans continus, le premier et le
second rubans continus se faisant face, et
on scelle entre eux les rubans continus tout
le lc~rly de leur périmètre empêchant ainsi toute
substance externe de venir en contact avec au moins
l'une des batteries au lithium.
De préférence, on fait en sorte d'assurer la
prise de l'adhésif durant une pe.riode d'au moins
environ 7 jours à temperature ambiante, et on
enlève tout excès d'adhesif avec un solvant
approprié.
L'invention est illustrée au moyen des
dessins annexés, qui sont donnés sans caractère
limitatif, et dans lesquels:
La FIGURE l est une représentation
schématique d'un emballage de batterie au lithium
selon la présente invenLion;
la FIGURE 2 est une illustration d'un
emballage avec deux feuilles métalliques sous forme
de récipient;
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la FIGURE 3 est une illustration d'un
emballage avec une feuille mé-tallique plane et une
feuille sous forme de recipient;
la F~GURE 4 es-. une illustration d'un autre
emballage;
la FIGURE 5 est une vue en plan prise du
dessus d'un ruban continu su~érieur en
polyéthylène;
la FIGURE 6 est une vue en plan prise du
dessus d'un ruban con-tinu inférieu~ plus large, en
polyéthylène; et
la FIGURE 7 est une courbe représentant
l'effet de cyclage sur un emballage pour batcerie
au lithium selon la présente invention.
En se référant aux dessins, plus
particulièrement à la Figure 1, on ver.ra qu'un
dispositif d'emballage d'une batterie au lithium l
(illustré de façon schématique dans les dessins
étan~ entendu qu'il comporte une anode au lithium,
un électrolyte solide polymère et une cathode
renfermant du V6O 3 ou du TiS2) consiste en une
feuille métallique 3 dont l'épaisseur est entre 8
et 50 ~, une autre feuille métallique 5 dont la
surface est légèrement plus laxge que la feuille 3
et des rubans continus 7 et 9 de polyéthylène de
haute densité, notamment en DuPont HDPE. Afin
d'empêcher tout contact élect^ique entre les
feuilles 3 et 5 lorque le dis~ositif est assemblé,
la feuille metallique 3 et le ~^uban continu 7, ont
une surface legèrement inferieure a la feuille
met~ll.que 5 e-t au .uban cont-nu 9.
On no-cera que chacun des rubans continus 7 et
9 en polyethylène de haute densite comportent un
côté traite couronne de facon à assurer une
meilleu-e adhesion avec les feuilles métalliques 3
et 5. Le côte t.-aite couronne (non illustré) de
chaque ruban 7, 9 fait face respectivement a une
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feuille métallique 3, 5. Le ruban 7, 9 est fixé à
la feuille métallique 3, 5 au moyen d'un adhésif
polyester a deux éléments notamment le produit
vendu par Morton Thiokol sous la marque de commerce
ADCOTE de facon a constituer un joint imperméable
11, 13 entre le ruban et la feuille métallique. La
batterie au lithium 1 étant disposée a l'intéxieur
de l'emballage, il se forme un thermoscellage 15
sur tout le pourtour et entre les deux rubans
continus 7, 9, de façon a constituer une enceinte
parfaitement étanche qui empêche toute substance
ex-terne de venir en contact avec la batterie 1.
Les Figures 2, 3 et 4 sont des illustrations
schematiques de l'emballage de plusieurs batteries
1 entre deux feuillards métalliques en forme de
récipient 17, 19 (Figure 2), entre une feuille
méta~lique 3 e-t une feuille métallique sous forme
de recipient 21 (Figure 3) et entre une feuille
mé-tallique sous forme de récipient renversé 23 et
une feuille métallique sous de récipient 25 (Figure
4). Evidemment, tout autre forme d'emballage est
prévu par la présente invention, a la condition
éviaemment qu'elle comporte les caractér:stiques
structu:rales mentionnées ci-dessus.
Il sera évident pour l'homme de l'ar. que la
préparation d'un emballage a batterie tel
qu'illustré dans les dessins pourra s'effectuer de
la fa~on mentionnée ci-dessus.
L'invention sera maintenant illustrée par les
exemples qui suiven-c:
Exemple 1
Premiere méthode
Deux pieces carrées ( 2 1/4 x 2 1/4 " et 2
1/8 x 2 1/8 ") son'. découpées a partir d'une
feuille d'acier inoxydable (ai) durci 304 dont
l'épaisseur est 12 ~m (Peckover's shim). Des
pieces carrées de même dimension sont découpées a
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partir d'un filrn en polyethylène HDPE, d'epaisseur
50 um (DuPont), de type laminage, traitees couronne
sur un côté. Des fenêtres mesurant 1 3/4 x 1 3/4 "
sont découpées au centre des morceaux de
polyethylène. On prépare une solution constituée
de deux parties d'un adhesif polyester, Adcote 548,
fabrique par Morton-thiokol (10 parties de Adcote
548, 1 partie de catalyseur F et 8 parties
d'acétate d'ethyle) et l'on applique un revêtement
de 1/2 mil de cette solution sur le côte traite des
joints de polyethylene. On applique le côte revêtu
sur les pieces correspondantes en acier inoxydable,
on lamine par pressage a 60C et on laisse reposer
pendant 7 jours à température ambiante poux obtenir
un durcissage complet de l'adhesif.
En opérant dans une bolte a gants, on place
une batterie ronde au lithium, (1" de diamet e, 120
~m d'épaisseur) constitué d'un film électrolyte
polymere, une électrode positive à base de polymere
et v6ol3, une électrode négative au li'chium et deux
collecteurs de couran-c constitués de feuillards
métalliques tels que décrit dans le brevet européen
no 013199, entre deux pieces en ai assemblées, au
centre de ces dernières. On centre le tout et on
procède à un thermoscellage avec un organe de
thermoscellage constitué d'un film de polyéthylène
conventionel, laissant un espace uniforme de 1/16"
entre les deux pieces ai. Cet espace assure
amplement l'isolation électrique entre les deux
pieces en ai, qui agissent maintenant comme
collecteurs externes de courant de même que comme
emkallage et protegent contre l'air atmosphérique
ec l'humidité. La batterie ainsi emballée est
soumise a des cycles de charge et de décharge a
60C dans une atmosphere ambiante de laboratoire de
50% RH for 10 mois. Apres avoir effectué plus de
500 cycles, le pourcentage d'utilisation des
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matériaux actifs de la ba-tterie est encore aux
environs de 80% (Figure 7), montrant évidemment
l'absence d'introduc~ion d'air et de vapeur d'eau à
travers le joint de l'ernballage. Le petit sommet
après 150 cycles constitue une exception
correspondant à l'interruption ~emporaire, suivit
du réamorçage de la procédure de cyclage. Les
essais de pelage de l'emballage ont produit des
dechirements du feuillard metalli~ue sans affecter
le joint etanche.
Deuxième methode
On a repete le même procedé avec des pièces
de feuillards en nickel, dont l'épaiseur est 9 ~m,
au lieu de l'acier inoxydable. On a obtenu les
memes propriétés de bonne étanchéité pour la
batterie au lithium, meme si certains plis se
retrouvenc sur la face externe de la feuille de
nickel, pa^ce que ce matéxiau est moins dur ~ue
l'acier inoxydable.
EXEMPLE 2
Deux pièces rectangulai~es de 82 x 52 mm sont
découpées dans une feuille d'acier inoxydable comme
dans le premier exemple, et l'on fixe des joints en
polyethylène de deux ~n sur la bordure externe des
pièces en ai. On coupe une pièce rectangulaire de
78 x 47 mm à partir d'un film en polyethylène (25
um d'épaisseur), laquelle pièce est revetue d'une
couche mince de lithium (15 m~ d'epaiseur) tel que
decri, dans la brevet U.S. 4.824.746. La couche de
lithium es~ transferree a l'interieur d'une des
pièces en acie~ inoxydable, et on enleve le film de
polypropylène. Une autre pièce rectangulaire est
decou~ee dans un film de polypropylène revetu d'une
couche du materiau de l'electrode positive (30 ~m),
la~uelle est revêtue d'une couche d'un elect-rolyte
polymere (30 ~m), tel que decrit dans le brevet
franSais 87 08539, que l'on transfère à chaud sur
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la couche de lithium, après quoi on enlève le film
de polypropylène. Les deux pièces en ai sont
ensuite réunies comme dans le premier exemple, en
effectuant le thermoscellage des joints de 2 mm,
et peuvent alors agir comme collecteurs à la fois
interne et externe de courant, optimisant ainsi
l'épaisseu~ complète (environ 85 mp), la surface du
matériau actif, le poids et la densité d'énergie de
la bat'.erie emballée. On a noté les mêmes
caractéristiques de cyclage que dans les exemples
p^écédents.
