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I
TITRE DE L'INVENTION
COUPE DE MÉTAUX MOUS PAR ASSISTANCE ULTRASONORE
DOMAINE DE L'INVENTION
[0001] La présente invention est relative à un procédé de découpe de métaux
mous en général.
En particulier, l'invention est relative à un procédé utilisant un système
comprenant une lame de
coupe animée d'une vibration ultrasonique pour la découpe de métaux mous. Le
procédé selon
l'invention est mis en uvre pour la découpe de composantes entrant dans la
fabrication de
dispositifs de stockage électrochimique, par exemple les accumulateurs au
lithium. Ces
composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les
collecteurs de
courant, les séparateurs.
CONTEXTE DE L'INVENTION
[0002] L'ultrason est une onde mécanique et élastique, qui se propage au
travers de supports
fluides, solides, gazeux ou liquides. La gamme de fréquences des ultrasons se
situe entre 16
000 et 10 000 000 Hertz, fréquences trop élevées pour être perçues par
l'oreille humaine.
[0003] Les ultrasons ont plusieurs applications industrielles : contrôle non
destructif des pièces,
mais aussi des êtres vivants (échographie), chirurgie (désobstruction
d'artères, reprise de
prothèses de hanches, liposuccion, etc.), mélange de fluides difficilement
miscibles, nettoyage
de pièces, dépoussiérage de fumées, soudage de matières plastiques et de
métaux, et usinage
[1].
[0004] L'appellation ultrasons peut aussi être utilisée pour décrire des
techniques
d'assistance aux procédés, par exemple à la rectification, à la coupe (en
tournage, perçage,
fraisage), à l'électroérosion, à l'injection, au filage, etc. Dans ce cas, le
principe physique du
procédé reste le même, les vibrations ultrasonores étant là pour améliorer les
performances,
soit par une réduction des conditions de frottement, soit par la création de
conditions intenses
[1].
[0005] Différents mécanismes peuvent être utilisés pour convertir l'énergie
électrique en
énergie mécanique pour l'élaboration de générateurs d'ondes ultrasoniques. Ces
mécanismes
incluent par exemple l'effet électrodynamique, l'effet électrostatique,
l'effet magnétique, l'effet
magnétostrictif, l'effet électrostrictif ou l'effet piézoélectrique [1].
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[0006] Lors de l'assistance à la coupe, les ultrasons apportent une réduction
importante des
efforts de coupe, une amélioration de l'état de surface et une réduction de
l'usure de l'outil
utilisé [1]. De plus, on note moins de collage de matériau sur l'outil.
[0007] Le découpage est une opération mécanique de réduction des dimensions
qui se fait à
l'aide d'un outil, souvent dit tranchant et qui permet de diviser les
matériaux solides selon une
géométrie précise, afin d'obtenir des morceaux de taille réduite, ou de
séparer des parties
différentes [2].
[0008] Les ultrasons sont utilisés depuis de longues dates au sein de
technologies très
pointues comme le soudage et l'imagerie médicale. La technologie des ultrasons
a été
appliquée au découpage de produits alimentaires, par exemple le découpage de
pâtisseries [3].
Cette technologie s'est fortement développée dans ce secteur et apporte
aujourd'hui de
nombreuses solutions aux problématiques associées de la découpe des aliments
mous,
collants, moelleux, friables, et/ou hétérogènes [2].
[0009] Les ultrasons ne sont pas en tant que tels l'outil de découpe. Ils sont
utilisés pour
améliorer les performances d'une lame actionnée d'un mouvement de guillotine,
par exemple.
Les ultrasons sont donc appliqués à une lame possédant une géométrie
particulière. De façon
typique, pour produire les ultrasons, on transforme, par l'intermédiaire d'un
générateur, du
courant électrique de 60 Hz en courant de 20 kHz. Celui-ci va venir exciter un
piézo-électrique
composé de quatre couches de céramique. Cette céramique qui se rétracte sous
l'effet
électrique 20 000 fois par seconde, transforme l'énergie électrique en énergie
mécanique, qui
sera amplifiée par un booster et transmise à la lame. En vibrant à haute
fréquence (20
kHz), cette lame fait des micro-déplacements d'amplitude de 50 à 100 pm. Le
fil de lame est
alors soumis à une grande accélération mécanique de l'ordre de 105 g, ce qui
provoque la
rupture du matériau sous la lame. L'amplification est fonction du produit à
traiter : plus celui-ci
sera mou, moins il y aura d'amplification. En parallèle à cette vibration de
la lame, on réalise
une descente de l'outil de découpe. La découpe se fait donc sans compression
du produit et
sans frottement, ce qui permet d'obtenir de belles surfaces de coupe même avec
des produits
très collants ou très fragiles [2].
[0010] La technique de coupe assistée par ultrasons permet de couper
facilement les
matériaux difficiles à couper tels que les matériaux en carbone, le
caoutchouc, les
thermoplastiques, le cuir, les tissus, les non-tissés, le papier, les feuilles
de plastique, etc.
Cependant, la coupe des matériaux ductiles, comme les métaux mous, a toujours
été
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considérée être plus rentable par d'autres techniques, comme la coupe
standard,
l'électroérosion ou l'électrochimie [1].
[0011] La coupe de métaux alcalins mous tel que le lithium, le sodium, le
potassium, etc. pose
des problèmes tels que la déformation des pièces à couper, l'échauffement des
outils de coupe
et le beurrage des outils ainsi qu'un mauvais fini de surface. Les outils
usuels tels que les
scies, les couteaux (tranche, guillotine, lame rotative, ciseaux etc.), les
fils tranchants, les fils
chauffants, les lasers de coupe ou autres techniques d'érosion sont tous
insatisfaisants. De
plus, lorsqu'on fabrique des assemblages incluant ces métaux, tels que par
exemple des
dispositifs accumulateurs au lithium, les techniques de coupe usuelles
deviennent
impraticables.
[0012] Les inventeurs sont au courant du document U.S. 5,250,784 qui décrit
une technique de
coupe assistée par laser pour la découpe d'un assemblage de plusieurs films
incluant un film
électrochimique [5].
[0013] Il y a un besoin de développement de procédés efficaces de découpe de
métaux mous.
En particulier, il y a un besoin de développement de procédés efficaces pour
la découpe de
composantes entrant dans la fabrication de dispositifs de stockage
électrochimiques, comme
par exemple les accumulateurs au lithium.
[0014] Il y a également un besoin de développement de procédés pour la découpe
d'un
dispositif de stockage électrochimique, comme par exemple une pile, de façon à
permettre la
caractérisation de la pile.
RÉSUMÉ DE L'INVENTION
[0015] Les inventeurs ont conçu et mis en oeuvre un procédé de découpe de
métaux mous. Le
procédé selon l'invention utilise un système comprenant une lame de coupe
animée d'une
vibration ultrasonique. Le procédé est mis en oeuvre pour la découpe de
composantes entrant
dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimique, par exemple
les accumulateurs
au lithium. De telles composantes incluent les anodes, les cathodes, les
électrolytes solides,
les collecteurs de courant et les séparateurs. Ces composantes peuvent être
découpées
individuellement ou lorsqu'elles assemblées, par exemple sous forme d'un
assemblage multi-
couche.
[0016] Le procédé selon l'invention permet l'élimination de friction et par
conséquent la
diminution d'efforts de coupe, la diminution du temps de court-circuit d'une
pile assemblée
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durant la coupe, la minimisation du beurrage des outils, l'échauffement et
l'usure de l'outil
utilisé, et un fini de coupe amélioré.
[0017] Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé utilise un
outil de coupe animé
d'une vibration ultrasonique. Selon un autre mode re réalisation de
l'invention, l'outil de coupe
comprend au moins une lame couplée à un générateur d'ultrasons.
[0018] Selon un mode de réalisation de l'invention, les composantes du
dispositif de stockage
électrochimique peuvent être découpées de façon individuelle, par exemple lors
de la
fabrication du dispositif. Les composantes du dispositif de stockage
électrochimique peuvent
également être découpées lorsqu'elles sont assemblées, par exemple lorsqu'on
désire effectuer
un examen du dispositif afin de déterminer son architecture (caractérisation
du dispositif). Lors
d'un tel processus de caractérisation, l'outil de coupe peut être couplé à un
microscope et/ou à
un dispositif de mesure pouvant servir à la mesure, par exemple de l'épaisseur
de chaque
couche des différentes composantes du dispositif de stockage électrochimique.
[0019] Par conséquent, selon un aspect, l'invention se rapporte à:
(1) Procédé de découpe de métaux mous, comprenant l'utilisation d'un outil
de coupe
adapté pour être animé d'une vibration ultrasonique.
(2) Système de découpe de métaux mous, comprenant un outil de coupe adapté
pour être
animé d'une vibration ultrasonique.
(3) Procédé de fabrication d'un dispositif de stockage électrochimique ou
Procédé de
caractérisation d'un dispositif de stockage électrochimique, de préférence
accumulateur
au lithium ou un accumulateur lithium tout solide ou un accumulateur
lithium-ion ou
une pile, comprenant l'utilisation d'un outil de coupe adapté pour être animé
d'une
vibration ultrasonique.
(4) Système de fabrication d'un dispositif de stockage électrochimique ou
Système de
caractérisation d'un dispositif de stockage électrochimique, de préférence
accumulateur
au lithium ou un accumulateur lithium tout solide ou un accumulateur
lithium-ion ou
une pile, comprenant un outil de coupe adapté pour être animé d'une vibration
ultrasonique.
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(5) Procédé ou système selon (1)-(4), dans lequel l'outil de coupe comprend
au moins une
lame de coupe couplée à un générateur d'ultrasons.
(6) Procédé ou système selon (5), dans lequel la lame de coupe est: une
lame adaptée
pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une
lame de
diamant, une lame d'exacto, une lame d'acier, une lame constituée de carbure
de
tungstène, ou une combinaison de celles-ci.
(7) Procédé ou système selon (1)-(6), dans lequel l'outil de coupe est un
microtome.
(8) Procédé ou système selon (1)-(7), dans lequel les métaux mous sont des
métaux
présentant une malléabilité élevée à température ambiante, de préférence Pb,
Na, Ca,
Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs,
Rb et leurs
alliages; ou des métaux présentant une dureté inférieure à 4 sur l'échelle de
Mohs.
(9) Procédé ou système selon (1)-(8), dans lequel les métaux mous sont des
métaux
alcalins mous, de préférence le lithium, le sodium ou le potassium.
(10) Procédé ou système selon (1)-(7), dans lequel les métaux mous sont des
métaux
malléables à température supérieure à la température ambiante; de préférence
le
procédé comprend l'utilisation d'un système de protection thermique, ou le
système
comprend en outre un système de protection thermique.
(11) Procédé de fabrication d'un dispositif de stockage électrochimique ou
Procédé de
caractérisation d'un dispositif de stockage électrochimique, de préférence
accumulateur
au lithium ou un accumulateur lithium tout solide ou un accumulateur
lithium-ion ou
une pile, comprenant au moins une étape de découpe d'au moins une composante
du
dispositif de stockage électrochimique, la découpe étant effectuée en
utilisant un outil de
coupe adapté pour être animé d'une vibration ultrasonique.
(12) Système de fabrication d'un dispositif de stockage électrochimique ou
Système de
caractérisation d'un dispositif de stockage électrochimique, de préférence
accumulateur
au lithium ou un accumulateur lithium tout solide ou un accumulateur
lithium-ion ou
une pile, comprenant au moins un outil de coupe pour le découpage d'au moins
une
composante du dispositif électrochimique, l'outil de coupe étant adapté pour
être animé
d'une vibration ultrasonique.
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(13) Procédé ou système selon (11) ou (12), dans lequel la composante du
dispositif de
stockage électrochimique est une électrode négative, une électrode positive,
un
électrolyte solide, un collecteur de courant, un séparateur, ou une
combinaison de ces
composantes.
(14) Procédé ou système selon (13), dans lequel : l'électrode négative est
constituée d'une
feuille métallique à base de métaux alcalins, de préférence le lithium, les
alliages lithium-
aluminium ou analogues; l'électrode positive est constituée d'un mélange de
composite,
de préférence un matériau contenant un centre redox actif (oxyde de métal de
transition), un matériau de remplissage électriquement conducteur (particules
de
carbone), un matériau électrolyte solide (conducteur ionique); l'électrolyte
solide est
constitué de polymère, de verre, céramique ou d'un mélange de ceux-ci; le
collecteur de
courant est constitué d'une feuille métallique, de préférence une feuille
d'Al, de Ni, de
Cu, ou une combinaison de ceux-ci; le séparateur est constitué de matériau
polymère ou
céramique.
(15) Procédé ou système selon (11)-(14), dans lequel l'outil de coupe
comprend au moins
une lame de coupe couplée à un générateur d'ultrasons.
(16) Procédé ou système selon (15), dans lequel la lame de coupe est: une lame
adaptée
pour être actionnée par un mouvement de guillotine, une lame de rasoir, une
lame de
diamant, une lame d'exacto, une lame d'acier, une lame constituée de carbure
de
tungstène, ou une combinaison de celles-ci.
(17) Procédé ou système selon (11)-(16), dans lequel l'outil de coupe est
un microtome.
(18) Procédé ou système selon (11)-(17), dans lequel la fabrication comprend;
un
empilement ou assemblage des composantes du dispositif de stockage
électrochimique;
une re-dimension des composantes du dispositif de stockage électrochimique;
une
extrusion d'une billette provenant de la fusion d'un lingot de matériau
constituant une
composante du dispositif de stockage électrochimique, de préférence une
billette de
lithium; une re-dimension d'une pile ou d'une demi-pile; un empilement de
piles
bifaciales; ou une combinaison de ceux-ci.
(19) Procédé ou système selon (1)-(18), dans lequel l'outil de coupe
comprend une lame
dont la dureté est élevée; et/ou une lame dont la surface a été modifiée par
traitement
thermique, de préférence carburation, nitruration, trempage, dépôt céramique
ou une
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combinaison de ceux-ci; et/ou une lame constituée d'un matériau résistant à
l'usure, de
préférence carbure de tungstène, carbure de silicium, diamant, alumine,
zirconium,
nitrure de silicium ou une combinaison de ceux-ci; et/ou une lame constituée
d'un
matériau isolant électrique.
(20) Système pour la caractérisation d'un dispositif de stockage
électrochimique
(accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium tout solide ou un
accumulateur
lithium-ion ou pile), comprenant : un outil de coupe adapté pour être animé
d'une
vibration ultrasonore, de préférence l'outil est un microtome; un microscope;
et/ou un
dispositif de mesure.
(21) Système selon (20), dans lequel l'outil de coupe comprend au moins une
lame de coupe
couplée à un générateur d'ultrasons.
(22) Dispositif de stockage électrochimique obtenu par le procédé tel que
défini à (11)-(19).
(23) Accumulateur au lithium ou accumulateur au lithium tout solide ou un
accumulateur
lithium-ion ou pile, obtenu par le procédé tel que défini à (11)-(19).
[0020] D'autres objets, avantages et fonctions de la présente invention
deviendront plus
apparentes lors de la description suivante de modes de réalisations possibles,
donnés à titre
d'exemple seulement, en relation aux figures suivantes.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
[0021] Figure 1: Structure d'un accumulateur au lithium tout solide selon
l'art antérieur [4].
[0022] Figure 2: Fabrication d'un accumulateur au lithium tout solide selon
l'art antérieur
[4].
[0023] Figure 3: Coupe de lithium métallique selon un procédé standard, sans
assistance
ultrasonique.
[0024] Figure 4: Coupe de lithium métallique avec assistance ultrasonore.
DESCRIPTION DE MODES DE RÉALISATIONS DE L'INVENTION
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[0025] Avant que la présente invention ne soit davantage décrite, il faut
comprendre que
l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits ci-
dessous, car des
variantes de ces modes de réalisation peuvent être réalisées et restent dans
le cadre des
revendications annexées. Il faut également comprendre que la terminologie
utilisée a pour but
de décrire des modes de réalisation particuliers et n'est pas censée être
limitative. Au lieu de
cela, la portée de la présente invention sera établie par les revendications
annexées.
[0026] Afin de fournir une compréhension claire et cohérente des termes
utilisés dans la
présente description, un certain nombre de définitions sont fournies ci-
dessous. En outre, sauf
indication contraire, tous les termes techniques et scientifiques tels
qu'utilisés ici ont la même
signification que celle couramment comprise dans le domaine technique auquel
se rapporte
l'invention.
[0027] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme ultrason)> désigne une onde
mécanique et
élastique, qui se propage au travers de supports fluides, solides, gazeux ou
liquides. La
gamme de fréquences des ultrasons se situe entre 16 000 et 10 000 000 Hertz.
[0028] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme métaux mous désigne les
métaux
présentant une malléabilité/plasticité élevée à température ambiante. De tels
métaux sont par
exemple Pb, Na, Ca, Sr, K, Mg, Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe,
Zn, Li, Ni, Pd, Cs,
Rb et leurs alliages.
[0029] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme métaux alcalins mous)>
désigne les métaux
alcalins présentant une malléabilité/plasticité élevée à température ambiante.
De tels métaux
sons par exemple Li, Na, K et leurs alliages.
[0030] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme accumulateur au lithium
tout solide
désigne un accumulateur au lithium dans lequel l'électrolyte est sous forme
solide.
[0031] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme dispositif de stockage
électrochimique
désigne un accumulateur, une batterie, une pile, un accumulateur au lithium,
un accumulateur
au lithium tout solide , un accumulateur lithium-ion ou tout autre type
d'accumulateur.
[0032] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme découpage désigne une
opération
mécanique permettant de diviser et/ou séparer un morceau de matériau solide
selon une
géométrie déterminée, on obtient des morceaux de tailles réduites ou de forme
géométrique
différente.
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[0033] Tel qu'utilisé dans ce document, le terme caractérisation désigne
un processus par
lequel on examine le dispositif de stockage électrochimique afin de déterminer
son architecture.
On peut par exemple procéder à la mesure de l'épaisseur de chaque couche des
différentes
composantes de la pile. Ce processus d'examen peut être lié à un microscope
et/ou dispositif
de mesure. Ce processus d'examen incorpore le procédé de découpe selon
l'invention, avec
comme outil de coupe un microtome (microtomie à assistance ultrasonique).
[0034] Les inventeurs ont conçu et mis en oeuvre un procédé de découpe de
métaux mous. Le
procédé selon l'invention utilise un système comprenant une lame de coupe
animée d'une
vibration ultrasonique. Le procédé est mis en uvre pour la découpe de
composantes entrant
dans la fabrication de dispositifs de stockage électrochimique, par exemple
les accumulateurs
au lithium. De telles composantes incluent les anodes, les cathodes, les
électrolytes solides,
les collecteurs de courant et les séparateurs. Ces composantes peuvent être
découpées
individuellement ou lorsqu'elles assemblées, par exemple sous forme d'un
assemblage multi-
couche.
[0035] Le procédé selon l'invention permet l'élimination de friction et par
conséquent la
diminution d'efforts de coupe, la diminution du temps de court-circuit d'une
pile assemblée
durant la coupe, la minimisation du beurrage des outils, l'échauffement et
l'usure de l'outil
utilisé, et un fini de coupe amélioré.
[0036] Selon un mode de réalisation de l'invention, le procédé utilise un
outil de coupe animé
d'une vibration ultrasonique. Selon un autre mode re réalisation de
l'invention, l'outil de coupe
comprend au moins une lame couplée à un générateur d'ultrasons.
[0037] Selon un mode de réalisation de l'invention, les composantes du
dispositif de stockage
électrochimique peuvent être découpées de façon individuelle, par exemple lors
de la
fabrication du dispositif. Les composantes du dispositif de stockage
électrochimique peuvent
également être découpées lorsqu'elles sont assemblées, par exemple lorsqu'on
désire effectuer
un examen du dispositif afin de déterminer son architecture (caractérisation
du dispositif). Lors
d'un tel processus de caractérisation, l'outil de coupe peut être couplé à un
microscope et/ou à
un dispositif de mesure pouvant servir à la mesure, par exemple de l'épaisseur
de chaque
couche des différentes composantes du dispositif de stockage électrochimique.
[0038] L'invention comprend l'application de l'assistance ultrasonore à la
coupe de métaux
mous. L'invention permet de régler les problèmes de coupe des composantes
entrant dans la
fabrication des dispositifs de stockage électrochimiques, comme par exemple un
accumulateur
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au lithium tout solide , un accumulateur lithium-ion ou une pile. La Figure
1 illustre la
structure d'un tel accumulateur.
[0039] Différents mécanismes peuvent être utilisés pour produire les
ultrasons, la plupart des
convertisseurs de puissance modernes utilisent l'effet piézoélectrique.
L'amplitude et la
fréquence des vibrations et la charge statique ont une influence sur les
résultats de la coupe.
Cela explique pourquoi la plupart des installations travaillent à des
fréquences qui se situent
autour de 20 kHz, c'est-à-dire des fréquences proches de la fréquence la plus
faible compatible
avec l'oreille humaine. Malgré qu'un système puisse fonctionner sous 20 kHz,
celui-ci pourrait
être désagréable, voire dommageable pour l'audition humaine. Des études ont
démontré que
des migraines, nausées, vertiges peuvent également survenir suite à une
exposition prolongée
aux sons aigus, particulièrement pour les personnes à l'ouïe très fine,
notamment les personnes
jeunes. En effet, celles-ci peuvent entendre des sons très aigus, par exemple
de fréquences
supérieures à 16 kHz.
[0040] Optionnellement, l'utilisation de lubrifiant, comme une huile de coupe
minérale, contribue
à réduire l'échauffement de la pièce et de l'outil de coupe. L'utilisation de
lubrifiant aide
également à éliminer l'oxydation de surface de l'outil et du matériau découpé
et améliore le fini
de la coupe.
[0041] Pour diminuer l'usure du couteau, il peut être avantageux d'utiliser un
outil de coupe
ayant un couteau dont la dureté est élevée ou dont la surface a été modifiée
par différents
traitements (carburation, nitruration, trempage, dépôt céramique, ou une
combinaison de ceux-
ci). Il peut également être avantageux d'utiliser un outil de coupe ayant un
couteau constitué
d'un matériau résistant à l'usure (carbure de tungstène, carbure de silicium,
diamant, alumine,
zirconium, nitrure de silicium ou une combinaison de ceux-ci) ou constitué
d'un matériau isolant
électrique.
[0042] Les métaux mous envisagés selon l'invention sont les métaux présentant
une
malléabilité élevée (plasticité élevée) à température ambiante tels que Pb,
Na, Ca, Sr, K, Mg,
Al, Sn, Au, Pt, Ba, Cu, Ag, Cd, In, Ga, Bi, Fe, Zn, Li, Ni, Pd, Cs, Rb et
leurs alliages.
Cependant, des métaux présentant une malléabilité à température plus élevées,
peuvent
également être coupés par le procédé selon l'invention. Dans ce cas, le
procédé est effectué
en assurant une protection thermique au système de coupe par assistance
ultrasonore.
[0043] Un accumulateur au lithium tout solide)> est composé de plusieurs
composantes.
Dans le cas d'une pile LMP ( lithium metal polymer ), l'électrode négative
est généralement
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constituée d'un feuillard métallique léger à base de métaux alcalins : lithium
métal, les alliages
lithium-aluminium ou analogues. Dans le cas d'une pile lithium ion,
l'électrode négative est
généralement composée de graphite comme matériel actif déposé sur une couche
de collecteur
de courant (généralement en Cu ou Ni). L'électrode positive est généralement
formée d'un
mélange composite : un matériau contenant un centre redox actif (oxyde de
métal de transition),
un matériau de remplissage électriquement conducteur (habituellement des
particules de
carbone), un matériau électrolyte solide (conducteur ionique); sur un
collecteur de courant
(habituellement une mince feuille d'aluminium). L'électrolyte solide est
généralement constitué
de polymère, de verre, céramique ou d'un mélange de ceux-ci et permet la
conduction des ions
Lit. L'accumulateur au lithium tout solide est fabriqué par la
superposition de l'électrode
positive, de l'électrolyte solide et de l'électrode négative (Figure 2).
[0044] Exemple 1 : Un morceau de lithium est coupé à l'aide d'une lame de
guillotine selon un
procédé standard, sans assistance ultrasonique (Figure 3a). Les essais de
coupe montrent
une grande pression appliquée, une déformation significative de la pièce et un
mauvais fini de
surface (Figure 3b).
[0045] Exemple 2: Un morceau de lithium est coupé à l'aide d'une lame de
rasoir actionnée à
l'aide d'un générateur d'ultrasons de 20 kHz et d'une puissance de 750 W (Cole-
Palmer)
(Figure 4a). Une petite quantité d'huile minérale légère est utilisée afin de
protéger le lithium
de l'oxydation durant l'opération de coupe. La coupe s'effectue sans force,
rapidement, et le fini
de surface est de bonne qualité (Figures 4b et 4c). L'amplitude est modulée
entre 20 et 80%;
ceci influence la vitesse de coupe. Le lithium n'adhère pas à la lame.
[0046] Exemple 3: Un microtome assisté par ultrasons est utilisé pour
effectuer la coupe d'une
pile à étudier au microscope. Une lame de diamant vibrante coupe une pile
complète afin d'en
visualiser la section transversale. La coupe expose les différentes
composantes de la pile
(collecteurs de courant, anode, cathode, électrolyte solide, sac métal-
plastique). La coupe est
nette et ne déforme pas significativement les différentes épaisseurs à
observer.
[0047] Exemple 4: Durant le procédé de fabrication d'une batterie tout
solide par
empilement de piles bifaciales. La pile sous tension (chimiquement active) est
coupée à l'aide
d'une lame par assistance ultrasonore. Un court-circuit est créé (coupe à vif)
par l'action du
couteau métallique, mais, la vitesse de la coupe et sa netteté élimine le
besoin d'utiliser une
cicatrisation chimique des bords de pile.
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[0048] Exemple 5: Un feuillard d'aluminium est refendu afin d'en diminuer la
largeur avec une
lame d'exacto par assistance ultrasonore. Une coupe nette sans déchirure est
obtenue. Ce
procédé est utilisé pour redimensionner les collecteurs de courant, les
anodes, les cathodes, les
électrolytes solides, les piles, les demi-piles et toutes autres combinaisons
de composantes. La
durabilité de la lame est augmentée.
[0049] Exemple 6: Un lingot de lithium de 6 pouces de diamètre et de 24 pouces
de long est
coulé par un procédé de fusion. La billette, une fois démoulée, présente des
extrémités
comprenant des imperfections (zone de retrait, porosité, inclusions). Afin que
le lingot puisse
être extrudé sans générer de défauts, les extrémités sont coupées à l'aide
d'une lame d'acier
possédant un système assisté avec ultrasons.
[0050] Exemple 7: La coupe par assistance ultrasonore a été testée sur
plusieurs métaux
mous à température ambiante. Les métaux testés sont : Pb, Na, Ca, Mg, Al, Cu,
Ni. Tous les
métaux qui présentent une dureté sous 4 sur l'échelle de Mohs semblent pouvoir
être coupés
avec succès.
[0051] Les exemples ci-dessus sont reliés à un accumulateur au lithium tout
solide . La
personne versée dans l'art comprend que l'invention se rapporte également à
d'autres types
d'accumulateur incluant les accumulateurs au lithium, les accumulateurs
lithium-ion, les piles.
[0052] Les revendications ne doivent pas être limitées dans leur portée par
les réalisations
illustrées dans les exemples, mais doivent recevoir l'interprétation la plus
large qui soit
conforme à la description dans son ensemble.
[0053] La présente description fait référence à un certain nombre de
documents. Le contenu
de chacun de ces documents est incorporé dans la présente description par
référence dans son
intégralité.
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RÉFÉRENCES
1. D. Kremer, Usinage par Ultrasons , Techniques de l'Ingénieur (10 avril
1998), Réf. :
BM7240 V1.
2. S. Roustel, Découpe des Produits Alimentaires , Techniques de
l'Ingénieur (10 mars
2002), Réf. : F1230 V1.
3. U.S. 1,354,505 "Method of, and Apparatus for Cutting a Blanket of
Confectionery Product"
M.W. Round.
4. U.S. 6,030,421 "Ultra-Thin Solid-State Lithium Batteries and Process of
Preparing Same" M.
Gauthier, G. Lessard, G. Vassort, P. Bouchard, A. Vallee and M. Perrier.
5. U.S. 5,250,784 "Method and Device for Cutting a Multilayer Assembly
Composed of a
Plurality of Thin Films and Comprising a thin Film Electrochemical Generator
or a Component
Part Thereor D. Muller and B. Kapfer.
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