Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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La présente invention concerne les générateurs électrochimiques
de ~orme bouton et plus particulièrement l~es générateurs où les trans~orma-
tions subies par les matières électrochimiquement actives entraînent un
changement de leur volume global entre l'état de charge et l'état de
décharge. Par matières électrochimiquement actives on entend aussi bien
les matières actives positives et negatives que l'électrolyte lorsque
celui-ci participe aux réactions de charge et de décharge par au moins l'un
- de ses composants.
La plupart des générateurs de type boutor. se composent d'une
première coupelle métallique renfermant la masse active positive et ser-
vant de collecteur de l'électrode positive, d'une seconde coupelle métal-
lique enfermant la masse active négative et serv~nt de collecteur de
llélectrode négatiYe, d'un séparateur imbibé d'électrolyte entre les maq-
se~ ~^tiveq positive et négative, et d'un ~oint isolant entre les deux
c~upelle~ emboîtées, qui sert à la fois à isoler électriquement le~
coupelles et a a~surer l'étanchéité de l'ensemble.
Dans de tels générateurs si les matières actives changent de
volume entre l'état chargé et l'état déchargé il peut s'ensuivre suivant
les cas un gonflement du bouton, ou au contraire la création d'un vide à
l'intérieur du bouton. Afin d'éviter le premier cas, on peut prévoir pour
le générateur un bo;tier dont les dimensions correspondent à l'état où les
matières actives occupent le plus grand volume, mais dans tous les cas,
quand on passe de l'etat de plus grand volume à l'état de plus petit
volume, le vide qui se crés à l'intérieur entraîne certains inconvénients.
En ce qui concerne les générateurs primaires, le problème se pose
en particulier avec certaines piles à électrode négative soluble où les
produits de décharge de l'électrode négative se retrouvent dans le compar-
timent positi~ pendant que le compartiment négatif se vide peu à peu en
commençant par la partie voisine du.séparateur. Si la migration des
3 produits de décharge vers le compartiment positi~ n'entr2ine pas de
gonfle~ent suffisant de la ~atière active positive, i~ peut en résulter une
rupture d~ contact ionique entre les deu~ électrodes, leur distance ayant
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augmentée. La décharge s1arrête donc prématurément.
La présente invention permet de remédier à oet inconvénient.
Elle a pour objet un générateur électrochimique de type bouton,
comprenant une première coupelle métall:ique renfermant la masse active
positive et servant de collecteur de l'électrode positive, une seconde
coupelle métallique renfermant la masse active négative et servant de
collecteur de l'électrode négative, un séparateur imbibé d'électrolyte
entre les masses actives po~itive et négative, et un joint isolant entre
les deux coupelles emboîtées, où les matières actives présentent globale-
tO ment des volumes différents à l'état chargé et à l'état déchargé, caracté-
risé par le fait que la première coupelle renferme en outre au moins un
compartiment situé entre ladite première coupelle et la masss active
positive et délimité du coté de ladite masse par une feuille métallique
perforée, ledit coMpartiment étant rempli d'électrolyte lorsque ies matiè-
re~ actives du générateur sont dans l'état de charge où elles occupent le
plus grand volume.
De cette manière l'électrolyte contenu dans ledit compartiment
est appelé par capillarité dans les vides créés dans le compartiment médian
par la diminution de volume global des matières actives et la réaction
électrochimique peut continuer jusqu'à transformation complète des matiè-
res actiYes, si le volume d'électrolyte prévu en plus est adéquat.
L'invention sera mieux comprise à l'aide des exemples suivants
illustrés par le dessin annexé où :
- La fig~ire 1 représente schématiquement, en coupe, un généra-
- teur selon l'invention,
- la figure 2 représente de la même manière une réalisation
différente d'un générateur selon l'invention,
- la figure 3 représente de la même manière une troisième
réalisation d'un générateur selon l'invention.
3 Sur la figure 1, le générateur électrochimique comprend un boî-
tier formé par des coupelles 1 et 3, les bords de la coupelle 1 étant
rabattus sur les bords de la coupelle 3 avec inter~osition d'un joint
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plastique 7 entre les deux. Les deux coupelles sont en acier nickelé (ou en
acier inox~ydable), et le joint 7 est en polypropylène. Une masse active
positive 2 contenue dans la coupelle 1 est un mélange de matière active
positive et d'un conducteur électronique. La matière active positive est
choisie parmi l'oxyde cuivrique et l'oxyde de plomb PbO ou le
minium Pb304 ; le conducteur électroni~ue peut être du graphite ou un
métal, de préférence un métal diminuant ou supprimant la poin~e de tension
initiale de la décharge du générateur, tel que le zinc, le plomb ou l'étain
comme décrit dans la demande de brevet canadien n 237 731 du 14 octobre 1975.
Une masse active négative 4 contenue dans la coupelle 3 est du lithium. Un
séparateur interposé entre les masses 2 et 4 se compose de deux couches,
une couche 5 en un feutre cellulosique hydrophile et une couche 6 consti-
tuée d'une feuille ~ormant barrière pour les particules da masse active.
Selon l'invention la masse active poqitive 2 a été comprimée
dan~ une coupelle 8 perforée en acier nickelé (ou en acier inoxydable) dont
le fond est en contact étroit avec le ~ond de la coupelle 1, auquel il peut
etre soudé en 10 pour améliorer la conductivité. La coupelle 8 ménage
autour de la masse positive un espace annulaire 9 ~ui est rempli d'électro-
lyte quand la pile est à l'état frais. Lors de la décharge du générateur la
masse active 4 diminue de volume car le lithium passe en solution et migre
vers le compartiment positif où il s'insère sous forme d'oxyde de lithium
Li20 dans les pores de la masse positive 2.
L'électrolyte porté par le séparateur 5 ne remplit plus le
compartiment médian dont le volume a augmenté. L'électrolyte contenu dans
le compartiment annulaire 9 passa alors dans les espaces capillaires vides
d'abord de la masse positive, puis du séparateur 5, et la décharge peut se
poursuivre sans aug~entation de la r~sistance interne du générateur.
Le volume intérieur du compartiment 9 est choisi de l'ordre
de 0,3 cm3 par ampère-heure. Il est- aisé de se rendre compte de la
variation du volume global des matières actives en considérant la réaction
de d~charge de la pile lithium-oY.yde cuivrique ; on indique ci-dessous les
poids (en 2) et les volumes (en cm3) de ces matières par ampère~heure.
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CuO ~2 Li - -~ Cu + Li2
1,4842g ~ 0,2589g ~ 1,18r~8g ~ 0,5573g
0,2319 cm3 + 0,4883 cm3 _ 0,1329 cm3 ~ 0,2773 cm3
soit
0,7202 cm3 - ~ 0,4102 cm3
La diminution de volume par ampère-heure esS donc 0,31 cm3.
Un calcul analogue aboutit à des resultats voisins de 0,3 cm3
pour les oxydes de plomb également.
Sur les figures 2 et 3 les mêmes références que aelles de la
figure 1 désignent des composants identiques.
Sur la figure 2 on a représenté une autre Porme de la cloison
perPorée délimitant le compartiment annulaire contenant la réserve d'élec-
trolyte. La coupelle 8 de la ~igure 1 est remplacée par un anneau 11 qui
dé~imite l'espace annulaire g, tandis que la masse positive 2 est en
contact direct avec le fond de la coupelle 1.
La Pigure 3 représente encore une autre réalisation selon l'in-
vention. Le compartiment 9 est cette fois délimité par une coupelle
perforée 12 dont les bords sont en contact étroit avec le fond de la
coupelle 1 et peuvent y être soudés. Le montage est un peu plus difficile
que pour les g~nérateurs des figures 1 et 2, mais le fonctionnement est le
même.
Bien entendu d'autres réalisations peuvent être obtenues par
modification de détail, comme la modi~ication de la forme de la paroi
perforée délimitant le compartiment 9, sans pour autant sortir de l'esprit
de l'invention.
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