CA1076643A - Generateurs electrochimiques de forme bouton - Google Patents
Generateurs electrochimiques de forme boutonInfo
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Abstract
Générateurs électrochimiques de type bouton, comportant deux coupelles contenant des matières actives positive et négative, emboîtées l'une dans l'autre et isolées l'une de l'autre par un joint. Selon l'invention la coupelle positive renferme au moins un compartiment situé entre elle et la matière positive, et délimité du côté de la matière positive par une feuille métallique perforée ; le compartiment est rempli d'électrolyte lorsque les matières actives sont dans l'état où elles occupent le plus grand volume. Application aux piles au lithium dont la matière positive est l'oxyde cuivrique, l'oxyde de plomb ou le minium.
Description
1C~766~3 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 - 1 - ~
1~7~643 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 i~7~43 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.
~76t~3 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.
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 - 1 - ~
1~7~643 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 i~7~43 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.
~76t~3 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.
Claims (5)
1/ Générateur électrochimique de type bouton, comprenant une première coupelle métallique renfermant la masse active positive et servant de collecteur de l'électrode positive, une seconde coupelle métallique ren-fermant la masse active négative et servant de collecteur de l'électrode négative, un séparateur imbibé d'électrolyte entre les masses actives positive et négative, et un joint isolant entre les deux coupelles emboî-tées, où les matières actives présentent globalement des volumes diffé-rents à l'état chargé et à l'état déchargé, caractérisé par le fait que la première coupelle renferme en outre au moins un compartiment situé entre ladite première coupelle et la masse active positive et délimité du côté de ladite masse par une feuille métallique perforée, ledit compartiment étant rempli d'électrolyte lorsque les matières actives du générateur sont dans l'état de charge où elles occupent le plus grand volume.
2/ Générateur selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est du type primaire et que les matières actives présentent globalement le plus grand volume à l'état chargé.
3/ Générateur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'électrode négative est soluble.
4/ Générateur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la matière active négative est le lithium et que la matière active positive est choisie dans le groupe de l'oxyde cuivrique, l'oxyde de plomb PbO et le minium Pb3O4.
5/ Générateur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que le volume d'électrolyte contenu dans ledit compartiment est de l'ordre de 0,3 centimètres cube par ampère-heure de capacité.
Applications Claiming Priority (1)
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| FR7701705A FR2378363A1 (fr) | 1977-01-21 | 1977-01-21 | Generateurs electrochimiques de forme bouton |
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Family
ID=9185769
Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |