CA3027620A1 - Coupe de metaux mous par assistance ultrasonore - Google Patents

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Karim Zaghib
Dominic Leblanc
Patrick Bouchard
Nancy Turcotte
Kamyab Amouzegar
Frederic Perron
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Hydro Quebec
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Abstract

Procédé de découpe de métaux mous, comprenant l'utilisation d'un outil de coupe adapté pour être animé 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. Ces composantes incluent les anodes, les cathodes, les électrolytes solides, les collecteurs de courant, les séparateurs.

Description

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]. CA 3027620 2018-12-13 2 [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 CA 3027620 2018-12-13 3 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 CA 3027620 2018-12-13 4 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. CA 3027620 2018-12-13 5 (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. CA 3027620 2018-12-13 6 (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 CA 3027620 2018-12-13 7 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 CA 3027620 2018-12-13 8 [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. CA 3027620 2018-12-13 9 [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 CA 3027620 2018-12-13 10 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 CA 3027620 2018-12-13 11 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. CA 3027620 2018-12-13 12 [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. CA 3027620 2018-12-13 13 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. 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Claims (23)

14 REVENDICATIONS 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.
5. Procédé ou système selon l'une quelconque des revendications 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 la revendication 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 l'une quelconque des revendications 1-6, dans lequel l'outil de coupe est un microtome.
8. Procédé ou système selon l'une quelconque des revendications 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, ln, 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 l'une quelconque des revendications 1-8, dans lequel les métaux mous sont des métaux alcalins mous, de préférence le lithium, le sodium ou le potassium. 15
10. Procédé ou système selon l'une quelconque des revendications 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.
13. Procédé ou système selon la revendication 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 la revendication 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 l'une quelconques des revendications 11-14, dans lequel l'outil de coupe comprend au moins une lame de coupe couplée à un générateur d'ultrasons. 16
16. Procédé ou système selon la revendication 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 l'une quelconque des revendications 11-16, dans lequel l'outil de coupe est un microtome.
18. Procédé ou système selon l'une quelconque des revendications 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 l'une quelconque des revendications 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 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 la revendications 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 l'une quelconque des revendications 11-19. 17
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 l'une quelconque des revendications 11-19.
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