CH617038A5 - - Google Patents

Description

L'invention concerne une pile comportant un dispositif empêchant une corrosion localisée indésirable d'un ellément métallique de pile, à savoir une électrode ou une borne, dont la surface intérieure est en contact avec l'électrolyte alors que la 25 surface extérieure ne l'est pas. Ce dispositif constitue un masque recouvrant une certaine partie de la surface intérieure de l'élément métallique, afin de rendre cette partie électrochimique-ment inactive.

Lorsque cet élément métallique est une électrode, le masque 30 empêche toute corrosion localisée sans réduire l'importance de l'activité électrochimique se développant sur la partie restante de la surface de l'électrode. L'intensité de décharge de la batterie n'est donc pas réduite par le dispositif de protection contre la corrosion. Pour compenser la perte d'activité électro- 35 chimique à la surface de l'électrode, le masque peut comporter un métal ou un composé métallique ayant une composition chimique compatible avec l'électrode.

L'invention permet l'utilisation de feuilles métalliques très minces comme éléments de batteries, car aucune surépaisseur 40 du métal n'est nécessaire à la protection contre la corrosion.

En plaçant le masque sur la surface intérieure d'une électrode ou d'une borne, en un emplacement opposé à celui où une connexion électrique doit être réalisée, ce masque empêche le métal d'être sensibilisé électrochimiquement sous l'effet de la 45 chaleur et/ou de matières différentes entrant dans la réalisation et le maintien de la connexion électrique. Le masque permet la réalisation de connexions électriques avec la surface extérieure d'une pile assemblée plutôt qu'avec un élément qui est ensuite monté à l'intérieur de la pile. 50

Le masque empêche également la corrosion des formes de réalisation dans lesquelles une zone de la surface extérieure de l'élément métallique est exposée à l'air, et il permet la réalisation aisée de connexions électriques après de longues durées d'inactivité de la pile, par exemple par stockage. 55

L'élément métallique constitue avantageusement l'électrode négative de la pile et il se présente de préférence sous la forme d'une feuille de métal, par exemple de zinc, de plomb, de magnésium ou d'aliminium ou d'alliages de ces métaux.

L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins go annexés à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lesquels:

la figure 1 est une vue en perspective d'une pile selon l'invention contenant le masque;

la figure 2 est une coupe suivant la ligne A-A de la figure 1 ; et 65

les figures 3,4 et 5 sont des coupes, analogues à celle de la figure 2, montrant d'autres variantes du masque et de la pile selon l'invention.

Les épaisseurs indiquées sur les figures sont exagérées pour plus de clarté.

La figure 1 représente une pile sèche selon l'invention contenant le masque, ce masque n'étant pas visible sur cette figure.

La pile de la figure 1, représentée en coupe sur la figure 2, comprend une électrode négative ou anode 10 réalisée dans une mince feuille de zinc ou autre métal, une électrode positive ou cathode 12, et une couche 14 contenant un électrolyte et dispossé entre l'anode et la cathode. Une couche 16 de matière plastique conductrice du courant électrique, placée sur la face de la cathode 12 opposée à celle orientée vers l'anode 10, est fixé hermétiquement à cette anode 10 et isolée électriquement de cette dernière, sur le pourtour de la pile, par un ruban adhésif isolant 18. La surface extérieure de l'anode, qui est exposée à l'air, assume la fonction de borne négative pour la pile.

La figure 2 représente également un masque 20 qui recouvre une partie de la surface 22 électrochimiquement active de l'anode 10 (c'est-à-dire la surface de l'anode orientée vers la cathode 12 et la couche 14 contenant l'électrolyte). Le masque 20 empêche toute action électrochimique à la surface de l'anode qu'il recouvre. Un fil 26 de connexion est fixé par une soudure 28 sur la surface extérieure 24 de l'anode, en face du masque 20. Ce dernier, qui est appliqué sur l'anode 10 avant l'assemblage de celle-ci avec la cathode 12, la couche contenant l'électrolyte, la couche 16 de matière plastique et le ruban adhésif 18, permet le soudage du fil conducteur 26 sur la mince feuille de métal alors que la pile est assemblée, sans entraîner une corrosion indésirable du métal dans la zone du masque et de la soudure. Le masque 20 représenté sur la figure 2 peut être constitué d'une pellicule de matière plastique (par exemple de polypropy-lène) liée à l'anode 10 par un adhésif étanche à l'électrolyte, par exemple un adhésif à base de polyamide fondant à„chaud. En variante, il est possible d'utiliser un ruban adhésif appliqué sous pression et constitué d'une pellicule de matière plastique et d'un adhésif convenables.

La figure 3 représente une variante de l'anode et du masque de la pile selon l'invention. Une couche 30 de matière plastique isolante, appliquée sur la surface extérieure de l'anode, c'est-à-dire sur la surface qui n'est pas destinée à exercer une action électrochimique, assure l'isolation électrique de l'anode ainsi qu'une protection de cette dernière contre la corrosion. Un trou 32, réalisé dans la couche 30 de matière plastique, permet la réalisation d'un contact électrique avec la surface extérieure de l'anode ainsi que l'exposition de cette surface extérieure 24 à l'air ambiant. Afin d'empêcher toute corrosion indésirable de la surface de l'anode a l'intérieur du trou 32, un masque 34 est placé sur la surface 22, électrochimiquement active, de l'anode, en face du trou 32. Ce masque 34 est réalisé dans un adhésif fondant à chaud et conducteur du courant électrique, et pour compenser la perte de surface d'anode ayant une action électro-.chimique et recouverte par le masque, l'adhésif est chargé d'une poussière d'un métal ou d'un composé métallique compatible avec l'anode. Hormis l'action électrochimique supplémentaire qu'elle produit, cette poussière présente, autour de la jonction entre le masque 34 et l'anode 10, une surface électrochimiquement analogue à celle de l'anode et, par conséquent, la tendance à la corrosion autour de cette jenction est réduite (des dissemblances électrochimiques entre des éléments de pile voisins favorisant la corrosion, parfois en des emplacements où cette corrosion est indésirable).

La figure 4 représente une autre forme de réalisation de l'anode et du masque de la pile selon l'invention. Le fil 26 de connexion représenté est fixé à la surface extérieure 24 de l'anode 10 par un adhésif 36 appliqué sous pression et pouvant être utilise sans chauffage, la chaleur augmentant le risque de corrosion du métal de l'anode. Le masque 20, appliqué sur la surface électrochimiquement active 22 de l'anode 10, est recou

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vert d'une feuille métallique séparée 38, analogue à celle formant l'anode 10. De même que la poussière introduite dans le masque 34 représenté sur la figure 3, la feuille 38 représentée sur la figure 4 constitue une zone supplémentaire ayant une action électrochimique, afin d'augmenter la capacité de la pile et de diminuer la différence électrochimique apparaissant à la liaison entre le masque et l'anode.

La figure 5 représente une variante da la pile des figures 1 et 2. Comme représenté sur la figure 5, la borne négative 40 de la pile est constitué d'une feuille de métal, par exemple d'acier, de zinc ou de plomb, dont la surface intérieure est en contact avec les éléments internes de la pile et dont la surface extérieure est exposée à l'air. L'électrode négative ou anode 10 est en contact avec la surface intérieure de la borne négative 40. Cette anode 10 est constituée de particules de métal actif, assemblées par un liant ou déposées par pulvérisation à la flamme, par dépôt sous vide ou tout autre procédé. Un masque 20, analogue à celui représenté sur la figure 2, placé dans une ouverture de l'anode 10, appliqué contre la surface intérieure de la borne négative 40. La pile représentée sur la figure 5 comporte également, au-dessous de l'anode 10, une cathode 12 et une couche 14 contenant un électrolyte et placée entre l'anode et la cathode. Une couche de matière plastique conductrice du courant électrique, placée sur la face da la cathode 12 opposée à celle orientée vers l'anode 10, est fixée de manière étanche contre la borne négative 40 et isolée électriquement de cette dernière, sur le pourtour de la batterie, par un ruban adhésif isolant 18 qui est imprégné dans un prolongement de la couche 14 contenant l'électrolyte. Un fil 26 de connexion est fixé à la surface extérieure de la borne négative 40 par une soudure 28. Dans la forme de réalisation représentée sur la figure 5, la surface intérieure de la borne négative 40 est en contact avec l'électro-5 lyte qui diffuse à travers l'anode 10, la cathode 12 et la couche 14, et le masque 20 protège la zone de la borne 40 qu'il recouvre contre toute corrosion indésirable. Les particules de la matière constituant l'anode 10 peuvent être appliquées de manière à passer sur le masque 20, bien que cela ne soit pas représenté sur io la figure 5. Ainsi, toute discontinuité ou ouverture de l'anode est évitée.

L'élément métallique sur lequel le masque est appliqué peut être choisi dans une grande variété de métaux, le métal particulier pour une pile de conception donnée étant choisi d'après le système électrochimique de la pile et selon que l'élément métallique doit assumer la fonction d'électrode ou de borne ou des deux. Lorsqu'il est destiné à constituer une électrode, cet élément métallique peut être réalisé en zinc dans les systèmes électrochimiques utilisant le même métal pour l'anode; en plomb dans les systèmes au plomb et à l'acide ; en magnésium, en combinaison avec une cathode en bioxyde de manganèse, en chlorure cuivreux, en chlorure d'argent ou autre; et aluminium, en combinaison avec le bioxyde de manganèse. Lorsqu'il est utilisé comme borne dont la surface intérieure n'est pas destinée 25 à constituer l'anode de la pile, l'élément métallique peut être choisi dans une grande variété de métaux ne produisant aucune réaction chimique indésirable.

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Claims (11)

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   REVENDICATIONS

   1. Pile comportant un élément métallique dont la surface intérieure est en contact avec l'électrolyte alors que la surface extérieure ne l'est pas, la pile étant caractérisée en ce qu'elle comporte un dispositif empêchant toute corrosion indésirable de l'élément métallique, ce dispositif comprenant un masque appliqué sur une certaine partie de la surface intérieure afin de rendre électroniquement inactive cette partie de la surface intérieure qu'il recouvre.
2. 2. Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément métallique est une électrode.
3. 3. Pile selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément métallique est l'électrode négative.
4. 4. Pile selon la revendication 3, caractérisée en ce que l'électrode négative est constituée d'une feuille réalisée dans un métal choisi dans le groupe comprenant le zinc, le plomb, le magnésium, l'aluminium et des alliages de ces métaux.
5. 5. Pile selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'élément métallique est l'électrode positive.
6. 6. Pile selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'élément métallique est une borne de la pile.
7. 7. Pile selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'électrode négative est également une borne de la pile.
8. 8. Pile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce que la surface extérieure de l'élément métallique, opposée à celle sur laquelle le masque est appliqué, est exposée à l'air.
9. 9. Pile selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisée en ce qu'une connexion électrique est réalisée avec la surface extérieure de l'élément métallique opposée à celle sur laquelle le masque est appliqué.
10. 10. Pile selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, caractérisée en ce que, pour compenser la perte de surface, le masque contient un métal de nature chimique compatible avec l'électrode que ce masque recouvre.
11. 11. Pile selon la revendication 9, caractérisée en ce que la connexion électrique est exposée à l'air.

    Les éléments métalliques de piles présentent parfois des surfaces intérieures qui sont en contact avec l'électrolyte et des surfaces extérieures qui ne le sont pas. Ces éléments métalliques peuvent constituer une électrode, en particulier l'électrode négative ou anode, et peuvent parfois constituer aussi l'électrode positive ou cathode et/ou une borne de la pile.

    Au cours des réactions électrochimiques associés à la mise en charge et à la décharge de la pile, les surfaces intérieures de ces électrodes métalliques subissent une corrosion à une vitesse de préférence uniforme sur toute la surface du métal. Cependant, ces électrodes subissent également, dans certains cas, une corrosion localisée et indésiderable dont les conséquences peuvent être une diminution de la capacité de la pile et de sa durée possible de stockage, et une fuite de l'électrolyte à l'extérieur de la pile. Bien que cette corrosion locale indésirable puisse apparaître en tout point de la surface de l'électrode, l'expérience a montré qu'elle risque de se produire plus particulièrement dans les zones où un contact électrique est réalisé avec la surface extérieure de l'électrode ou dans les zones de la surface extérieure de l'électrode exposées à l'air.

    Pour réduire ou éliminer la corrosion indésirable apparaissant en des emplacements qui semblent aléatoires, divers inhibiteurs de corrosion ont été appliqués sur la surface ayant une action électronique d'une électrode en zinc d'une pile afin de réduire la vitesse à laquelle cette surface réagit, en particulier pendant le stockage de la pile. Par exemple, le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 231 319 décrit la mise en place d'une pellicule adhésive entre de minces couches de zinc superposées,

    l'adhésif étant dissous, désintégré décomposé ou autrement affecté par l'électrolyte. Il en résulte la suppression des couples locaux qui apparaissent dans les piles lors des opérations de -formage, ainsi que la suppression des soudures chaudes. Les s brevets des Etats-Unis d'Amérique N° 2 279 575 et N° 2 343 194 décrivent respectivement l'application d'une baume de bois et d'un radical Cr03 sur la surface intérieure exposé de l'électrode de zinc afin d'inhiber la corrosion se produisant pendant les périodes d'inactivité de la pile et d'améliorer ainsi la m durée de stockage et les caractéristiques d'écoulement intermittent de la pile. Dans toutes ces formes de réalisation, l'inhibiteur de corrosion est appliqué sur la totalité de la surface de l'électrode en zinc ayant une action électrochromique et une augmentation de la durée de stockage de la pile ne peut être obtenue î s qu'au prix d'une certaine diminution du courant de décharge lorsque la pile est utilisée.

    Comme mentioné précédemment, il est apparu que les zones de l'élément métallique sur lesquelles des connexions électriques sont réalisées sont fréquemment le siège de corrodo sions localisées et indésirables. Bien que le problème de la corrosion puisse pour des connexions dans lesquelles un bon contact est assuré par une certaine pression ou par des adhésifs, le problème est particulièrement important dans le cas de connexions réalisées à chaud. La chaleur altère le grain du métal à 25 proximité de la connexion et rend sensible à une corrosion indésirable cette zone de l'élément métallique. Ce problème peut être accéléré ou aggravé par les connexions soudées, non seulement en raison de la chaleur développée lors du soudage, mais également en raison de la dissemblance entre le métal de la 3o soudure (par exemple le plomb et l'étain) et le métal de l'élément de la pile sur lequel la connexion est réalisée (par exemple le zinc). Le problème de la corrosion devient extrêmement grave lorsque l'épaisseur de l'élément métallique est faible, de sorte que les risques de corrosion et leurs conséquences consti-35 tuent l'un des facteurs principaux limitant la minceur possible de l'élément métallique et de la pile. Une augmentation de l'épaisseur du métal afin d'éviter le problème soulevé par les risques de corrosion entraîne une augmentation de l'épaisseur de la pile et/ ou une diminution de sa capacité, ainsi qu'une augmentation du 40 prix et une diminution du rendement électrochimique lorsque l'élément métallique est une électrode de la pile (par exemple une anode en zinc).

    Un autre critère important entrant dans la conception et la fabrication des piles est la possibilité de réaliser une connexion 45 électrique avec l'extérieur da la pile après que le procédé d'assemblage de cette dernière a été achevé. Dans l'art antérieur, des connexions électriques sont effectuées par soudage sur la surface électrochimiquement active d'une anode en zinc. La connexion soudée est ensuite revêtue d'un dépôt d'adhésif 50 isolant qui empêche la soudure de «contaminer» électrochimiquement la pile, comme décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 2 870 235. Cependant, dans cette forme de réalisation, la connexion soudée et l'application d'adhésif sont réalisées avant le montage de l'électrode de zinc dans la pile et 55 les problèmes posés parle soudage sur la surface extérieure d'une pile assemblé et en état de fonctionnement ne sont pas abordés ni résolus. Comme décrit également dans le brevet N° 2 870 235 précité, la connexion soudée et le revêtement d'adhésif apparaissent sur une surface de l'électrode en zinc qui est en 60 contact avec l'électrolyte de la pile.

    L'élément métallique des piles de certaines conceptions peut avoir une surface extérieure totalement ou partiellement exposée à l'air, bien qu'aucune connexion électrique ne soit réalisée 65 sur cette surface lors d'une opération finale entrant dans l'assemblage d'une pile autrement achevée. Une telle surface peut être laissée volontairement exposée, de manière qu'un contact électrique puisse être établi avec un appareil longtemps après

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    l'assemblage de la pile. La risque d'une corrosion indésirable de la pile pendant la durée de son stockage est alors très important. De telles surfaces constituent des zones où une corrosion indésirable risque de se produire et contre laquelle il est nécessaire de prendre des mesures spéciales. 5

    Il est donc devenu indispensable de mettre en oeuvre un dispositif empêchant une corrosion localisée des piles tout en répondant simultanément à plusieurs critères, à savoir une diminution ou une élimination de la corrosion indésirable dans les zones localisées où cette corrosion risque le plus de se m produire, sans réduire cependant l'activité électrochimique de la partie restante de la surface métallique; la possibilité d'utiliser de minces éléments métalliques, par exemple des feuilles de métal disponibles dans le commerce; la possibilité de réaliser des connexions électriques, en particulier des connexions réali- 15 sées à chaud, tout en évitant les effets possibles d'une modification du grain et d'une contamination due à des métaux différents; la possibilité de réalisser à chaud des connexions électriques avec la surface extérieure de piles précédemment assemblées ; et la protection d'une zone de métal exposée à l'air 2« pendant de longues durées.