WO2020136314A1 - Organe de contact d'un dispositif électronique ou électrochimique - Google Patents

Organe de contact d'un dispositif électronique ou électrochimique Download PDF

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WO2020136314A1
WO2020136314A1 PCT/FR2019/000221 FR2019000221W WO2020136314A1 WO 2020136314 A1 WO2020136314 A1 WO 2020136314A1 FR 2019000221 W FR2019000221 W FR 2019000221W WO 2020136314 A1 WO2020136314 A1 WO 2020136314A1
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Fabien Gaben
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Definitions

  • the present invention relates to electrical contact members of electronic or electrochemical devices, more particularly to electrical contact members of batteries. It relates more particularly to a method of manufacturing these contact members having a new architecture which gives them as well as to electronic or electrochemical devices comprising them an improved lifetime.
  • the invention can be implemented in particular with lithium ion batteries.
  • the permeation of water through this encapsulation structure is a well known phenomenon.
  • the tightness of an encapsulation is usually expressed as a water vapor transmission rate (called Water Vapor Transmission Rate in English and abbreviated WVTR). This rate depends on the materials used, their method of manufacture and their thicknesses.
  • the quality of the encapsulation is of paramount importance for lithium ion batteries.
  • the deposition techniques by ALD are particularly well suited to cover the surfaces of the batteries in a completely waterproof and compliant manner; this is described for example in WO 2017/1 15032 (I-TEN). These techniques make it possible to produce thin films, without defects and perfectly conformal. These films provide an excellent level of protection of the batteries against the permeation of water and oxygen molecules, so that only at the place where the electrical contacts cross the encapsulation the permeation of these molecules is still possible: it is this place that most often determines the loss of tightness of the battery.
  • Metallized films are known and widely used to durably protect bagged batteries (called pouch cells) from humidity.
  • metals make it possible to produce very tight films, more leaktight than those based on ceramics, and even more leaktight than those based on polymers which are generally not very hermetic when passing from water molecules.
  • the method of manufacturing such contact members typically requires the use of high heat treatments which can degrade the electronic and / or electrochemical devices comprising them. This is particularly the case for lithium ion batteries provided with porous electrodes and / or electrolytes impregnated with electrolytes based on ionic liquids.
  • WO 2013/064 779 (l-TEN) describes a multilayer lithium ion battery in which the electrical contact members have been added at the place where the cathode current collectors, respectively anodic current are apparent, ie not coated with electrolyte insulating. These electrical contact members serve to resume the electrical connections between all the anodes on one side and all the cathodes on the other side of the battery. They electrically connect the surfaces of the anodes, respectively of the cathodes, to each other. These electrical contact members are coatings having a metallic conductivity.
  • tin can be produced in the form of a single metallic layer, of tin for example or also consist of multilayers, ie consist of a first layer of conductive polymer, such as a resin loaded with silver, a second layer of nickel and a third layer of tin.
  • the nickel layer protects the polymer layer during the assembly steps by soldering, and the tin layer ensures the solderability of the battery interface.
  • the layers of nickel and tin are often porous and do not fully protect the battery from the atmosphere.
  • the silver particles contained in the resin layer are not inert in the operating voltage ranges of the batteries. Furthermore, such a three-layer complex is more expensive to manufacture.
  • the present invention aims to remedy at least in part certain drawbacks of the prior art mentioned above.
  • the present invention proposes as a first object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a contact surface defining a connection area electric, characterized in that the contact member comprises a first layer, disposed on at least the electrical connection zone, this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, charged with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin charged with graphite.
  • the electrically conductive particles are made of titanium, nitrides or carbon, in particular in the form of carbon black, graphite or even graphene.
  • this contact member comprises a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact may be different.
  • this contact member comprises a third layer comprising pure tin and / or pure zinc and / or a tin-metal alloy in which the metal is chosen from zinc, lead, palladium, gold , copper and a mixture thereof, arranged on the second layer.
  • this contact member comprises a fourth layer of pure tin or a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • Each layer of the contact member comprising two layers, three layers or four layers, as indicated above, can be implemented with the first object above, and used in any technically compatible combination, whatever its nature chemical and the chemical nature of the first layer. Some combinations are presented below according to different embodiments.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer preferably comprising a metallic strip, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness less than 10 miti.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer preferably comprising a metal strip placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum. The nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, disposed on the second layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a contact surface defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer preferably comprising a metal strip placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, disposed on the second layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material charged with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, charged with electrically particles conductive and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum. The nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer,
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises: a first layer, disposed on at least the electrical connection zone, this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, placed on the second layer, a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, placed on the third layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles, a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer,
  • a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel and the strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, placed on the second layer, a fourth layer of an alloy consisting of silver, palladium and copper, placed on the third layer.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said device electronic or electrochemical comprising a contact surface defining an electrical connection zone, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising, preferably, consisting of a metal strip, disposed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer,
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material charged with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, charged with electrically particles conductive and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, disposed on the second layer.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles, a third layer comprising a tin-metal alloy, disposed on the second layer.
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a contact surface defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymer resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, placed on the second layer, a fourth layer of pure tin, placed on the third layer.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer,
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure tin, placed on the second layer, - A fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising pure zinc, placed on the second layer, a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, placed on the third layer.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer, a fourth layer of an alloy comprising silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles, a third layer comprising pure zinc, disposed on the second layer, a fourth layer of an alloy consisting of silver, palladium and copper, disposed on the third layer.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer comprising metallic copper, placed on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer comprising a tin-metal alloy, placed on the second layer,
  • the metal of the tin-metal alloy is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • Another object of the invention is an electronic or electrochemical device comprising at least one contact member according to the invention, the electronic or electrochemical device preferably being chosen from a capacitor, a battery and a lithium ion battery.
  • Another object of the invention is a method of manufacturing at least one contact member of an electronic or electrochemical device such as a battery comprising:
  • this process comprises, after step b), when said first layer is formed of polymeric resin and / or of a material obtained by a sol-gel process loaded with electrically conductive particles, a drying step followed by a step for polymerizing said polymeric resin and / or said material obtained by a sol-gel process.
  • this process comprises, after step b) or after the polymerization step, the following steps:
  • a metallic strip or of an ink comprising, preferably a metal, preferentially copper in the form of organic copper compounds or particles, preferably copper nanoparticles,
  • the metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • this process comprises, after step d), on at least the electrical connection zone of the electronic or electrochemical device, coated with the first and the second layer, a step e) of depositing pure tin and / or zinc and / or a tin-metal alloy in which the metal is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these, it being understood that, preferably, the deposit of 'pure tin and / or zinc is produced by electrodeposition and that, preferably, the deposition of said tin-metal alloy is carried out by soaking in a molten bath of said tin-metal alloy.
  • this process comprises, after step e), on at least the electrical connection zone of the electronic or electrochemical device, coated with the first, of the second layer and of the third layer, a step f) of depositing a layer of pure tin by electrodeposition or a layer of an alloy comprising silver, palladium and copper.
  • the present invention proposes as another object a contact member for an electronic or electrochemical device such as a battery, intended to ensure electrical contact with an external conductive element, said electronic or electrochemical device comprising a surface contact defining an electrical connection area, characterized in that the contact member comprises:
  • this first layer comprising a material loaded with electrically conductive particles, preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, loaded with electrically conductive particles and even more preferably a polymer resin loaded with graphite,
  • a second layer of conductive polymer placed on the first layer such as a layer of silver-charged epoxy resin
  • a fourth layer of tin disposed on the third layer.
  • FIG. 1 A] schematically represent a contact member disposed on an electrical connection area according to four variants of the invention.
  • FIG. 1A illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the first variant of the invention.
  • FIG. 1 B illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the second variant of the invention.
  • FIG. 1C illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the third variant of the invention.
  • FIG. 1 D illustrates the internal structure of various constituent elements of a contact member according to the fourth variant of the invention.
  • FIG. 2 shows schematically, a battery showing a central element and two contact members arranged at the two ends of the central element.
  • FIG. 3 schematically shows a front view with cutaway along line III-III of a battery, showing the internal structure of the central element comprising an assembly of elementary cells covered by an encapsulation system and that of contact members according to the invention.
  • FIG. 4 shows an exploded perspective view of the stack of thin layers of anode and cathode, so that these layers are offset laterally.
  • FIG. 5A represents a view at the output of the anode showing areas of electrical connection, i.e. the anode current collectors surrounded on their periphery by the encapsulation system.
  • FIG. 5B shows a view at the cathode outlet showing areas of electrical connection, i.e. the cathode current collectors surrounded on their periphery by the encapsulation system.
  • FIG. 6A] [Fig. 6B], [Fig. 6C] and [Fig. 6D] show schematically a front view with cutaway of a battery similar to Figure 3.
  • FIG. 6A illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the first variant of the invention.
  • FIG. 6B illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the second variant of the invention.
  • FIG. 6C illustrates the internal structure of different constituent elements of a contact member according to the third variant of the invention.
  • FIG. 6D illustrates the internal structure of different components of a contact member according to the fourth variant of the invention.
  • conductivity refers to electrical conductivity
  • ink means any fluid composition which can be applied to a support and which gives, after the solidification treatment, a solid and conductive layer; an ink can in particular be a suspension or a solution.
  • the treatment of an ink making it possible to obtain a conductive layer may in particular be drying, polymerization, heat treatment such as sintering.
  • epoxy resin means a resin comprising at least one polyepoxide polymer.
  • the electrical contact members 40 of an electronic or electrochemical device such as a battery 1, in accordance with the invention, are arranged on at least one electrical connection zone 50 of said electronic or electrochemical device, as illustrated in FIGS. 1A, 1 B, 1 C and 1 D.
  • FIGS. 1A, 1 B, 1 C and 1 D illustrate the internal structure of different constituent elements of a contact member according to the first, second, third and / or fourth mode respectively realization of the invention where the different layers constituting the contact member, in addition to their role of electrical conductor, each have a particular function.
  • the contact members described below can be produced on electronic or electrochemical devices, to the extent that this is possible or conceivable for those skilled in the art. These contact members are added to electronic or electrochemical devices to establish the electrical contacts necessary for the proper functioning of said devices. These contact members are advantageously usable for establishing the electrical contacts necessary for the proper functioning of batteries comprising dense or porous electrodes impregnated with a liquid electrolyte as well as batteries comprising solid electrolytes.
  • the structure of the contact members 40 of an electronic or electrochemical device according to the four embodiments of the invention, in particular by way of nonlimiting example, the structure of the contact members 40 according to the invention d a battery 1 such as a lithium ion battery.
  • the batteries 1 have a central structure on which an encapsulation system 30 and contact members according to the invention 40 can be deposited (cf. FIG. 2).
  • Figure 3 is a front view with cutaway of a battery 1 showing the internal structure of the central element comprising an assembly of elementary cells 2 covered by an encapsulation system 30 and that of the contact members 40 according to l 'invention.
  • Each elementary cell comprises an anode 10 and a cathode 20, each consisting of a stack of thin layers.
  • the anode successively comprises a thin layer of an electrolyte material 13, a thin layer of an active anode material 12 such as LUTisO 3, a thin metallic layer 11 (for example made of stainless steel), a thin layer an active anode material 12 such as LuTisO ⁇ ⁇ , and a thin layer of an electrolyte material 13.
  • the cathode 20 successively comprises a thin layer of an electrolyte material 23, a thin layer d cathode active material 22 such as LiMn2C> 4, a metallic thin layer 21 (for example stainless steel), a thin layer of cathode active material 22 such as LiMn 2 0) and a thin layer of an electrolyte material 23, it being understood that the battery comprises an alternating succession of at least one anode 10 and at least one cathode 20, two adjacent sheets of which define at least one projecting region RS, intended to form a zone of accessible connection and at least one recessed region RR, intended to form an overlap zone, ie reco zone opened by the encapsulation system 30, as illustrated in FIG. 4.
  • the stack can be encapsulated in an encapsulation system 30 making it possible to protect the battery from the atmosphere.
  • the quality of the encapsulation is of paramount importance for lithium ion batteries.
  • the encapsulation system 30 is chemically stable, withstands high temperature, provides protection against moisture and is impermeable to the atmosphere to perform its barrier layer function. It can consist of several layers, not shown, successively deposited on the stack, in particular on the parts of the object needing to be protected. This encapsulation system allows electrical insulation and sealing of the electronic components or batteries while ensuring the possibility of being able to subsequently connect them electrically to each other and / or with external connection points.
  • the stack coated by the encapsulation system 30 is cut along cutting planes making it possible to obtain a unitary battery, with the stripping on each of the cutting planes of the connections (+ ) and (-) of the battery, in particular in the projecting regions, so that the encapsulation system covers four of the six faces of said battery, preferably continuously, so that the system can be assembled without welding, the two other faces of the battery being subsequently coated by the contact members 40.
  • the battery comprises contact members 40 at the level where the cathode current collectors, respectively anodic, are visible.
  • the anode electrical connection areas 50 and the cathode electrical connection areas 50 are located on opposite sides of the stack (cf. FIGS. 5A and 5B). On and preferably around these electrical connection areas are deposited the contact members 40 according to the invention.
  • FIG. 6C and FIG. 6D five embodiments of the contact members according to the invention.
  • the electrical contact members 40 of an electronic or electrochemical device such as a battery 1, in accordance with the invention, comprise a first layer 41, which comprises a material charged with electrically conductive particles.
  • This material is advantageously inert with respect to the electrochemical reactions taking place in said electronic or electrochemical device.
  • this material is advantageously inert to the operating potentials of the electrodes of said device.
  • This material is preferably a polymeric resin (preferably an epoxy resin) and / or a material obtained by a sol-gel process charged with electrically conductive particles and advantageously inert with respect to the electrochemical reactions taking place in said device.
  • This material is deposited on at least one electrical connection zone 50 of the electronic or electrochemical device as illustrated in FIG. 1A.
  • the device is an electrochemical device
  • the materials involved in the composition or structure of the electrical contact member according to the invention advantageously materials which are inert with respect to the electrochemical reactions taking place in said device.
  • the electrically conductive particles which are inert with respect to the electrochemical reactions taking place in said electronic or electrochemical device are preferably made of carbon, in particular in the form of carbon black, graphite or even graphene, or titanium, or nitrides.
  • the carbon content in the suspensions or inks used to produce this first layer is preferably greater than 15% by mass.
  • the polymeric resin can be an epoxy resin.
  • the polymeric resin may advantageously be a polyepoxide obtained from at least one polymerizable precursor material, preferably a polyepoxide obtained from at least one photopolymerizable precursor material.
  • the carbon content in the suspensions or inks used is greater than 15% by mass of carbon black.
  • the material obtained by a sol-gel process can be silica.
  • the polymeric resin (preferably an epoxy resin) and / or the material obtained by a sol-gel process must also be compatible with the techniques used to produce electronic or electrochemical devices, such as heat treatments.
  • the polymeric resin (preferably an epoxy resin) and / or the material obtained by a sol-gel process must be chemically compatible with lithium and compatible with the steps of manufacture of such a battery in order to avoid any degradation of its properties.
  • the polymeric resin (preferably an epoxy resin) and / or the material obtained by a sol-gel process must be a stable element from both a chemical and thermal point of view.
  • Carbon can be introduced into the polymer resin and / or the material obtained by a sol-gel process, in the form of nanoparticles and / or in any other form.
  • the layer 41 of material charged with electrically conductive particles and advantageously inert with respect to the electrochemical reactions taking place in said electronic or electrochemical device, such as a battery 1, is conductive.
  • it is flexible, so that it can absorb any deformations that the electronic or electrochemical device undergoes, such as a battery 1, in particular when it is soldered to an electronic circuit. Thanks to its flexibility, this layer does not risk breaking at the interfaces in the event of mechanical stress.
  • the device when the device is an electrochemical device comprising insertion materials, the latter, even if they are considered to be dimensionally stable, always deform a little according to their insertion rate. This is particularly the case for lithium ion batteries 1 comprising lithium insertion materials.
  • the layer 41 of material loaded with electrically conductive particles makes the electrical contacts more reliable by absorbing the deformations, in particular during the steps of inserting and removing the electrode materials.
  • the electrically conductive carbon-based particles, in particular the graphite present in the layer of material loaded with electrically conductive particles ensure good conduction at the electrical contacts without degrading the performance of the device, unlike silver-loaded epoxy resins of the prior art which are not deformable.
  • carbon in particular in the form of carbon black or graphite, is less expensive than silver or than other noble metals, and the replacement of the latter with carbon, in particular in the form of carbon black or graphite, has an economic advantage.
  • the layer of material loaded with electrically conductive particles advantageously has a thickness of between 5 ⁇ m and 50 ⁇ m.
  • this first layer 41 has a thickness of less than 50 ⁇ m so as to minimize its resistivity: the finer this first layer 41 the less it is resistive.
  • this first layer 41 has a minimum thickness of 5 ⁇ m; this makes it possible on the one hand to ensure good electrical contact between all the layers of electrodes of the electronic or electrochemical device, such as a battery, and on the other hand makes it possible to fill in the alignment and positioning defects which may exist between the electrodes.
  • the polymer resin and / or the material obtained by a sol-gel process is preferably loaded with carbon; carbon is inert to the operating potentials of LUTisO- ⁇ anodes.
  • This carbon can be carbon black, graphite or even graphene.
  • Carbon can be introduced into the polymer resin and / or the material obtained by a sol-gel process, in the form of nanoparticles and / or in any other form.
  • the method for obtaining such an electrical contact member 40 firstly comprises:
  • a first layer 41 of material loaded with electrically conductive particles preferably a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process loaded with electrically conductive particles, on at least said electrical connection zone 50, preferably on at least the contact surface 51, knowing that preferably this deposit projects slightly over the ends of the contact surface, so as to completely cover the electrical connection zone 50, preferably the contact surface 51 and thus guaranteeing optimal protection of the device such as a battery, as illustrated in FIG. 6 A, by way of example.
  • the layer 41 of material loaded with electrically conductive particles preferably material loaded with graphite, preferably polymer resin loaded with graphite, can be deposited by any suitable means, in particular by dipping.
  • This layer 41 is preferably dried and, when the material loaded with electrically conductive particles is a polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process, this layer is advantageously polymerized before any further subsequent deposition.
  • the first layer is deposited as indicated above in the first embodiment, and for the same purpose.
  • the electrical contact members 40 of an electronic or electrochemical device comprise a second layer 42 which comprises metallic copper deposited on the first layer 41 or a second layer 42 ′ consisting of a metallic strip deposited on the first layer 41.
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • this metal strip has a thickness less than 20 ⁇ m, preferably a thickness less than 10 ⁇ m, more preferably around 5 pm, and even more preferably below 5 pm.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • Said first layer 41 typically comprises a material charged with electrically conductive particles, preferably polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process charged with electrically conductive particles (cf. FIGS. 1 B and 6 B).
  • This second layer 42, 42 ′ performs two functions: on the one hand, it seals the structure, ie prevents the migration of water inside the device, and, on the other hand, it protects said first layer 41 of the atmosphere, in particular air and humidity.
  • this second layer 42, 42 'avoids the degradation of the structure and improves the service life of the electronic or electrochemical device.
  • the second layer 42 comprising metallic copper facilitates the connections between the various components of the integrated circuit, and facilitates in fine its implementation.
  • the method for obtaining such electrical contact members 40 firstly comprises:
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the heat treatment of at least the second deposited layer facilitates the adhesion between the first layer and the second layer, ie facilitates the adhesion between the electrical connection zones (anodic and cathodic) and the second layer and makes it possible to obtain a conductive layer 42 ′ secured to the first layer.
  • solidarity means that, under normal conditions of use, the first layer and the second layer are fixed to each other without degree of freedom.
  • the conductive layer 42 ′ advantageously has a thickness of between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m and preferably between 3 ⁇ m and 20 ⁇ m, independently of the variant embodiments according to the invention.
  • a thickness of 1 ⁇ m is sufficient to seal the electronic or electrochemical device such as a battery 1.
  • the heat treatment of at least the second deposited layer makes it possible to obtain a layer conductive metallic copper 42 free of organic compounds.
  • the metallic copper layer 42 advantageously has a thickness of between 1 ⁇ m and 50 ⁇ m and preferably between 3 ⁇ m and 20 ⁇ m, independently of the variant embodiments according to the invention. A thickness of 1 ⁇ m is sufficient to seal the electronic or electrochemical device such as a battery 1.
  • the deposition, on the first layer 41, of an ink comprising copper in the form of organo-copper compounds or copper particles, preferably copper nanoparticles, can be carried out by any suitable means, preferably by dipping.
  • the copper layer 42 can in particular be deposited electrochemically, however this technique requires quenching the electrical connection area covered with a material charged with electrically conductive particles, preferably covered with polymeric resin and / or a material obtained by a process. sol-gel loaded in an aqueous bath. As this electrical contact is not perfectly sealed, it is preferable not to use such techniques so as not to degrade the performance of the electronic or electrochemical device, i.e. of the battery.
  • organic ink-based deposition techniques are preferred, ie solutions comprising organo-copper compounds or suspensions comprising copper particles, preferably dispersed copper nanoparticles in an organic solvent.
  • the organic inks used comprising copper in the form of organo-copper compounds or copper particles, preferably copper nanoparticles
  • PVP polyvinylpyrrolidone
  • the ink comprises copper particles, preferably copper nanoparticles
  • the latter represent between 10% and 85% by mass of the ink.
  • the dilution rate of the copper particles in the ink will modulate the viscosity of the suspension, which will allow the thickness of the deposit of the second layer to be adjusted.
  • the solvents used to formulate this ink can be organic, in particular ethylene glycol.
  • the average diameter of the copper particles is of the order of ten nanometers, preferably between 30 nm and 40 nm.
  • the heat treatment of the ink deposited on the first layer is sintering: it aims to increase the density of at least the second deposited layer comprising copper nanoparticles. It can be carried out by the flash sintering technique (known by the English expression “Flash Light Sintering”), in particular by sintering under a pulsed Xenon lamp.
  • This layer 42 however includes organic insulating materials which must be removed by heat treatment.
  • the heat treatment leads to the decomposition of the organic compounds of the suspensions or inks which leave in the vapor phase, to leave only a deposit of metallic copper.
  • the deposited layers are densified, in order to minimize the presence of cavities, pores, cracks and other compactness defects.
  • This densification step can be carried out by heat treatment and / or by irradiation under a Xenon lamp.
  • the optimum temperature is highly dependent on the chemical composition of the suspensions, inks, resins and powders deposited.
  • the sintering is carried out at a temperature not exceeding 300 ° C. In some embodiments, it does not exceed 200 ° C.
  • the inventor has found that the smaller the size of the deposited copper particles, the more the temperature of the heat treatment can be reduced. It is thus possible to produce deposits in thin layers with a porosity rate of less than 5% or even less than 2%, without having to resort to significant temperatures and / or thermal treatment time.
  • the suspensions or inks used contain copper nanoparticles, this makes it possible to reduce the temperatures and sintering times which are of the order of 200-300 ° C to obtain an almost completely densified layer, ie a layer with a porosity rate less than or equal to 5%.
  • the densification step is carried out after the deposition of this second layer (before the deposition of a new layer), by sintering, preferably by irradiation with UV lamps, in order to obtain a layer of good quality metallic copper with low internal resistance, as well that a good bond between the first and second layers.
  • the metallic copper layer creates a bonding surface suitable for the deposition of other layers by immersion in a bath of molten metal or alloy, even if the metallic copper layer is not 100% consolidated. In fact, alloys based on tin and / or zinc wet copper surfaces well.
  • the electrical contact members of an electronic or electrochemical device in accordance with the invention include:
  • a first layer 41 of material charged with electrically conductive particles preferably a polymer resin and / or a material obtained by a sol-gel process charged with electrically conductive particles, and even more preferably with epoxy resin charged with electrically conductive particles, deposited on at least one electrical connection area of the electronic or electrochemical device, preferably on at least one contact surface defining said electrical connection area, so as to completely cover the electrical connection area, preferably the contact surface and thus guaranteeing optimal protection of the device,
  • a second layer 42 consisting of a metal strip, preferably chosen from aluminum strips and stainless steel strips, or comprising metallic copper, deposited on the first layer of material loaded with electrically conductive particles,
  • a third layer 43 comprising pure tin and / or pure zinc and / or a tin-metal alloy in which the metal is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these, said third layer being deposited on said second layer (cf. FIGS. 1 C and 6 C).
  • This metal strip is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, and even more preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the second layer comprising metallic copper can be obtained by depositing an ink.
  • an ink is deposited on the first layer, it is advantageously deposited by dipping.
  • the first and second layers are deposited as indicated above in the second embodiment, and for the same purpose.
  • the third layer 43 comprises pure tin and / or pure zinc and / or a tin-metal alloy in which the metal is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these.
  • Said tin-metal alloy is deposited by any suitable means on said second layer, preferably by dipping in a bath of the molten alloy. The good wetting properties of these metals and alloys in fusion on copper make it possible to ensure the perfect filling of all the defects and ensures this low WVTR.
  • WVTR water vapor permeance
  • the chemical composition of the alloy deposited by immersion in the molten bath is defined so that the melting temperature of the alloy is as low as possible but always above 250 ° C. to guarantee compatibility and integrity of this protective metallic layer during the subsequent welding-reflow stages, called solder-reflow in English.
  • the layers obtained by immersion in a bath of molten metal are said to be completely dense, metallic and completely impermeable with respect to permeation to water molecules. Also, this third metal layer 43 ensures complete sealing of the battery.
  • the potential faults present in the metallic copper layer 42 are then sealed by the production of this third layer by immersion in the molten metal bath, by galvanization or by tinning (known in English as the expression tinning or hot dip tinning).
  • This third layer 43 seals the device as well as its weldability.
  • Said third layer is deposited by a simple, quick and easy to implement process. It is no longer necessary to use methods such as atomic layer deposition (ALD) or deposition methods under vacuum to obtain a good seal of the electrical contact members and of the structure of the device.
  • ALD atomic layer deposition
  • deposition methods under vacuum to obtain a good seal of the electrical contact members and of the structure of the device.
  • the third layer 43 comprises alloys with a low melting point.
  • these alloys are designed to have a melting temperature between 280 and 320 ° C so as not to alter the battery and remain solid during the assembly steps by reflow; reflow soldering of electronic components taking place at 260 ° C.
  • Sn / Zn alloys are preferred, in which the Zn content would be around 40% +/- 10% by mass, which makes it possible to obtain a melting point of around 300 ° C., or a melting point higher than that of pure tin used for reflow assemblies (232 ° C).
  • the tin-metal alloy (such as the tin-zinc alloy) wets and perfectly covers the copper present in the second layer 42. After cooling, this third layer is dense, i.e. free of pores.
  • the electrical contact members of an electronic or electrochemical device such as a battery include:
  • a first layer 41 of material charged with electrically conductive particles which are inert with respect to the electrochemical reactions taking place in the battery preferably a polymer resin and / or a material obtained by a sol-gel process charged with electric particles conductive and inert with respect to the electrochemical reactions taking place in the battery, and even more preferably with epoxy resin charged with electrically conductive particles and inert with respect to the electrochemical reactions taking place in the battery, deposited on at least one electrical connection area of the electronic or electrochemical device, preferably on at least one contact surface defining said electrical connection area, so as to completely cover the electrical connection area, preferably the contact area and thus guaranteeing optimal protection of the device,
  • a second layer 42, 42 ’ consisting of a metallic strip or comprising metallic copper deposited on the first layer
  • a third layer 43 comprising pure tin and / or pure zinc and / or a tin-metal alloy in which the metal is chosen from zinc, lead, palladium, gold, copper and a mixture of these, deposited on the second layer, and -
  • the metal strip of the second layer is preferably chosen from aluminum strips, copper strips, titanium strips, molybdenum strips, stainless steel strips and strips comprising metallic copper.
  • the second layer preferably has a thickness of less than 20 ⁇ m, preferably a thickness of less than 10 ⁇ m.
  • the metal of the metal strip can be an alloy such as stainless steel or a pure metal such as copper, aluminum, titanium or molybdenum.
  • the nature of the metal strips, of the contact members according to the invention, used to bring the anodes and cathodes into contact, may be different.
  • the first, second and third layers are deposited as indicated above in the first, the second and the third embodiment and for the same purpose.
  • the fourth layer 44 of pure tin or the fourth layer of an alloy comprising, preferably containing silver, palladium and copper, is deposited, by any suitable means, on the third layer.
  • pure metals such as tin are deposited by electrodeposition.
  • This fourth layer guarantees the quality of the connections of the electrical contact members by a simple, quick and easy to implement process, reduces the contact resistances while imparting good weldability of the electrical contact members.
  • the latter advantageously ensures low oxidation of the contacts.
  • the fourth layer comprises an alloy comprising, preferably containing silver, palladium and copper, this alloy does not oxidize unlike tin, and thus gives the electrical contact members better performance in the time.
  • the electronic or electrochemical device comprising at least one such contact member has a very long service life.
  • the first layer is deposited as indicated above in the first embodiment, and for the same purpose.
  • the electrical contact members 40 of an electronic or electrochemical device consist of ie multilayers consist of a first layer 41, a second layer of conductive polymer disposed on the first layer, such as an epoxy resin loaded with silver, a third layer of nickel disposed on the second layer and a fourth layer of tin disposed on the third layer.
  • Said first layer 41 typically comprises a material charged with electrically conductive particles, preferably polymeric resin and / or a material obtained by a sol-gel process charged with electrically conductive particles. This first layer avoids the insertion of lithium into the second layer of conductive polymer, such as a silver-charged resin.
  • the second of conductive polymer preferably of epoxy resin loaded with silver, makes it possible to provide “flexibility” to the connectors without breaking the electrical contact when the electrical circuit is subjected to thermal and / or vibratory stresses.
  • the nickel layer protects the polymer layer during the assembly steps by soldering, and the tin layer ensures the solderability of the battery interface.
  • the battery according to the invention can be a lithium ion microbattery, a lithium ion minibattery, or even a high power lithium ion battery.
  • it can be designed and dimensioned so as to have a capacity less than or equal to approximately 1 mA h (commonly called “microbattery”), so as to have a power greater than approximately 1 mA h up to approximately 1 A h ( commonly called “mini-battery”), or so as to have a capacity greater than about 1 A h (commonly called “power battery”).
  • microbatteries are designed to be compatible with microelectronics manufacturing processes.
  • the batteries of each of these three power ranges can be produced: either with “all solid” type layers, ie devoid of impregnated liquid or pasty phases (said liquid or pasty phases possibly being a conductor of lithium ions, capable of acting as an electrolyte),
  • mesoporous “all solid” type layers impregnated with a liquid or pasty phase, typically a medium conducting lithium ions, which spontaneously enters the layer and which no longer emerges from this layer, so that this layer can be considered as quasi-solid, either with impregnated porous layers (ie layers having a network of open pores which can be impregnated with a liquid or pasty phase, and which gives these layers wet properties).
  • the method according to the invention can be implemented in the following manner, in the context of the manufacture of a battery, in particular of its contact members.
  • Example 1 Manufacture of a battery 1 using electrical contact members 40 according to the invention
  • Nanoparticles of Li 4 Ti 5 0i 2 were prepared as anode material by grinding so as to obtain a particle size of less than 100 nm. The Li 4 Ti 5 0i 2 nanoparticles were then dispersed in absolute ethanol at 10 g / I with a few ppm of citric acid in order to obtain a suspension of LUTisO ⁇ ⁇ nanoparticles.
  • the negative electrodes were prepared by electrophoretic deposition of Li 4 Ti 5 0i 2 nanoparticles contained in the suspension previously prepared, on stainless steel strips. Li Ti film 5 0i 2 (about 1 micron) was deposited on both faces of the substrate. These films were then heat treated at 600 ° C for 1 h in order to weld the nanoparticles together, to improve adhesion to the substrate and to perfect the recrystallization of LLT15O12
  • the Lii + x Mn 2 -y0 4 nanoparticles were then dispersed in absolute ethanol at 25 g / l in order to obtain a suspension of Lii + x Mn 2 - y 0 4 nanoparticles. This suspension was then diluted in acetone to a concentration of 5 g / l.
  • the thin film of Lii + x Mn 2-y 0 4 (about 1 micron) was deposited on both sides of the substrate. These films were then heat treated at 600 ° C for 1 h in order to weld the nanoparticles together, to improve adhesion to the substrate and to perfect the recrystallization of Lii + x Mn 2-y 0 4 .
  • Solution B was then added, with vigorous stirring, to solution A.
  • the reaction medium was homogenized for 5 minutes and then was kept for 10 minutes with magnetic stirring. Decanted for 1 to 2 hours. The supernatant was discarded and the remaining suspension was centrifuged for 10 minutes at 6000 g. Then 1.2 liters of water were added to resuspend the precipitate (use of a sonotrode, magnetic stirring). Two more such washes were then performed with ethanol. With vigorous stirring, 15 ml of a solution of Bis [2- (methacryloyloxy) ethyl] phosphate at 1 g / ml were added to the colloidal suspension in ethanol thus obtained. The suspension thus became more stable. The suspension was then sonicated using a sonotrode.
  • the suspension was then centrifuged for 10 minutes at 6000 g.
  • the pellet was then redispersed in 1.2 l of ethanol and then centrifuged for 10 mins at 6000 g.
  • the pellets obtained are redispersed in 900 ml of ethanol in order to obtain a suspension at 15 g / l capable of producing an electrophoretic deposit.
  • Thin porous layers of U 3 PO 4 were then deposited by electrophoresis on the surface of the anodes and cathodes previously produced by applying an electric field of 20V / cm to the suspension of nanoparticles of U 3 PO 4 previously obtained, for 90 seconds to obtain a layer of approximately 2 ⁇ m.
  • the layer was then air dried at 120 ° C and then a calcination treatment at 350 ° C for 120 minutes was carried out on this previously dried layer in order to remove all traces of organic residues.
  • Several anodes, respectively cathodes, in thin layers were produced according to the method described above.
  • the stack was placed under a pressure of 5 MPa and then dried under vacuum for 30 minutes at 10 -3 bar.
  • the press plates were then heated to 550 ° C with a speed of 0.4 ° C / second.
  • the stack was then thermo compressed under a pressure of 45 MPa for 20 minutes, then the system was cooled to room temperature.
  • a lithium ion battery comprising several electrochemical cells, each comprising electrodes according to the invention, was thus obtained.
  • An electrochemical cell respectively a battery comprising several electrochemical cells, was produced according to example e), respectively example f). These devices have been encapsulated by successive layers.
  • a first layer of parylene F (CAS 1785-64-4) about 2 ⁇ m thick was deposited by CVD on the electrochemical cell, respectively on the battery comprising several electrochemical cells.
  • a layer of alumina AI 2 O 3 was then deposited by ALD on this first layer of parylene F.
  • the electrochemical cell, respectively the battery comprising several electrochemical cells coated with a layer of parylene was introduced into the chamber of a ALD P300 Picosun TM reactor.
  • the ALD reactor chamber was previously placed under vacuum at 5 hPa and at 120 ° C.
  • TMA trimethylaluminium
  • a layer of parylene F approximately 2 ⁇ m thick was then deposited by CVD on the second layer of alumina AI 2 O 3 .
  • Al 2 O 3 alumina layer approximately 30 nm thick was then deposited by ALD, as indicated above, on this third layer of parylene F.
  • This fourth layer was then deposited by dipping a layer of epoxy resin of approximately 10 ⁇ m.
  • This fifth layer was then cured under ultraviolet (UV) so as to reduce the rate of degradation of the battery by atmospheric elements.
  • UV ultraviolet
  • the stack thus encapsulated was then cut along cutting planes making it possible to obtain an electrochemical cell, respectively a unitary battery, with the exposure on each of the cutting planes of the cathode current collectors, respectively anodic of the electrochemical cell , respectively from the battery.
  • the encapsulated stack was thus cut on two of the six faces of the stack so as to make the cathode current collectors, respectively anodic current collectors, visible.
  • PYR14TFSI is the common abbreviation of 1-butyl-1-methylpyrrolidinium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide.
  • LITFSI is the common abbreviation for lithium bis-trifluoromethanesulfonimide (CAS No 90076-65-6).
  • the ionic liquid instantly enters capillaries into the porosities. Each of the two ends of the system was kept immersed for 5 minutes in a drop of the electrolytic mixture, then any residual surplus is removed by buffering.
  • a suspension comprising a ConductiveX Electro-bond 62 type resin loaded with graphite was diluted in toluene in order to reduce the viscosity of the suspension to a value close to 50 Kpcs.
  • the ends of the electrochemical cell, respectively of the battery, encapsulated and cut were soaked in this suspension comprising a ConductiveX Electro-bond 62 type resin loaded with graphite.
  • the first resin-based layer of ConductiveX Electro-bond 62 type loaded with graphite has a thickness of the order of 30 ⁇ m.
  • This first layer was then dried at 60 ° C for 4 hours.
  • the ends of the electrochemical cell, respectively of the battery, encapsulated, cut and thus coated were soaked in an Applied Nanotech CU-IJ70 ink loaded with copper nanoparticles having a dry extract of 50% by mass and a viscosity of between 10 and 20 cP.
  • the thickness deposited was between 6 and 8 pm.
  • This second layer was then dried at 100 ° C for 30 minutes, then sintered by exposure to a Xenon lamp in single pulse mode of 2 msec at 2.6kV with a distance of 2.5 cm between the lamp and the electric contact.
  • the electrical contact member was then immersed in a molten bath of the Sn-Zn alloy at 40% by mass, so as to form a third layer based on Sn-Zn.
  • the ends of the electrochemical cell, respectively of the battery, encapsulated, cut and thus coated with this third layer were then immersed for 35 minutes in a bath of tin sulfonate and boric acid at pH 4 maintained at 25 ° C. . Pure tin was thus deposited at the ends of the electrochemical cell, respectively of the battery, encapsulated, cut and thus coated.

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Abstract

Organe de contact (40) pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu'une batterie (1), destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact (51) définissant une zone de connexion électrique (50), caractérisé en ce que l'organe de contact (40) comprend une première couche (41), disposée sur au moins la zone de connexion électrique (50), cette première couche (41) comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite.

Description

ORGANE DE CONTACT D’UN DISPOSITIF ELECTRONIQUE OU ELECTROCHIMIQUE
Domaine technique de l’invention
La présente invention se rapporte aux organes de contact électrique de dispositifs électroniques ou électrochimiques, plus particulièrement aux organes de contact électrique de batteries. Elle concerne plus particulièrement un procédé de fabrication de ces organes de contact présentant une architecture nouvelle qui leur confère ainsi qu’aux dispositifs électroniques ou électrochimiques les comprenant une durée de vie améliorée. L’invention peut être mise en oeuvre en particulier avec des batteries à ions de lithium.
Etat de la technique
On sait que certains types de dispositifs électroniques ou électrochimiques tels que les batteries sont très sensibles à l’humidité. Dans le cas des batteries à ions de lithium, qui représentent un exemple d’une batterie particulièrement sensible à l’humidité, le lithium réagit spontanément avec l’eau, formant de l’hydroxyde de lithium. La quantité de lithium ayant réagi avec l’eau n’est plus disponible pour le stockage d’énergie, ce qui diminue la capacité de la batterie par un vieillissement prématuré. De ce fait, le plus grand soin doit être apporté pendant la fabrication des batteries afin de rester dans des conditions parfaitement anhydres. De même, afin de garantir leur durée de vie calendaire, les batteries sont protégées de l’environnement externe par une encapsulation hermétique qui évite la perméation d’eau susceptible d’induire une nouvelle perte de capacité de la batterie.
La perméation de l’eau à travers cette structure d’encapsulation est un phénomène bien connu. L’étanchéité d’une encapsulation est habituellement exprimée en taux de transmission de la vapeur d'eau (appelé en anglais Water Vapor Transmission Rate et abrégé WVTR). Ce taux dépend des matériaux utilisés, de leur mode de fabrication et de leurs épaisseurs.
La qualité de l’encapsulation est d’une importance capitale pour les batteries à ions de lithium. Les techniques de déposition par ALD (Atomic Layer Déposition) sont particulièrement bien adaptées pour recouvrir les surfaces des batteries de manière totalement étanche et conforme ; cela est décrit par exemple dans WO 2017/1 15032 (I- TEN). Ces techniques permettent de réaliser des films minces, sans défauts et parfaitement conformaux. Ces films assurent un excellent niveau de protection des batteries contre la perméation des molécules d’eau et d’oxygène, de sorte que seul à l’endroit où les contacts électriques traversent l’encapsulation la perméation de ces molécules est encore possible : c’est cet endroit qui détermine le plus souvent la perte d’étanchéité de la batterie.
Les films métallisés sont connus et très utilisés pour protéger durablement de l’humidité les batteries en sachet (appelées « pouch cells » en anglais). D’une manière générale, pour une épaisseur donnée de matériau, les métaux permettent de réaliser des films très étanches, plus étanches que ceux à base de céramiques, et encore plus étanches que ceux à base de polymères qui sont généralement peu hermétiques au passage de molécules d’eau.
De plus, le procédé de fabrication de tels organes de contact nécessite typiquement l’emploi de traitements thermiques élevés pouvant dégrader les dispositifs électroniques et/ou électrochimiques les comprenant. C’est notamment le cas de batteries à ions de lithium dotées d’électrodes et/ou d’électrolytes poreux imprégnés d’électrolytes à base de liquides ioniques.
WO 2013/064 779 (l-TEN) décrit une batterie multicouches à ions de lithium dans laquelle les organes de contact électrique ont été ajoutés à l’endroit où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents, i.e. non revêtus d’électrolyte isolant. Ces organes de contact électrique servent à reprendre les connections électriques entre toutes les anodes d’un côté et toutes les cathodes de l’autre côté de la batterie. Ils relient électriquement les surfaces des anodes, respectivement des cathodes, entre-elles. Ces organes de contact électrique sont des revêtements présentant une conductivité métallique. Ils peuvent être réalisés sous forme d'une seule couche métallique, d'étain par exemple ou encore être constitués de multicouches, i.e. être constitués d’une première couche de polymère conducteur, tel qu’une résine chargée à l'argent, d’une seconde couche de nickel et d’une troisième couche d'étain. Dans ce complexe à trois couches, la couche de nickel protège la couche de polymère pendant les étapes d'assemblage par soudure, et la couche d'étain assure la soudabilité de l'interface de la batterie. Cependant, les couches de nickel et d’étain sont souvent poreuses et ne protègent pas totalement la batterie vis-à-vis de l’atmosphère. De plus, les particules d’argent contenues dans la couche de résine ne sont pas inertes dans les plages de tension de fonctionnement des batteries. Par ailleurs, un tel complexe tri-couche est plus cher à fabriquer.
La présente invention vise à remédier au moins en partie à certains inconvénients de l’art antérieur évoqués ci-dessus.
Elle vise en particulier à produire des organes de contact électrique plus performants à moindre coût, notamment des organes de contact électrique étanches présentant un très faible taux de transmission de la vapeur d'eau afin d’améliorer la durée de vie des batteries. Elle vise également à réaliser des organes de contact électrique dotés de faibles résistances internes. Elle vise également à réaliser des organes de contact électrique permettant l’assemblage de dispositifs électroniques ou électrochimiques, tels que des micro-batteries, par soudure sur des circuits électroniques. Elle vise en particulier à proposer un procédé, qui permet de fabriquer de manière simple, facile à mettre en œuvre, fiable et rapide des organes de contact électrique sans dégrader les performances des dispositifs électroniques ou électrochimiques les comprenant, et des dispositifs électroniques ou électrochimiques présentant une durée de vie très élevée. Elle vise en particulier à proposer un procédé qui diminue le risque de court-circuit, et qui permet notamment, de fabriquer un dispositif électrochimique, tel qu’une batterie présentant une faible autodécharge.
Objets de l’invention
Au moins un des objectifs ci-dessus est atteint par l’intermédiaire d’au moins l’un des objets selon l’invention tel que présenté ci-après. La présente invention propose comme premier objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite.
Avantageusement, les particules électriquement conductrices sont en titane, en nitrures ou en carbone, notamment sous forme de noir de carbone, de graphite ou encore de graphène.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices. Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une troisième couche comprenant de l’étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, disposée sur la deuxième couche.
Avantageusement, cet organe de contact, comprend une quatrième couche d’étain pur ou une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Chaque couche de l’organe de contact comprenant deux couches, trois couches ou quatre couches, comme indiqué ci-dessus, peut être mise en œuvre avec le premier objet ci-dessus, et utilisée selon toute combinaison techniquement compatible, quel que soit sa nature chimique et la nature chimique de la première couche. Certaines combinaisons sont présentées ci-dessous selon différents modes de réalisation.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 miti. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche. Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche. Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique , disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique , disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend : une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices, une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au 'moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant, de préférence, étant constituée d’un feuillard métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices, une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche.
Dans .un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
- une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’étain pur, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche, - une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant de l’étain pur, disposée sur la deuxième couche,
une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices, une troisième couche comprenant du zinc pur, disposée sur la deuxième couche, une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
- une deuxième couche comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
une troisième couche comprenant un alliage étain-métal, disposée sur la deuxième couche,
- une quatrième couche d’un alliage constitué d’argent, de palladium et de cuivre, disposée sur la troisième couche.
Avantageusement, le métal de l’alliage étain-métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
Un autre objet de l’invention est un dispositif électronique ou électrochimique comportant au moins un organe de contact selon l’invention, le dispositif électronique ou électrochimique étant de préférence choisi parmi un condensateur, une batterie et une batterie à ions de lithium.
Un autre objet de l’invention est un procédé de fabrication d’au moins un organe de contact d’un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie comprenant :
a. l’approvisionnement d’un dispositif électronique ou électrochimique ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique,
b. le dépôt sur au moins la zone de connexion électrique, de préférence sur au moins la surface de contact, d’une première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence ladite première couche étant formée de résine polymérique et/ou d’un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices.
Avantageusement, ce procédé comprend après l’étape b), lorsque ladite première couche est formée de résine polymérique et/ou d’un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices, une étape de séchage suivie d’une étape de polymérisation de ladite résine polymérique et/ou dudit matériau obtenu par un procédé sol-gel.
Avantageusement, ce procédé comprend après l’étape b) ou après l’étape de polymérisation, les étapes suivantes :
c. le dépôt, sur la première couche, d’un feuillard métallique, ou d’une encre comportant, de préférence un métal, préférentiellement du cuivre sous forme de composés organocuivreux ou de particules, de préférence de nanoparticules de cuivre,
d. le traitement thermique d’au moins la deuxième couche déposée afin d’obtenir une couche conductrice.
Le feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Lorsqu’une encre est déposée sur la première couche, elle est avantageusement déposée par trempage.
Avantageusement, ce procédé comprend après l’étape d), sur au moins la zone de connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de la première et de la deuxième couche, une étape e) de dépôt d’étain pur et/ou de zinc et/ou d’un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, étant entendu que, de préférence le dépôt d’étain pur et/ou de zinc est réalisé par électrodéposition et que, de préférence le dépôt dudit alliage étain-métal est réalisé par trempage dans un bain en fusion dudit alliage étain- métal.
Avantageusement, ce procédé comprend après l’étape e), sur au moins la zone de connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de la première, de la deuxième couche et de la troisième couche, une étape f) de dépôt d’une couche d’étain pur par électrodéposition ou d’une couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre.
Dans un autre mode de réalisation, la présente invention propose comme autre objet un organe de contact pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact définissant une zone de connexion électrique, caractérisé en ce que l’organe de contact comprend :
une première couche, disposée sur au moins la zone de connexion électrique, cette première couche comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite,
une seconde couche de polymère conducteur disposée sur la première couche, tel qu’une couche de résine époxy chargée à l'argent,
une troisième couche de nickel disposée sur la seconde couche, et
une quatrième couche d'étain disposée sur la troisième couche.
Description des figures
Certains aspects de l’invention et modes de réalisation de l’invention sont illustrés, en référence aux figures annexées, données uniquement à titre d’exemples non limitatifs, dans lesquels :
[Fig. 1 A], [Fig. 1 B], [Fig. 1 C] et [Fig. 1 D] représentent de manière schématique, un organe de contact disposé sur une zone de connexion électrique selon quatre variantes de l’invention.
[Fig. 1 A] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la première variante de l’invention.
[Fig. 1 B] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la deuxième variante de l’invention.
[Fig. 1 C] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la troisième variante de l’invention.
[Fig. 1 D] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la quatrième variante de l’invention.
[Fig. 2] représente de manière schématique, une batterie faisant apparaître un élément central et deux organes de contact disposés aux deux extrémités de l’élément central. [Fig. 3] représente de manière schématique, une vue de face avec arrachement selon la ligne lll-lll d’une batterie, faisant apparaître la structure interne de l’élément central comprenant un assemblage de cellules élémentaires recouvert par un système d’encapsulation et celle des organes de contact selon l’invention.
[Fig. 4] représente une vue en perspective éclatée de l’empilement des couches minces d’anode et de cathode, de manière à ce que ces couches soient décalées latéralement. [Fig. 5A] représente une vue en sortie de l’anode montrant des zones de connexion électrique, i.e. les collecteurs de courant anodiques entourés sur leur périphérie par le système d’encapsulation.
[Fig. 5B] représente une vue en sortie de la cathode montrant des zones de connexion électrique, i.e. les collecteurs de courant cathodiques entourés sur leur périphérie par le système d’encapsulation.
[Fig. 6A], [Fig. 6B], [Fig. 6C] et [Fig. 6D] représentent de manière schématique, une vue de face avec arrachement d’une batterie analogue à la figure 3.
[Fig. 6A] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la première variante de l’invention.
[Fig. 6B] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la deuxième variante de l’invention.
[Fig. 6C] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la troisième variante de l’invention.
[Fig. 6D] illustre la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon la quatrième variante de l’invention.
Liste des repères utilisés sur les figures : [Table 1 ]
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Description de l’invention
Définitions
Sauf mention contraire, le concept de « conductivité » utilisée ici se réfère à la conductivité électrique.
On entend par « encre » toute composition fluide pouvant être appliquée sur un support et donnant après traitement de solidification une couche solide et conductrice ; une encre peut notamment être une suspension ou une solution. Le traitement d’une encre permettant d’obtenir une couche conductrice peut notamment être un séchage, une polymérisation, un traitement thermique tel un frittage.
On entend par résine époxy, une résine comprenant au moins un polymère polyépoxyde. Description détaillée de l’invention
Les organes de contact électrique 40 d’un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie 1 , conformes à l’invention, sont disposés sur au moins une zone de connexion électrique 50 dudit dispositif électronique ou électrochimique, comme illustré en figures 1A, 1 B, 1 C et 1 D. Les figures 1A, 1 B, 1 C et 1 D illustrent la structure interne de différents éléments constitutifs d’un organe de contact selon respectivement le premier, le deuxième, le troisième et/ou le quatrième mode de réalisation de l’invention où les différentes couches constituant l’organe de contact, outre leur rôle de conducteur électrique, ont chacune une fonction particulière.
Les organes de contact décrits ci-après peuvent être réalisés sur des dispositifs électroniques ou électrochimiques, et ce, dans la mesure où cela est possible ou envisageable pour l’homme du métier. Ces organes de contact sont ajoutés aux dispositifs électroniques ou électrochimiques pour établir les contacts électriques nécessaires au bon fonctionnement desdits dispositifs. Ces organes de contacts sont avantageusement utilisables pour établir les contacts électriques nécessaires au bon fonctionnement de batteries comprenant des électrodes denses ou poreuses imprégnées d’un électrolyte liquide ainsi que de batteries comprenant des électrolytes solides.
On va maintenant décrire la structure des organes de contact 40 d’un dispositif électronique ou électrochimique selon les quatre modes de réalisation de l’invention, notamment à titre d’exemple non limitatif, la structure des organes de contact 40 selon l’invention d’une batterie 1 telle qu’une batterie à ions de lithium.
Les batteries 1 présentent une structure centrale sur laquelle on peut déposer un système d’encapsulation 30 et des organes de contact selon l’invention 40 (cf. figure 2). La figure 3, est une vue de face avec arrachement d’une batterie 1 faisant apparaître la structure interne de l’élément central comprenant un assemblage de cellules élémentaires 2 recouvert par un système d’encapsulation 30 et celle des organes de contact 40 selon l’invention. Chaque cellule élémentaire comprend une anode 10 et une cathode 20, chacune étant constituée d’un empilement de couches minces. L’anode comprend successivement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13, une couche mince d’un matériau actif d’anode 12 tel que du LUTisO^, une couche mince métallique 11 (par exemple en inox), une couche mince d’un matériau actif d’anode 12 tel que du LuTisO·^, et une couche mince d’un matériau d’électrolyte 13. La cathode 20 comprend successivement une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23, une couche mince d’un matériau actif de cathode 22 tel que du LiMn2C>4, une couche mince métallique 21 (par exemple en inox), une couche mince d’un matériau actif de cathode 22 tel que du LiMn20 ) et une couche mince d’un matériau d’électrolyte 23, étant entendu que la batterie comprend une succession alternée d’au moins une anode 10 et d’au moins une cathode 20 dont deux feuilles adjacentes définissent au moins une région en saillie RS, destinée à former une zone de connexion accessible et au moins une région en retrait RR, destinée à former une zone de recouvrement, i.e. zone recouverte par le système d’encapsulation 30, comme cela est illustré en figure 4. Après l’étape d’empilement des couches minces constituant les cellules élémentaires 2 (cf. figure 4), l’empilement peut être encapsulé dans un système d’encapsulation 30 permettant d’assurer la protection de la batterie vis-à-vis de l’atmosphère. La qualité de l’encapsulation est d’une importance capitale pour les batteries aux ions de lithium. Le système d’encapsulation 30 est stable chimiquement, résiste à une température élevée, offre une protection contre l’humidité et est imperméable à l'atmosphère pour jouer sa fonction de couche barrière. Il peut être constitué de plusieurs couches non représentées, déposées successivement sur l’empilement, notamment sur les parties de l’objet nécessitant d’être protégées. Ce système d’encapsulation permet une isolation électrique et une étanchéité des composants électroniques ou batteries tout en assurant la possibilité de pouvoir ultérieurement les connecter électriquement entre eux/elles et/ou avec des points de connexion externes.
Comme cela est illustré sur les figures 5A et 5B. avant de déposer les organes de contact 40, l’empilement enrobé par le système d’encapsulation 30 est découpé suivant des plans de coupe permettant d’obtenir une batterie unitaire, avec la mise à nue sur chacun des plans de coupe des connexions (+) et (-) de la batterie, notamment dans les régions en saillie, de sorte que le système d’encapsulation revêt quatre des six faces de ladite batterie, de préférence de manière continue, afin que le système puisse être assemblé sans soudure, les deux autres faces de la batterie étant revêtues ultérieurement par les organes de contact 40. Avantageusement, la batterie comprend des organes de contact 40 au niveau où les collecteurs de courant cathodique, respectivement anodique, sont apparents. De préférence, les zones de connexion électrique anodique 50 et les zones de connexion électrique cathodique 50 se trouvent sur les côtés opposés de l’empilement (cf. figures 5A et 5B). Sur et, de préférence, autour de ces zones de connexion électrique sont déposés les organes de contact 40 selon l’invention.
Nous décrivons maintenant, en relation avec la figure 1A, la figure 1 B, la figure 1 C, la figure 1 D, la figure 6A, la figure 6B. la figure 6C et la figure 6D, cinq modes de réalisation des organes de contact selon l’invention.
Organes de contact électrioue selon le premier mode de réalisation de l’invention
Les organes de contact électrique 40 d’un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie 1 , conformes à l’invention, comprennent une première couche 41 , qui comprend un matériau chargé en particules électriquement conductrices. Ce matériau est avantageusement inerte vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif électronique ou électrochimique. Pour un dispositif électrochimique, ce matériau est avantageusement inerte aux potentiels de fonctionnement des électrodes dudit dispositif. Ce matériau est, de préférence, une résine polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices et avantageusement inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif. Ce matériau est déposé sur au moins une zone de connexion électrique 50 du dispositif électronique ou électrochimique comme illustré en figure 1A.
Dans le cas où le dispositif est un dispositif électrochimique, on choisit pour les matériaux intervenant dans la composition ou structure de l’organe de contact électrique selon l’invention, avantageusement des matériaux qui sont inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif.
Les particules électriquement conductrices et inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif électronique ou électrochimique sont, de préférence, en carbone, notamment sous forme de noir de carbone, de graphite ou encore de graphène, ou en titane, ou en nitrures. Afin de minimiser les résistances de contact, la teneur en carbone dans les suspensions ou encres employées pour élaborer cette première couche est de préférence supérieure à 15% en masse.
La résine polymérique peut être une résine epoxy. La résine polymérique peut être, avantageusement, un polyépoxyde obtenu à partir d’au moins un matériau précurseur polymérisable, de préférence un un polyépoxyde obtenu à partir d’au moins un matériau précurseur photopolymérisable. Avantageusement, lorsque la résine polymérique est une résine époxy, la teneur en carbone dans les suspensions ou encres employées est supérieure à 15% en masse de noir de carbone.
Le matériau obtenu par un procédé sol-gel peut être de la silice.
La résine polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel doit aussi être compatible avec les techniques employées pour réaliser les dispositifs électroniques ou électrochimiques, tels que des traitements thermiques. A titre d’exemple, dans le cas des batteries à ions de lithium, la résine polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel doit être compatible chimiquement avec le lithium et compatible avec les étapes de fabrication d’une telle batterie afin d’éviter toute dégradation de ses propriétés. La résine polymérique (préférentiellement une résine époxy) et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel doit être un élément stable tant d’un point de vue chimique que thermique.
Le carbone peut être introduit, dans la résine polymérique et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel, sous forme de nanoparticules et/ou sous toute autre forme. La couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices et avantageusement inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans ledit dispositif électronique ou électrochimique, tel qu’une batterie 1 , est conductrice. Avantageusement elle est souple, de manière à pouvoir peut absorber les éventuelles déformations que subit le dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie 1 , notamment lorsqu’il est soudé sur un circuit électronique. Grâce à sa souplesse cette couche ne risque pas de rompre au niveau des interfaces en cas de sollicitation mécanique.
En outre, lorsque le dispositif est un dispositif électrochimique comportant des matériaux à insertion, ces derniers, même s'ils sont considérés comme dimensionnellement stables, se déforment toujours un peu en fonction de leur taux d'insertion. Ceci est notamment le cas pour les batteries 1 à ions de lithium comportant des matériaux à insertion de lithium. Ainsi, la couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices fiabilise les contacts électriques en absorbant les déformations, notamment pendant les étapes d'insertion et de désinsertion des matériaux d'électrode. Les particules, électriquement conductrices à base de carbone, notamment le graphite présent dans la couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices, assurent la bonne conduction au niveau des contacts électriques sans dégrader les performances du dispositif, contrairement aux résines époxy chargées à l’argent de l’art antérieur qui ne sont pas déformables.
Par ailleurs, le carbone, notamment sous forme de noir de carbone ou de graphite est moins cher que l’argent ou que d’autres métaux nobles, et le remplacement de ces derniers par du carbone, notamment sous forme de noir de carbone ou de graphite, présente un avantage économique.
La couche de matériau chargé en en particules électriquement conductrices, de préférence de résine polymérique chargée en carbone, présente avantageusement une épaisseur comprise entre 5 pm et 50 pm. Avantageusement, cette première couche 41 présente une épaisseur inférieure à 50 pm de manière à minimiser sa résistivité : plus cette première couche 41 est fine moins elle est résistive. Avantageusement, cette première couche 41 présente une épaisseur minimale de 5 pm ; ceci permet d’une part d’assurer un bon contact électrique entre toutes les couches d’électrodes du dispositif électronique ou électrochimique, tel qu’une batterie, et permet d’autre part de combler les défauts d’alignement et de positionnement pouvant exister entre les électrodes.
A titre d’exemple, lorsque les anodes sont à base de LUTisO^, la résine polymérique et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel est préférentiellement chargé en carbone ; le carbone est inerte aux potentiels de fonctionnement des anodes à base de LUTisO-^. Ce carbone peut être du noir de carbone, du graphite ou encore du graphène. Le carbone peut être introduit, dans la résine polymérique et/ou le matériau obtenu par un procédé sol-gel, sous forme de nanoparticules et/ou sous toute autre forme.
Le procédé permettant d’obtenir un tel organe de contact électrique 40, conforme au premier mode de réalisation de l’invention, comprend tout d’abord :
a. l’approvisionnement d’un dispositif électronique ou électrochimique, ledit dispositif comprenant une surface de contact 51 définissant une zone de connexion électrique 50,
b. le dépôt, par tout moyen approprié, d’une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence d’une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices, sur au moins ladite zone de connexion électrique 50, de préférence sur au moins la surface de contact 51 , sachant que de préférence ce dépôt déborde légèrement sur les extrémités de la surface de contact, de manière à venir recouvrir complètement la zone de connexion électrique 50, de préférence la surface de contact 51 et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif tel qu’une batterie, comme cela est illustré en figure 6 A, à titre d’exemple.
La couche 41 de matériau chargé en en particules électriquement conductrices, de préférence de matériau chargé en graphite, de préférence de résine polymérique chargée en graphite, peut être déposée par tout moyen approprié, notamment par trempage. Cette couche 41 est, de préférence, séchée et, lorsque le matériau chargé en particules électriquement conductrices est une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, cette couche est avantageusement polymérisée avant tout autre dépôt ultérieur.
Organes de contact électrique selon le deuxième mode de réalisation de l’invention
Dans ce deuxième mode de réalisation, la première couche est déposée comme indiqué précédemment dans le premier mode de réalisation, et dans le même but.
Avantageusement, les organes de contact électrique 40 d’un dispositif électronique ou électrochimique comprennent une deuxième couche 42 qui comprend du cuivre métallique déposée sur la première couche 41 ou une deuxième couche 42’ constituée d’un feuillard métallique déposée sur la première couche 41. Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique.. Avantageusement, ce feuillard métallique a une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm, plus préférentiellement de l’ordre de 5 pm, et encore plus préférentiellement inférieure à 5 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Ladite première couche 41 comprend typiquement un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence de résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices (cf. figures 1 B et 6 B).
Cette deuxième couche 42, 42’ remplit deux fonctions : d’une part, elle assure l’étanchéité de la structure, i.e. empêche la migration de l’eau à l’intérieur du dispositif, et, d’autre part, elle protège ladite première couche 41 de l’atmosphère, notamment de l’air et de l’humidité. Ainsi, cette deuxième couche 42, 42’ évite la dégradation de la structure et améliore la durée de vie du dispositif électronique ou électrochimique. De plus, lorsque le dispositif électronique ou électrochimique est intégré dans une puce électronique, plus connue sous l’expression de « circuit intégré », la deuxième couche 42 comprenant du cuivre métallique facilite les connexions entre les différents composants du circuit intégré, et facilite in fine sa mise en œuvre.
Le procédé permettant d’obtenir de tels organes de contact électrique 40, conforme à l’invention, comprend tout d’abord :
a. l’approvisionnement d’un dispositif électronique ou électrochimique, ledit dispositif comprenant une surface de contact 51 définissant une zone de connexion électrique 50,
b. le dépôt, par tout moyen approprié, d’une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence d’une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices, sur au moins ladite zone de connexion électrique 50, de préférence sur au moins la surface de contact 51 , sachant que de préférence ce dépôt déborde légèrement sur les extrémités de la surface de contact, de manière à venir recouvrir complètement la zone de connexion électrique 50, de préférence la surface de contact 51 et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif (cf. figures 5A et 5B),
c. le dépôt par tout moyen approprié, sur ladite première couche 41 , d’un feuillard métallique, ou d’une encre comportant du cuivre sous forme de composés organo-cuivreux ou de particules, de préférence de nanoparticules de cuivre, et
d. le traitement thermique d’au moins la deuxième couche déposée afin d’obtenir une couche conductrice 42, 42’.
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène. La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Lorsqu’une encre est déposée sur la première couche, elle est avantageusement déposée par trempage.
Lorsque la deuxième couche est obtenue, par dépôt, par tout moyen approprié, d’un feuillard métallique, le traitement thermique d’au moins la deuxième couche déposée facilite l’adhésion entre la première couche et la deuxième couche, i.e. facilite l’adhésion entre les zones de connexion électrique (anodique et cathodique) et la deuxième couche et permet d’obtenir une couche conductrice 42’ solidaire de la première couche.
Par solidaire on entend, que dans des conditions normales d’utilisation, la première couche et la deuxième couche sont fixées l’une à l’autre sans degré de liberté.
La couche conductrice 42’ présente avantageusement une épaisseur comprise entre 1 pm et 50 pm et de préférence entre 3 pm et 20 pm, indépendamment des variantes de réalisation selon l’invention. Une épaisseur de 1 pm est suffisante pour assurer l’étanchéité du dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie 1.
Lorsque la deuxième couche est obtenue à partir d’une encre comportant du cuivre sous forme de composés organo-cuivreux ou de particules, de préférence de nanoparticules de cuivre, le traitement thermique d’au moins la deuxième couche déposée permet d’obtenir une couche de cuivre métallique conductrice 42 exempte de composés organiques.
La couche de cuivre métallique 42 présente avantageusement une épaisseur comprise entre 1 pm et 50 pm et de préférence entre 3 pm et 20 pm, indépendamment des variantes de réalisation selon l’invention. Une épaisseur de 1 pm est suffisante pour assurer l’étanchéité du dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie 1. Le dépôt, sur la première couche 41 , d’une encre comportant du cuivre sous forme de composés organo-cuivreux ou de particules de cuivre, de préférence de nanoparticules de cuivre, peut être effectué par tout moyen approprié, de préférence par trempage.
La couche de cuivre 42 peut notamment être déposée par voie électrochimique, cependant cette technique nécessite de tremper la zone de connexion électrique recouverte d’un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence recouverte de résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé dans un bain aqueux. Ce contact électrique n’étant pas parfaitement étanche, il est préférable de ne pas utiliser de telles techniques pour ne pas dégrader les performances du dispositif électronique ou électrochimique, i.e. de la batterie.
Pour la réalisation d’une couche de cuivre métallique 42, on préfère les techniques de dépôt à base d’encre organiques, i.e. des solutions comprenant des composés organo- cuivreux ou des suspensions comprenant des particules de cuivre, de préférence des nanoparticules de cuivre dispersées dans un solvant organique.
Les encres organiques employées, comportant du cuivre sous forme de composés organo-cuivreux ou des particules de cuivre, de préférence des nanoparticules de cuivre, peuvent être des encres identiques à celles utilisées en impression de pistes conductrices sur des supports polymériques ou utilisées en électronique imprimée, telles que les encres contenant des nanoparticules de cuivre fonctionnalisées, par exemple par de la polyvinylpyrrolidone (PVP). Avantageusement, lorsque l’encre comprend des particules de cuivre, de préférence des nanoparticules de cuivre, ces dernières représentent entre 10% et 85% massique de l’encre. Le taux de dilution des particules de cuivre dans l’encre va moduler la viscosité de la suspension, ce qui permettra d’ajuster l’épaisseur du dépôt de la deuxième couche. Les solvants utilisés pour formuler cette encre peuvent être organiques, notamment de l’éthylène glycol. Le diamètre moyen des particules de cuivre est de l’ordre d’une dizaine de nanomètres, de préférence compris entre 30 nm et 40 nm.
Le traitement thermique de l’encre déposée sur la première couche est un frittage : il vise à augmenter la densité d’au moins la deuxième couche déposée comportant des nanoparticules de cuivre. Elle peut être réalisée par la technique de frittage flash (connue sous l’expression anglaise « Flash Light Sintering »), notamment par frittage sous une lampe au Xénon, pulsée. Cette couche 42 comporte cependant des matériaux organiques isolants qui doivent être éliminés par traitement thermique. Le traitement thermique conduit à la décomposition des composés organiques des suspensions ou encres qui partent dans la phase vapeur, pour ne laisser plus qu’un dépôt de cuivre métallique. De la même manière, lorsque la suspension ou l’encre contient des nanoparticules de cuivre, ces traitements thermiques vont également permettre au fur et mesure de l’élimination des solvants organiques de relier les nanoparticules entre elles, de les fritter à basse température, et de densifier le dépôt jusqu’à l’obtention d’une couche de cuivre métallique, dense et conductrice électrique.
Ces techniques permettent d’obtenir des films de cuivre pur à relativement basse température et dont la compacité varie en fonction des conditions de durées et de température de frittage.
Avantageusement, les couches déposées sont densifiées, afin de minimiser la présence de cavités, pores, fissures et autres défauts de compacité. Cette étape de densification peut être réalisée par traitement thermique et/ou par irradiation sous une lampe à Xénon. La température optimale dépend fortement de la composition chimique des suspensions, encres, résines et poudres déposées. Avantageusement, le frittage est effectué à une température ne dépassant pas 300°C. Dans certains modes de réalisation, elle ne dépasse pas 200°C.
Par ailleurs, l’inventeur a constaté que plus la taille des particules de cuivre déposées diminue, plus la température du traitement thermique peut être diminuée. Il est ainsi possible de réaliser des dépôts en couches minces avec un taux de porosité inférieur à 5% voire inférieur à 2%, sans avoir recours à des températures et/ou une durée de traitement thermiques importants. Lorsque les suspensions ou encres employées contiennent des nanoparticules de cuivre, ceci permet de réduire les températures et durées de frittage qui se situent de l’ordre de 200-300°C pour l’obtention d’une couche quasi totalement densifiée, i.e. une couche possédant un taux de porosité inférieur ou égal à 5%.
Pour des tailles de particules telles que celles utilisées dans le procédé selon l’invention, à savoir de l’ordre d’une dizaine de nanomètres, de préférence comprises entre 30 nm et 40 nm, c’est l’augmentation de l’énergie de surface qui devient la principale force motrice de la densification par traitement thermique ; cela se traduit par le fait que lorsque la taille des particules diminue la densification thermique débute à une température significativement plus faible. La présence d’agglomérats et de cavités inter-agglomérats influence également la densification, aussi il est important que les suspensions ou encres soient stables, de préférence contiennent des stabilisants permettant d’éviter les phénomènes d’agglomération.
Selon l’invention, on densifie au moins une des couches déposées, et de préférence toutes les couches déposées. Très avantageusement, lorsque la deuxième couche 42 comporte des nanoparticules de cuivre, l’étape de densification est effectuée après le dépôt de cette deuxième couche (avant le dépôt d’une couche nouvelle), par frittage, de préférence par irradiation avec des lampes UV, afin d’obtenir une couche de cuivre métallique de bonne qualité, dotée d’une faible résistance interne, ainsi qu’une bonne liaison entre les première et deuxième couches.
Outre le fait d’être électriquement très conductrice, la couche de cuivre métallique crée une surface d’accroche propice au dépôt d’autres couches par immersion dans un bain de métal ou d’alliage fondu, et ce même si la couche de cuivre métallique n’est pas consolidée à 100%. En effet, les alliages à base de d’étain et/ou de zinc mouillent bien les surfaces en cuivre.
Organes de contact électrique selon le troisième mode de réalisation de l’invention
Dans un troisième mode de réalisation, les organes de contact électrique d’un dispositif électronique ou électrochimique conformes à l’invention, comprennent :
une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices , de préférence d’une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices , et encore plus préférentiellement de résine époxy chargée en particules électriquement conductrices, déposée sur au moins une zone de connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, de préférence sur au moins une surface de contact définissant ladite zone de connexion électrique, de manière à venir recouvrir complètement la zone de connexion électrique, de préférence la surface de contact et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif,
une deuxième couche 42 constituée d’un feuillard métallique, de préférence choisi parmi les feuillards en aluminium et les feuillards en acier inoxydable, ou comprenant du cuivre métallique, déposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices,
- une troisième couche 43 comprenant de l’étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, ladite troisième couche étant déposée sur ladite deuxième couche (cf. figures 1 C et 6 C).
Ce feuillard métallique est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, et encore plus préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
La deuxième couche comprenant du cuivre métallique peut être obtenue par dépôt d’une encre. Lorsqu’une encre est déposée sur la première couche, elle est avantageusement déposée par trempage.
Dans ce troisième mode de réalisation, les première et deuxième couches sont déposées comme indiqué précédemment dans le deuxième mode de réalisation, et dans le même but. La troisième couche 43 comprend de l’étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci. Ledit alliage étain - métal est déposé par tout moyen approprié sur ladite deuxième couche, de préférence par trempage dans un bain de l’alliage en fusion. Les bonnes propriétés de mouillages de ces métaux et alliages en fusion sur le cuivre permettent d’assurer le parfait comblement de tous les défauts et assure ce faible WVTR. La mesure de la perméance à la vapeur d’eau (WVTR) peut se faire à l’aide d’une méthode qui fait l’objet du US 7,624,621 et qui est également décrite dans la publication « Structural properties of ultraviolet cured polysilazane gas barrier layers on polymer substrates » par A. Mortier et al., parue dans la revue Thin Solid Films 6+550 (2014) 85-89.
Par ailleurs, la composition chimique de l’alliage déposée par immersion dans le bain fondu est définie de manière que la température de fusion de l’alliage soit la plus faible possible mais toujours supérieure à 250°C pour garantir la compatibilité et l’intégrité de cette couche métallique de protection pendant les étapes ultérieures de soudure-refusion, appelées solder-reflow en anglais.
Les couches obtenues par immersion dans un bain de métal en fusion sont réputées être totalement denses, métalliques et totalement étanches vis-à-vis de la perméation aux molécules d’eau. Aussi, cette troisième couche métallique 43 permet d’assurer la totale étanchéité de la batterie. Les potentiels défauts présents dans la couche en cuivre métallique 42 sont alors colmatés par la réalisation de cette troisième couche par immersion dans le bain de métal fondu, par galvanisation ou par étamage (connu en anglais sous l’expression tinning ou hot dip tinning).
Cette troisième couche 43 assure l’étanchéité du dispositif ainsi que sa soudabilité.
Ce procédé présente de nombreux avantages. Ladite troisième couche est déposée par un procédé simple, rapide et facile à mettre en œuvre. Il n’est plus nécessaire d’utiliser des procédés tels que le dépôt de couches atomiques (ALD) ou des procédés de dépôt sous vide pour obtenir une bonne étanchéité des organes de contact électrique et de la structure du dispositif.
De préférence, la troisième couche 43 comprend des alliages à bas point de fusion. Idéalement ces alliages sont conçus pour avoir une température de fusion comprise en 280 et 320°C afin de ne pas altérer la batterie et rester solide pendant les étapes d’assemblage par refusion ; la soudure par refusion des composants électroniques s’effectuant à 260°C. A titre d’exemple, des alliages Sn/Zn sont préférés, dans lesquels la teneur en Zn se situerait aux alentours de 40% +/-10% massique, ce qui permet d’obtenir un point de fusion avoisinant les 300°C, soit un point de fusion supérieur à celui de l’étain pur utilisé pour les assemblages par refusion (232°C).
Par ailleurs, l’alliage étain - métal (tel que l’alliage étain - zinc) mouille et recouvre parfaitement le cuivre présent dans la deuxième couche 42. Après refroidissement, cette troisième couche est dense, i.e. exempte de pores.
Organes de contact électrique selon le quatrième mode de réalisation de l’invention
Dans un quatrième mode de réalisation, les organes de contact électrique d’un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie, conformes à l’invention, comprennent :
une première couche 41 de matériau chargé en particules électriquement conductrices et inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans la batterie, de préférence d’une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices et inertes vis- à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans la batterie, et encore plus préférentiellement de résine époxy chargée en particules électriquement conductrices et inertes vis-à-vis des réactions électrochimiques se déroulant dans la batterie, déposée sur au moins une zone de connexion électrique du dispositif électronique ou électrochimique, de préférence sur au moins une surface de contact définissant ladite zone de connexion électrique, de manière à venir recouvrir complètement la zone de connexion électrique, de préférence la surface de contact et garantissant ainsi une protection optimale du dispositif,
une deuxième couche 42, 42’ constituée d’un feuillard métallique ou comprenant du cuivre métallique déposée sur la première couche,
- une troisième couche 43 comprenant de l’étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci, déposée sur la deuxième couche, et - une quatrième couche 44 d’étain pur ou une quatrième couche d’un alliage comprenant, de préférence contenant de l’argent, du palladium et du cuivre, déposée sur la troisième couche (cf. figures 1 D et 6 D).
Le feuillard métallique de la deuxième couche est, de préférence, choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique. La deuxième couche a, de préférence, une épaisseur inférieure à 20 pm, préférentiellement une épaisseur inférieure à 10 pm. Le métal du feuillard métallique peut être un alliage tel que de l’acier inoxydable ou un métal pur tel que du cuivre, de l’aluminium, du titane ou du molybdène.
La nature des feuillards métalliques, des organes de contact selon l’invention, utilisés pour mettre en contact les anodes et cathodes, peut être différente.
Dans ce quatrième mode de réalisation, les première, deuxième et troisième couches sont déposées comme indiqué précédemment dans le premier, le second et le troisième mode de réalisation et dans le même but. La quatrième couche 44 d’étain pur ou la quatrième couche d’un alliage comprenant, de préférence contenant de l’argent, du palladium et du cuivre, est déposée, par tout moyen approprié, sur la troisième couche.
De préférence, les métaux purs comme l’étain sont déposés par électrodéposition.
Cette quatrième couche garantit la qualité de la connectique des organes de contact électrique par un procédé simple, rapide et facile à mettre en oeuvre, réduit les résistances de contact tout en conférant une bonne soudabilité des organes de contact électrique. En fonction de la composition chimique de cette quatrième couche, cette dernière assure, avantageusement, la faible oxydation des contacts.
Ces 3ème et 4ème couches confèrent aux organes de contact électrique une durée de vie très élevée. Lorsque la quatrième couche comprend un alliage comprenant, de préférence contenant de l’argent, du palladium et du cuivre, cet alliage ne s’oxyde pas contrairement à l’étain, et confère ainsi aux organes de contact électrique, de meilleures performances dans le temps.
Le dispositif électronique ou électrochimique comprenant au moins un tel organe de contact présente une durée de vie très élevée.
Organes de contact électrique selon un cinquième mode de réalisation de l’invention
Dans ce cinquième mode de réalisation, la première couche est déposée comme indiqué précédemment dans le premier mode de réalisation, et dans le même but.
Avantageusement et dans ce cinquième mode de réalisation, les organes de contact électrique 40 d’un dispositif électronique ou électrochimique sont constitués de multicouches i.e. sont constitués d’une première couche 41 , d’une seconde couche de polymère conducteur disposée sur la première couche, tel qu’une résine époxy chargée à l'argent, d’une troisième couche de nickel disposée sur la seconde couche et d’une quatrième couche d’étain disposée sur la troisième couche.
Ladite première couche 41 comprend typiquement un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence de résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices. Cette première couche permet d’éviter l’insertion du lithium dans la seconde couche de polymère conducteur, tel qu’une résine chargée à l'argent.
La deuxième de polymère conducteur, de préférence en résine époxy chargée en argent, permet de procurer de la « souplesse » à la connectique sans rompre le contact électrique lorsque le circuit électrique est soumis à des contraintes thermiques et/ou vibratoires. La couche de nickel protège la couche de polymère pendant les étapes d'assemblage par soudure, et la couche d'étain assure la soudabilité de l'interface de la batterie.
La batterie selon l’invention peut être une microbatterie aux ions de lithium, une minibatterie aux ions de lithium, ou encore une batterie à ions de lithium de forte puissance. En particulier, elle peut conçue et dimensionnée de manière à avoir une capacité inférieure ou égale à environ 1 mA h (appelée couramment « microbatterie »), de manière à avoir une puissance supérieure à environ 1 mA h jusqu’à environ 1 A h (appelée couramment « minibatterie »), ou encore de manière à avoir une capacité supérieure à environ 1 A h (appelée couramment « batterie de puissance »). De manière typique, les microbatteries sont conçues de manière à être compatibles avec les procédés de fabrication de la microélectronique.
Les batteries de chacune de ces trois gammes de puissance peuvent être réalisées : soit avec des couches de type « tout solide », i.e. dépourvues de phases liquides ou pâteuses imprégnées (lesdites phases liquides ou pâteuses pouvant être un milieu conducteur d’ions de lithium, capable d’agir comme électrolyte),
soit avec des couches de type « tout solide » mésoporeuses, imprégnées par une phase liquide ou pâteuse, typiquement un milieu conducteur d’ions de lithium, qui entre spontanément à l’intérieur de la couche et qui ne ressort plus de cette couche, de sorte que cette couche puisse être considérée comme quasi-solide, soit avec des couches poreuses imprégnées (i.e. couches présentant un réseau de pores ouverts qui peuvent être imprégnés avec une phase liquide ou pâteuse, et qui confère à ces couches des propriétés humides).
Exemple
Le procédé selon l’invention peut être mis en œuvre de la manière suivante, dans le cadre de la fabrication d’une batterie, notamment de ses organes de contact.
Exemple 1 : Fabrication d’une batterie 1 utilisant des organes de contact électrique 40 selon l’invention
a. Réalisation d’une anode à base de LUTisOi?
On a préparé des nanoparticules de Li4Ti50i2 comme matériau d'anode par broyage de manière à obtenir une taille de particules inférieure à 100 nm. Les nanoparticules de Li4Ti50i2 ont ensuite été dispersées dans de l'éthanol absolu à 10g/I avec quelques ppm d'acide citrique afin d’obtenir une suspension de nanoparticules de LUTisO·^.
Les électrodes négatives ont été préparées par dépôt électrophorétique des nanoparticules de Li4Ti50i2 contenues dans la suspension préalablement préparée, sur des feuillards en acier inoxydables. Le film de Li Ti50i2 (environ 1 micron) a été déposé sur les deux faces du substrat. Ces films ont ensuite été traités thermiquement à 600°C pendant 1 h afin de souder les nanoparticules entre elles, d’améliorer l’adhérence au substrat et de parfaire la recristallisation du LLT15O12
b. Réalisation d’une cathode à base de Lii+xMn2.vQ4
On a préparé des nanoparticules cristallines de Lii+xMn2-y0 avec x=y=0.05, comme matériau de cathode, par broyage de manière à obtenir des tailles de particules inférieures à 100 nm. Les nanoparticules de Lii+xMn2-y04 ont ensuite été dispersées dans de l'éthanol absolu à 25g/l afin d’obtenir une suspension de nanoparticules de Lii+xMn2- y04. Cette suspension a ensuite été diluée dans l'acétone jusqu'à une concentration de 5 g/l.
Les électrodes positives ont été préparées par dépôt électrophorétique des nanoparticules de Lii+xMn2-y04 avec x=y=0.05 contenues dans la suspension préalablement préparée, sur des feuillards en acier inoxydables. Le film mince de Lii+xMn2-y04 (environ 1 micron) a été déposé sur les deux faces du substrat. Ces films ont ensuite été traitées thermiquement à 600°C pendant 1 h afin de souder les nanoparticules entre elles, d’améliorer l’adhérence au substrat et de parfaire la recristallisation du Lii+xMn2-y04. c. Réalisation sur les couches d’anode et de cathode précédemment élaborées d’une couche poreuse à partir d'une suspension de nanoparticules de Ü3PO4
La suspension de nanoparticules de U3PO4 a été élaborée à partir des deux solutions présentées ci-dessous.
45,76 g de CH3COOU, 2H2O ont été dissous dans 448 ml d’eau, puis 224 ml d’éthanol ont été ajoutés sous vive agitation au milieu afin d'obtenir une solution A.
16,24 g de H3PO4 (85 wt% dans l’eau) ont été dilués dans 422,4 ml d'eau, puis 182,4 ml d'éthanol ont été ajoutés à cette solution afin d'obtenir une seconde solution appelée ci- après solution B.
La solution B a ensuite été ajoutée, sous vive agitation, à la solution A.
La solution obtenue, parfaitement limpide après disparition des bulles formées au cours du mélange, a été ajoutée à 4,8 litres d'acétone sous action d'un homogénéiseur de type Ultraturrax™ afin d’homogénéiser le milieu. On a immédiatement observé une précipitation blanche en suspension dans la phase liquide.
Le milieu réactionnel a été homogénéisé pendant 5 minutes puis a été maintenu 10 minutes sous agitation magnétique. On a laissé décanter pendant 1 à 2 heures. Le surnageant a été écarté puis la suspension restante a été centrifugée 10 minutes à 6000 g. Ensuite on a ajouté 1 ,2 I d'eau pour remettre le précipité en suspension (utilisation d'une sonotrode, agitation magnétique). Deux lavages supplémentaires de ce type ont ensuite été effectués à l’éthanol. Sous vive agitation, on a ajouté 15 ml d'une solution de Bis[2-(methacryloyloxy)ethyl]phosphate à 1 g/ml à la suspension colloïdale dans l’éthanol ainsi obtenue. La suspension est ainsi devenue plus stable. 'La suspension a ensuite été soniquée à l'aide d'une sonotrode. La suspension a ensuite été centrifugée 10 minutes à 6000 g. Le culot a ensuite été redispersé dans 1 ,2 I d’éthanol puis centrifugé 10 mins à 6000 g. Les culots obtenus sont redispersés dans 900 ml d’éthanol afin d'obtenir une suspension à 15 g/l apte à la réalisation d'un dépôt électrophorétique.
Des agglomérats d’environ 200 nm constitués de particules primaires de U3PO4 de 10 nm ont ainsi été obtenus en suspension dans l’éthanol.
Des couches minces poreuses de U3PO4 ont ensuite été déposées par électrophorèse sur la surface des anode et cathode précédemment élaborées en appliquant un champ électrique de 20V/cm à la suspension de nanoparticules de U3PO4 précédemment obtenue, pendant 90 secondes pour obtenir une couche d’environ 2 pm. La couche a ensuite été séchée à l’air à 120°C puis un traitement de calcination à 350°C pendant 120 minutes a été effectué sur cette couche préalablement séchée afin d’éliminer toute trace de résidus organiques. Plusieurs anodes, respectivement cathodes, en couches minces ont été réalisées selon le procédé décrit ci-dessus.
d. Réalisation d’une batterie comprenant plusieurs cellules électrochimiques Plusieurs anodes, respectivement cathodes, en couches minces, ont été réalisées selon l’exemple a), respectivement l’exemple b). Ces électrodes ont été recouvertes d’une couche d’électrolyte à partir d’une suspension de nanoparticules de U3PO4 comme indiqué ci-dessus.
Après avoir déposé 2 pm de U3PO4 poreux sur chacune des électrodes (LiMn204 et LÎ4TÎ50i2) précédemment élaborées, les deux sous-systèmes ont été empilés de manière à ce que les films de U3PO4 soient en contact. Cet empilement comprenant une succession alternée de cathode et d’anode en couches minces recouvertes d’une couche poreuse et dont les films de U3PO4 étaient en contact, a ensuite été pressé à chaud sous vide.
Pour ce faire, l’empilement a été placé sous une pression de 5 MPa puis séché sous vide pendant 30 minutes à 10-3 bar. Les plateaux de la presse ont ensuite été chauffés à 550 °C avec une vitesse de 0,4 °C/seconde. A 550 °C, l’empilement a ensuite été thermo comprimé sous une pression de 45 MPa pendant 20 minutes, puis le système a été refroidi à température ambiante.
Une fois l’assemblage réalisé puis séché à 120°C pendant 48 heures sous vide (10 mbars), un système rigide, multicouche constitué de plusieurs cellules assemblées a été obtenu.
Une batterie à ions de lithium comprenant plusieurs cellules électrochimiques, chacune comprenant des électrodes selon l’invention, a ainsi été obtenue.
e. Réalisation d’une cellule électrochimique ou d’une batterie encapsulée
Une cellule électrochimique, respectivement une batterie comprenant plusieurs cellules électrochimiques, a été réalisée selon l’exemple e), respectivement l’exemple f). Ces dispositifs ont été encapsulés par des couches successives.
Une première couche de parylène F (CAS 1785-64-4) d’environ 2 pm d’épaisseur a été déposée par CVD sur la cellule électrochimique, respectivement sur la batterie comprenant plusieurs cellules électrochimiques.
Une couche d’alumine AI2O3 a ensuite été déposée par ALD sur cette première couche de parylène F. La cellule électrochimique, respectivement la batterie comprenant plusieurs cellules électrochimiques revêtue d’une couche de parylène a été introduite dans la chambre d’un réacteur ALD P300 Picosun™. La chambre du réacteur ALD a été préalablement mise sous vide à 5 hPa et à 120 °C et préalablement soumise pendant 30 minutes à un flux de triméthylaluminium (ci-après TMA) - (CAS : 75-24-1 ), un précurseur chimique de l’alumine sous azote contenant moins de 3 ppm d’eau ultra-pure de type 1 (s = 0,05 pS/cm) comme gaz porteur à un débit de 150 sccm (cm3 standard / min), afin de stabiliser l’atmosphère de la chambre du réacteur avant tout dépôt. Après stabilisation de la chambre, une couche d’A Os de 30 nm a été déposée par ALD.
Une couche de parylène F d’environ 2 pm d’épaisseur a ensuite été déposée par CVD sur la deuxième couche d’alumine AI2O3.
Une couche d’alumine AI2O3 d’environ 30 nm d’épaisseur a ensuite été déposée par ALD, comme indiqué précédemment, sur cette troisième couche de parylène F.
Sur cette quatrième couche a ensuite été déposée par trempage une couche de résine époxy d’environ 10 pm. Cette cinquième couche a ensuite été durcie sous ultraviolets (UV) de manière à réduire la vitesse de dégradation de la batterie par des éléments atmosphériques.
L’empilement ainsi encapsulé a ensuite été découpé suivant des plans de Coupe permettant d’obtenir une cellule électrochimique, respectivement une batterie unitaire, avec la mise à nue sur chacun des plans de coupe des collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie. L’empilement encapsulé a ainsi été découpé sur deux des six faces de l’empilement de manière à rendre apparents les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques.
Cet assemblage a ensuite été imprégné, sous atmosphère anhydre, par trempage dans une solution électrolytique comprenant du PYR14TFSI, et du LiTFSI à 0,7 M. PYR14TFSI est l’abréviation courante de 1-butyl-1 -méthylpyrrolidinium bis(trifluoro- méthanesulfonyl)imide. LITFSI est l’abréviation courante de lithium bis- trifluorométhanesulfonimide (n° CAS 90076-65-6). Le liquide ionique rentre instantanément par capillarité dans les porosités. Chacune des deux extrémités du système a été maintenu en immersion pendant 5 minute dans une goutte du mélange électrolytique, puis l’éventuel surplus résiduel est éliminé par tamponnage. f. _ Réalisation des organes de contact d’une cellule électrochimique encapsulée ou d’une batterie encapsulée
Des organes de contact ont ensuite été ajoutées au niveau où les collecteurs de courant cathodiques, respectivement anodiques sont apparents (non revêtus d’électrolyte isolant). Une suspension comprenant une résine de type ConductiveX Electro-bond 62 chargée en graphite a été diluée dans le toluène afin de réduire la viscosité de la suspension à une valeur proche de 50 Kpcs. Les extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie, encapsulée et découpée ont été trempées dans cette suspension comprenant une résine de type ConductiveX Electro-bond 62 chargée en graphite. La première couche à base de résine de type ConductiveX Electro-bond 62 chargée en graphite présente une épaisseur de l’ordre de 30 pm.
Cette première couche a ensuite été séchée à 60°C pendant 4 heures.
Les extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie, encapsulée, découpées et ainsi revêtues ont été trempées dans une encre Applied Nanotech CU-IJ70 chargée en nanoparticules de cuivre ayant un extrait sec de 50% massique et une viscosité comprise entre 10 et 20 cP. L’épaisseur déposée a été comprise entre 6 et 8 pm.
Cette deuxième couche a ensuite été séchée à 100°C pendant 30 minutes, puis frittée par exposition à une lampe Xénon en mode mono impulsion de 2 msec à 2,6kV avec une distance de 2,5 cm entre la lampe et l'organe de contact électrique.
L’organe de contact électrique a ensuite été immergé dans un bain en fusion de l’alliage Sn-Zn à 40% massique, de manière à former une troisième couche à base de Sn-Zn. Les extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie, encapsulée, découpées et ainsi revêtues de cette troisième couche ont ensuite été immergées pendant 35 minutes dans un bain de sulfonate d’étain et d’acide borique à pH 4 maintenu à 25°C. De l’étain pur a ainsi été déposé au niveau des extrémités de la cellule électrochimique, respectivement de la batterie, encapsulée, découpées et ainsi revêtues.

Claims

REVENDICATIONS
1. Organe de contact (40) pour un dispositif électronique ou électrochimique tel qu’une batterie (1 ), destiné à assurer le contact électrique avec un élément conducteur externe, ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact (51 ) définissant une zone de connexion électrique (50), caractérisé en ce que l’organe de contact (40) comprend une première couche (41 ), disposée sur au moins la zone de connexion électrique (50), cette première couche (41 ) comprenant un matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence une résine polymérique et/ou un matériau obtenu par un procédé sol-gel, chargé en particules électriquement conductrices et encore plus préférentiellement une résine polymérique chargée en graphite.
2. Organe de contact (40) selon la revendication 1 , comprenant une deuxième couche (42, 42’) constituée d’un feuillard métallique ou comprenant du cuivre métallique, disposée sur la première couche de matériau chargé en particules électriquement conductrices.
3. Organe de contact (40) selon la revendication 2 comprenant une troisième couche (43) comprenant de l’étain pur et/ou du zinc pur et/ou un alliage étain-métal., disposée sur la deuxième couche (42, 42’).
4. Organe de contact (40) selon la revendication 3 dans lequel le métal de l’alliage étain- métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux- ci
5. Organe de contact (40) selon la revendication 3 ou la revendication 4 comprenant une quatrième couche (44) d’étain pur ou une quatrième couche d’un alliage comprenant de l’argent, du palladium et du cuivre, disposée sur la troisième couche (43).
6. Dispositif électronique ou électrochimique comportant au moins un organe de contact (40) selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, le dispositif électronique ou électrochimique étant de préférence choisi parmi un condensateur, une batterie (1 ) et une batterie à ions de lithium.
7. Procédé de fabrication d’au moins un organe de contact (40) d’un dispositif
électronique ou électrochimique tel qu’une batterie (1 ) comprenant :
a. l’approvisionnement d’un dispositif électronique ou électrochimique ledit dispositif électronique ou électrochimique comprenant une surface de contact (51 ) définissant une zone de connexion électrique (50), b. le dépôt sur au moins la zone de connexion électrique (50), de préférence sur au moins la surface de contact (51 ), d’une première couche (41 ) de matériau chargé en particules électriquement conductrices, de préférence ladite première couche étant formée de résine polymérique et/ou d’un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices.
8. Procédé de fabrication d’au moins un organe de contact (40) selon la revendication 7, comprenant après l’étape b), lorsque ladite première couche est formée de résine polymérique et/ou d’un matériau obtenu par un procédé sol-gel chargé en particules électriquement conductrices, une étape de séchage suivie d’une étape de polymérisation de ladite résine polymérique et/ou dudit matériau obtenu par un procédé sol-gel.
9. Procédé de fabrication d’au moins un organe de contact (40), comprenant après l’étape b) selon la revendication 7, ou après l’étape de polymérisation selon la revendication 8, c. le dépôt, sur la première couche (41 ), d’un feuillard métallique ou d’une encre, de préférence par trempage, comportant du cuivre sous forme de composés organocuivreux ou de particules, de préférence de nanoparticules de cuivre,
d. le traitement thermique d’au moins la deuxième couche déposée afin d’obtenir une couche conductrice (42, 42’).
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le procédé comprend après l’étape d), sur au moins la zone de connexion électrique (50) du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de la première et de la deuxième couche, une étape e) de dépôt d’étain pur et/ou de zinc et/ou d’un alliage étain-métal dans lequel le métal est choisi parmi le zinc, le plomb, le palladium, l’or, le cuivre et un mélange de ceux-ci.
1 1. Procédé selon la revendication 10, dans lequel le procédé comprend après l’étape e), sur au moins la zone de connexion électrique (50) du dispositif électronique ou électrochimique, revêtue de la première, de la deuxième couche et de la troisième couche, une étape f) de dépôt d’une couche d’étain pur par électrodéposition ou d’une couche d’un alliage comprenant, de préférence contenant de l’argent, du palladium et du cuivre.
12. Organe de contact selon l’une quelconque des revendications 2 à 5 ou procédé selon l’une quelconque des revendications 8 à 1 1 caractérisé en ce que le feuillard métallique est choisi parmi les feuillards en aluminium, les feuillards en cuivre, les feuillards en titane, les feuillards en molybdène, les feuillards en acier inoxydable et les feuillards comprenant du cuivre métallique.
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