FR2755795A1 - CURRENT COLLECTOR FOR POSITIVE ELECTRODE AND POSSIBLY NEGATIVE ELECTRODE FOR A MULTI-LAYERED ELECTROCHEMICAL ASSEMBLY AND FOR COILING THUS OBTAINED - Google Patents
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Abstract
Description
L'invention concerne un nouvel ensemble électrochimique multicouche dit tout polymère, notamment un accumulateur au lithium. The invention relates to a new multi-layer electrochemical assembly known as any polymer, in particular a lithium accumulator.
Elle concerne également un accumulateur résultant de l'empilement de ces ensembles, notamment sous forme d'un bobinage. It also relates to an accumulator resulting from the stacking of these assemblies, in particular in the form of a coil.
Les ensembles électrochimiques dits tout polymère résultent de la lamination/assemblage de trois types de films minces principaux:
- un film d'électrode positive composite contenant un matériau électrochimiquement actif tel que par exemple l'oxyde de vanadium ou l'oxyde de manganèse, un matériau macromoléculaire et une charge carbonée conductrice électronique.The so-called all-polymer electrochemical assemblies result from the lamination / assembly of three main types of thin films:
- A composite positive electrode film containing an electrochemically active material such as for example vanadium oxide or manganese oxide, a macromolecular material and an electronically conductive carbon charge.
- un film d'électrolyte polymèrique formé d'un matériau macromoléculaire plastique et d'un composé ionique alcalin entièrement dissout dans ledit matériau,
- un film d'électrode négative qui est soit un composite contenant ledit composé alcalin sous forme ionique, un matériau macromoléculaire, un plastifiant et une charge ou soit un film métallique alcalin notamment de lithium.a polymeric electrolyte film formed from a plastic macromolecular material and from an alkaline ionic compound entirely dissolved in said material,
- A negative electrode film which is either a composite containing said alkaline compound in ionic form, a macromolecular material, a plasticizer and a filler or is an alkali metal film, in particular of lithium.
Le principe de fonctionnement de ces ensembles électrochimiques est bien connu : la réaction électrochimique à l'origine de la production de courant met en jeu le transfert, par conduction ionique, par l'intermédiaire de l'électrolyte polymèrique, de cations alcalins provenant de l'électrode négative ou "source" vers l'électrode positive ou "puits". L'intercalation dans le matériau électrochimiquement actif de l'électrode positive est réversible ce qui permet en inversant la réaction de recharger l'accumulateur, on parle dans ce cas de générateur du type secondaire rechargeable. The principle of operation of these electrochemical assemblies is well known: the electrochemical reaction at the origin of the production of current involves the transfer, by ionic conduction, via the polymeric electrolyte, of alkaline cations originating from l negative electrode or "source" to the positive electrode or "sink". The intercalation in the electrochemically active material of the positive electrode is reversible which allows by reversing the reaction to recharge the accumulator, in this case we speak of a generator of the secondary rechargeable type.
La faible conductivité électronique des électrodes composites requiert par ailleurs l'utilisation d'un collecteur de courant du côté de l'électrode positive et éventuellement du côté de l'électrode négative dans le cas où l'électrode négative est elle-même composite (par exemple électrolyte polymèrique, noir de carbone ou graphite). The low electronic conductivity of the composite electrodes also requires the use of a current collector on the side of the positive electrode and possibly on the side of the negative electrode in the case where the negative electrode is itself composite (for example example polymeric electrolyte, carbon black or graphite).
De manière connue, un film isolant est associé à la face libre du collecteur ou d'une électrode, notamment dans le cas de structure bobinée, afin de séparer les électrodes de polarité différente. On connecte les amenées de courant, indépendamment aux collecteurs sur les tranches de l'élément ainsi réalisé.. In known manner, an insulating film is associated with the free face of the collector or of an electrode, in particular in the case of a wound structure, in order to separate the electrodes of different polarity. The current leads are connected, independently to the collectors on the edges of the element thus produced.
Dans le cas où l'électrode négative est un film métallique alcalin, notamment le lithium, la conductivité est suffisante pour ne pas nécessiter de collecteur associé. In the case where the negative electrode is an alkali metal film, in particular lithium, the conductivity is sufficient not to require an associated collector.
En général, l'électrode positive est, soit déposée sur le collecteur à la fabrication (dépôt par enduction), soit contrecollée par laminage. In general, the positive electrode is either deposited on the collector during manufacture (coating deposition), or laminated by rolling.
De tels assemblages ont déjà été décrits et l'on pourra citer à ce sujet les documents suivants
Le document JP-A-2 144854 décrit par exemple un collecteur formé d'un polymère conducteur dopé. Cependant, d'une part les polymères conducteurs sont onéreux et par ailleurs, I'élement dopant diffuse dans le film d'électrode lors des cycles charges/décharges.Such assemblies have already been described and the following documents may be cited on this subject.
Document JP-A-2 144854 describes, for example, a collector formed from a doped conductive polymer. However, on the one hand, the conductive polymers are expensive and, moreover, the doping element diffuses in the electrode film during the charge / discharge cycles.
Le document JP-A-3059949 décrit un accumulateur au lithium comprenant un collecteur métallique déposé sur une feuille de plastique. Document JP-A-3059949 describes a lithium accumulator comprising a metal collector deposited on a plastic sheet.
Cependant, l'utilisation de feuilles métalliques diminue fortement les densités massiques de puissance et d'énergie des accumulateurs. Par ailleurs, les métaux sont très sensibles à la corrosion électrochimique. On notera incidemment que c'est la raison pour laquelle l'utilisation de l'aluminium est impossible avec l'électrode positive. En effet, les matériaux de constitution de l'électrode positive corrodent le métal. Cette corrosion n'est pas uniquement valable pour l'aluminium, le nickel s'oxyde également lors de la charge de l'accumulateur si la tension dépasse 3,5 volts.However, the use of metallic sheets greatly reduces the mass densities of power and energy of the accumulators. Furthermore, metals are very sensitive to electrochemical corrosion. It will be noted incidentally that this is the reason why the use of aluminum is impossible with the positive electrode. Indeed, the materials of constitution of the positive electrode corrode the metal. This corrosion is not only valid for aluminum, nickel also oxidizes when charging the battery if the voltage exceeds 3.5 volts.
On a également proposé dans le document EP-A-533 575 la métallisation sous vide d'au moins une face d'un film plastique de façon à obtenir un substrat comportant une surface métallique, lequel substrat est suffisamment conducteur de l'électricité pour permettre un dépôt électrochimique uniforme. Le feuillard métallique peut être notamment utilisé comme collecteur de courant pour batterie au lithium à électrolyte polymère. Cependant, on retrouve également l'inconvénient de l'utilisation de métaux qui sont intrinséquement très sensibles à la corrosion électrochimique. It has also been proposed in document EP-A-533 575 the vacuum metallization of at least one face of a plastic film so as to obtain a substrate comprising a metal surface, which substrate is sufficiently conductive of electricity to allow uniform electrochemical deposition. The metal strip can in particular be used as a current collector for a lithium battery with a polymer electrolyte. However, there is also the drawback of using metals which are intrinsically very sensitive to electrochemical corrosion.
Le document US 5 368 959 décrit un collecteur à base d'un polymère conducteur formé de monomère tel que l'aniline, le pyrrole, le thiophène et/ou le phénylène. C'est le cas également du brevet US 5 262 264. Document US Pat. No. 5,368,959 describes a collector based on a conductive polymer formed from a monomer such as aniline, pyrrole, thiophene and / or phenylene. This is also the case for US Patent 5,262,264.
L'utilisation d'une feuille de polymère conducteur est une solution pour éviter les problèmes de corrosion et cela sans diminuer la densité d'énergie de la batterie. Cependant, l'inconvénient d'une telle solution réside dans la faible valeur de la conductivité électronique de ces feuilles. The use of a conductive polymer sheet is a solution to avoid corrosion problems and this without reducing the energy density of the battery. However, the drawback of such a solution lies in the low value of the electronic conductivity of these sheets.
I1 existe donc un besoin pour un générateur électrochimique dont le collecteur tout en étant résistant à la corrosion, présente une conductivité électronique suffisante. There is therefore a need for an electrochemical generator whose collector, while being resistant to corrosion, has sufficient electronic conductivity.
L'objet de la présente invention est de proposer un nouvel ensemble électrochimique qui comprend un collecteur associé à l'électrode positive et éventuellement un collecteur associé à l'électrode négative si celle-ci est de structure composite, permettant simultanément de maintenir les densités massiques de puissance et d'énergie des accumulateurs et par ailleurs, évite les phénomènes de corrosion électrochimique qui se manifestent lors de l'utilisation des métaux. The object of the present invention is to propose a new electrochemical assembly which comprises a collector associated with the positive electrode and possibly a collector associated with the negative electrode if the latter is of composite structure, making it possible simultaneously to maintain the mass densities of power and energy of the accumulators and in addition, avoids the phenomena of electrochemical corrosion which appear during the use of metals.
En premier lieu, l'invention concerne un ensemble électrochimique multicouche comprenant un film d'un électrolyte polymèrique entre un film d'une électrode positive et un film d'une électrode négative, un collecteur associé à l'électrode positive, éventuellement un collecteur associé à l'électrode négative, caractérisé en ce que ledit collecteur associé à l'électrode positive et éventuellement ledit collecteur associé à l'électrode négative sont constitués d'une feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique, ladite feuille étant revêtue d'une couche externe conductrice. Firstly, the invention relates to a multilayer electrochemical assembly comprising a film of a polymeric electrolyte between a film of a positive electrode and a film of a negative electrode, a collector associated with the positive electrode, possibly an associated collector to the negative electrode, characterized in that said collector associated with the positive electrode and possibly said collector associated with the negative electrode consist of a sheet of polymer loaded with non-metallic conductive material, said sheet being coated with a conductive outer layer.
De préférence, la feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique présente une conductivité supérieure à 5.10-5
S/cm.Preferably, the polymer sheet loaded with non-metallic conductive material has a conductivity greater than 5.10-5
S / cm.
Le polymère est avantageusement chargé en noir de carbone, de façon à obtenir la conductivité requise. En général, le polymère chargé comprendra en pourcentage en poids entre 10 et 50 % de carbone. The polymer is advantageously loaded with carbon black, so as to obtain the required conductivity. In general, the charged polymer will comprise in percentage by weight between 10 and 50% of carbon.
L'épaisseur d'une telle feuille est habituellement comprise entre 1 et 100 clam, avantageusement entre 10 et 50 Fm. The thickness of such a sheet is usually between 1 and 100 clam, advantageously between 10 and 50 Fm.
Les polymères de la feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique sont choisis avantageusement parmi les polymères filmables. Par polymère filmables, on entend un polymère produit sous forme de film (enduction, extrusion etc....). Ils sont de préférence choisis parmi les polymères extrinsèques notamment choisis dans le groupe constitué par les polyoléfines, les polyesters, les polycarbonates, les polyimides, les polyépoxydes, les polyuréthanes. Bien entendu, ces polymères doivent résister à la température de fonctionnement dudit ensemble électrochimique. La température de fonctionnement de l'ensemble électrochimique est située aux environs de 90 C habituellement, bien que cette valeur ne soit pas critique. The polymers of the polymer sheet loaded with non-metallic conductive material are advantageously chosen from filmable polymers. The term “filmable polymer” means a polymer produced in the form of a film (coating, extrusion, etc.). They are preferably chosen from extrinsic polymers, especially chosen from the group consisting of polyolefins, polyesters, polycarbonates, polyimides, polyepoxides, polyurethanes. Of course, these polymers must withstand the operating temperature of said electrochemical assembly. The operating temperature of the electrochemical assembly is usually around 90 C, although this value is not critical.
Avantageusement, le polymère est choisi dans le groupe constitué par le polyéthylène, le polypropylène, le polyéthylènetérephtalate, le polycarbonate préparé à partir de bisphénol A et de phosgène, le polybutadiène térephtalate, les polyimides. Advantageously, the polymer is chosen from the group consisting of polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polycarbonate prepared from bisphenol A and phosgene, polybutadiene terephthalate, polyimides.
La couche externe conductrice associée à la feuille de polymère précédemment décrite peut être une feuille métallique associée par calandrage ou peut résulter d'un dépôt métallique sous vide sur la feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique. The conductive outer layer associated with the previously described polymer sheet may be a metallic sheet associated by calendering or may result from a metal deposition under vacuum on the polymer sheet loaded with non-metallic conductive material.
Selon une autre variante, la couche externe conductrice associée à la feuille de polymère chargé en matériau conducteur métallique peut être une feuille ou grille métallique enduite d'une couche d'un vernis ou d'une peinture de protection chargé en matériau conducteur non métallique. Ce vernis ou peinture est notamment choisi dans le groupe constitué par les époxydes, les polyesters ou les polyuréthanes. According to another variant, the external conductive layer associated with the sheet of polymer loaded with metallic conductive material can be a metallic sheet or grid coated with a layer of a varnish or a protective paint loaded with non-metallic conductive material. This varnish or paint is chosen in particular from the group consisting of epoxides, polyesters or polyurethanes.
Les métaux concernés sont tous les métaux appropriés, notamment ceux qui peuvent être déposés par la technique de dépôt sous vide (Al, Zn, Ag,
Cu, Ni, Au, Pt, Cr, Mo, Fe ou leurs alliages).The metals concerned are all the suitable metals, in particular those which can be deposited by the vacuum deposition technique (Al, Zn, Ag,
Cu, Ni, Au, Pt, Cr, Mo, Fe or their alloys).
On peut également utiliser comme couche conductrice les polymères non conducteurs cités ci-dessus, chargés en poudre métallique comprenant les mêmes métaux ou leurs alliages que ceux cités précédemment, ou les couches de polymères conducteurs tels que les polymères résultant de la polymérisation de monomère choisi dans le groupe constitué par le pyrrole, le thiophène, l'aniline, le phénylène. It is also possible to use as conductive layer the non-conductive polymers mentioned above, loaded with metallic powder comprising the same metals or their alloys as those mentioned above, or the layers of conductive polymers such as the polymers resulting from the polymerization of the monomer chosen in the group consisting of pyrrole, thiophene, aniline, phenylene.
De tels polymères sont par exemple décrits dans le brevet américain US 5 368 959. Such polymers are for example described in American patent US Pat. No. 5,368,959.
L'association de la feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique avec les couches de polymère conducteur pourra être réalisée soit par calandrage des deux feuilles, soit par coextrusion d'un complexe constitué des deux couches. The association of the sheet of polymer loaded with non-metallic conductive material with the layers of conductive polymer may be carried out either by calendering the two sheets, or by coextrusion of a complex consisting of the two layers.
L'électrode positive consiste en un matériau composite sensiblement homogène de la matière active, d'un composé inerte à conduction électronique favorisant le transfert des charges électriques vers le collecteur tel que le graphite et/ou un noir de carbone conducteur et de l'électrolyte polymèrique. The positive electrode consists of a composite material substantially homogeneous with the active material, of an inert compound with electronic conduction promoting the transfer of electrical charges to the collector such as graphite and / or a conductive carbon black and the electrolyte. polymeric.
Selon une variante avantageuse, I'électrode positive est une électrode composite comprenant du carbone, une matière active à base d'un métal de transition et une matrice d'un polymère électrolyte polymèrique. According to an advantageous variant, the positive electrode is a composite electrode comprising carbon, an active material based on a transition metal and a matrix of a polymeric electrolyte polymer.
Parmi les matières actives, on peut citer avantageusement l'oxyde de vanadium, l'oxyde de manganèse, l'oxyde de nickel, l'oxyde de cobalt, un mélange de ces matières actives. Among the active materials, there may advantageously be mentioned vanadium oxide, manganese oxide, nickel oxide, cobalt oxide, a mixture of these active materials.
Dans le cas de l'électrode négative, on peut avoir recourt à tout composé capable de libérer un ion alcalin à son interface avec l'électrolyte polymèrique. On peut utiliser le métal lui-même, des composés intermétalliques ou alliages le contenant et répondant à la condition précitée, par exemple des alliages de lithium et d'aluminium. On peut également avoir recourt à des composés d'insertion de ce métal alcalin. A titre d'exemple de composés d'insertion obtenus, on peut citer le graphite, le coke ou des oxydes métalliques tels que ceux du tungstène. La présence d'un collecteur est dans ce cas nécessaire. On peut également utiliser une électrode composite et dans ce cas prévoir la présence d'un collecteur tel que décrit ci-dessus pour l'électrode positive. In the case of the negative electrode, recourse may be had to any compound capable of releasing an alkaline ion at its interface with the polymeric electrolyte. The metal itself can be used, intermetallic compounds or alloys containing it and meeting the aforementioned condition, for example lithium and aluminum alloys. It is also possible to have recourse to compounds for inserting this alkali metal. By way of example of insertion compounds obtained, mention may be made of graphite, coke or metal oxides such as those of tungsten. The presence of a collector is necessary in this case. One can also use a composite electrode and in this case provide for the presence of a collector as described above for the positive electrode.
L'électrolyte polymèrique alcalin est un matériau macromoléculaire tel que le polyoxyde d'éthylène comme décrit dans le brevet européen n 013 199 dans lequel est entièrement dissout un sel alcalin tel qu'un sel de lithium. The alkaline polymer electrolyte is a macromolecular material such as polyethylene oxide as described in European Patent No. 013,199 in which an alkali salt such as a lithium salt is completely dissolved.
L'ensemble électrochimique décrit est particulièrement adapté à la réalisation d'accumulateur au lithium, c'est-à-dire que l'électrode négative est une feuille métallique de lithium, ce qui évite la présence d'un collecteur spécifique associé à ladite électrode. The electrochemical assembly described is particularly suitable for producing a lithium battery, that is to say that the negative electrode is a metallic sheet of lithium, which avoids the presence of a specific collector associated with said electrode. .
Selon une variante de la présente invention, chaque ensemble électrochimique comprend un revêtement isolant appliqué sur la couche conductrice présente sur la feuille de polymère chargé associée à l'électrode positive. According to a variant of the present invention, each electrochemical assembly comprises an insulating coating applied to the conductive layer present on the sheet of charged polymer associated with the positive electrode.
On pourra réaliser la coextrusion tricouche de la feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique, notamment le noir de carbone, associée à une couche conductrice de polymère chargé en poudre métallique ou à une feuille de polymère conducteur et une couche de polymère isolant. It is possible to carry out the three-layer coextrusion of the sheet of polymer loaded with a non-metallic conductive material, in particular carbon black, associated with a conductive layer of polymer loaded with metallic powder or with a sheet of conductive polymer and a layer of insulating polymer.
L'invention concerne également un empilement d'ensembles électrochimiques tels que défini ci-dessus. The invention also relates to a stack of electrochemical assemblies as defined above.
On connecte de manière connue les amenées de courant indépendamment à chacune des deux électrodes ou aux collecteurs correspondants. The current leads are connected in known manner independently to each of the two electrodes or to the corresponding collectors.
L'invention concerne plus particulièrement le bobinage d'un ensemble élecrochimique tel que décrit précédemment, caractérisé en ce que le revêtement isolant constitue la couche externe du bobinage. The invention relates more particularly to the winding of an electrochemical assembly as described above, characterized in that the insulating coating constitutes the outer layer of the winding.
La technologie de bobinage de film pour la fabrication d'élément appliqué dans le stockage d'énergie électrique (condensateur, batterie) oblige de faire la connectique de l'élément sur les tranches de ce dernier ; si l'électrode est apparente, on déposera un métal soit par "shoopage", soit par le procédé "vague de métal fondu" (technique de connexion dans l'industrie électronique). Si l'électrode n'est pas débouchante sur la tranche, la connexion se fera par fils ou languette métallique. The film winding technology for the production of an element applied in the storage of electrical energy (capacitor, battery) means that the element must be connected on the edges of the latter; if the electrode is visible, a metal will be deposited either by "shooping" or by the "wave of molten metal" process (connection technique in the electronics industry). If the electrode does not open onto the edge, the connection will be made by wires or metal tab.
Selon une autre variante, I'invention concerne un bobinage double face d'un ensemble électrochimique tel que défini ci-dessus, caractérisé en ce qu'il résulte de l'enroulement d'une bande longitudinale d'un ensemble électrochimique dont le collecteur est uniquement présente sur l'électrode positive et possède une couche externe conductrice métallique, l'électrode négative étant un film métallique alcalin, et la face externe de l'électrode négative est associée à une bande d'électrolyte polymérique revêtue d'une bande d'électrode positive elle-même revêtue d'un collecteur constitué d'une feuille de polymère chargé en matériau conducteur non métallique, ladite feuille étant revêtue d'une couche externe métallique. According to another variant, the invention relates to a double-sided winding of an electrochemical assembly as defined above, characterized in that it results from the winding of a longitudinal strip of an electrochemical assembly whose collector is only present on the positive electrode and has an external metallic conductive layer, the negative electrode being an alkali metal film, and the external face of the negative electrode is associated with a strip of polymeric electrolyte coated with a strip of positive electrode itself coated with a collector consisting of a polymer sheet loaded with non-metallic conductive material, said sheet being coated with a metallic outer layer.
Selon une autre variante, l'invention concerne un bobinage double face d'un ensemble électrochimique, caractérisé en ce qu'il résulte de l'enroulement d'une bande longitudinale d'un ensemble électrochimique tel que défini ci-dessus (a) dont le collecteur, présent uniquement sur l'électrode positive, possède une couche externe de polymère conducteur, la face externe du polymère conducteur étant revêtue d'une autre bande d'une feuille chargée en matériau conducteur non métallique,
(b) dont l'électrode négative est associée à une bande d'électrolyte polymérique revêtue d'une bande d'électrode positive,
(c) ladite autre bande d'une feuille chargée en matériau conducteur non métallique constituant la couche externe du bobinage.According to another variant, the invention relates to a double-sided winding of an electrochemical assembly, characterized in that it results from the winding of a longitudinal strip of an electrochemical assembly as defined above (a) whose the collector, present only on the positive electrode, has an external layer of conductive polymer, the external face of the conductive polymer being coated with another strip of a sheet loaded with non-metallic conductive material,
(b) whose negative electrode is associated with a strip of polymer electrolyte coated with a strip of positive electrode,
(c) said other strip of a sheet loaded with non-metallic conductive material constituting the outer layer of the winding.
Selon une variante préférée, le film tricouche feuille de polymère chargé/polymère conducteur/feuille de polymère chargé est obtenu par coextrusion. According to a preferred variant, the three-layer film loaded polymer sheet / conductive polymer / charged polymer sheet is obtained by coextrusion.
Ces deux dernières réalisations permettent de limiter sensiblement la masse du bobinage pour une même quantité d'énergie. These last two embodiments make it possible to substantially limit the mass of the winding for the same amount of energy.
D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre et en regard des dessins annexés donnés à titre d'exemple, non limitatifs, et sur lesquels
- la figure 1 est une vue schématique en coupe transversale d'un ensemble électrochimique selon l'invention.Other characteristics, objects and advantages of the present invention will appear on reading the detailed description which follows and with reference to the attached drawings given by way of example, which are non-limiting, and in which
- Figure 1 is a schematic cross-sectional view of an electrochemical assembly according to the invention.
- la figure 2 est une vue en coupe transversale de l'ensemble électrochimique selon la figure 1 sous forme de bobinage,
- la figure 3 est une vue en coupe transversale schématique d'un ensemble électrochimique selon une autre variante de l'invention.FIG. 2 is a cross-sectional view of the electrochemical assembly according to FIG. 1 in the form of a coil,
- Figure 3 is a schematic cross-sectional view of an electrochemical assembly according to another variant of the invention.
- la figure 4 est une vue en coupe transversale de l'ensemble électrochimique selon la figure 3 sous forme de bobinage. - Figure 4 is a cross-sectional view of the electrochemical assembly according to Figure 3 in the form of a coil.
- La figure 5 est une vue en coupe transversale de l'ensemble électrochimique selon une autre variante de l'invention. - Figure 5 is a cross-sectional view of the electrochemical assembly according to another variant of the invention.
- La figure 6 est une vue en coupe transversale de l'ensemble électrochimique selon la figure 5 sous forme de bobinage. - Figure 6 is a cross-sectional view of the electrochemical assembly according to Figure 5 in the form of a coil.
Selon la figure 1, l'ensemble électrochimique 1 est formé d'une feuille de polypropylène 2 comprenant 30 % de noir de carbone revêtue par métallisation d'une couche 3 d'aluminium de résistance 3 Q, par unité de surface. La couche métallique 3 est revêtue d'une couche isolante 4 de polypropylène. L'épaisseur de la feuille de polymère métallisée est de 30 llm et l'épaisseur de la couche isolante est de 6 Clam. According to FIG. 1, the electrochemical assembly 1 is formed of a polypropylene sheet 2 comprising 30% of carbon black coated by metallization with a layer 3 of aluminum of resistance 3 Q, per unit area. The metal layer 3 is coated with an insulating layer 4 of polypropylene. The thickness of the metallized polymer sheet is 30 μm and the thickness of the insulating layer is 6 μm.
La face non métallisée de la feuille de polymère 2 est appliquée sur une couche d'électrode positive 7 constituée d'oxyde de vanadium, d'électrolyte polymèrique, tel qu'il sera défini ci-après et de graphite. The non-metallized face of the polymer sheet 2 is applied to a positive electrode layer 7 consisting of vanadium oxide, of polymer electrolyte, as will be defined below and of graphite.
L'épaisseur de l'électrode positive est de 50 pm. The thickness of the positive electrode is 50 µm.
L'ensemble électrochimique comprend également une couche d'électrolyte polymèrique 5 constituée d'un polyoxyde d'éthylène et d'un sel de lithium ladite couche d'électrolyte polymèrique étant prise en sandwich entre l'électrode positive 7 et une couche d'électrode négative de lithium 6. The electrochemical assembly also comprises a polymer electrolyte layer 5 consisting of a polyethylene oxide and a lithium salt, said polymer electrolyte layer being sandwiched between the positive electrode 7 and an electrode layer negative of lithium 6.
L'ensemble est réalisé par laminage de l'électrode négative, de la couche d'électrolyte polymère polymèrique, de l'électrode positive, de la feuille de polymère métallisée et de la couche isolante. The assembly is produced by laminating the negative electrode, the polymeric polymer electrolyte layer, the positive electrode, the metallized polymer sheet and the insulating layer.
On remarquera qu'un multicouche feuille de polymère métallisée/couche isolante peut être remplacé par un tricouche extrudé feuille de polymère conductrice/polymère conducteur/isolant. It will be noted that a multilayer metallized polymer sheet / insulating layer can be replaced by a three-layer extruded conductive polymer sheet / conductive polymer / insulator.
Une telle réalisation présente plusieurs avantages
- Résistance à la corrosion de la feuille conductrice de polymère chargé de noir de carbone, augmentation de la tension de charge (gain en densité d'énergie),
- Diminution de la résistance série (contribution du collecteur), due à la métallisation (feuille métallique ou dépôt de métal), ou à l'association avec une feuille de polymère conducteur ou à l'association avec une feuille chargée de particules métalliques, permet une augmentation de la largeur des films utilisables dans la technologie des accumulateurs bobinés.Such an achievement has several advantages
- Corrosion resistance of the conductive sheet of polymer loaded with carbon black, increase in the charging voltage (gain in energy density),
- Reduction of the series resistance (contribution of the collector), due to metallization (metallic sheet or metal deposit), or to the association with a sheet of conductive polymer or to the association with a sheet charged with metallic particles, allows an increase in the width of the films usable in the technology of wound batteries.
- L'utilisation de polymère chargé induit une diminution de la masse des collecteurs, d'où une augmentation de la densité d'énergie et de puissance,
- Une distribution homogène du courant dans toute l'électrode.- The use of charged polymer induces a reduction in the mass of the collectors, hence an increase in the energy and power density,
- Homogeneous distribution of current throughout the electrode.
Selon la figure 2, l'ensemble électrochimique est sous la forme d'un bobinage dont le revêtement isolant 4 constitue la couche externe du bobinage. According to Figure 2, the electrochemical assembly is in the form of a coil, the insulating coating 4 constitutes the outer layer of the coil.
Selon la figure 3, l'ensemble électrochimique 8 comprend successivement une feuille de polymère 9 chargé en noir de carbone revêtue sur la face externe d'une feuille métallique ou d'une couche métallisée 10, une couche d'électrode positive 11, une couche d'électrolyte polymère 12, une couche d'électrode négative 13, une couche d'électrolyte polymère 14, une couche externe d'électrode positive 15 et une feuille de polymère 16 chargé en noir de carbone revêtue sur la face externe d'une feuille métallique ou d'une couche métallisée 17. According to FIG. 3, the electrochemical assembly 8 successively comprises a sheet of polymer 9 charged with carbon black coated on the external face with a metallic sheet or a metallized layer 10, a layer of positive electrode 11, a layer of polymer electrolyte 12, a layer of negative electrode 13, a layer of polymer electrolyte 14, an outer layer of positive electrode 15 and a sheet of polymer 16 charged with carbon black coated on the outer face of a sheet metallic or metallic layer 17.
Les différentes couches présentent les épaisseurs suivantes
feuille de polypropylène métallisée
chargée en noir de carbone 9,10,16,17 10
électrolyte polymère 12,14 65
électrode négative 13 30à150 crm
électrode positive 11,15 65 pm. The different layers have the following thicknesses
metallized polypropylene sheet
loaded in carbon black 9,10,16,17 10
polymer electrolyte 12.14 65
negative electrode 13 30 to 150 crm
positive electrode 11.15 65 pm.
Le bobinage obtenu selon la figure 4 permet de supprimer la couche isolante, l'électrode négative fonctionnant sur les deux faces ce qui conduit à un accroissement de la densité d'énergie. The winding obtained according to Figure 4 eliminates the insulating layer, the negative electrode operating on both sides which leads to an increase in the energy density.
Selon la figure 5, L'ensemble électrochimique 18 comprend successivement une feuille de polymère de polypropylène chargé en matériau conducteur 19, une feuille de polymère conducteur 20, une feuille de polymère polypropylène chargé en matériau conducteur 21, une couche d'électrode positive 22, une couche d'électrolyte polymérique 23, une couche d'électrode négative 24, une autre couche d'électrolyte polymère 25 et une couche d'électrode positive 26. According to FIG. 5, the electrochemical assembly 18 successively comprises a sheet of polypropylene polymer loaded with conductive material 19, a sheet of conductive polymer 20, a sheet of polypropylene polymer loaded with conductive material 21, a layer of positive electrode 22, a polymer electrolyte layer 23, a negative electrode layer 24, another polymer electrolyte layer 25 and a positive electrode layer 26.
Le bobinage 27 obtenu avec comme couche externe la couche 19 est représenté à la figure 6. The coil 27 obtained with the outer layer 19, is shown in FIG. 6.
De préférence, les films 19, 20 et 21 sont coextrudés en un film tricouche. Preferably, the films 19, 20 and 21 are coextruded into a three-layer film.
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077192A1 (en) * | 2005-01-20 | 2006-07-27 | Oticon A/S | Hearing aid with rechargeable battery and rechargeable battery |
| WO2015055744A1 (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | Nexeon Limited | Reinforced current collecting substrate assemblies for electrochemical cells |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0298800A1 (en) * | 1987-06-18 | 1989-01-11 | Societe Nationale Elf Aquitaine | Process for making a multilayer structure for use in thin-layer electrochemical generators with a thin layer of lithium and a solid polymer electrolyte |
| US4879190A (en) * | 1988-08-30 | 1989-11-07 | Mhb Joint Venture | Electrochemical cell |
| JPH02204962A (en) * | 1989-02-01 | 1990-08-14 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Current collector jointing method for sheet type positive electrode black mixture |
| EP0408249A2 (en) * | 1989-07-10 | 1991-01-16 | AT&T Corp. | Non-aqueous alkali metal battery having an improved cathode |
| WO1994010713A1 (en) * | 1992-10-29 | 1994-05-11 | Valence Technology, Inc. | Electrically conductive adhesion promoters on current collectors for electrochemical cells |
| US5399447A (en) * | 1993-12-06 | 1995-03-21 | Valence Technology, Inc. | Acidity reduction of adhesion promoter layer and electrolytic cells produced therefrom |
| EP0657951A1 (en) * | 1993-11-16 | 1995-06-14 | Bollore Technologies | Method for manufacturing an electrochemical multilayered assembly comprising an electrolyte between two electrodes and assembly produced therefrom |
| US5578399A (en) * | 1995-09-15 | 1996-11-26 | Olsen; Ib I. | Polymeric current collector for solid state electrochemical device |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5464706A (en) * | 1994-03-02 | 1995-11-07 | Dasgupta; Sankar | Current collector for lithium ion battery |
-
1996
- 1996-11-12 FR FR9613732A patent/FR2755795A1/en active Pending
-
1997
- 1997-11-10 WO PCT/FR1997/002019 patent/WO1998021768A1/en active Application Filing
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0298800A1 (en) * | 1987-06-18 | 1989-01-11 | Societe Nationale Elf Aquitaine | Process for making a multilayer structure for use in thin-layer electrochemical generators with a thin layer of lithium and a solid polymer electrolyte |
| US4879190A (en) * | 1988-08-30 | 1989-11-07 | Mhb Joint Venture | Electrochemical cell |
| JPH02204962A (en) * | 1989-02-01 | 1990-08-14 | Fuji Elelctrochem Co Ltd | Current collector jointing method for sheet type positive electrode black mixture |
| EP0408249A2 (en) * | 1989-07-10 | 1991-01-16 | AT&T Corp. | Non-aqueous alkali metal battery having an improved cathode |
| WO1994010713A1 (en) * | 1992-10-29 | 1994-05-11 | Valence Technology, Inc. | Electrically conductive adhesion promoters on current collectors for electrochemical cells |
| EP0657951A1 (en) * | 1993-11-16 | 1995-06-14 | Bollore Technologies | Method for manufacturing an electrochemical multilayered assembly comprising an electrolyte between two electrodes and assembly produced therefrom |
| US5399447A (en) * | 1993-12-06 | 1995-03-21 | Valence Technology, Inc. | Acidity reduction of adhesion promoter layer and electrolytic cells produced therefrom |
| US5578399A (en) * | 1995-09-15 | 1996-11-26 | Olsen; Ib I. | Polymeric current collector for solid state electrochemical device |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 014, no. 493 (E - 0995) 26 October 1990 (1990-10-26) * |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006077192A1 (en) * | 2005-01-20 | 2006-07-27 | Oticon A/S | Hearing aid with rechargeable battery and rechargeable battery |
| AU2006207557B2 (en) * | 2005-01-20 | 2010-07-22 | Oticon A/S | Hearing aid with rechargeable battery and rechargeable battery |
| US8224007B2 (en) | 2005-01-20 | 2012-07-17 | Oticon A/S | Hearing aid with rechargeable battery and rechargeable battery |
| WO2015055744A1 (en) * | 2013-10-15 | 2015-04-23 | Nexeon Limited | Reinforced current collecting substrate assemblies for electrochemical cells |
| US9735431B2 (en) | 2013-10-15 | 2017-08-15 | Nexeon Limited | Reinforced current collecting substrate assemblies for electrochemical cells |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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