WO2022106426A1 - Cellule électrochimique de type pouch pour un dispositif de stockage d'énergie - Google Patents

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WO2022106426A1
WO2022106426A1 PCT/EP2021/081879 EP2021081879W WO2022106426A1 WO 2022106426 A1 WO2022106426 A1 WO 2022106426A1 EP 2021081879 W EP2021081879 W EP 2021081879W WO 2022106426 A1 WO2022106426 A1 WO 2022106426A1
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electrical terminal
electrodes
axis
strip
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Florent LEPOIVRE
Masato Origuchi
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Renault S.A.S
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Definitions

  • TITLE Pouch type electrochemical cell for an energy storage device
  • the present invention relates to a pouch-type electrochemical cell for an electrical energy storage device, in particular an electric battery.
  • the invention also relates to an electrical energy storage device comprising said cell and a vehicle equipped with such a storage device and/or such a cell.
  • the invention finally relates to a method for manufacturing a pouch-type electrochemical cell.
  • storage devices also called “battery pack” or “battery pack”, or more simply “battery”
  • battery pack comprise a plurality of cells, in particular of the Lithium or Li-ion type, which can be made according to different architectures.
  • the so-called cylindrical and prismatic cells consist of a winding or a stack of electrodes slipped into a metal box previously manufactured and closed by a lid.
  • the so-called sachet or pocket T cells from the English "pouch", of which an example from the prior art is illustrated in FIG. 11, comprise electrodes stacked and welded together via electrical terminals 4' then wrapped in a strip 3', also called a bag or “pouch”, which is heat-sealed so that only the electrical terminals 4' emerge.
  • the tightness of the heat seal is a critical point of this technology, it requires a smooth surface, that is to say devoid of folds, of the strip 3' which is usually obtained by "pre-deformation", in particular by stamping, so as to form a cavity in which the electrodes are arranged.
  • the pre-deformation of the strip is accompanied by a significant stretching of material, so its depth is limited by the risk of tearing.
  • the pouch technology is packaged with a hand by the pre-deformation step, limited to a depth of the order of 14-15 mm currently, and on the other hand by the dimensions of the electrical terminal or terminals 4 ', which can not (ven ) t exceed certain dimensions at the risk of impacting the tightness of the weld of the strip 3 'on the electrical terminal 4' at its ends, as shown in Figure 11.
  • the electrical terminals 4 'of such electrochemical cells T type pouch therefore comprise a relatively small cross-section, incompatible with the use of high-power charging or discharging current.
  • fast charging terminals or "fast charge” implementing high electrical powers, in particular greater than 50 kW, or ultra fast charging, in English “ultra fast charge”, involving electrical powers ranging up to 200 kW.
  • Such powers are nevertheless accompanied by heat dissipation in the battery of the vehicle, which, if it is not evacuated, can cause irreversible damage there such as a reduction in its lifespan or a limitation of its speed. dump. Such damage is observed in particular at the level of current-carrying materials such as electrical terminals, in particular electrical connectors, and welds.
  • the cooling of electrochemical cells is conventionally done at the level of the narrowest face of the cell, also called useful cooling surface, which is limited when the cell is made using pouch technology in order to preserve the tightness of the cell, preventing this makes it efficient in cooling and therefore impacts its durability.
  • Document EP3327854 discloses a battery cell whose electrical terminal is composed of an electrical connector integrated in an insulating material whose section is close to that of the stack of electrodes. To this end, the document proposes coating part of the connector with a layer making it possible to adsorb the gases, which is complex and costly.
  • the invention falls within this context and aims to provide an electrochemical cell of the pouch type for an electrical storage device, in particular intended for a motor vehicle, at reduced cost allowing an unlimited increase in the dimensions of the cell and its electrical terminal(s) with a view to improving its performance.
  • the invention also aims to propose a manufacturing method, simpler to produce and less expensive, of such a cell.
  • the invention proposes a pouch-type electrochemical cell for an electrical energy storage device, in particular an electric battery, the electrochemical cell comprising a stack of a plurality of electrodes, in particular at least one anode and one cathode, and a strip.
  • the electrochemical cell is particularly characterized in that it comprises
  • At least one electrical terminal comprising a base made of an insulating material and an electrical connector extending along a first axis, the base of the electrical terminal having a first dimension along a second axis substantially equal to or greater than a first dimension along the second axis of the stack of the plurality of electrodes, said second axis being orthogonal to said first axis, the at least one electrical terminal and the strip participating in delimiting a housing in which the plurality of electrodes extends;
  • the base of the at least one electrical terminal may have a second dimension along a third axis substantially equal to or greater than a second dimension along the third axis of the stack of the plurality of electrodes, said third axis being orthogonal to the first axis and to the second axis.
  • the at least one primary bond can be made by heat sealing or by bonding and/or the secondary bond can be made by heat bonding or by bonding.
  • the electrical connector of the at least one terminal may extend through the base, the electrical connector possibly comprising a flat or substantially flat external portion and/or extending parallel or substantially parallel to an external face of the base.
  • the electrochemical cell may comprise at least one spacing member disposed in the housing and interposed between the plurality of electrodes on the one hand and the at least one electrical terminal on the other hand, the spacing member comprising at least a recess configured to receive at least one tab of at least one electrode.
  • the spacing member may have a honeycomb structure, in particular a honeycomb structure, the honeycomb structure comprising cells, under vacuum, intended to accommodate a gas produced during operation of the electrochemical cell.
  • the base of the at least one electrical terminal may comprise
  • a fixing member configured to ensure the anchoring of the electrochemical cell on a support element; and or - a sensor, in particular for temperature and/or pressure; and or
  • the invention also relates to an electrical energy storage device, in particular intended for a motor vehicle, comprising at least one electrochemical cell as described above.
  • such a storage device may further comprise a cooling means arranged along a lateral side of the at least one electrochemical cell.
  • the invention also relates to a hybrid or electric motor vehicle comprising at least one electrochemical cell according to the invention and/or at least one electrical energy storage device according to the invention.
  • the present invention finally relates to a method of manufacturing an electrochemical cell as described above, comprising: a step of stacking a plurality of electrodes;
  • the wrapping step can comprise a sub-step of aligning at least one of the end portions of the strip with the periphery of the base of the at least one electrical terminal.
  • Figure 1 is a schematic representation in section and top view of an embodiment of a pouch-type electrochemical cell according to the invention.
  • FIG. 2 Figure 2 is a schematic representation in perspective of the electrochemical cell.
  • Figure 3 is a front representation of the electrochemical cell.
  • Figure 4 is a schematic representation of a section of a variant of the electrochemical cell.
  • Figure 5 is a schematic representation of a section of a variant of the electrochemical cell.
  • Figure 6 is a front view schematic representation of a spacer for an electrochemical cell.
  • Figure 7 is a schematic representation of a top view section of an electrical energy storage device.
  • Figure 8 is a schematic representation of a section of a variant of the electrochemical cell.
  • Figure 9 is a schematic representation of a step in a process for manufacturing the electrochemical cell.
  • Figure 10 is a schematic representation of another step in the manufacturing process of the electrochemical cell.
  • Figure 11 is a schematic representation of a prior art electrochemical cell.
  • FIG. 1 represents an embodiment of an electrochemical cell 1 of the pouch type according to one embodiment of the invention for an electrical energy storage device 10 as illustrated in FIG. 7.
  • the energy storage device 10 which may also be called a “battery” or an “electric battery”, comprises a plurality of electrochemical cells 1 of the pouch type, in particular a plurality of electrochemical cells 1 according to one embodiment of the 'invention.
  • a storage device 10 can be intended, by way of non-limiting example, for a motor vehicle, in particular a vehicle with hybrid or electric motorization.
  • the electrochemical cell 1 is able to store energy in chemical form and to restore it in the form of an electric current.
  • the electrochemical cells can, for example, be of the “lithium-ion” type, also called “Li-ion”.
  • the electrochemical cell 1 of the pouch type as illustrated in FIGS. 1 to 3 comprises a plurality of stacked electrodes 2, in particular at least one anode and one cathode spaced apart by an electrically insulating separation element, not shown, and a strip 3. Also, the electrochemical cell 1 comprises at least one electrical terminal 4.
  • the orientation of the electrochemical cell will be defined according to a first axis X, a second axis Y, orthogonal to the first axis X, and a third axis Z, orthogonal to the first axis X and to the second axis Y.
  • the axes X, Y and Z are in particular represented by a trihedron XYZ in the figures requiring it.
  • the term “pouch” is understood to mean a sachet or pocket structure of the strip 3.
  • the strip 3 can, by way of example, be of the composite and/or laminated type, that is to say it can comprise a plurality of layers, or integral sheets made of distinct materials.
  • the strip 3 can comprise a metal sheet, for example made of aluminum or an aluminum-based alloy, and/or a plastic sheet, for example made, without limitation, of PET (polyethylene terephthalate), nylon, PP (polypropylene), PPa (acidified polypropylene).
  • the at least one electrical terminal 4 and the strip 3 participate in delimiting a housing 100 in which the plurality of electrodes 2 extend.
  • the at least one electrical terminal 4 is arranged at the level of an end portion 31, in particular along the first axis X, of the strip 3 while the plurality of electrodes 2 is arranged between the opposite end portions 31 of the strip 3, in particular centrally, or substantially centrally.
  • the electrochemical cell 1 can have a parallelepipedal or substantially parallelepipedal shape, in particular rectangular or square parallelepipedal, or even cubic.
  • the electrochemical cell 1 shown has, in a non-limiting manner, a rectangular parallelepipedal shape.
  • the cell 1 comprises two end sides 11, delimiting the electrochemical cell 1 along the first axis X, and a plurality of lateral sides 12, connecting the end sides 11 to one another.
  • one of the end sides 11 is formed by the electrical terminal 4 and the electrochemical cell 1 comprises four lateral sides 12, formed by the strip 3.
  • the strip 3 has a shape adapted to the formation by folding of a substantially parallelepipedal pocket or sachet, in particular rectangular or square parallelepipedic, or even cubic.
  • the plurality of electrodes 2 extends within the housing 100 according to a stack, that is to say the different electrodes 2 are arranged facing each other along at least one axis, for example the second axis Y or the third axis Z.
  • the stack of the plurality of electrodes is particularly arranged so as to present an alternation of an anode and a cathode.
  • the electrochemical cell 1 may comprise at least one electrically insulating separation element, not shown, interposed between each adjacent anode and cathode of the plurality of electrodes 2.
  • Each electrode comprises a main portion 21, planar or substantially planar, and at least one tongue 22 extending into the housing 100 projecting from the main portion 21.
  • the at least one tongue 22 extends towards the au at least one electrical terminal 4 and is configured to cooperate with it.
  • the housing 100 contains, or is partially filled, a non-aqueous electrolyte impregnating the plurality of electrodes 2, in particular the pores of the plurality of electrodes, and the separation element(s).
  • the electrolyte may, for example, consist of lithium salts (LiPF6, LiBF4, LiCIO4, LiTFSI, LiFSI, LiBOB) dissolved in an organic solvent such as dimethyl, ethylene or diethyl carbonate, propylene carbonate or acetonitrile.
  • the electrical terminal 4 comprises a base 41 which can be made of an insulating material, such as plastic or ceramic, and an electrical connector 42, metallic.
  • the base 41 can be made of an electrically insulating material.
  • the base 41 can also be made of a thermally conductive material.
  • the electrical connector 42 allows the connection of the plurality of electrodes 2 with an electrical circuit, not shown, of the cell 1 by cooperation with the at least one tongue 22 specific to each electrode.
  • the electrical connector 42 extends at least partly along the first axis X, that is to say that the first axis X defines a direction of extension of at least part of the electrical connector 42.
  • the axis X can be defined by the axis along which the electrical connector 42 extends towards the outside of the electrochemical cell 1 .
  • the base 41 of the at least one electrical terminal 4 has a first dimension 411 along the second axis Y or along the third axis Z substantially equal to or greater than a first dimension 211 of the stack of the plurality of electrodes 2 along this same second axis Y or this same third axis Z, respectively.
  • the first dimension is defined by the second axis Y and extends orthogonally to the first axis X along which the electrical connector 42 extends at least in part. It is understood that the present invention also extends to an alternative embodiment, not represented, in which the first dimension 411 is defined by the third axis Z, the whole of the present description applying mutatis mutandis to such an alternative embodiment.
  • the first dimension may correspond to a width, as shown, or, alternatively, to a height.
  • the term “substantially equal” is understood to mean a first dimension 411 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4 having a value of the order of the first dimension 211 of the stack of electrodes ⁇ 7%, in particular ⁇ 3%.
  • the base 41 of the at least one electrical terminal 4 has a second dimension 412 substantially equal to or greater than a second dimension 212 of the stack of the plurality of electrodes 2.
  • second dimensions of the at least one electrical terminal 4 and of the stack a dimension along the third axis Z, that is to say a dimension orthogonal to the first axis X and second axis Y as well as to the first dimensions 411 , 211. It is understood that the present invention also extends to the alternative embodiment, not shown, in which the second dimension 412 is defined by the second axis Z, the whole of the present description applying mutatis mutandis to such an alternative embodiment.
  • the term "substantially equal” means the second dimension 412 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4 having a value of the order of the second dimension 212 of the stack of electrodes ⁇ 7%, especially ⁇ 3%.
  • the electrical connector 42 may, optionally, have a first dimension 421 along the second Y axis of between 20 and 100% of the first dimension 211 of the stack of the plurality of electrodes 2 along the second Y axis.
  • the electrical connector 42 may have a second dimension 422 along the third axis Z of between 30 and 90% of the second dimension 412 of the base 41, along this same third axis Z.
  • the electrochemical cell 1 allows an increase in the dimensions of the electrical terminal 4 and more specifically of the electrical connector 42 relative to connectors conventionally observed in pouch-type cells.
  • Such an increase in the section of the electrical connector 42 makes the electrochemical cell 1 compatible with an increase in the recharging speed of the storage device 10 thanks to a high electric current while preventing the overheating of the electrical connector 42.
  • Electrical connector 42 of at least one electrical terminal 4 extends in base 41 at least from housing 100 to the environment outside electrochemical cell 1. Electrical connector 42 projects from the base 41, both within the housing 100, that is to say in the direction of the plurality of electrodes 2, and in the external environment, in particular in order to allow the connection between a plurality of electrochemical cells 1 .
  • the electrical connector 42 comprises at least one internal portion 424, extending into the housing 100 and through the base 41 along the first axis X, and an external portion 423.
  • the external portion 423 can be planar or substantially flat and/or extend parallel or substantially parallel to an outer face 414 of the base 41 .
  • Such a shape of the electrical connector 42 aims in particular to optimize, as further explained below, the assembly of a plurality of electrochemical cells 1 together within a single electrical energy storage device 10 .
  • the electrical connector 42 may have a substantially "L" structure.
  • the electrochemical cell 1 comprises a plurality of sealed connections of the strip 3.
  • the cell comprises at least one primary connection 5 of at least one of the end portions 31 of the strip 3 on a perimeter 415 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4.
  • the connection primary 5 consists of the connection of the strip 3, in particular an inner face 301 of the strip 3 facing the housing 100, with a set of side edges 416 forming the periphery 415 of the base 41 .
  • the primary connection 5 thus has a continuous closed shape, in particular annular or square or rectangular.
  • at least part of an edge of the primary connection 5 can be inscribed in a plane orthogonal to the first axis X.
  • the primary connection 5 consists of the connection of the strip 3 over all or part of a thickness, along the first axis X, of the base 41 .
  • the electrochemical cell 1 further comprises a secondary connection 6 from an end lateral portion 32a of the strip 3 to an opposite end lateral portion 32b of the strip 3, in particular visible in FIG. 2.
  • the end lateral portions 32a, 32b consist of opposite portions connecting together the end portions 31 at which the at least one electrical terminal 4 can be connected.
  • the secondary connection 6 is made between parts of the inner face 301 of the strip 3 respectively included in the opposite end lateral portions 32a, 32b.
  • the secondary connection 6 can extend parallel, or substantially parallel, to the first axis X. Moreover, preferably, the secondary connection 6 is rectilinear or substantially rectilinear. It is understood that the terms “primary”, “secondary”, “first”, “second” are intended here to distinguish the various components of the invention and not to establish a hierarchy among them.
  • the at least one primary link 5 and the secondary link 6 are characterized by a smallest dimension strictly greater than 2 mm. According to the embodiment illustrated in Figures 1 to 10, is meant, in a non-limiting manner, by a "smallest dimension" of the at least one primary link 5 a dimension, not referenced, along the first axis X
  • the term “smallest dimension” of the secondary connection 6 also means a dimension along the third axis Z.
  • the at least one primary bond 5 can be made by heat sealing or bonding and/or the secondary bond 6 can be made by heat bonding or bonding.
  • all or part of the surface of the periphery 415 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4 can be treated so as to ensure heat-welding or lasting bonding without defects, compatible with the manufacturing process. as set out below.
  • the electrochemical cell 1 can comprise two electrical terminals 4, in particular a first electrical terminal 401 and a second electrical terminal 402. It is understood that all of the characteristics of the previous description relating to “the at least one terminal” can thus extend to the “first electrical terminal 401” and/or to the “second electrical terminal 402”. Furthermore, when the electrochemical cell 1 comprises a plurality of electrical terminals 4, these may be identical or, alternatively, have distinct characteristics.
  • the first electrical terminal 401 and the second electrical terminal 402 have at least one equal or substantially equal dimension, in particular their first dimension 411 along the second axis Y or their second dimension 412 along the third axis Z.
  • the first electrical terminal 401 and the second electrical terminal 402 may have first dimensions 411 equal or substantially equal to each other and second dimensions 412 equal or substantially equal to each other.
  • the first electrical terminal 401 and the second electrical terminal 402 are each arranged at an opposite end portion 31 of the strip 3.
  • the electrochemical cell 1 therefore comprises a plurality of primary connections 5, specifically a first primary connection 51 made between the one of the end portions 31 of the strip 3 and the periphery 415 of the base 41 of the first electrical terminal 401, and a second primary connection 52 made between the other of the end portions 31 and the periphery 415 of a base 41 of the second electrical terminal 402.
  • the plurality of electrodes 2 is interposed between the first electrical terminal 401 and the second electrical terminal
  • the first electrical terminal 401 and the second electrical terminal 402 are, by way of example, each connected to a subset of electrodes 2 of the plurality of electrodes.
  • a first subassembly of at least one electrode is configured to be connected to the first electrical terminal 401 and is arranged so that its tab(s) 22 extend( nt) to this one.
  • a second subset of at least one electrode is configured to be connected to the second electrical terminal 402 and is arranged so that its tab(s) 22 s extend(s) to it.
  • the first electrical terminal 401 is connected to four electrodes 2, for example cathodes, and the second electrical terminal 402 is connected to four separate electrodes 2, for example anodes. It is understood that such a configuration is in no way limiting, the number and type of electrodes possibly varying.
  • the secondary connection 6 made between the opposite end lateral portions can then be made so as to extend continuously from the first primary connection 51 to the second primary connection 52.
  • Figures 4 and 5 illustrate different optional variants of the electrochemical cell 1 according to the invention. They represent a half-cell in which the at least one electrical terminal 4 comprises different examples of accessories that can be integrated separately or in combination with each other.
  • Figure 6 illustrates an example of a spacing member 7 intended to be placed within the housing 100.
  • the base 41 of the at least one electrical terminal 4 can comprise a fixing member 81 configured to ensure the anchoring of the electrochemical cell 1 on a support element 101.
  • support element 101 means any element capable of carrying, covering or framing the electrochemical cell 1 such as a bodywork element, a plate or a casing, in particular a bottom or a lid of such a box.
  • the electrochemical cell 1 may comprise a plurality of fixing members 81, these being able to be included in the same electrical terminal 4 and/or in separate electrical terminals 4.
  • the fixing member 81 emerges from the outer face 414 of the base 41 and extends projecting from the latter into the environment outside the cell.
  • the fixing member 81 can be arranged at any point on the outer face 414 surrounding the electrical connector 42.
  • the fixing member 81 is made in one piece with the base 41.
  • the fixing member 81 can be a primary fixing member, configured to cooperate with a secondary fixing member, of complementary shape, included in the support element 101.
  • the base 41 of at least one electrical terminal 4, for example of the first electrical terminal 401 and/or of the second electrical terminal 402, can comprise a sensor 82, in particular of temperature and/or pressure such as 'illustrated in Figure 5.
  • the base 41 of the at least one electrical terminal 4, for example the first electrical terminal 401 and / or the second electrical terminal 402 may include an overload safety device, not represented, for example of the OCSD type, from the English acronym “overcharge safety device”.
  • the electrochemical cell 1 can also comprise, optionally but preferentially, at least one spacer member 7.
  • the spacer member 7 is configured to be arranged within the housing 100. It is particularly configured so as to be interposed between the electrical terminal 4 and the plurality of stacked electrodes 2, in particular along the first axis X.
  • the spacing member 7 is configured to be placed at the level of the connection interface between the plurality of electrodes 2 and the at least one electrical terminal 4, that is to say at the level of the connection between at least one subset of tongue(s) 22 of the plurality of electrodes 2 and the electrical connector 42 of the at least one electrical terminal 4.
  • the spacing member 7 comprises at least one recess 71 configured to receive at least one tongue 22 of at least one electrode 2.
  • the recess 71 can be configured to receive at least the internal portion 424 of the electrical connector 42 of the at least one electrical terminal 4.
  • such a recess 71 can be arranged centrally within the spacing member 7.
  • the spacing member 7 has a parallelepiped or substantially parallelepiped structure.
  • the spacing member 7 has dimensions similar to those previously exposed for the at least one electrical terminal 4 relative to the stack of the plurality of electrodes 2.
  • the spacing member 7 may have a first dimension 711 along the second axis Y, substantially equal to or greater than the first dimension 211 of the stack of the plurality of electrodes 2.
  • the term “substantially equal” is then understood to mean a first dimension 711 of the spacing member 7 having a value of the order of the first dimension of the stack of electrodes 2 ⁇ 7%, in particular ⁇ 3%.
  • the spacing member 7 may have a second dimension 712 along the third axis Z, substantially equal to or greater than the second dimension 212 of the stack of the plurality of electrodes 2. This is then qualified as “substantially equal” a second dimension of the spacing member 7 having a value of the order of the second dimension of the stack of electrodes 2 ⁇ 7%, in particular ⁇ 3%.
  • the spacing member 7 has a first dimension 711 equal or substantially equal to the first dimension 411 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4 and/or the spacing 7 has a second dimension 712 equal or substantially equal to the second dimension 412 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4.
  • Such an arrangement aims, in particular, to reinforce the mechanical strength of the electrochemical cell 1.
  • the spacing member 7 helps to protect the connection interface between the plurality of electrodes 2 and the at least one electrical terminal 4, in particular during the implementation of the manufacturing process of the electrochemical cell 1 as set out below.
  • the spacing member 7 may, as illustrated, comprise two complementary inserts, configured to cooperate with each other and to be arranged so as to frame at least one tongue 22 of the plurality of electrodes 2.
  • such parts may include complementary fastening elements, for example a clipping system, so as to keep them fixed relative to each other once assembled.
  • the spacing member 7 may have a honeycomb structure, in particular a honeycomb structure.
  • honeycomb structure means a structure having a plurality of cavities 72.
  • honeycomb means a plurality of cells 72 of polygonal shape, in particular hexagonal. In particular, such cells 72 can be under vacuum and intended to accommodate a gas produced during the operation of the electrochemical cell 1.
  • Such a characteristic gives the spacing member 7 a hollow structure forming a reservoir capable of receiving gases likely to to be generated during operation of the electrochemical cell 1, thus reducing the risks of degassing (or "venting" in English) conventionally observed.
  • FIG. 7 illustrates an embodiment of a storage device 10 according to the invention, in particular intended for a motor vehicle, comprising at least one electrochemical cell 1 as previously explained.
  • the storage device 10 comprises, by way of example, four substantially identical electrochemical cells 1 according to the invention. It is nevertheless understood that such electrochemical cells may have distinct characteristics.
  • FIG. 7 illustrates one half of the storage device 10 so as to detail an electrical terminal 4 specific to each electrochemical cell 1.
  • each cell can comprise, as explained above, a plurality of electrical terminals 4 , in particular a first electrical terminal 401 and a second electrical terminal 402, each of these electrical terminals possibly being identical or having distinct characteristics, whether within the same electrochemical cell 1 or from one electrochemical cell 1 to another within the storage device 10.
  • All or part of the plurality of electrochemical cells 1 is stacked along at least one direction.
  • a provision means "stacked" a positioning of the various cells 1 on top of each other along a vertical direction with respect to a ground on which the vehicle is resting, or, alternatively, a positioning of the various cells 1 next to each other along a direction orthogonal to such vertical direction.
  • the electrochemical cells are in particular arranged so that their lateral sides 12 extend facing each other, particularly close to each other.
  • adjacent electrical terminals 4 included in separate electrochemical cells 1, adjacent to each other, are arranged in contact with one another, in particular at the level of at least a part of the side edges 416 of their respective bases 41. Furthermore, such electrical terminals 4 can be arranged so as to extend along a common plane 2000.
  • Such storage devices 10 are conventionally subjected to high powers, which are accompanied by high heat dissipation within the electrochemical cells 1, which, if it is not evacuated, is likely to cause irreversible damage. . Also, in order to ensure its cooling, the storage device 10 can be made according to different alternatives.
  • the storage device 10 may further comprise a cooling means 9, such as a plate configured to allow the circulation of a cooling fluid, arranged along at least one lateral side 12 of cell 1 .
  • a cooling means 9 is thus interposed between adjacent electrochemical cells 1 along at least one direction.
  • the extreme positioning of at least one electrical terminal 4, in particular of the first electrical terminal 401 and of the second electrical terminal 402, contributes to better control of the geometry of the cell, in particular parallelepiped or substantially parallelepiped. This results in a better contact surface of the electrochemical cell 1 with any conventional cooling means 9, thus reducing the manufacturing costs of the cell 1 or of the storage device 10 due to the reduction in the need for thermal resins conventionally used to fill irregularities between adjacent electrochemical cells.
  • the lateral sides 12 of the electrochemical cell 1 can have a substantially concave shape.
  • the strip 3 converges towards the plurality of stacked electrodes 2.
  • the strip may be sufficiently elastic to match both the shape of the plurality of stacked electrodes 2 and the shape of the base 41 without creating any folds and without being deformed beforehand.
  • the lateral sides 12 of adjacent cells 1 delimit a cooling means 9, more specifically an intercellular space, allowing, by way of example, the circulation of any gas or cooling fluid, in particular a dielectric fluid, in order to ensuring the cooling of said electrochemical cells 1.
  • such a cooling means 9, or intercellular space can also receive, for example be at least partly filled, a material capable of delaying the spread of flames, for example in the form of a block or a resin.
  • a material capable of delaying the spread of flames, for example in the form of a block or a resin.
  • such a material can be a compressed foam making it possible to apply pressure to the cells 1, in particular the electrodes 2 of the cell 1.
  • Such an alternative allows an advantageous lightening of the storage device 10 by ensuring the cooling of the cells 1 without making use of conventionally used plates. It also ensures the durability of the storage device 10, in particular of the components mechanical such as the electrical terminals 4 and welds which are usually the most impacted by the significant heat dissipation taking place within the electrochemical cells. Also, such an arrangement is of interest in terms of safety, the presence of intercellular spaces reducing the chances of propagation of a thermal incident between adjacent electrochemical cells 1.
  • the configuration of the electrical terminals 4 contributes, moreover, to simplifying the assembly of the storage device 10, more particularly the connection between the various electrochemical cells 4. Indeed, conventionally, the connection of the various cells 1 requires the cutting and the deformation adapted from the various electrical connectors 42, as well as their soldering to a common bus-bar.
  • a bus-bar 91 can be positioned directly in contact with the electrical connectors 42 of the various electrochemical cells 1.
  • the bus-bar 91 can thus be welded in a single step to the various electrical connectors 42, as illustrated for the two electrochemical cells of left in Figure 7.
  • the bus-bar 91 can be screwed to the electrical connectors 42 when these have a prior thread, as illustrated for the two electrochemical cells 1 on the right in Figure 7.
  • the invention finally relates to a method of manufacturing an electrochemical cell 1 as described previously.
  • Figures 8 to 10 illustrate a mode of execution of the different steps of such a method. Note that, for the sake of clarity, only one of the end sides 11 is illustrated.
  • the method according to the invention nevertheless extends to the manufacture of an electrochemical cell 1 comprising at least one electrical terminal 4, for example two electrical terminals 401, 402 as previously described with reference to FIG. 2. Also, any step or sub-step described below with reference to the at least one terminal electrical 4 can be reproduced for a second electrical terminal 402 or for a plurality of additional electrical terminals.
  • the method comprises a step of stacking a plurality of electrodes 2.
  • the plurality of electrodes 2 is stacked so as to present an alternation of an anode and a cathode.
  • adjacent electrodes 2 can be separated by an electrically insulating separation element, not shown, interposed between each adjacent anode and cathode of the plurality of electrodes 2.
  • connection step aimed at connecting the at least one terminal to the plurality of electrodes 2 is performed. Specifically, such a connection is made between a plurality of tabs 22, specific to at least one subset of electrodes 2, for example the cathodes, and the internal portion 424 of the electrical connector 42 of the at least one electrical terminal 4 .
  • the step of connecting said tabs 22 with the at least one electrical terminal 4 may include a sub-step of positioning the plurality of electrodes 2 so that it extends orthogonally, or substantially orthogonally, to the at least one terminal.
  • the plurality of electrodes 2 is arranged so that the tongues 22, specific to at least one subset of electrodes 2, extend towards the at least one electrical terminal 4. In other words, all or part of the tongues 22 extend parallel, or substantially parallel, to the internal portion 424 of the electrical connector 42.
  • connection step can include a sub-step of bending or deforming one or more tabs 22 of the plurality of electrodes 2 and a sub-step of welding said tabs 22 to the electrical connector 42.
  • the electrochemical cell 1 is then shaped by a step of wrapping all of the plurality of electrodes 2 and at least part of the base 41 of the at least one terminal in the strip 3 not pre-distorted.
  • the wrapping step may include a sub-step of positioning the assembly formed by the plurality of electrodes 2 and the at least one electrical terminal 4, connected to each other, on the inner face 301 3 plane strip.
  • the wrapping step then comprises a substep of aligning at least one of the end portions 31 of the strip 3 with one of the side edges 416 of the perimeter 415 of the base 41 of the at least one electric terminal 4.
  • a positioning of the at least one electric terminal 4 contributes to reinforcing the structure of the electrochemical cell 1 .
  • each of said electrical terminals 4 can be positioned at the level of an opposite end portion 31 of the strip 3, thus contributing to better control of the shape of the cell, in particular during the step of wrapping the strip 3.
  • the wrapping step finally includes a sub-step of folding the strip 3 into at least one edge and/or a rounding.
  • an edge and/or rounding is respectively derived from a corner or a rounding of the base 41 of the at least one electrical terminal 4. » the action of folding at least part of the strip 3 so as to surround the plurality of electrodes 2 and, at least partially, the at least one electrical terminal 4.
  • such a folding step makes it possible to hermetically wrap the plurality of electrodes 2 and the at least one electrical terminal 4 with the strip 3 with a limited number of folding(s) of the latter.
  • To wrap a set of electrodes of generally parallelepipedal shape only four folds, in particular at 90°, are necessary. No fold is formed around the electrical connector 42, the strip 3 and the electrical connector 4 being contactless.
  • reinforcement layers or elements such as nylon laminations of the strip 3, conventionally used to ensure the mechanical strength of the strip 3 during and following the pre-deformation step.
  • the structure of the electrochemical cell 1 is thus advantageously simplified.
  • Electrochemical cell 1 is then placed under vacuum and filled with an electrolyte before being sealed.
  • the sealing of the electrochemical cell 1 comprises a step of bonding the strip 3 to the base 41 of the at least one electrical terminal 4 at the level of at least the primary connection 5 and a step of bonding the strip 3 to itself. even at secondary link 6.
  • one and/or the other of the bonding steps is carried out by heat sealing or gluing.
  • the manufacturing method may comprise an additional step of positioning at least one spacing member 7, implemented successively at the connection step, interposed between the plurality of electrodes 2 on the one hand and the at least one electrical terminal 4 on the other hand.
  • the spacing member 7 is then arranged so that at least one tab 22 and/or the electrical connector 42 extends partially through the recess 71 of the spacing member 7.
  • the spacing member 7 thus participates, with the at least one electrical terminal 4, in ensuring the mechanical strength of the electrochemical cell 1, for example during sealing, in particular under vacuum, of the cell. It thus prevents the strip 3 from collapsing at the interface of connection between the plurality of electrodes 2 and the at least one electrical terminal 4.
  • the manufacturing method may comprise a step of surface treatment of the periphery 415 of the base 41 of the at least one electrical terminal 4 carried out before the wrapping step, for example prior to the login step.
  • Such treatment aims to ensure a primary bond 5, for example by heat sealing, durable and without defects, compatible with the assembly process.
  • the present invention thus proposes an electrochemical cell of the pouch type for an electrical energy storage device, in particular intended for a motor vehicle, advantageously making it possible to overcome the sizing limitations conventionally accompanying the electrical cells of the pouch type due to the implementation of a pre-deformation step by stamping the strip.
  • the electrochemical cell thus allows greater sizing flexibility while preserving the tightness of the cell, particularly at the level of at least one electrical terminal.
  • the electrochemical cell according to the invention allows the multiplication of the number of electrodes accommodated within the cell, and therefore of the power thereof, and, on the other hand, promotes the cooling of the cell by increasing the useful cooling surface, thus making it more suitable for new charging methods.
  • the present invention cannot however be limited to the means and configurations described and illustrated here and it also extends to any equivalent means or configuration and to any technically effective combination of such means.
  • the shape and dimensions of the electrical terminals or the number of electrodes can be modified without harming the invention insofar as they ultimately fulfill the functions described and illustrated in this document.

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Abstract

Cellule électrochimique (1) de type pouch pour dispositif de stockage (10) d'énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, la cellule électrique comprenant un empilement d'une pluralité d'électrodes (2) et au moins un terminal électrique (4) lié le terminal électrique (4) et sur lui-même, respectivement au niveau d'une liaison primaire (5) et d'une liaison secondaire (6), de sorte à former un logement (100) dans lequel s'étend la pluralité d'électrodes (2) et tout ou partie de l'au moins un terminal électrique (4), le terminal électrique (4) présentant une première dimension sensiblement égale ou supérieure à une première dimension d'un empilement de la pluralité d'électrodes (2).

Description

DESCRIPTION
TITRE : Cellule électrochimique de type pouch pour un dispositif de stockage d’énergie
La présente invention concerne une cellule électrochimique de type pouch pour un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment une batterie électrique. L’invention concerne également un dispositif de stockage d’énergie électrique comprenant ladite cellule et un véhicule équipé d’une tel dispositif de stockage et/ou d’une telle cellule. L’invention concerne enfin un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique de type pouch.
Dans les véhicules électriques ou hybrides, les moyens de motorisation électriques actuels font appel à des dispositifs de stockage électrique, ou batteries électriques, de plus en plus puissants afin de rivaliser avec les performances des moteurs thermiques. L’augmentation des performances motrices électriques repose en grande partie sur l’amélioration de l’autonomie du véhicule, par exemple par augmentation du volume des dispositifs de stockage.
Classiquement, les dispositifs de stockages, aussi dénommés selon l'anglicisme "pack batterie" ou "battery pack", ou plus simplement "batterie", comprennent une pluralité de cellules, notamment de type Lithium, ou Li-ion, qui peuvent être réalisées selon différentes architectures. Les cellules dites cylindriques et prismatiques consistent en un enroulement ou un empilement d’électrodes glissé dans un boitier métallique préalablement fabriquée et fermé par un couvercle.
Les cellules T dites en sachet ou en poche, de l’anglais « pouch », dont un exemple de l’art antérieur est illustré à la figure 11 , comprennent des électrodes empilées et soudées entre elles via des terminaux électriques 4’ puis enveloppées dans un feuillard 3’, aussi appelé sachet ou « pouch », qui est thermoscellé de sorte à ne laisser ressortir que les terminaux électriques 4’. L’étanchéité du thermoscellage est un point critique de cette technologie, il requiert une surface lisse, c’est à dire dépourvue de plis, du feuillard 3’ qui est usuellement obtenue par « pré-déformation », notamment par emboutissage, de sorte à former une cavité dans laquelle sont disposées les électrodes. La pré-déformation du feuillard s’accompagne d’un étirement de matière non négligeable, aussi, sa profondeur est limitée par des risques de déchirement.
De ce fait, tandis que les dimensions des cellules de type cylindrique et prismatique peuvent aisément être augmentées pour accommoder davantage d’énergie, c’est-à-dire davantage de capacité et/ou de puissance, la technologie pouch est conditionnée d’une part par l’étape de pré-déformation, limitée à une profondeur de l’ordre de 14-15 mm actuellement, et d’autre part par les dimensions du terminal ou des terminaux électrique(s) 4’, qui ne peu(ven)t excéder certaines dimensions au risque d’impacter l’étanchéité de la soudure du feuillard 3’ sur le terminal électrique 4’ à ses extrémités, tel que représenté à la figure 11. Les terminaux électriques 4’ de telles cellules électrochimiques T de type pouch comprennent donc une section relativement faible, incompatibles avec l'utilisation de courant de charge, ou de décharge, de forte puissance. Par ailleurs, l’augmentation des performances motrices électriques repose en outre sur la recherche de moyens de recharge rapide. On connaît des bornes de recharge rapide, ou « fast charge » mettant en œuvre des puissances électriques importantes, notamment supérieures à 50 kW, ou de recharge ultra rapide, en anglais « ultra fast charge », impliquant des puissances électriques allant jusqu’à 200 kW.
De telles puissances s’accompagnent néanmoins d’une dissipation thermique dans la batterie du véhicule, qui, si elle n’est pas évacuée, peut y provoquer des dommages irréversibles tels qu’une réduction de sa durée de vie ou une limitation de sa vitesse de charge. De tels dommages sont notamment observés au niveau des matériaux transportant le courant tels que les terminaux électriques, notamment les connecteurs électriques, et les soudures. Le refroidissement des cellules électrochimiques se fait classiquement au niveau la face la plus étroite de la cellule, aussi appelée surface utile de refroidissement, laquelle est limitée lorsque la cellule est réalisée selon la technologie pouch afin de préserver l’étanchéité de la cellule, empêchant de ce fait son refroidissement efficace et impactant par là même sa durabilité.
Le document EP3327854 divulgue quant à lui une cellule de batterie dont un terminal électrique est composé d’un connecteur électrique intégré dans un matériau isolant dont la section est proche de celle de l’empilement des électrodes. A cette fin, le document propose de revêtir une partie du connecteur avec une couche permettant d’adsorber les gaz, ce qui est complexe et coûteux.
L’invention s’inscrit dans ce contexte et a pour but de fournir une cellule électrochimique de type pouch pour un dispositif de stockage électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, à coût réduit permettant une augmentation non limitée des dimensions de la cellule et de son terminal ou ses terminaux électrique(s) en vue d’une amélioration de ses performances. L’invention vise également à proposer un procédé de fabrication, plus simple de réalisation et moins coûteux, d’une telle cellule. A cette fin, l’invention propose une cellule électrochimique de type pouch pour un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment une batterie électrique, la cellule électrochimique comprenant un empilement d’une pluralité d’électrodes, notamment au moins une anode et une cathode, et un feuillard. La cellule électrochimique est particulièrement caractérisée en ce qu’elle comprend
- au moins un terminal électrique comprenant une embase réalisée dans un matériau isolant et un connecteur électrique s'étendant suivant un premier axe, l’embase du terminal électrique présentant une première dimension suivant un deuxième axe sensiblement égale ou supérieure à une première dimension suivant le deuxième axe de l'empilement de la pluralité d’électrodes, ledit deuxième axe étant orthogonal audit premier axe, l'au moins un terminal électrique et le feuillard participant à délimiter un logement dans lequel s’étend la pluralité d’électrodes ;
- au moins une liaison primaire d’une portion extrêmale du feuillard sur un pourtour de l’embase de l’au moins un terminal électrique ;
- une liaison secondaire d’une portion latérale extrême du feuillard sur une portion latérale extrême opposée du feuillard, distinctes de la portion extrêmale.
De manière optionnelle, l’embase de l’au moins un terminal électrique peut présenter une deuxième dimension suivant un troisième axe sensiblement égale ou supérieure à une deuxième dimension suivant le troisième axe de l'empilement de la pluralité d’électrodes, ledit troisième axe étant orthogonal au premier axe et au deuxième axe.
Egalement, selon une caractéristique optionnelle mais préférentielle, l’au moins une liaison primaire peut être réalisée par thermosoudage ou par collage et/ou la liaison secondaire peut être réalisée par thermosoudage ou par collage.
Le connecteur électrique de l’au moins un terminal peut s’étendre au travers de l’embase, le connecteur électrique pouvant comprendre une portion externe plane ou sensiblement plane et/ou s’étendre parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face extérieure de l’embase.
La cellule électrochimique peut comprendre au moins un organe d’espacement disposé dans le logement et interposé entre la pluralité d’électrodes d’une part et l’au moins un terminal électrique d’autre part, l’organe d’espacement comprenant au moins un évidement configuré pour recevoir au moins une languette d’au moins une électrode.
Notamment, l’organe d’espacement peut présenter une structure alvéolaire, notamment en nid d’abeilles, la structure alvéolaire comprenant des alvéoles, sous vide, destinées à accueillir un gaz produit lors du fonctionnement de la cellule électrochimique.
Optionnellement, l’embase de l’au moins un terminal électrique peut comprendre
- un organe de fixation configuré pour assurer l’ancrage de la cellule électrochimique sur un élément de support ; et/ou - un capteur, notamment de température et/ou de pression ; et/ou
- un dispositif de sécurité de surcharge.
L’invention concerne également un dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une cellule électrochimique tel que précédemment exposée.
Notamment, un tel dispositif de stockage peut comprendre, en outre, un moyen de refroidissement agencé le long d'un côté latéral de l’au moins une cellule électrochimique.
L’invention concerne encore un véhicule automobile hybride ou électrique comprenant au moins une cellule électrochimique selon l’invention et/ou au moins un dispositif de stockage d’énergie électrique selon l’invention.
La présente invention concerne enfin un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique telle qu’exposée précédemment, comprenant : une étape d’empilement d’une pluralité d’électrodes ;
- une étape de connexion d’au moins un terminal électrique à la pluralité d’électrodes ;
- une étape d’enveloppage de l’ensemble de la pluralité d’électrodes et d’au moins une partie de l’embase de l’au moins un terminal électrique dans un feuillard non pré-déformé ;
- une étape de liaison du feuillard sur l'embase de l’au moins un terminal électrique au niveau d’une liaison primaire ;
- une étape de liaison du feuillard sur lui-même au niveau d’une liaison secondaire.
Optionnellement, l’étape d’enveloppage peut comprendre une sous-étape d’alignement d’au moins l’une des portions extrémales du feuillard avec le pourtour de l’embase de l’au moins un terminal électrique.
D’autres détails, caractéristiques et avantages ressortiront plus clairement à la lecture de la description détaillée donnée ci-après, à titre indicatif et non limitatif, en relation avec les différents exemples de réalisation illustrés sur les figures suivantes :
[Fig. 1 ] La figure 1 est une représentation schématique en coupe et vue de dessus d’un mode de réalisation d’une cellule électrochimique de type pouch selon l’invention.
[Fig. 2] La figure 2 est une représentation schématique en perspective de la cellule électrochimique.
[Fig. 3] La figure 3 est une représentation de face de la cellule électrochimique.
[Fig. 4] La figure 4 est une représentation schématique d’une coupe d’une variante de la cellule électrochimique.
[Fig. 5] La figure 5 est une représentation schématique d’une coupe d’une variante de la cellule électrochimique.
[Fig. 6] La figure 6 est une représentation schématique vue de face d’un organe d’espacement pour une cellule électrochimique.
[Fig. 7] La figure 7 est une représentation schématique d’une coupe vue de dessus d’un dispositif de stockage d’énergie électrique.
[Fig. 8] La figure 8 est une représentation schématique d’une coupe d’une variante de la cellule électrochimique.
[Fig. 9] La figure 9 est une représentation schématique d’une étape d’un procédé de fabrication de la cellule électrochimique.
[Fig. 10] La figure 10 est une représentation schématique d’une autre étape du procédé de fabrication de la cellule électrochimique.
[Fig. 11 ] La figure 11 est une représentation schématique d’une cellule électrochimique de l’art antérieur.
La figure 1 représente un mode de réalisation d’une cellule électrochimique 1 de type pouch selon un mode de réalisation de l’invention pour un dispositif de stockage 10 d’énergie électrique tel qu’illustré à la figure 7. Le dispositif de stockage 10 d'énergie, que l'on pourra également dénommer "batterie" ou « batterie électrique », comprend une pluralité de cellules électrochimiques 1 de type pouch, notamment une pluralité de cellules électrochimiques 1 selon un mode de réalisation de l’invention. Un tel dispositif de stockage 10 peut être destiné, à titre d’exemple non limitatif, à un véhicule automobile, notamment un véhicule à motorisation hybride ou électrique.
La cellule électrochimique 1 est apte à stocker de l'énergie sous forme chimique et à la restituer sous forme d'un courant électrique. Les cellules électrochimiques peuvent, par exemple, être du type "lithium-ion", aussi appelé « Li-ion ». De manière générale, la cellule électrochimique 1 de type pouch telle qu’illustrée aux figures 1 à 3 comprend une pluralité d’électrodes 2 empilées, notamment au moins une anode et une cathode espacées par un élément de séparation électriquement isolant, non représenté, et un feuillard 3. Egalement, la cellule électrochimique 1 comprend au moins un terminal électrique 4.
Dans l’ensemble de la description ci-après, on définira l’orientation de la cellule électrochimique en fonction d’un premier axe X, d’un deuxième axe Y, orthogonal au premier axe X, et d’un troisième axe Z, orthogonal au premier axe X et au deuxième axe Y. Les axes X, Y et Z sont notamment représentées par un trièdre XYZ dans les figures le nécessitant.
Egalement, dans l’ensemble des figures, les dimensions et espacements séparant les différents composants peuvent être exagérés à des fins de clarté.
On entend par « pouch », une structure en sachet ou en poche du feuillard 3. Le feuillard 3 peut, à titre d’exemple, être de type composite et/ou stratifié, c’est-à-dire qu’il peut comprendre une pluralité de couches, ou feuilles solidaires réalisées dans des matériaux distincts. Notamment, le feuillard 3 peut comprendre une feuille métallique, par exemple réalisée en aluminium ou dans un alliage à base d’aluminium, et/ou une feuille plastique, par exemple réalisée, de manière non limitative, en PET (polyéthylène téréphtalate), nylon, PP (polypropylène), PPa (polypropylène acidifié).
L’au moins un terminal électrique 4 et le feuillard 3 participent à délimiter un logement 100 dans lequel s’étend la pluralité d’électrodes 2. L’au moins un terminal électrique 4 est disposé au niveau d’une portion extrêmale 31 , notamment le long du premier axe X, du feuillard 3 tandis que la pluralité d’électrodes 2 est arrangée entre les portions extrêmales 31 opposées du feuillard 3, notamment de manière centrale, ou sensiblement centrale.
La cellule électrochimique 1 peut présenter une forme parallélépipédique ou sensiblement parallélépipédique, notamment parallélépipédique rectangle ou carré, voire cubique. A des fins de clarté, la cellule électrochimique 1 représentée présente, de manière non limitative, une forme parallélépipédique rectangle.
La cellule 1 comprend deux côtés extrémaux 11 , délimitant la cellule électrochimique 1 le long du premier axe X, et une pluralité de côtés latéraux 12, reliant les côtés extrémaux 11 entre eux. En l’espèce, l’un des côtés extrémaux 11 est formé par le terminal électrique 4 et la cellule électrochimique 1 comprend quatre côtés latéraux 12, formés par le feuillard 3.
Aussi, le feuillard 3 présente une forme adaptée à la formation par pliage d’une poche ou d’un sachet sensiblement parallélépipédique, notamment parallélépipédique rectangle ou carré, voire cubique.
La pluralité d’électrodes 2 s’étend au sein du logement 100 selon un empilement, c’est-à-dire que les différentes électrodes 2 sont disposées en regard les unes des autres le long d’au moins un axe, par exemple le deuxième axe Y ou le troisième axe Z. L’empilement de la pluralité d’électrodes est particulièrement arrangé de sorte à présenter une alternance d’une anode et d’une cathode.
De manière particulière, tel que précédemment exposé, la cellule électrochimique 1 peut comprendre au moins un élément de séparation électriquement isolant, non représenté, interposé entre chaque anode et cathode adjacentes de la pluralité d’électrodes 2. Chaque électrode comprend une portion principale 21 , plane ou sensiblement plane, et au moins une languette 22 s’étendant dans le logement 100 en saillie de la portion principale 21. Notamment, l’au moins une languette 22 s’étend vers l’au moins un terminal électrique 4 et est configurée pour coopérer avec celui-ci.
Au sein de la cellule électrochimique 1 le logement 100 contient, ou est partiellement rempli, un électrolyte non aqueux imbibant la pluralité d’électrodes 2, notamment des pores de la pluralité d’électrodes, et le ou les éléments de séparation. L’électrolyte peut, à titre d’exemple, consister en des sels de lithium (LiPF6, LiBF4, LiCIO4, LiTFSI, LiFSI, LiBOB) dissouts dans un solvant organique tel que du carbonate de diméthyle, d’éthylène ou de diéthyle, du carbonate de propylène ou de l’acétonitrile.
Le terminal électrique 4 comprend une embase 41 qui peut être réalisée dans un matériau isolant, tel que du plastique ou de la céramique, et un connecteur électrique 42, métallique. Notamment, l’embase 41 peut être réalisée dans un matériau électriquement isolant. De manière optionnelle mais préférentielle, l’embase 41 peut, en outre, être réalisée dans un matériau thermiquement conducteur.
Le connecteur électrique 42 permet la connexion de la pluralité d’électrodes 2 avec un circuit électrique, non représenté, de la cellule 1 par coopération avec l’au moins une languette 22 propre à chaque électrode. Le connecteur électrique 42 s’étend au moins en partie suivant le premier axe X, c’est-à-dire que le premier axe X définit une direction d’extension d’au moins une partie du connecteur électrique 42. Autrement dit encore, l'axe X peut être défini par l'axe selon lequel le connecteur électrique 42 s'étend vers l'extérieur de la cellule électrochimique 1 .
Selon une caractéristique de l’invention, l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 présente une première dimension 411 suivant le deuxième axe Y ou suivant le troisième axe Z sensiblement égale ou supérieure à une première dimension 211 de l’empilement de la pluralité d’électrodes 2 suivant ce même deuxième axe Y ou ce même troisième axe Z, respectivement. Dans un mode de réalisation illustré et décrit ci-après, la première dimension est définie par le deuxième axe Y et s’étend orthogonalement au premier axe X selon lequel s’étend au moins en partie le connecteur électrique 42. Il est entendu que la présente invention s’étend également à un mode de réalisation alternatif, non représenté, dans lequel la première dimension 411 est définie par le troisième axe Z, l’ensemble de la présente description s’appliquant mutatis mutandis à un tel mode de réalisation alternatif.
Notamment, la première dimension peut correspondre à une largeur, tel qu’illustré, ou, de manière alternative, à une hauteur. On entend par « sensiblement égal » une première dimension 411 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 présentant une valeur de l’ordre de la première dimension 211 de l’empilement d’électrodes ±7%, notamment ± 3%.
De manière optionnelle mais préférentielle, l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 présente une deuxième dimension 412 sensiblement égale ou supérieure à une deuxième dimension 212 de l’empilement de la pluralité d’électrodes 2. On entend ici par « deuxièmes dimensions » de l’au moins un terminal électrique 4 et de l’empilement une dimension suivant le troisième axe Z, c’est-à-dire une dimension orthogonale aux premier axe X et deuxième axe Y ainsi qu’aux premières dimensions 411 , 211. Il est entendu que la présente invention s’étend également au mode de réalisation alternatif, non représenté, dans lequel la deuxième dimension 412 est définie par le deuxième axe Z, l’ensemble de la présente description s’appliquant mutatis mutandis à un tel mode de réalisation alternatif.
Tel que précédemment exposé, on entend alors par « sensiblement égal » la deuxième dimension 412 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 présentant une valeur de l’ordre de la deuxième dimension 212 de l’empilement d’électrodes ±7%, notamment ±3%. Par ailleurs, le connecteur électrique 42 peut, optionnellement, présenter une première dimension 421 suivant le deuxième axe Y comprise entre 20 et 100 % de la première dimension 211 de l’empilement de la pluralité d’électrodes 2 suivant le deuxième axe Y.
Alternativement ou en combinaison, le connecteur électrique 42 peut présenter une deuxième dimension 422 suivant le troisième axe Z comprise entre 30 et 90 % de la deuxième dimension 412 de l’embase 41 , suivant ce même troisième axe Z.
Ainsi, la cellule électrochimique 1 selon l’invention permet une augmentation des dimensions du terminal électrique 4 et plus spécifiquement du connecteur électrique 42 relativement à des connecteurs classiquement observés dans des cellules de type pouch. Une telle augmentation de la section du connecteur électrique 42 rend la cellule électrochimique 1 compatible avec une augmentation de la vitesse de recharge du dispositif de stockage 10 grâce à un courant électrique élevé tout en prévenant la surchauffe du connecteur électrique 42.
Le connecteur électrique 42 de l’au moins un terminal électrique 4 s’étend dans l’embase 41 au moins depuis le logement 100 jusqu’à l’environnement extérieur à la cellule électrochimique 1. Le connecteur électrique 42 s’étend en saillie de l’embase 41 , aussi bien au sein du logement 100, c’est-à-dire en direction de la pluralité d’électrodes 2, que dans l’environnement extérieur, notamment afin de permettre la connexion entre une pluralité de cellules électrochimiques 1.
Le connecteur électrique 42 comprend au moins une portion interne 424, s’étendant dans le logement 100 et au travers de l’embase 41 suivant le premier axe X, et une portion externe 423. Particulièrement, la portion externe 423 peut être plane ou sensiblement plane et/ou s’étendre parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face extérieure 414 de l’embase 41 . Une telle forme du connecteur électrique 42 vise notamment à optimiser, tel que d’avantage exposé ci-après, l’assemblage d’une pluralité de cellules électrochimiques 1 entre elles au sein d’un même dispositif de stockage 10 d’énergie électrique. En d’autres termes, le connecteur électrique 42 peut présenter une structure sensiblement en « L ».
Afin de délimiter le logement 100 de manière hermétique, la cellule électrochimique 1 comprend une pluralité de liaisons étanches du feuillard 3.
La cellule comprend au moins une liaison primaire 5 d’au moins l’une des portions extrêmales 31 du feuillard 3 sur un pourtour 415 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4. En d’autres termes, la liaison primaire 5 consiste en la liaison du feuillard 3, notamment d’une face intérieure 301 du feuillard 3 tournée vers le logement 100, avec un ensemble de bords latéraux 416 formant le pourtour 415 de l’embase 41 .
La liaison primaire 5 présente ainsi une forme continue fermée, notamment annulaire ou carrée ou rectangulaire. Notamment, au moins une partie d’une bordure de la liaison primaire 5 peut s’inscrire dans un plan orthogonal au premier axe X. Particulièrement, la liaison primaire 5 consiste en la liaison du feuillard 3 sur tout ou partie d’une épaisseur, suivant le premier axe X, de l’embase 41 .
La cellule électrochimique 1 comprend, en outre, une liaison secondaire 6 d’une portion latérale extrême 32a du feuillard 3 sur une portion latérale extrême 32b opposée du feuillard 3, notamment visible à la figure 2. En l’espèce, les portions latérales extrêmes 32a, 32b consistent en des portions opposées reliant entre elles les portions extrêmales 31 au niveau desquelles peut être lié l’au moins un terminal électrique 4. Particulièrement, la liaison secondaire 6 est réalisée entre des parties de la face intérieure 301 du feuillard 3 respectivement comprises dans les portions latérales extrêmes 32a, 32b opposées.
Notamment, la liaison secondaire 6 peut s’étendre parallèlement, ou sensiblement parallèlement, au premier axe X. De plus, de manière préférentielle, la liaison secondaire 6 est rectiligne ou sensiblement rectiligne. Il est entendu que les termes « primaire », « secondaire », « premier », « deuxième » ont ici vocation à distinguer les différents composants de l’invention et non à établir une hiérarchie parmi ceux-ci.
De manière particulière, l’au moins une liaison primaire 5 et la liaison secondaire 6 sont caractérisées par une dimension la plus faible strictement supérieure à 2 mm. Selon l’exemple de réalisation illustré dans les figures 1 à 10, on entend, de manière non limitative, par une « dimension la plus faible » de l’au moins une liaison primaire 5 une dimension, non référencée, suivant le premier axe X. On entend également par « dimension la plus faible » de la liaison secondaire 6 une dimension suivant le troisième axe Z.
L’au moins une liaison primaire 5 peut être réalisée par thermosoudage ou collage et/ou la liaison secondaire 6 peut être réalisée par thermosoudage ou collage. Avantageusement, tout ou partie de la surface du pourtour 415 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 peut être traitée de sorte à assurer une thermo-soudure ou un collage durable et sans défauts, compatible avec le processus de fabrication tel qu’exposé ci-après.
Selon un mode de réalisation optionnel mais préférentiel illustré aux figures 2 et 3, la cellule électrochimique 1 peut comprendre deux terminaux électriques 4, notamment un premier terminal électrique 401 et un deuxième terminal électrique 402. Il est entendu que, l’ensemble des caractéristiques de la précédente description relatives à « l’au moins un terminal » peut ainsi s’étendre au « premier terminal électrique 401 » et/ou au « deuxième terminal électrique 402 ». En outre, lorsque la cellule électrochimique 1 comprend une pluralité de terminaux électriques 4, ceux-ci peuvent être identiques ou, de manière alternative, présenter des caractéristiques distinctes.
De manière optionnelle mais préférentielle, le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique 402 présentent au moins une dimension égale ou sensiblement égale, notamment leur première dimension 411 suivant le deuxième axe Y ou leur deuxième dimension 412 suivant le troisième axe Z. Optionnellement, le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique 402 peuvent présenter des premières dimensions 411 égales ou sensiblement égales entre elles et des deuxièmes dimensions 412 égales ou sensiblement égales entre elles. Particulièrement, le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique 402 sont chacun disposés à une portion extrêmale 31 opposée du feuillard 3. La cellule électrochimique 1 comprend de ce fait une pluralité de liaisons primaire 5, spécifiquement une première liaison primaire 51 réalisée entre l’une des portions extrêmales 31 du feuillard 3 et le pourtour 415 de l’embase 41 du premier terminal électrique 401 , et une deuxième liaison primaire 52 réalisée entre l’autre des portions extrêmales 31 et le pourtour 415 d’une embase 41 du deuxième terminal électrique 402.
Dans un tel mode de réalisation, la pluralité d’électrodes 2 est interposée entre le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique
402 le long d’au moins un axe, notamment suivant le premier axe X.
Le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique 402 sont, à titre d’exemple, chacun reliés à un sous-ensemble d’électrodes 2 de la pluralité d’électrode.
Ainsi, un premier sous-ensemble d’au moins une électrode, par exemple du type cathode, est configuré pour être connecté au premier terminal électrique 401 et est disposé de sorte à ce que sa ou ses languette(s) 22 s’étende(nt) vers celui-ci.
A l’inverse, un deuxième sous-ensemble d’au moins une électrode, par exemple du type anode, est configuré pour être connecté au deuxième terminal électrique 402 et est disposé de sorte à ce que sa ou ses languette(s) 22 s’étende(nt) vers celui-ci.
En l’espèce, le premier terminal électrique 401 est connecté à quatre électrodes 2, par exemple des cathodes, et le deuxième terminal électrique 402 est connecté à quatre électrodes 2 distinctes, par exemple des anodes. Il est entendu qu’une telle configuration n’est en rien limitative, le nombre et le type d’électrodes pouvant être amené à varier. La liaison secondaire 6 réalisée entre les portions latérales extrêmes opposées peut alors être réalisée de sorte à s’étendre de manière continue depuis la première liaison primaire 51 jusqu’à la deuxième liaison primaire 52.
Les figures 4 et 5 illustrent différentes variantes optionnelles de la cellule électrochimique 1 selon l’invention. Elles représentent une demi-cellule dans laquelle l’au moins un terminal électrique 4 comprend différents exemples d’accessoires pouvant être intégrés séparément ou en combinaison les uns des autres. La figure 6 illustre quant à elle un exemple d’un organe d’espacement 7 destiné à être disposé au sein du logement 100.
Tel qu’illustré à la figure 4, l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4, par exemple du premier terminal électrique 401 et/ou du deuxième terminal électrique 402, peut comprendre un organe de fixation 81 configuré pour assurer l’ancrage de la cellule électrochimique 1 sur un élément de support 101. On entend par « élément de support 101 » tout élément susceptible de porter, couvrir ou encadrer la cellule électrochimique 1 tel qu’un élément de carrosserie, une plaque ou un boîtier, notamment un fond ou un couvercle d’un tel boîtier.
De manière avantageuse, la cellule électrochimique 1 peut comprendre une pluralité d’organes de fixation 81 , ceux-ci pouvant être compris dans un même terminal électrique 4 et/ou dans des terminaux électriques 4 distincts.
L’organe de fixation 81 émerge de la face extérieure 414 de l’embase 41 et s’étend en saillie de celle-ci dans l’environnement extérieur à la cellule. L’organe de fixation 81 peut être arrangé en tout point de la face extérieure 414 entourant le connecteur électrique 42. De manière préférentielle, l’organe de fixation 81 est réalisé venu de matière avec l’embase 41.
Notamment, l’organe de fixation 81 peut être un organe primaire de fixation, configuré pour coopérer avec un organe secondaire de fixation, de forme complémentaire, compris dans l’élément de support 101. Alternativement ou additionnellement, l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4, par exemple du premier terminal électrique 401 et/ou du deuxième terminal électrique 402, peut comprendre un capteur 82, notamment de température et/ou de pression tel qu’illustré à la figure 5. En outre, l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4, par exemple du premier terminal électrique 401 et/ou du deuxième terminal électrique 402, peut comprendre un dispositif de sécurité de surcharge, non représenté, par exemple de type OCSD, de l’acronyme anglais « overcharge safety device ».
La cellule électrochimique 1 peut également comprendre, de manière optionnelle mais préférentielle, au moins un organe d’espacement 7. L’organe d’espacement 7 est configuré pour être disposé au sein du logement 100. Il est particulièrement configuré de sorte à être interposé entre le terminal électrique 4 et la pluralité d’électrodes 2 empilées, notamment suivant le premier axe X.
De manière avantageuse, l’organe d’espacement 7 est configuré pour être disposé au niveau de l’interface de connexion entre la pluralité d’électrodes 2 et l’au moins un terminal électrique 4, c’est-à-dire au niveau de la liaison entre au moins un sous-ensemble de languette(s) 22 de la pluralité d’électrodes 2 et le connecteur électrique 42 de l’au moins un terminal électrique 4.
A cette fin, l’organe d’espacement 7 comprend au moins un évidement 71 configuré pour recevoir au moins une languette 22 d’au moins une électrode 2. En outre, l’évidement 71 peut être configuré pour recevoir au moins la portion interne 424 du connecteur électrique 42 de l’au moins un terminal électrique 4. A titre d’exemple non limitatif, un tel évidement 71 peut être arrangé de manière centrale au sein de l’organe d’espacement 7.
De manière optionnelle mais préférentielle, l’organe d’espacement 7 présente une structure parallélépipédique ou sensiblement parallélépipédique. En outre, selon un exemple de réalisation, l’organe d’espacement 7 présente des dimensions assimilables à celles précédemment exposées pour l’au moins un terminal électrique 4 relativement à l’empilement de la pluralité d’électrodes 2.
Notamment, l’organe d’espacement 7 peut présenter une première dimension 711 suivant le deuxième axe Y, sensiblement égale ou supérieure à la première dimension 211 de l’empilement de la pluralité d’électrodes 2. On entend alors par « sensiblement égale » une première dimension 711 de l’organe d’espacement 7 présentant une valeur de l’ordre de la première dimension de l’empilement d’électrodes 2 ±7%, notamment ±3%.
Similairement, l’organe d’espacement 7 peut présenter une deuxième dimension 712 suivant le troisième axe Z, sensiblement égale ou supérieure à la deuxième dimension 212 de l’empilement de la pluralité d’électrodes 2. On qualifie alors de « sensiblement égale » une deuxième dimension de l’organe d’espacement 7 présentant une valeur de l’ordre de la deuxième dimension de l’empilement d’électrodes 2 ±7%, notamment ±3%.
Selon un mode de réalisation particulier, l’organe d’espacement 7 présente une première dimension 711 égale ou sensiblement égale à la première dimension 411 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 et/ou l’organe d’espacement 7 présente une deuxième dimension 712 égale ou sensiblement égale à la deuxième dimension 412 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4.
Un tel arrangement vise, notamment, à renforcer la tenue mécanique de la cellule électrochimique 1. L’organe d’espacement 7 participe à protéger l’interface de connexion entre la pluralité d’électrodes 2 et l’au moins un terminal électrique 4, notamment lors de la mise en œuvre du procédé de fabrication de la cellule électrochimique 1 tel qu’exposé ci-après.
L’organe d’espacement 7 peut, tel qu’illustré, comprendre deux pièces complémentaires rapportées, configurées pour coopérer entre elles et pour être disposées de sorte à encadrer au moins une languette 22 de la pluralité d’électrodes 2. Selon une option non représentée, de telles pièces peuvent comprendre des éléments de fixation complémentaires, par exemple un système de clippage, de sorte à les maintenir fixes l’une relativement à l’autre une fois assemblées.
De manière avantageuse l’organe d’espacement 7 peut présenter une structure alvéolaire, notamment en nid d’abeilles. On entend par « structure alvéolaire » une structure présentant une pluralité de cavités 72. On entend par « nid d’abeille », une pluralité d’alvéoles 72 de forme polygonale, notamment hexagonale. Notamment, de telles alvéoles 72 peuvent être sous vide et destinées à accueillir un gaz produit lors du fonctionnement de la cellule électrochimique 1. Une telle caractéristique confère à l’organe d’espacement 7 une structure creuse formant un réservoir apte à recevoir des gaz susceptibles d’être générés lors du fonctionnement de la cellule électrochimique 1 , réduisant ainsi les risques de dégazage (ou « venting » en anglais) classiquement observés.
La figure 7 illustre un mode de réalisation de dispositif de stockage 10 selon l’invention, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une cellule électrochimique 1 telle que précédemment exposé.
Dans l’exemple illustré, le dispositif de stockage 10 comprend, à titre d’exemple, quatre cellules électrochimiques 1 selon l’invention sensiblement identiques. Il est néanmoins entendu que de telles cellules électrochimiques pourront présenter des caractéristiques distinctes.
En outre, la figure 7 illustre une moitié du dispositif de stockage 10 de sorte à détailler un terminal électrique 4 propre à chaque cellule électrochimique 1. Il est néanmoins entendu que chaque cellule peut comprendre, tel qu’exposé précédemment une pluralité de terminaux électriques 4, notamment un premier terminal électrique 401 et un deuxième terminal électrique 402, chacun de ces terminaux électriques pouvant être identique ou présenter des caractéristiques distinctes, que ce soit au sein d’une même cellule électrochimique 1 ou d’une cellule électrochimique 1 à une autre au sein du dispositif de stockage 10.
Tout ou partie de la pluralité de cellules électrochimiques 1 est empilée le long d’au moins une direction. On entend par exemple par une disposition « empilée » un positionnement des différentes cellules 1 les unes sur les autres le long d’une direction verticale par rapport à un sol sur lequel repose le véhicule, ou, de manière alternative, un positionnement des différentes cellules 1 les unes à côté des autres le long d’une direction orthogonale à une telle direction verticale.
Les cellules électrochimiques sont notamment disposées de sorte que leurs côtés latéraux 12 s’étendent en regard les uns des autres, particulièrement à proximité les uns des autres.
Préférentiellement, des terminaux électriques 4 adjacents compris dans des cellules électrochimiques 1 distinctes, adjacentes l’une à l’autre, sont disposés au contact l’un de l’autre, notamment au niveau d’au moins une partie des bords latéraux 416 de leurs embases 41 respectives. En outre, de tels terminaux électriques 4 peuvent être disposés de sorte à s’étendre le long d’un plan commun 2000.
De tels dispositifs de stockage 10 sont classiquement soumis à d’importantes puissances, lesquelles s’accompagnent d’une forte dissipation thermique au sein des cellules électrochimiques 1 , qui, si elle n’est pas évacuée, est susceptible d’engendrer des dommages irréversibles. Aussi, afin d’assurer son refroidissement, le dispositif de stockage 10 peut être réalisé selon différentes alternatives.
Notamment, selon une alternative non représentée, le dispositif de stockage 10 peut comprendre, en outre, un moyen de refroidissement 9, tel qu’une plaque configurée pour permettre la circulation d’un fluide de refroidissement, agencé le long d’au moins un côté latéral 12 de la cellule 1 . Un tel moyen de refroidissement 9 est ainsi interposé entre des cellules électrochimiques 1 adjacentes le long d’au moins une direction.
En outre, le positionnement extrêmal de l’au moins un terminal électrique 4, notamment du premier terminal électrique 401 et du deuxième terminal électrique 402, contribue à un meilleur contrôle de la géométrie de la cellule, notamment parallélépipédique ou sensiblement parallélépipédique. Il en résulte une meilleure surface de contact de la cellule électrochimique 1 avec tout moyen de refroidissement 9 classique, réduisant ainsi les coûts de fabrication de la cellule 1 ou du dispositif de stockage 10 du fait de la diminution de la nécessité de résines thermiques classiquement utilisées pour combler des irrégularités entre cellules électrochimiques adjacentes.
Alternativement, tel qu’illustré à la figure 7, lorsque l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 présente une première dimension 411 et/ou une deuxième dimension 412 supérieure à une première dimension 211 et/ou une deuxième dimension 212 de l’empilement d’électrodes respectivement, les côtés latéraux 12 de la cellule électrochimique 1 , peuvent présenter une forme sensiblement concave. En d’autres termes, au niveau d’une zone médiane de la cellule électrochimique 1 , notamment suivant le premier axe X, le feuillard 3 converge vers la pluralité d’électrodes 2 empilées. Avantageusement, le feuillard peut être suffisamment élastique pour épouser à la fois la forme de la pluralité d'électrodes 2 empilées et la forme de l'embase 41 sans faire de pli et sans être préalablement déformé.
Il en résulte que les côtés latéraux 12 de cellules 1 adjacentes délimitent un moyen de refroidissement 9, plus spécifiquement un espace intercellulaire, permettant, à titre d’exemple, la circulation de tout gaz ou fluide de refroidissement, notamment un fluide diélectrique, afin d’assurer le refroidissement desdites cellules électrochimiques 1.
De manière optionnelle, un tel moyen de refroidissement 9, ou espace intercellulaire, peut en outre recevoir, par exemple être au moins en partie rempli, un matériau apte à retarder la propagation de flammes, par exemple sous la forme d’un bloc ou d’une résine. Selon une autre alternative, un tel matériau peut être une mousse comprimée permettant d’appliquer une pression sur les cellules 1 , notamment les électrodes 2 de la cellule 1 .
Une telle alternative permet un allègement avantageux du dispositif de stockage 10 en assurant le refroidissement des cellules 1 sans faire usages de plaques classiquement utilisées. Elle assure également la durabilité du dispositif de stockage 10, notamment des composants mécaniques tels que les terminaux électriques 4 et soudures qui sont usuellement les plus impactés par l’importante dissipation thermique prenant place au sein des cellules électrochimiques. Egalement, un tel agencement présente un intérêt en terme de sécurité, la présence d’espaces intercellulaires réduisant les chances de propagation d’un incident thermique entre cellules électrochimiques 1 adjacentes.
La configuration des terminaux électriques 4 contribue, de plus, à simplifier l’assemblage du dispositif de stockage 10, plus particulièrement la connexion entre les différentes cellules électrochimiques 4. En effet, classiquement, la connexion des différentes cellules 1 requiert la découpe et la déformation adaptée des différents connecteurs électriques 42, ainsi que leur soudure sur un bus-bar commun.
De par la forme avantageuse de l’au moins un terminal électrique 4 selon l’invention, à savoir sa portion externe 423 plane ou sensiblement plane et/ou s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à la face extérieure 414 de l’embase 41 , un bus-bar 91 peut directement être positionné au contact des connecteurs électriques 42 des différentes cellules électrochimiques 1. Le bus-bar 91 peut ainsi être soudé en une unique étape aux différents connecteurs électriques 42, tel qu’illustré pour les deux cellules électrochimiques de gauche sur la figure 7. De manière alternative, le bus-bar 91 peut être vissé aux connecteurs électriques 42 lorsque ceux-ci présentent un taraudage préalable, tel qu’illustré pour les deux cellules électrochimiques 1 de droite sur la figure 7.
L’invention concerne enfin un procédé de fabrication d’une cellule électrochimique 1 telle qu’exposé précédemment. Les figures 8 à 10 illustrent un mode d’exécution des différentes étapes d’un tel procédé. Il est à noter que, à des fins de clarté, un seul des côtés extrémaux 11 est illustré. Le procédé selon l’invention s’étend néanmoins à la fabrication d’une cellule électrochimique 1 comprenant au moins un terminal électrique 4, par exemple deux terminaux électriques 401 , 402 tels que précédemment décrit en référence à la figure 2. Aussi, toute étape ou sous-étape décrite ci-après en référence à l’au moins un terminal électrique 4 pourra être reproduite pour un deuxième terminal électrique 402 ou pour une pluralité de terminaux électriques additionnels.
Le procédé comprend une étape d’empilement d’une pluralité d’électrodes 2. De préférence, tel qu’exposé précédemment, la pluralité d’électrodes 2 est empilée de sorte à présenter une alternance d’une anode et d’une cathode. En outre, des électrodes 2 adjacentes peuvent être séparées par un élément de séparation électriquement isolant, non représenté, interposé entre chaque anode et cathode adjacentes de la pluralité d’électrodes 2.
Ensuite, une étape de connexion, visant à relier l’au moins un terminal à la pluralité d’électrodes 2 est effectuée. Particulièrement, une telle connexion est réalisée entre une pluralité de languettes 22, propres à au moins un sous-ensemble d’électrodes 2, par exemple les cathodes, et la portion interne 424 du connecteur électrique 42 de l’au moins un terminal électrique 4.
L’étape de connexion desdites languettes 22 avec l’au moins un terminal électrique 4, peut comprendre une sous-étape de positionnement de la pluralité d’électrodes 2 de sorte à ce qu’elle s’étende orthogonalement, ou sensiblement orthogonalement, à l’au moins un terminal. En outre, la pluralité d’électrodes 2 est disposée de sorte que les languettes 22, propres à au moins un sous-ensemble d’électrodes 2, s’étendent vers l’au moins un terminal électrique 4. En d’autres termes, tout ou partie des languettes 22 s’étend parallèlement, ou sensiblement parallèlement, à la portion interne 424 du connecteur électrique 42.
Egalement, l’étape de connexion peut comprendre une sous-étape de pliage ou de déformation d’une ou plusieurs languettes 22 de la pluralité d’électrodes 2 et une sous-étape de soudage desdites languettes 22 sur le connecteur électrique 42.
La cellule électrochimique 1 est ensuite mise en forme par une étape d’enveloppage de l’ensemble de la pluralité d’électrodes 2 et d’au moins une partie de l’embase 41 de l’au moins un terminal dans le feuillard 3 non pré-déformé. L’étape d’enveloppage peut comprendre une sous-étape de positionnement de l’ensemble formé par la pluralité d’électrodes 2 et l’au moins un terminal électrique 4, connectés l’un à l’autre, sur la face intérieure 301 du feuillard 3 plan.
L’étape d’enveloppage comprend, ensuite, une sous-étape d’alignement d’au moins l’une des portions extrémales 31 du feuillard 3 avec l’un des bords latéraux 416 du pourtour 415 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4. Particulièrement, un tel positionnement de l’au moins un terminal électrique 4 contribue à renforcer la structure de la cellule électrochimique 1 .
En outre, lorsque la cellule électrochimique 1 comprend le premier terminal électrique 401 et le deuxième terminal électrique 402, chacun desdits terminaux électriques 4 peut être positionné au niveau d’une portion extrêmale 31 opposée du feuillard 3, contribuant ainsi à un meilleur contrôle de la forme de la cellule, notamment lors de l’étape d’enveloppage du feuillard 3.
L’étape d’enveloppage comprend enfin une sous-étape de pliage du feuillard 3 en au moins une arête et/ou un arrondi. Notamment, un(e) tel(le) arête et/ou arrondi est respectivement issu(e) d’un coin ou d’un arrondi de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4. On entend par « pliage » l’action de rabattre au moins une partie du feuillard 3 de sorte à entourer la pluralité d’électrodes 2 et, au moins partiellement, l’au moins un terminal électrique 4.
Avantageusement, une telle étape de pliage permet d’envelopper hermétiquement la pluralité d’électrodes 2 et l'au moins un terminal électrique 4 avec le feuillard 3 avec un nombre limité de pliage(s) de ce dernier. Pour envelopper un ensemble d'électrodes de forme globalement parallélépipédique, seulement quatre plis, notamment à 90°, sont nécessaires. Aucun pli n'est formé autour du connecteur électrique 42, le feuillard 3 et le connecteur électrique 4 étant sans contact.
Contrairement à une étape de pré-déformation par emboutissage telle que classiquement mise en œuvre pour l’assemblage d’une cellule 1 de type pouch, une telle action n’entraîne pas d’étirement de matière susceptible de résulter en l’affaiblissement, voire de déchirure, du feuillard 3. Aussi, le procédé selon la présente invention n’est-il pas soumis aux limites de dimensions classiquement imposées par l’étape de pré-déformation.
De ce fait, il n’est pas essentiel d’intégrer à la cellule électrochimique 1 selon l’invention de couches ou d’élément de renforts, tels que des stratifications en nylon du feuillard 3, classiquement utilisées pour assurer la résistance mécanique du feuillard 3 pendant et suite à l’étape de prédéformation. La structure de la cellule électrochimique 1 s’en retrouve ainsi avantageusement simplifiée.
En outre, l’absence d’une étape de pré-déformation par emboutissage permet la simplification du procédé de fabrication, et donc la réduction de son coût.
La cellule électrochimique 1 est ensuite mise sous vide et remplie d’un électrolyte avant d’effectuer son scellage.
Le scellage de la cellule électrochimique 1 comprend une étape de liaison du feuillard 3 sur l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 au niveau d’au moins la liaison primaire 5 et une étape de liaison du feuillard 3 sur lui-même au niveau de la liaison secondaire 6.
Notamment, l’une et/ou l’autre des étapes de liaison est réalisée par thermosoudage ou collage.
Optionnellement, le procédé de fabrication peut comprendre une étape additionnelle de positionnement d’au moins un organe d’espacement 7, mise en œuvre successivement à l’étape de connexion, interposé entre la pluralité d’électrodes 2 d’une part et l’au moins un terminal électrique 4 d’autre part. L’organe d’espacement 7 est alors disposé de sorte à ce que au moins une languette 22 et/ou le connecteur électrique 42 s’étende partiellement au travers de l’évidement 71 de l’organe d’espacement 7.
L’organe d’espacement 7 participe ainsi, avec l’au moins un terminal électrique 4, à assurer la tenue mécanique de la cellule électrochimique 1 , par exemple lors du scellage, notamment sous vide, de la cellule. Il prévient ainsi l’affaissement du feuillard 3 au niveau de l’interface de connexion entre la pluralité d’électrodes 2 et l’au moins un terminal électrique 4.
Egalement, de manière optionnelle, le procédé de fabrication peut comprendre une étape de traitement de surface du pourtour 415 de l’embase 41 de l’au moins un terminal électrique 4 réalisée avant l’étape d’enveloppage, par exemple préalablement à l’étape de connexion. Un tel traitement vise à assurer une liaison primaire 5, par exemple par thermosoudage, durable et sans défauts, compatible avec le processus d’assemblage.
La présente invention propose ainsi une cellule électrochimique de type pouch pour dispositif de stockage d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, permettant avantageusement de s’affranchir des limitations de dimensionnement accompagnant classiquement les cellules électriques de type pouch du fait de la mise en œuvre d’une étape de prédéformation par emboutissage du feuillard.
La cellule électrochimique permet ainsi une plus grande flexibilité de dimensionnement tout en préservant l’étanchéité de la cellule particulièrement au niveau de l’au moins un terminal électrique. La cellule électrochimique selon l’invention, d’une part, permet la démultiplication du nombre d’électrodes hébergées au sein de la cellule, et donc de la puissance de celle-ci, et, d’autre part, favorise le refroidissement de la cellule par augmentation de la surface utile de refroidissement, la rendant ainsi plus adaptées aux nouveaux modes de recharge.
La présente invention ne saurait toutefois se limiter aux moyens et configurations décrits et illustrés ici et elle s’étend également à tout moyen ou configuration équivalents et à toute combinaison techniquement opérante de tels moyens. En particulier la forme et les dimensions des terminaux électriques ou le nombre d’électrodes peuvent être modifiés sans nuire à l’invention dans la mesure où ils remplissent in fine les fonctionnalités décrites et illustrées dans le présent document.

Claims

26 REVENDICATIONS
1 . Cellule électrochimique (1 ) de type pouch pour un dispositif de stockage (10) d’énergie électrique, notamment une batterie électrique, la cellule électrochimique (1 ) comprenant un empilement d’une pluralité d’électrodes
(2), notamment au moins une anode et une cathode, et un feuillard (3), caractérisé en ce que la cellule comprend
- au moins un terminal électrique (4) comprenant une embase (41 ) réalisée dans un matériau isolant et un connecteur électrique (42) s'étendant suivant un premier axe (X), l’embase (41 ) du terminal électrique (4) présentant une première dimension (411 ) suivant un deuxième axe (Y, Z) sensiblement égale ou supérieure à une première dimension (211 ) suivant le deuxième axe (Y, Z) de l'empilement de la pluralité d’électrodes (2), ledit deuxième axe (Y, Z) étant orthogonal audit premier axe (X), l'au moins un terminal électrique (4) et le feuillard (3) participant à délimiter un logement (100) dans lequel s’étend la pluralité d’électrodes (2) ;
- au moins une liaison primaire (5) d’une portion extrêmale (31 ) du feuillard
(3) sur un pourtour (415) de l’embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4);
- une liaison secondaire (6) d’une portion latérale extrême (32a) du feuillard (3) sur une portion latérale extrême (32b) opposée du feuillard (3), distinctes de la portion extrêmale (31 ).
2. Cellule électrochimique (1 ) selon la revendication précédente, dans laquelle l’embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4) présente une deuxième dimension (412) suivant un troisième axe (Y, Z) sensiblement égale ou supérieure à une deuxième dimension (212) suivant le troisième axe (Y, Z) de l'empilement de la pluralité d’électrodes (2), ledit troisième axe (Y, Z) étant orthogonal au premier axe (X) et au deuxième axe (Y, Z).
3. Cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’au moins une liaison primaire (5) est réalisée par thermosoudage ou par collage et/ou dans laquelle la liaison secondaire (6) est réalisée par thermosoudage ou par collage.
4. Cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle le connecteur électrique (42) de l’au moins un terminal s’étend au travers de l’embase (41 ), le connecteur électrique (42) comprenant une portion externe (423) plane ou sensiblement plane et/ou s’étendant parallèlement ou sensiblement parallèlement à une face extérieure (414) de l’embase (41 ).
5. Cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, comprenant au moins un organe d’espacement (7) disposé dans le logement (100) et interposé entre la pluralité d’électrodes (2) d’une part et l’au moins un terminal électrique (4) d’autre part, l’organe d’espacement (7) comprenant au moins un évidement (71 ) configuré pour recevoir au moins une languette (22) d’au moins une électrode (2).
6. Cellule électrochimique (1 ) selon la revendication précédente, dans laquelle l’organe d’espacement (7) présente une structure alvéolaire, notamment en nid d’abeilles, la structure alvéolaire comprenant des alvéoles, sous vide, destinées à accueillir un gaz produit lors du fonctionnement de la cellule électrochimique (1 ).
7. Cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications précédentes, dans laquelle l’embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4) comprend
- un organe de fixation (81 ) configuré pour assurer l’ancrage de la cellule électrochimique (1 ) sur un élément de support (101 ) ; et/ou
- un capteur (82), notamment de température et/ou de pression ; et/ou
- un dispositif de sécurité de surcharge.
8. Dispositif de stockage (10) d’énergie électrique, notamment destiné à un véhicule automobile, comprenant au moins une cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7.
9. Dispositif de stockage (10) selon la revendication précédente, comprenant en outre un moyen de refroidissement (9) agencé le long d'un côté latéral (12) de l’au moins une cellule électrochimique (1 ).
10. Véhicule automobile hybride ou électrique comprenant au moins une cellule électrochimique (1 ) selon les revendications 1 à 7 et/ou au moins un dispositif de stockage (10) d’énergie électrique selon la revendication 8 ou 9.
11 . Procédé de fabrication d’une cellule électrochimique (1 ) selon l’une des revendications 1 à 7, comprenant :
- une étape d’empilement d’une pluralité d’électrodes (2) ;
- une étape de connexion d’au moins un terminal électrique (4) à la pluralité d’électrodes (2) ;
- une étape d’enveloppage de l’ensemble de la pluralité d’électrodes (2) et d’au moins une partie de l’embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4) dans un feuillard (3) non pré-déformé ;
- une étape de liaison du feuillard (3) sur l'embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4) au niveau d’une liaison primaire (5) ;
- une étape de liaison du feuillard (3) sur lui-même au niveau d’une liaison secondaire (6).
12. Procédé de fabrication selon la revendication précédente, dans lequel l’étape d’enveloppage comprend une sous-étape d’alignement d’au moins l’une des portions extrémales (31 ) du feuillard (3) avec le pourtour (415) de l’embase (41 ) de l’au moins un terminal électrique (4).
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