Acumulador con electrólito líquido y procedimiento de llenado.

Acumulador con electrólito líquido que consta de una caja (1) constituida por una cara superior (3),

una cara inferior (4) y una pared lateral (5) que delimita una cavidad (2), la cara superior (3) que consta de un orificio de inyección de electrólito (6) y un orificio lateral (7) formado en una zona inferior de la pared lateral (5) caracterizado porque una zona de depósito (9) está delimitada por la cara inferior (4), la pared lateral (5) y un plano (A) paralelo a la cara inferior (4) y que pasa por el borde inferior del orificio lateral (7) y porque la cavidad (2) contiene un cuerpo de electrodos (8) en el que al menos una parte está situada en dicha zona de depósito (9).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2009/062074.

Solicitante: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: BATIMENT "LE PONANT D" 25, RUE LEBLANC 75015 PARIS FRANCIA.

Inventor/es: JOST,PIERRE, Rouault,Hélène, GIROUD,Nelly.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • H01M10/0525 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01M PROCEDIMIENTOS O MEDIOS, p. ej., BATERIAS, PARA LA CONVERSION DIRECTA DE LA ENERGIA QUIMICA EN ENERGIA ELECTRICA. › H01M 10/00 Celdas secundarias; Su fabricación. › Baterías de tipo "rocking-chair", es decir, baterías de inserción o intercalación de litio en ambos electrodos; Baterías de ión litio.
  • H01M2/02 H01M […] › H01M 2/00 Detalles de construcción o procesos de fabricación de partes no activas. › Armazones, carcasas o embalajes.
  • H01M2/04 H01M 2/00 […] › Tapas o cubiertas.
  • H01M2/36 H01M 2/00 […] › Disposiciones para el rellenado, la puesta en nivel o el vaciado de recipientes con líquido, p. ej. para el rellenado con electrolitos, para lavados.

PDF original: ES-2398806_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Acumulador con electrólito líquido y procedimiento de llenado.

Dominio técnico de la invención La invención se refiere a un acumulador con electrólito líquido que consta de una caja constituida por una cara superior, una cara inferior y una pared lateral que delimita una cavidad, constando la cara superior de un orificio de inyección de electrólito.

Otro objeto de la invención se refiere a un procedimiento de llenado de un acumulador tal con electrólito líquido.

Estado de la técnica Los acumuladores están constituidos en general por un electrodo positivo, un electrodo negativo y una solución de electrólito. Con el fin de aumentar su rendimiento, los electrodos están ensamblados generalmente con la forma de un cuerpo de electrodos constituido por un apilamiento de electrodos positivos y negativos, estando intercalado un separador entre cada electrodo positivo y negativo. Este cuerpo está dispuesto en el interior de un acumulador e impregnado de una solución de electrólito necesaria en la reacción electroquímica. Una mala impregnación de los constituyentes, es decir una impregnación que no se haya realizado en la totalidad de las superficies de los electrodos y los separadores o de forma no homogénea, puede conllevar una disminución importante de los rendimientos del acumulador de hasta el 50% de su capacidad.

Los documentos GB-A-200731 y US-A-1823448 describen una caja de batería de acumulador que consta de unos medios de drenaje del electrólito que permiten eliminar los sedimentos acumulados en la batería durante el reemplazamiento del electrólito. Los medios de drenaje constan de un orificio lateral de drenaje cuyo borde inferior está en contacto con la cara inferior que constituye el fondo de la batería.

En el caso de un acumulador de litio-ión, la solución de electrólito utilizada es una solución líquida, obtenida mediante la disolución de sal de litio (Li) formando unos iones Li en una mezcla de disolvente orgánico. Ahora bien, los disolventes orgánicos son muy volátiles e inflamables, lo que aumenta los riesgos de fuga de los acumuladores. Recientemente, unos electrólitos nuevos con base de líquido iónico han sido desarrollados para disminuir los riesgos de fuego y de explosión. Sin embargo, estas soluciones de electrólitos iónicos presentan una viscosidad más importante. La impregnación de los electrodos positivos y negativos es entonces más difícil debido a la débil humectabilidad del disolvente iónico.

De forma convencional, los acumuladores de litio-ión que se van a llenar están dispuestos en una cámara de depresión. La caja se llena entonces por inyección de la solución de electrólito líquido a través de un orificio situado sobre la tapadera de la caja del acumulador.

Se han desarrollado igualmente otros procedimientos de llenado para mejorar los rendimientos de los acumuladores. Más concretamente, el documento US-B-6387561 describe un procedimiento de llenado de una estructura de batería secundaria de litio con una solución de electrólito no acuosa. El cuerpo de electrodos está formado por enrollamiento alrededor de un núcleo central, de electrodos positivos y de electrodos negativos, aislados por un separador. El procedimiento conlleva la inyección de una cantidad predeterminada de una solución de electrólito orgánico en el interior de la caja por medio de un agujero, que atraviesa el núcleo central, a fin de sumergir el cuerpo de electrodos. Después, se extrae la solución de electrólito en exceso. La solución de electrólito se inyecta y extrae por medio de una aguja. En el caso de una batería de gran dimensión, este procedimiento necesita unas cantidades importantes de solución de electrólito. Además, en el caso de solución de electrólito iónica con una débil humectabilidad, la puesta en contacto de la solución de electrólito con las capas de electrodos no es suficiente para impregnar éstas últimas.

Del mismo modo, el documento US-A-5849431 divulga un procedimiento de llenado de una batería secundaria con litio con una solución de electrólito no acuosa. La batería está unida a un depósito externo que contiene la solución de electrólito no acuosa y a una bomba de vacío. El procedimiento conlleva la puesta al vacío del interior de la caja y, debido a la diferencia de presión entre el depósito y la caja de la batería, la migración de la solución en la caja. Esta operación se realiza en varias recogidas para llenar la caja. Estas operaciones sucesivas aumentan el riesgo de fugas de la solución durante su transferencia del depósito hacia el interior de la caja e igualmente durante la puesta al vacío del interior de la caja de la batería, más concretamente, para unas soluciones de electrólito orgánico muy volátiles e inflamables. Este procedimiento de llenado consume en exceso igualmente la solución de electrólito.

Objeto de la invención La invención tiene como objetivo proponer un acumulador con electrólito líquido así como un procedimiento de llenado de un acumulador tal con una solución de electrólito líquido resolviendo los inconvenientes del estado anterior de la técnica.

En particular, la invención tiene como objetivo proponer un acumulador con electrólito líquido y su procedimiento de llenado, adaptados a los acumuladores de gran dimensión y a todo tipo de solución de electrólito líquido, especialmente a las soluciones iónicas. La invención tiene como objetivo igualmente un procedimiento simple, fácil de aplicar, poco costoso, presentando pocos riesgos de fuga y mejorando los rendimientos energéticos de la masa y el volumen de los acumuladores.

Según la invención, este objetivo se alcanza por un acumulador con electrólito líquido según las reivindicaciones indexadas.

Más concretamente, este objetivo se alcanza por el hecho de que un orificio lateral se forma en una zona inferior de la pared lateral de la caja y por el hecho de que una zona de depósito está delimitada por la cara inferior, la pared lateral y un plano (A) paralelo a la cara inferior y que pasa por el borde inferior del orificio lateral. Además, una cavidad delimitada por la cara superior, la cara inferior y la pared lateral de la caja, contiene un cuerpo de electrodos en el que al menos una parte está situada en dicha zona de depósito.

De forma ventajosa, el acumulador es un acumulador de litio-ión.

La invención se refiere igualmente a un procedimiento de llenado de un acumulador tal con electrólito líquido que consta sucesivamente de:

- el cierre, por un opérculo, del orificio de inyección de electrólito,

- el accionamiento de una bomba de vacío unida al orificio lateral hasta que la presión en el interior de la cavidad alcanza un valor predeterminado inferior a la presión atmosférica,

- el cierre del orificio lateral,

- una primera inyección de una primera cantidad predeterminada de solución de electrólito líquido a través del opérculo,

- después de una duración predeterminada, la conexión del orificio lateral a la presión atmosférica,

- una segunda inyección de una segunda cantidad de solución de electrólito líquido a través del opérculo, para llenar al menos parcialmente de electrólito líquido la zona de depósito de la caja situada por debajo del orificio lateral y,

- la obturación definitiva del orificio de inyección de electrólito y del orificio lateral.

De forma ventajosa, el procedimiento de llenado se utiliza para unos acumuladores de litio-ión.

Descripción resumida de los dibujos Otras ventajas y características se desprenderán más claramente de la descripción que sigue a los modos particulares de realización de la invención proporcionados a título de ejemplos no limitativos y representados en los dibujos anexos, en los cuales:

- La figura 1 representa una vista en perspectiva de un acumulador con electrólito líquido.

- La figura 2 representa, esquemáticamente y en sección transversal, un acumulador con electrólito líquido.

- Las figuras de 3 a 5 representan, en vista desde arriba, un modo de realización particular de un dispositivo de llenado de un acumulador según las figuras 1 y 2, en unas etapas sucesivas de un procedimiento de llenado según la invención.

- Las figuras de 6 a 10 representan, esquemáticamente y en sección transversal según el eje BB, las etapas siguientes del procedimiento de llenado.

Descripción de los modos de realización particulares de la invención Según un modo de realización particular, un acumulador de litio-ión con electrólito líquido, ilustrado a título de ejemplo en las figuras 1 y 2, consta de una caja 1 constituida por una cara superior 3, una cara... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Acumulador con electrólito líquido que consta de una caja (1) constituida por una cara superior (3) , una cara inferior (4) y una pared lateral (5) que delimita una cavidad (2) , la cara superior (3) que consta de un orificio de inyección de electrólito (6) y un orificio lateral (7) formado en una zona inferior de la pared lateral (5) caracterizado porque una zona de depósito (9) está delimitada por la cara inferior (4) , la pared lateral (5) y un plano (A) paralelo a la cara inferior (4) y que pasa por el borde inferior del orificio lateral (7) y porque la cavidad (2) contiene un cuerpo de electrodos (8) en el que al menos una parte está situada en dicha zona de depósito (9) .

2. Acumulador según la reivindicación 1, caracterizado porque la zona de depósito (9) está dimensionada para poder contener entre un 5% y un 25% del volumen total de la caja (1) .

3. Procedimiento de llenado de un acumulador según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque consta sucesivamente de:

-el cierre, por un opérculo (18) , del orificio de inyección de electrólito (6) ,

- el accionamiento de una bomba de vacío (23) unida al orificio lateral (7) hasta que la presión en el interior de la cavidad (2) alcanza un valor predeterminado inferior a la presión atmosférica,

- el cierre del orificio lateral (7) ,

- una primera inyección de una primera cantidad predeterminada de solución de electrólito líquido a través del opérculo (18) ,

- después de una duración predeterminada, la conexión del orificio lateral (7) a la presión atmosférica,

- una segunda inyección de una segunda cantidad de solución de electrólito líquido a través del opérculo (18) , para llenar al menos parcialmente de electrólito líquido la zona de depósito (9) de la caja (1) situada por debajo del orificio lateral (7) y,

- la obturación definitiva del orificio de inyección de electrólito (6) y del orificio lateral (7) .

4. Procedimiento de llenado según la reivindicación 3, caracterizado porque la solución de electrólito líquido tiene una viscosidad superior a 0, 1 Pa.s.

5. Procedimiento de llenado según una de las reivindicaciones 3 y 4, caracterizado porque, la cavidad

(2) que contiene un cuerpo de electrodos (8) , la solución de electrólito líquido (10) presenta un ángulo de contacto con el cuerpo de electrodos (8) comprendido entre 35º y 70º.

6. Procedimiento de llenado según una cualquiera de las reivindicaciones de 3 a 5, caracterizado porque dicha presión en el interior de la cavidad (2) está comprendida entre 100 y 300 mBar.

7. Procedimiento de llenado según la reivindicación 6, caracterizado porque la presión en el interior de la cavidad (2) es igual a 200 mBar.

8. Procedimiento de llenado según una cualquiera de las reivindicaciones de 3 a 7, caracterizado porque las primera y segunda inyecciones se realizan con la ayuda de una aguja (27) a través del opérculo (18) con material deformable.


 

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