Compréhension des phénomènes de « cross-talking » au sein des accumulateurs Li-ion
Auteur / Autrice : | Guillaume Portalis |
Direction : | Vincent Vivier, Bernard Simon |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Chimie physique |
Date : | Soutenance le 04/02/2020 |
Etablissement(s) : | Sorbonne université |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Chimie physique et chimie analytique de Paris Centre (Paris ; 2000-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Laboratoire Interfaces et systèmes électrochimiques (Paris ; 1967-....) |
Entreprise : Société des accumulateurs fixes et de traction (Bordeaux) | |
Jury : | Président / Présidente : Christel Laberty-Robert |
Rapporteurs / Rapporteuses : Guy Denuault, Claude Guéry |
Résumé
Les mécanismes de dégradation dans les accumulateurs Li-ion lors de leur vieillissement sont nombreux. Parmi ceux-ci, un phénomène spécifique au système LiFePO4 (LFP)/graphite s’installe lors du fonctionnement en cyclage de la batterie : c’est le « cross-talking ». Le matériau LFP se dissout et les espèces Fe2+ migrent vers le graphite pour se réduire et former des dépôts de fer dans sa couche protectrice (SEI). Cette pollution s’accompagne d’une perte linéaire de capacité de stockage lors du cyclage et diminue donc la durée de vie de la batterie. La méthodologie utilisée dans ce travail repose sur le vieillissement accéléré d’accumulateurs LFP/graphite au format bouton et sur la caractérisation des matériaux et des processus électrochimiques par la technique non destructive de spectroscopie d’impédance électrochimique (SIE). Cette approche constitue une étape préliminaire de l’étude du vieillissement car il est nécessaire de comprendre les mécanismes en jeu au niveau de chaque électrode. Différentes études ont donc été réalisées, dans une première partie, afin d’attribuer les signaux enregistrés par SIE pour chaque matériau d’électrode à leurs caractéristiques physico-chimiques. Dans une seconde partie, le suivi des performances et des propriétés des accumulateurs lors de cyclages a été effectué. Grâce aux investigations préalablement menées par SIE, nous avons pu caractériser la détérioration des propriétés de l’électrode de graphite et de sa SEI par le cross-talking dès le début du cyclage de l’accumulateur. Nous avons aussi montré que ce phénomène est thermiquement activé avec des dégradations plus importantes à l’issu de cyclages à températures élevées.