Compréhension de l'évolution microstructurale de l'électrode positive et voies de remédiation en vue du recyclage des batteries Lithium-ion

Understanding of the microstructural evolution of the positive electrode and remediation pathways for the recycling of Lithium-ion batteries

• Auteur / Autrice : Clémence Pinot
• Direction : Cécilie Duhamel, Domitille Giaume
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Inscription en doctorat le 16/10/2023
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique (Paris)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : ENSMP MAT. Centre des matériaux (Evry, Essonne)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : GEM - Genèse, Évolution et emploi des Microstructures - MAT
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (2015-2019)

Mots clés

Mots clés libres

Batteries Lithium-ion

Couplages chimie-mécanique-thermique

Modélisation numérique

Caractérisation in-situ

Lithium-ion batteries

Chemical-mechanical-thermal couplings

Numerical modeling

In-situ characterization

Résumé

Avec l'électrification des véhicules et l'usage massif d'appareils numériques portables, les batteries lithium-ion connaissent un essor très important. Les ressources en lithium étant limitées et en tension, il est essentiel de prolonger au maximum la durée de vie et d'accroître significativement la recyclabilité de ces dispositifs. Ce projet vise d'une part à modéliser et simuler le couplage entre la diffusion des ions lithium et les contraintes d'origine thermo-mécanique afin de comprendre l'origine de l'apparition de fissures au sein des particules qui composent l'électrode positive. D'autre part, des particules à microstructures contrôlées seront synthétisées et tester expérimentalement au sein de batteries de laboratoire soumis à des cycles électrochimiques. Ces microstructures seront caractérisées avant et après cyclage et remédiation via des techniques de microscopie électronique en surface et d'imagerie aux rayons X en volume afin d'alimenter la comparaison entre expériences et simulations.

With the electrification of vehicles and the massive use of portable digital devices, lithium-ion batteries are experiencing a major boom. As lithium resources are limited and under tension, it is essential to extend the life span and significantly increase the recyclability of these devices. This project aims on the one hand to model and simulate the coupling between the diffusion of lithium ions and the thermo-mechanical stresses in order to understand the origin of the appearance of cracks within the particles that make up the positive electrode. On the other hand, particles with controlled microstructures will be synthesized and experimentally tested within laboratory batteries subjected to electrochemical cycles. These microstructures will be characterized before and after cycling and remediation via surface electron microscopy and volume X-ray imaging techniques in order to feed the comparison between experiments and simulations.