Pour des batteries performantes, sûres, et à longue durée de vie : compréhension du rôle d'un a[...]

CEA; Grenoble; Sur place; EUR 20 000 - 40 000; Plein temps

Résumé du poste

Le CEA à Grenoble propose une thèse sur l'étude des additifs dans les électrolytes pour batteries Li-ion. Ce projet vise à comprendre les effets couplés de ces additifs sur la performance, la stabilité et la sécurité des batteries. Le candidat idéal aura un master ou un diplôme d'ingénieur en matériaux ou électrochimie.

Qualifications

• Formation recommandée : Master ou ingénieur en matériaux, électrochimie.

Responsabilités

• Étudier les effets des additifs sur les électrolytes de batteries.
• Réaliser une campagne de vieillissement sur une période maximale d'un an.
• Analyser l'impact du vieillissement sur les paramètres de sécurité.

Connaissances

Electrochimie

Matériaux

Formation

Master ou ingénieur matériaux, électrochimie

Description du poste

Description du sujet de thèse

Domaine

Sciences pour l'ingénieur

Sujets de thèse

Pour des batteries performantes, sûres, et à longue durée de vie : compréhension du rôle d'un additif dans les électrolytes liquides

Contrat

Thèse

Description de l'offre

Le compromis entre performance, vieillissement et sécurité reste un enjeu majeur pour les batteries Li-ion [1]. En effet, l'intégration de certains additifs dans l'électrolyte de 3e génération vise à retarder ou atténuer les conséquences de l'emballement thermique, réduisant ainsi les risques d'incendie ou d'explosion. Toutefois, cette approche peut avoir des effets négatifs sur d'autres paramètres clés, tels que la conductivité ionique [2,3]. Ainsi, cette thèse propose d'étudier les effets couplés de ces additifs afin de mieux comprendre et, potentiellement, prédire leur impact sur chaque indicateur.

Au début de ce travail, un additif sera sélectionné pour étudier son rôle au sein d'une chimie de type NMC 811/Gr-Si et d'un électrolyte liquide de 3e génération, en termes de performance, de stabilité à long terme et de sécurité. L'additif sera choisi sur la base de l'état de l'art et d'une analyse post-mortem de cellules commerciales représentatives du marché actuel. Parallèlement, des cellules commerciales neuves de quelques Ah seront utilisées. Celles-ci seront équipées d'une électrode de référence, d'une mesure de température interne et de la conductivité ionique de l'électrolyte. Ces cellules seront ensuite activées avec l'électrolyte sélectionné, à différentes concentrations d'additif. La performance électrochimique, associée à une caractérisation chimique et morphologique des matériaux présents, sera étudiée. Les principaux paramètres de sécurité (stabilité thermique, dégagement de gaz réducteurs, O2, énergie dégagée, inflammabilité de l'électrolyte) de ces cellules neuves seront mesurés à différentes concentrations d'additif. L'instrumentation interne, notamment l'électrode de référence, sera également utilisée de manière innovante pour étudier l'apparition de l'emballement thermique dans ces conditions.

Une campagne complète de vieillissement sera réalisée sur une période maximale d'un an. À intervalles réguliers, un échantillonnage des cellules sera étudié afin de caractériser l'impact du vieillissement sur les changements chimiques, électrochimiques et morphologiques, ainsi que sur les paramètres de sécurité clés. Les mécanismes les plus importants, ainsi que des lois simplifiées régissant la sécurité en fonction de la quantité d'additif et du vieillissement, seront proposées.

[1] Batteries Open Access Volume 9, Issue 8, August 2023, Article number 427
[2] Journal of Energy Storage 72 (2023) 108493
[3] Energy Storage Materials 65 (2024) 103133

Université / école doctorale

Ingénierie - Matériaux - Environnement - Energétique - Procédés - Production (IMEP2)
Université Grenoble Alpes

Localisation du sujet de thèse

Site

Grenoble

Critères candidat

Formation recommandée

master ou ingenieur materiaux, electrochimie

Demandeur

Disponibilité du poste

01/01/2025

Personne à contacter par le candidat

REYTIER Magali [e-mail]
CEA
DES/DEHT//LAPS
CEA Grenoble
17 rue des martyrs
38054 grenoble cedex 9
04.38.78.57.45

Tuteur / Responsable de thèse

GENIES Sylvie [e-mail]
CEA
DES/DEHT//LAPS
17, rue des Martyrs
38054 Grenoble Cedex 9

04 38 78 45 00

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