Synthèse, caractérisations et évaluation de nouveaux matériaux d'anode de batterie au lithium

par Charlotte Gervillie

Projet de thèse en Energétique et Procédés

Sous la direction de Sandrine Berthon-Fabry et de Katia Guérin.

Thèses en préparation à Paris Sciences et Lettres , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences des métiers de l'ingénieur (Paris) , en partenariat avec Centre énergétique et procédés (Paris ; Fontainebleau, Seine et Marne ; Sophia-Antipolis, Alpes Maritimes) (laboratoire) , PERSEE - Centre Procédés, Energies Renouvelables, Systèmes Energétiques (equipe de recherche) et de École nationale supérieure des mines (Paris) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    Contexte et enjeux : Le contexte environnemental et économique actuel nous conduit à rechercher de nouveaux dispositifs industriels propres, fiables, de hauts rendements énergétiques. En fonction de l'application et des contraintes techniques (poids, encombrement, durabilité…) divers systèmes sont employés mais des verrous technologiques restent à lever. Depuis plus de 20 ans le groupe MATPRO du centre PERSEE/Mines ParisTech étudie les matériaux nanostructurés - aussi bien minéraux qu'organiques, pyrolysés ou non - pour applications dans les domaines du stockage et de la conversion de l'énergie et conduit des travaux de recherche non seulement sur les matériaux et leurs caractérisations (tant physico chimiques qu'électrochimiques( mais aussi sur les dispositifs et les procédés afin de répondre à ces verrous technologiques. Dans ce cadre, le laboratoire propose un sujet de thèse CIFRE (SAFRAN) consistant à élaborer et à évaluer de nouveaux matériaux d'anode de batterie au lithium répondant aux exigences de l'application aéronautique. Cette thèse sera co-encadrée par l'ICCF (Université Clermont Auvergne) qui apportera son expertise dans le domaine de la modification de surface et des caractérisations physico chimiques et électrochimiques. Les travaux seront effectués majoritairement sur les 2 sites (Sophia Antipolis (06) et Clermont Ferrand (63)) et ponctuellement sur le site parisien de Safran (78). Objectifs scientifiques généraux: 1. élaboration et caractérisation de nouveaux matériaux composites d'anode de batterie répondant en termes de durabilité et de performances aux cahiers des charges de l'application aéronautique 2. évaluation des performances de ces matériaux mis en œuvre en demi-pile puis en batterie complète. Approche – Méthodes : Les actions viseront : 1. à réaliser des matériaux nanostructurés hybrides d'anode (carbone/inorganique) traités en surface 2. à optimiser les procédés d'élaboration 3. à adapter l'électrolyte à cet état de surface afin d'améliorer les performances et de limiter sa dégradation au cours du cyclage 4. à évaluer et valider les solutions retenues en termes de performances et de durabilité. Résultats attendus 1. Maîtrise des étapes de synthèse de l'électrode 2. Compréhension de l'influence des paramètres de synthèse sur les caractéristiques physico-chimiques, électrochimiques et durabilité du matériau final

  • Titre traduit

    Synthesis, characterization and evaluation of new anode materials for lithium batteries


  • Résumé

    Context and challenges: The current environmental and economic context leads us to find new, clean, reliable and highly efficient energy systems. Depending on the application and technical requirements (weight, volume, durability) various systems are used but technological problems must be overcome. For over 20 years the group MATPRO from PERSEE / Mines ParisTech has been studying nanomaterials - mineral and organic, pyrolysed or not - for applications in energy storage (batteries, supercapacitors) and conversion (PEM fuel cells) to give a solution for these various problems and has conducted researches not only on materials and their physico-chemical and electrochemical characterizations but also on devices and processes. In this context, the laboratory opens a Ph.D position which aims at developing and evaluating new lithium-ion anode materials that fulfill the aeronautical application requirements (SAFRAN financial support). This Ph.D will be supervised by MINES ParisTech and ICCF (Clermont Auvergne University) and the studies will be carried out on the 2 sites (Sophia Antipolis and Clermont Ferrand) and punctually at Safran. ICCF will bring its expertise on the material surface modification and physico-chemical and electrochemical characterizations Scientific objectives: 1. development of new hybrid nanostructured anode materials (carbon/inorganic) leading in terms of morphology, durability and performances to the specifications of the aeronautical application 2. evaluation of the performances of these materials implemented in half batteries and complete batteries. Methodology: The actions will consist in 1. elaborating and characterizing hybrid nanostructured anode materials with treated surface 2. optimizing the elaboration procedures 3. improving the electrolyte versus this new surface characteristics in order to increase performances and to limit degradation during cycling. 4. adapting and validating the solutions chosen in terms of performances and durability Expected results: 1.controlling the synthesis routes leading to the electrode materials, 2.understanding of the influence of the synthesis parameters on the physicochemical and electrochemical characteristics and the durability of the final material,