Caractérisation operando de la structure et des interfaces de batteries par techniques synchrotron/neutrons 3D

par Guilhem Paradol

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Sandrine Lyonnard et de Claire Villevieille.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique (Grenoble) , en partenariat avec SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l'Energie et la Santé (laboratoire) depuis le 24-09-2020 .


  • Résumé

    La thèse porte sur la caractérisation avancée de matériaux pour les batteries lithium ion, en particulier les matériaux d'anodes silicone-graphite ou lithium métal ainsi que les électrolytes solides. Cette caractérisation operando se fera par méthode 3D dans le but de documenter la distribution spatiale des phases intermédiaires, leur stabilité ainsi que leur vieillissement, les contraintes et tensions au niveau global comme à celui des particules, les transformations et hétérogénéités à l'échelle nanométrique, la microstructure et la morphologie à l'échelle des composants (électrode/électrolyte), ainsi que la répartition, le piégeage et les dépôts du lithium, notamment au niveau des interfaces. Pour ce faire, des mesures synchrotrons/neutrons de tomographie 3D seront mises en place en collaboration avec des chercheurs partenaires à l'ESRF et l'ILL, ainsi qu'avec les autres projets du programme FOCUS développant de nouveaux matériaux et des expériences et modèles complémentaires. Le travail de la thèse se concentrera également sur l'analyse Big Data qui est essentielle au traitement des données récupérées lors des prises de mesures. Des algorithmes seront développés afin de reconstruire les structures 3D et exploiter tout le potentiel des mesures de tomographie 3D, ce qui pourrait mener à des codes de machine learning. Les résultats ainsi obtenus seront analysé en lien étroit avec les groupes de recherche travaillant sur la modélisation des batteries.

  • Titre traduit

    Operando characterization of the battery structure and interfaces using 3D synchrotron/neutron techniques


  • Résumé

    The aim of this PhD thesis is to characterize in 3D and in operando mode the behavior of Generation 3 and 4 materials of Lithium-ion batteries, e.g. silicon-graphite or lithium metal anodes, and solid electrolytes. We expect to provide insights into the spatial distribution of intermediate phases, their stability and ageing, the strain and stress at the particles/aggregates level, the nanoscale transformations and heterogeneities, the microstructure and morphology at the level of the component (electrode/electrolyte), and information on the lithium repartition, lithium trapping and lithium plating, in particular at the interfaces. The PhD thesis includes the design of 3D tomography measurements using both X-rays and neutrons, in close collaboration with partners at ESRF and ILL and other FOCUS projects developing new materials and complementary models & experiments. The work will also focus on big data analysis, which is key to extract results from these challenging experiments. Codes and algorithms will be developed to reconstruct the 3D structures and fully exploit the 3D data, potentially including machine-learning modules. The results will be analyzed in tight relation to models (performed by modelling group).