Etude de l'impact du design sur les non-uniformités de dégradation des cellules lithium-ion à l'échelle des électrodes pour le développement d'un modèle de vieillissement à l'échelle de la cellule.

par Alexia Bichon

Projet de thèse en Physique des materiaux

Sous la direction de Olivier Raccurt.

Thèses en préparation à l'Université Grenoble Alpes , dans le cadre de École doctorale physique , en partenariat avec Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles (LITEN - CEA) (laboratoire) depuis le 16-11-2020 .


  • Résumé

    Dans le cadre du programme Focus « Simulation multi-échelle des batteries appliquée aux matériaux d'électrodes », ce sujet de thèse porte sur l'étude du vieillissement des cellules Li-ion et en particulier sur l'impact de l'architecture interne de la cellule sur la génération de dégradations localisées. Si la technologie Li-ion connaît un fort développement, les formats de cellules ne sont pas standardisés. Des designs très variés sont aujourd'hui commercialisés (cylindrique, prismatique ou sachet souple) pour des capacités de quelques Ah à plusieurs dizaines d'Ah et des modes d'assemblage variés (enroulement, empilement). L'architecture des cellules a un impact sur les phénomènes de dégradation en fonctionnement affectant directement la durée de vie des batteries. Lors du vieillissement, des hétérogénéités à l'échelle de l'électrode ont été observées mais sont encore peu étudiées. Par ailleurs, les modélisations actuelles à l'échelle de la cellule considèrent la dégradation comme homogène. Le but de cette thèse sera premièrement d'identifier les relations existantes entre l'architecture de la cellule et la génération de dégradation localisée sur les composants internes de la cellule. Ceci dans l'objectif de pouvoir intégrer ces inhomogénéités aux modèles développés par le CEA jusqu'à l'échelle de la cellule. Le travail demandé porte à la fois sur l'étude expérimentale et la modélisation. Pour mener à bien ses travaux de thèse, le candidat sera accueilli au sein du Laboratoire d'Analyse Electrochimique et Postmortem du CEA LITEN où il effectuera des tests électrochimiques et les analyses post-mortem et participera au développement et à l'amélioration des modèles en collaboration avec le Laboratoire de Modélisation des Procédés du CEA LITEN. Au cours de la thèse une collaboration avec l'équipe de M. Dubarry de l'Université d'Hawaï dans le domaine du traitement des données basé sur la méthode ICA (Incremental Capacity Analysis).

  • Titre traduit

    Study of heterogeneous damage in Li-ion batteries related to cell design and development of associated ageing model at cell level


  • Résumé

    This thesis topic focuses on the study of Li-ion cell ageing and in particular on the impact of the internal architecture of the cell on the generation of localised degradation. Although Li-ion technology is undergoing strong development, cell formats are not standardized. A wide variety of designs are currently available on market (cylindrical, prismatic or laminate) with capacities ranging from a few Ah to several tens of Ah and a variety of assembly modes (winding, stacking). The architecture of the cells has an impact on degradation phenomena during operation, directly affecting the life and safety of the batteries. During ageing, heterogeneities at the electrode level have been observed but are still little studied. Moreover, current modelling at the cell scale considers the degradation to be homogeneous. The aim of this thesis will be first to identify the existing relationships between cell architectures and the generation of localized degradation on the internal components of the cell. This in order to integrate these inhomogeneities in the models developed by the CEA up to the cell scale. The work requested concerns both experimental studies and modelling. In order to carry out his thesis work, the candidate will be hosted at the Laboratory of Electrochemical and Postmortem Analysis of CEA LITEN where he will carry out electrochemical tests and post-mortem analyses and participate in the development and improvement of models in collaboration with the Laboratory of Process Modelling of CEA LITEN. During the thesis a collaboration with Pr. Dubarry's team from the University of Hawaii in the field of data processing based on the ICA (Incremental Capacity Analysis) method.