Modélisation des procédures de fabrication des électrodes lithium ion : impact des slurry préparation, séchage et calandrage des électrodes sur leur mesostructure.

par Teo Lombardo

Projet de thèse en Chimie-Chimie Physique-25DCH7

Sous la direction de Alejandro Franco.

Thèses en préparation à Amiens , dans le cadre de Sciences, Technologie, Santé , en partenariat avec LRCS - Laboratoire de Réactivité et de Chimie des Solides (laboratoire) depuis le 23-11-2018 .


  • Résumé

    Ce projet de thèse s'inscrit dans le projet ERC ARTISTIC dont l'objectif global est de développer une plateforme de simulation prédictive des procédés de fabrication des électrodes de batterie lithium ion. Cette thèse contribuera au développement de la méthode Dynamique Moléculaire à Grains Grossiers (ou en anglais, Coarse Grained Molecular Dynamics –CGMD-) pour la simulation de la fabrication d'électrodes ainsi qu'à l'étude de la physique gouvernant l'étape de calandrage des électrodes poreuses. Cette physique est fortement dépendante des propriétés mécaniques à l'échelle locale des matériaux constituant l'électrode (matériau actif, agrégats de carbone, liant polymère). Sur ce dernier aspect, le travail mené par le doctorant consistera à développer des modèles sur la base de la méthode à éléments discrets (ou en anglais, Discrete Element Method –DEM-) pour la simulation de l'étape de calandrage sur des mesostructures d'électrode générées par simulation CGMD. Une attention particulière sera portée sur les mécanismes de déformation des particules et de destruction des agrégats en leur corrélant avec leur réponse électrochimique. Le doctorant utilisera le logiciel LAMMPS. Il réalisera des simulations dans un calculateur dédié dans la plateforme MATRICS de notre université. Les résultats obtenus seront confrontés à des données expérimentale. L'optimisation des champs de force nécessaires à ces simulations, seront réalisés grâce au couplage des modèles avec des algorithmes d'auto-apprentissage pour lesquels le doctorant sera amené à contribuer à leur développement. Les travaux seront menés sur un spectre très divers de matériaux pour électrodes négative et positive.

  • Titre traduit

    Modelling the Li-ion electrode fabrication processes : Impact of mixing, drying and calendering on electrode's mesostructure


  • Résumé

    My PhD project is part of the ARTISTIC project, financed by the European Research Council (ERC), whose aim is to develop and demonstrate a novel theoretical framework devoted to rationalize the formulation of composite electrodes for high-energy density secondary batteries. I am contributing to the development of a Coarse Grained Molecular Dynamics (CGMD) method for the simulation of electrodes fabrication. In detail, this method will be used to study the effect of slurry preparation on the electrodes mesostructures. Moreover, the study of the physics governing the calendaring process will be studied as well. This physics is strongly dependent on the mechanical properties of the electrodes components (active material, conductive additive and binder). To study this process, on the electrode structures previously generated using the CGMD, the Discrete Element Method (DEM) will be used. A particular attention will be given to the mechanism of deformation and destruction of aggregates and their effect on the electrochemical performance of the electrode. To achieve this aim, the open source software LAMMPS and LIGGGHTS will be used. The obtained results will be compared to experimental ones, to validate the computation models. Finally, the optimization of the force field necessary to perform the CGMD simulation will be performed coupling the developed models to machine learning algorithms. The latter will be used also to analyze experimental data in order to find interdependencies on the parameters of the fabrication line of Li-ion battery.