Amélioration de la sécurité de batteries Li-ion soumises à des contraintes de charge rapide/froide

La batterie Li-ion est la technologie partagée par tous les constructeurs automobiles pour assurer le stockage d’énergie nécessaire aux déploiements des véhicules électrifiés. Une batterie, au cours de son cycle d’utilisation, peut rencontrer un large spectre de conditions de fonctionnement. Certaines conditions de fonctionnement peuvent accélérer la dégradation de la batterie pouvant conduire à des problèmes de sécurité.
Une campagne expérimentale portant sur l'effet du cyclage à froid de cellules cylindriques NMC811-SiC a mis en évidence des problèmes de sécurité. Le mécanisme physique supposé à l’origine de ces problèmes de sécurités est le Li-plating. Deux mécanismes reliant Li-plating et sécurité sont discutés dans la littérature : la croissance dendritique et le « dead Li ». Les travaux proposés dans cette thèse devront apporter des informations complémentaires quant aux mécanismes mis en jeu et à leurs dangerosités en ciblant une chimie de nouvelle génération contenant du Silicium à la négative.
Ce sujet de thèse s’inscrit dans la continuité des travaux engagés au sein d’IFPEN sur cette thématique et profitera de l’expérience acquise et des outils déjà développés. En effet, le(a) doctorant(e) pourra s’appuyer entre autres sur deux thèses récentes réalisées à IFPEN sur les problématiques d’emballement thermique. La thèse proposée ici permettra de compléter la connaissance des mécanismes se déroulant à basse température et en charge rapide.  Leurs criticités seront qualifiées par une approche expérimentale et numérique. Ces travaux permettront dans un second temps d’enrichir le modèle d’emballement thermique développé à IFPEN. Enfin, la collaboration dans le cadre de cette thèse avec l’Université Gustave Eiffel (https://www.univ-gustave-eiffel.fr/) permettra de prendre en compte les effets du vieillissement dans le dimensionnement d’applications réelles et de proposer des stratégies d'utilisation de la batterie pouvant prévenir et repousser les problèmes de sécurité rencontrés lors d’un fonctionnement à basse température et en charge rapide.

Mots clefs: Batterie Li-ion, modélisation multiphysique, sécurité, emballement thermique, BMS, Lithium plating.

• Directeur de thèse    Dr, PELISSIER Serge, Université Gustave EIFFEL https://orcid.org/0000-0001-6108-6694
• Ecole doctorale    ED162 - Ecole Doctorale MEGA (Mécanique, Energétique,  Génie Civil, Acoustique), https://edmega.universite-lyon.fr/
• Encadrant IFPEN    Dr, LECOMPTE Matthieu, département Electrochimie et Matériaux, matthieu.lecompte@ifpen.fr
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France/ Université Gustave EIFFEL, Laboratoire Licit-Eco7, Bron, France, (https://licit-lyon.eu/)
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2023
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Master dans une discipline appropriée
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise du français et de l’anglais