Cartographies quantitative du lithium : application aux systèmes de stockage électrochimique

Le marché de la voiture électrique est en très forte croissance et cela nécessite la mise au point de techniques expérimentales d’étude des matériaux composant les batteries. En particulier l’imagerie élémentaire du lithium est d’un grand apport pour la conception de systèmes de stockage électrochimique et la compréhension des phénomènes se déroulant lors de leur utilisation.
Nous proposons un travail de thèse sur la mise au point d’un couplage de la LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) avec la LIF (Laser-Induced Fluorescence) permettant d’obtenir un nouveau système de microscopie élémentaire. Un tel système serait capable d’imager quantitativement, avec rapidité et sensibilité, la répartition du lithium dans des matériaux de batterie avec une résolution d’un micromètre. Ce nouveau système cible une résolution latérale d’un ordre de grandeur meilleure que l’état de l’art. Le doctorant aura pour tâche de réaliser le couplage à partir d’éléments existants (lasers, optiques, spectromètre, détecteur, platine porte-échantillon, système de pilotage). Il devra étudier les processus de relaxation et de ré-excitation du plasma en faisant varier les paramètres d’acquisition (fluence des lasers, délai entre impulsions, délai et porte de détection, …) afin d’optimiser le gain d’émissivité apporté par la seconde excitation. Il établira des courbes de calibration pour rendre l’analyse quantitative. Il démontrera les apports et performances du couplage en caractérisant différents systèmes de batteries Li-ion. Seront étudiés le vieillissement en cycle et calendaire, de batteries Li-ion composées de matériaux de nouvelles générations (négative en graphite dopé au silicium, positives en mélange).
 

Mots-clés : Spectroscopie, Laser, Imagerie, Batteries, Li-ion