Effet des conditions de recyclage sur les propriétés physico-chimiques des électrodes NMC : vers une caractérisation avancée multi-échelle

Pour répondre aux objectifs environnementaux, un des principaux leviers est l’électrification du parc automobile. Cela va engendrer une forte augmentation de la production de batteries Li-ions dans la prochaine décennie. Pour des raisons environnementales et géostratégiques, le recyclage de ces batteries en Europe devra être mis en place. Des méthodes conventionnelles pour récupérer les métaux existent, mais sont très énergivores et ne permettent pas de conserver les matières actives en l’état. Le recyclage direct des matières actives semble donc une alternative prometteuse. Cependant, les procédés doivent encore être développés. Cette thèse se propose d’étudier l’impact des procédés de recyclage à boucle courte sur les propriétés morphologiques, texturales, de surface et d’usage des oxydes mixtes de lithium, nickel, cobalt et manganèse (NMC). Ces matériaux sont utilisés dans les électrodes positives de batteries Li-ion commerciales et stockent le lithium par intercalation des ions lithium entre les plans oxygène de leur structure. Chaque étape unitaire de recyclage (broyage, traitement thermique, …) a un impact sur les propriétés physico-chimiques des NMC, modifiant ainsi les propriétés d’usage. Cette thèse se propose d’étudier des échantillons produits à l’échelle laboratoire, représentatifs d’étapes unitaires de recyclage des phases NMC afin de :
•    Développer une méthodologie analytique multi-technique permettant de caractériser ces matériaux issus des différentes étapes unitaires. On s’intéressera en particulier à leur structure (capacité d’intercalation du lithium) et à leur surface (barrière de mobilité). L’étudiant sera ainsi amené à utiliser des techniques avancées telles que la DRX, l’XPS ou la MET haute résolution. Des expérimentations au synchrotron seront aussi envisagées. 
•    Faire le lien entre l’impact des étapes unitaires sur les propriétés microstructurales et les propriétés d’usage (capacité d’insertion, mobilité du lithium).

Mots clefs: Batterie, recyclage, NMC, caractérisation, diffraction des rayons X, diffusion, lithium

• Directeur de thèse    Dr, SORBIER Loïc, IFPEN, https://orcid.org/0000-0001-5591-9848
• Ecole doctorale    206 - Ecole doctorale Chimie, Procédé, Environnement
• Encadrant IFPEN    Dr HUMBERT Séverine, département Physique et analyse, severine.humbert@ifpen.fr, https://orcid.org/0000-0003-1884-2858
• Localisation du doctorant    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Durée et date de début    3 ans, début au cours du quatrième trimestre 2023
• Employeur    IFP Energies nouvelles, Lyon, France
• Qualifications    Master 2 en chimie ou génie des matériaux
• Connaissances linguistique    Bonne maîtrise de l’anglais indispensable, français souhaitable
• Autres qualifications    De solides connaissances sur les techniques de caractérisation sont requises