Suivi in situ de la synthèse de précurseurs de matériaux actifs de batteries dans des conditions hydrodynamiques contrôlées

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. Un recyclage en boucle fermée nécessitera alors la synthèse de nouveaux matériaux actifs de cathode (CAM) à partir de métaux extraits de lixiviats de batteries recyclées. Les CAM sont des oxydes mixtes lamellaires de type LiNixMnyCozO2. Leur synthèse est réalisée en deux étapes : i) une co-précipitation et ii) une calcination. Les précurseurs d’hydroxyde de métaux de transition NixMnyCoz(OH)2 sont synthétisés lors de la co-précipitation, tandis que leur lithiation et leur oxydation sont réalisées lors de la calcination. Les propriétés physico-chimiques des CAM, et de ce fait, leurs performances électrochimiques, sont en grande partie déterminées au cours de la co-précipitation. Une profonde maitrise du procédé de synthèse est donc nécessaire pour obtenir les propriétés finales souhaitées. 
L’objectif de la thèse est alors de mettre en place des outils et caractérisations associées permettant le suivi in situ des différents mécanismes (nucléation, croissance, agrégation) dans des conditions hydrodynamiques contrôlées. Plus concrètement il s’agira :
•    De mettre au point un réacteur millifluidique permettant la maitrise des conditions hydrodynamiques, 
•    D’utiliser le réacteur pour réaliser le suivi in situ par rayons X au synchrotron (WAXS, SAXS) des propriétés structurales et morphologiques des particules, 
•    D’identifier les différents mécanismes mis en jeu au cours de la co-précipitation et de déterminer leur influence respective sur les propriétés des particules, ainsi que leur cinétique.
Ces données permettront de nourrir des modèles qui seront des aides précieuses pour le design et la conduite du procédé de synthèse.

Mots clefs: Batterie, NMC, synthèse, matériaux, précipitation, caractérisation, rayons X

• Directeur de thèse    Dr Clémence NIKITINE, IFPEN, ORCID : 0000-0003-2642-4349
• Ecole doctorale    206 - Ecole doctorale Chimie, Procédé, Environnement
• Encadrant IFPEN    Dr Séverine HUMBERT, ORCID : 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 2024 (4 novembre)
• Employeur    IFPEN
• Qualifications    Master en chimie ou génie des matériaux
• Connaissances linguistiques    Anglais niveau B2 (CECR), Français niveau A2    
• Autres qualifications    De solides connaissances sur les techniques de caractérisation et sur la synthèse par précipitation sont requises.

Pour postuler, merci d’envoyer votre lettre de motivation et votre CV à l’encadrant IFPEN indiqué ci-dessous.