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Chimie et Physico-chimie appliquées

La Li-ion n'est pas morte ce soir

Les batteries Li-ion, qui assurent le stockage réversible d’énergie des véhicules électriques, subissent des mécanismes de vieillissement multiples, complexes et souvent interdépendants, qui ont un impact sur les performances des véhicules.

Comprendre ce vieillissement, en fonction de l’usage du véhicule, est primordial pour :

  • définir la stratégie de gestion électrique et thermique de la batterie,
  • et garantir sa durée de vie.

Les modèles empiriques couramment développés sont limités et leur extrapolation délicate. Aussi IFPEN étudie une approche complémentaire, plus théorique, où les mécanismes de vieillissement sont modélisés sur la base des réactions chimiques mises en jeu.

Cette approche nécessite d’identifier et de comprendre les mécanismes prépondérants. Une difficulté vient du fait qu’une conséquence macroscopique, comme la perte de capacité, peut provenir de différents phénomènes : la perte du lithium cyclable par piégeage dans un dépôt de dégradation ou bien la perte de matière active par dégradation des électrodes. La batterie étant un système fermé, les grandeurs mesurables sont en outre limitées (tension, courant, température).

Dans le cadre du réseau Simcal(1), des mesures spécifiques ont été utilisées, telles que la spectroscopie d’impédance électrochimique ou la méthode PITT (Potentiostatic Intermittent Titration Technique) pour caractériser des batteries plus ou moins vieillies (cf. figure) et ainsi remonter aux phénomènes. En outre, des examens post mortem ont été conduits pour confirmer et compléter ces informations(2). Les batteries en fin de vie ont été démontées et chacune des électrodes remontées dans des systèmes au format pile bouton pour les étudier indépendamment. Des échantillons des différents constituants ont été également analysés (MEB, DRX, etc.) pour caractériser l’évolution des matériaux.

Une fois identifiés, les mécanismes de vieillissement seront intégrés dans des modèles physiques comportementaux. Ces travaux ouvrent la voie à de nouveaux outils de diagnostic de l’état de santé de batteries Li-ion et in fine de stratégies de gestion.

 

Contact scientifique : julien.bernard@ifpen.fr

Article paru dans Science@ifpen n° 20 - Avril 2015

Publications

  • (2)  J. Bernard, R. Revel, BATTERIES Proceedings, NICE, 2013
     

 

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