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Modélisation et Simulation du procédé de Calandrage des électrodes Li-ion par Méthode des Éléments Discrets

Mathématiques - Analyse numérique - Simulation Mécanique, énergétique, génie des procédés, génie civil Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

L’optimisation de la performance des batteries est de nos jours un enjeu majeur pour le stockage de l’énergie électrique. L’utilisation massive des batteries dans de multiples domaines (transports, énergies, communications, etc) en fait un sujet stratégique de recherche et de développement.

Leurs performances sont dictées par leur densité d’énergie d’une part et leur vitesse de charge/décharge d’autre part. La porosité des électrodes agit au premier ordre sur ces deux paramètres. Toutefois son effet est antagoniste : diminuer la porosité permet de gagner en densité d’énergie, au détriment de la conductivité ionique de l’électrolyte qui a lieu au sein des pores. Un compromis entre densité d’énergie et conductivité ionique est constamment recherché et fait l’objet de sujet de recherche.

Lors de sa fabrication l’électrode subit une étape de calandrage qui consiste à réduire sa porosité en lui appliquant une contrainte de compression entre deux cylindres. Le lien entre les données d’entrées du procédé de calandrage, les paramètres procédés et les caractéristiques finales du produit est mal connu. Une précédente thèse a permis de mettre en place un outil de simulation de cette étape de procédé. La méthode de simulation par Éléments Discrets a été employée pour simuler le comportement granulaire du matériau actif, de son liant et de l’électrode. Cela a permis d’étudier l’effet des propriétés des grains et du liant (cohésion et de la plasticité) sur les propriétés finales de l’électrode et de se comparer qualitativement aux données expérimentales.

L’objectif de cette thèse est de poursuivre le travail entreprit en enrichissant la simulation de la déformation du collecteur de courant et des grains composant le matériau actif. Ceci permettra d’étudier l’effet de ces paramètres et du calandrage sur les propriétés finales de l’électrode et en particulier sur leur topologie microstructurale.

Le doctorant sera accueilli au sein de l'institut IRESNE (CEA-Cadarache) dans le Laboratoire des Méthodes numériques et Composants physiques de la plateforme PLEIADES du Département d’Etude des Combustibles. Il bénéficiera d’un environnement faisant appel à des outils d’investigation de pointe sur le plan expérimental comme sur celui de la modélisation-simulation et d’un environnement collaboratif (Le Laboratoire de Mécanique et Génie Civil de l’Université de Montpellier et le CEA/LITEN à Grenoble).

Laboratoire

Département d’Etudes des Combustibles
Service d’Etudes de Simulation du Comportement du combustibles
Laboratoire de Simulation du Comportement des Combustibles
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