
LIMASSE
Batteries tout-solide Lithium métal
Aperçu
Batteries tout-solide de forte densité d’énergie : Li métal en électrode négative, NMC riche en Ni ou composite C-S en électrode positive
Pr. Christian MASQUELIER (LRCS, UMR CNRS 7314, Université de Picardie Jules Verne, Amiens)
Dr. Cédric HAON (CEA Liten, Grenoble)
Il s’agit de développer des prototypes fiables de batteries solides, utilisant le lithium métal à l’électrode négative, avec des densités d’énergie améliorées et une bonne rétention de capacité. Deux types d’électrodes positives sont ciblées : Carbone/Soufre comme technologie candidate Gen5 mais aussi NMC riche en Ni- afin de résoudre les problèmes fondamentaux des batteries à l’état solide (Gen4b). L’étude approfondie des interfaces solide/solide conduira à la synthèse de matériaux performants. Des procédés d’enduction, d’extrusion ou des voies alternatives comme l’impression 3D seront étudiés pour produire et tester des cellules tout-solide de plus de 1Ah, présentant une énergie spécifique supérieure à 400 Wh/kg sur 100 cycles à plus de 80% de la capacité initiale.
Mots-clés
Tout solide, lithium métal, argyrodite, soufre, prototypes, interfaces, batteries énergie
Les tâches
Nos recherches
Gestion des surfaces et interfaces
Les plateformes technologiques existantes à Lille et Bordeaux seront complétées par des équipements innovants afin d’offrir des techniques de dépôts sous vide permettant l’élaboration de couches minces de conducteurs ioniques entre électrolyte et électrodes. Il s’agira également d’explorer des électrodes « lithium free » en utilisant des substrats lithiophyles (alliages contenant du Li).
Matériaux et revêtements
Différentes voies d’optimisation d’électrodes NMC à haute teneur en nickel seront explorées : composition et morphologie du NMC, composite NMC/électrolyte, chimie des interfaces. De même, la synthèse d’électrodes carbone-soufre sera développée : adaptation à la technologie tout solide, tests de composite électrolyte/électrode. Différents électrolytes solides seront étudiés.
Mise en œuvre et prototypage
Différents procédés seront développés pour s’adapter à un électrolyte solide, en particulier l’extrusion, l’enduction et l’impression 3D (FDM et Binder jetting). L’objectif est de fabriquer des cellules pouch de capacité supérieure à 1Ah, présentant une densité d’énergie de 250 Wh/kg puis 400 Wh/kg et stables sur 100 cycles (80% de la capacité)
Caractérisation avancée
Des protocoles de caractérisations sur cellules miniaturisées seront développés en ex situ et quasi in-situ. Des cartographies de larges sections transversales seront réalisées pour observer les interfaces enfouies. Les mécanismes de transport ionique entre électrodes et électrolyte seront étudiés par spectroscopie RMN et EPR. Ces analyses sélectives spatialement et chimiquement seront effectuées in situ, voire operando, grâce à la miniaturisation des cellules.
Le consortium
10 Laboratoires académiques, 3 instituts du CEA
Ce projet permettra d’atteindre des avancées significatives dans le domaine des batteries tout-solide avec du lithium métal à l’électrode négative. Différents procédés de mise en œuvre des électrodes/électrolyte seront qualifiés pour les technologies tout-solide. Des techniques de caractérisation avancés adaptées aux accumulateurs tout-solide auront été développées, et pourront être utilisées pour d’autres chimies.
Diminution des émissions de gaz à effet de serre, notamment celles produites par les transports, et support à l’augmentation des renouvelables variables par leur stockage et leur restitution à la demande.
Formation de 8 doctorants et 12 postdoctorants

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