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.

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

Implantation du consortium

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