Etude Fine des Mécanismes de VIeillissement des BatterieS Li-ION associées aux Energies Renouvelables – VISION

L’objectif global du projet Vision est de proposer des accumulateurs Li-ion pour l’application stockage de l’énergie associé aux énergies renouvelables avec une durée de vie de 15 à 20 ans. Ces accumulateurs devront aussi présenter une sécurité améliorée et un coût réduit. L’objectif scientifique est d’améliorer l’état de connaissance des mécanismes de vieillissement sur des temps très longs en fonction des conditions d’utilisation. Cette compréhension doit permettre de proposer des solutions d’amélioration qui seront testées au cours du projet.
Des accumulateurs Li-ion utilisant les matériaux Li(Ni1-x-y,Mnx,Coy)O2 (NMC) pour l’électrode positive et du graphite dans l’électrode négative seront étudiés. Grâce au remplacement partiel du nickel par le manganèse, le NMC doit permettre de satisfaire aux exigences de réduction de coût et d’amélioration de la sécurité par rapport au matériau LiNi1-x-yCoxAlyO2 (NCA) utilisé aujourd’hui.

La tâche 1 de ce projet consiste à fabriquer et à tester en vieillissement plusieurs générations d’accumulateurs prototypes dont les différents composants seront analysés dans les autres tâches. Différents paramètres de vieillissement seront étudiés : stockage et cyclage, température, régime et profondeur de décharge du cyclage, tension de stockage. Les 4 verrous scientifiques et techniques à lever pour atteindre 20 ans de durée de vie sont pris en compte dans les tâches 2 à 5. Le premier verrou (tâche 2) vient du vieillissement des matériaux actifs. Le second verrou (tâche 3) est la dégradation de l’électrolyte et du séparateur. La tâche 4 consiste à étudier l’évolution de l’interface matériaux actifs/électrolyte qui constitue le 3ème verrou. La tâche 4 est donc complémentaire des tâches 2 et 3. Enfin, la tâche 5 s’attachera à traiter le verrou 4, à savoir la stabilité de la structure des électrodes. Ce dernier verrou est particulièrement pertinent pour le matériau actif NMC, qui est mauvais conducteur électronique et donc très sensible à la structure de l’électrode. Il s’agit de vérifier le maintien de la percolation pour l’accès des électrons, mais aussi le maintien de la porosité de l’électrode pour l’accès des ions Lithium. Des prototypes vieillis (tâche 1) seront fournis dès le début du projet (Gen0). Trois générations de prototypes améliorés suivront au cours du projet (Gen1, Gen2 et Gen3) en fonction des recommandations successives issues des tâches 2 à 5. Enfin, la coordination du projet est l’objet de la tâche 0 et la valorisation et l’exploitation des résultats est l’objet de la tâche 6.

Ce projet implique 4 partenaires, dont 1 partenaire industriel et 3 partenaires universitaires. Il s'appuie d'une part sur la grande expertise de l'université de Pau sur les études de surface/interface par XPS, les solides compétences de l'université d’Orsay en électrochimie du solide, via les méthodes d’impédance complexe et de GITT entre autres, et la forte expérience de l’université de Picardie Jules Verne en techniques de microscopie, telles que MEB, MET, EELS. Ce projet profite d’autre part des connaissances poussées de Saft en matériaux, électrolytes et séparateurs pour batteries, de sa capacité et de son savoir faire pour fabriquer et tester des prototypes industriels, de son positionnement sur le marché des batteries et de sa connaissance des applications de stockage.

Les enjeux économiques et sociétaux sont importants car la pénétration des énergies renouvelables dans le mix énergétique nécessite le développement de systèmes de stockage de l’énergie à longue durée de vie. Le projet est novateur car la durée de vie envisagée est le double de celle de l’application automobile. De plus, peu de données sont disponibles aujourd’hui sur le vieillissement long terme du matériau NMC.

Une aide de 752 738 euros est demandée pour ce projet pour un coût global de 1 935 790 euros.