Ce projet est porté par IFP Energies Nouvelles (IFPEN). L’IFPEN est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement.

L’IFPEN intervient dans quatre grands domaines :

C’est le site de Solaize, à côté de Lyon, qui développe ce projet.

Le développement du marché du véhicule électrique et hybride est crucial pour limiter les émissions de polluants en milieu urbain. La modélisation de batteries permet d’accélérer le développement de nouveaux matériaux, cellules ou packs. Ces modèles permettent de prédire les performances de la batterie, son vieillissement et sa sécurité.

L’amélioration de ces modèles nécessite de mesurer la teneur en lithium à l’échelle du micron dans les électrodes.

Nous proposons de développer la microscopie quantitative du lithium en couplant un système d’imagerie LIBS (Laser-Induced Breakdown Spectroscopy) avec un second laser synchronisé (Laser-Induced Fluorescence).

La première phase du projet Micro-Q-Li démarrera sa première phase dès février 2021.

Peu de techniques sont disponibles pour permettre de mesurer la teneur en lithium à l’échelle du micron dans les électrodes.

Un tel couplage ambitionne de diviser par dix la résolution spatiale actuelle pour atteindre le micron en conservant une sensibilité suffisante. Les images élémentaires obtenues seront rendues quantitatives par l’obtention de courbes de calibration pour des électrodes mises à des états de charge contrôlés et dont la teneur en lithium sera déterminée indépendamment par ICP-MS.

Le projet a pour ambition de fabriquer un prototype, mesurer ses performances analytiques et démontrer son intérêt sur la caractérisation de batteries Li-ion.

Le montage couplant LIBS et LIF sera construit sur la base d’une plateforme d’imagerie LIBS.

Une étude poussée des paramètres expérimentaux (énergie des lasers, temps inter-impulsion, longueur d’onde de seconde excitation) sera menée pour optimiser résolution spatiale, sensibilité et reproductibilité.

Un jeu d’échantillons de référence à teneur variable en lithium sera produit en chargeant en lithium des électrodes. Ce jeu sera caractérisé par ICP-MS et LIBS-LIF afin de pouvoir calibrer les intensités LIBS-LIF.

Une fois ces courbes de calibration obtenues, les performances analytiques (résolution spatiale, limite de détection et exactitude) seront mesurées.

Enfin, trois batteries de chimies d’électrodes différentes seront caractérisées pour démontrer l’apport de l’instrument pour caractériser les batteries neuves et vieillies. En particulier, les phénomènes de croissance de la SEI et le dépôt de lithium sous charge rapide seront étudiés.