Soutenance de thèse de Ludivine AFONSO DE ARAUJO

A l’origine du Prix Nobel de la chimie 2019, les batteries Li-ion sont aujourd’hui omniprésentes. La réduction de leur temps de charge est un des verrous technologiques qui freine la généralisation de l’électrification des transports. Cette thèse s’intéresse au dépôt de lithium métallique sur l’électrode négative (graphite), phénomène dégradant lié à la charge rapide et/ou à la charge à basse température. La Résonance Magnétique Nucléaire (RMN) operando fournit le spectre RMN du 7Lid’une batterie Li-ion complète en temps réel pendant son fonctionnement et permet de détecter l’apparition du lithium métallique plus rapidement qu’avec les méthodes électrochimiques. La sensibilité de la technique est un point clé pour détecter le lithium métallique dès son apparition. La première partie de cette étude concerne l’optimisation du montage expérimental pour atténuer le bruit électrique généré par le cyclage sur les spectres RMN. En parallèle, nous avons optimisé le montage et développé un prototype de cellule à trois électrodes pour suivre le potentiel de l’électrode négative au cours du cyclage et le relier à un éventuel dépôt de lithium, ainsi qu’un montage de « pouch cell » qui permettra de descendre à des températures atteignant -30°C. Dans une deuxième partie, nous avons mis en place un protocole de traitement des données (synchronisation avec les données électrochimiques, traitement de la ligne de base, intégration du signal, lissage) qui permet de suivre efficacement l’évolution de la quantité de lithium métallique déposé. Enfin, pour une batterie assemblée avec des électrodes commerciales NMC et graphite, nous étudions le dépôt de lithium métallique, sa stabilité chimique, son(électro)dissolution et nous caractérisons l’effet de la surlithiation pour différents régimes de charge, la surcharge et l’effet d’une baisse de température.