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Etude des propriétés de transport des charges aux différentes échelles d une électrode de batterie lithium-ion et de leurs influences sur les performances en puissance pour l application véhicule électrique
La puissance disponible ou acceptable par une batterie Li-ion est tributaire des propriétés de transports ionique et électronique au sein des électrodes composites. Les propriétés intrinsèques des matériaux et une architecture optimale du mélange d électrode conditionnent de bonnes performances élec...
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| Auteurs principaux : | , , , , , , , |
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| Collectivités auteurs : | , , , |
| Format : | Livre |
| Langue : | anglais français |
| Titre complet : | Etude des propriétés de transport des charges aux différentes échelles d une électrode de batterie lithium-ion et de leurs influences sur les performances en puissance pour l application véhicule électrique / Nicolas Besnard; sous la direction de Bernard Lestriez ; co-encadrants Jean-Claude Badot, Sylvain Franger, Olivier Dubrunfaut |
| Publié : |
Nantes :
Université de Nantes
, 2016 |
| Description matérielle : | 1 vol. (296 p.) |
| Accès en ligne : |
Accès Nantes Université
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| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Sciences des matériaux. Electrochimie : Nantes : 2016 |
| Disponibilité : | Publication autorisée par le jury |
| Sujets : |
| Résumé : | La puissance disponible ou acceptable par une batterie Li-ion est tributaire des propriétés de transports ionique et électronique au sein des électrodes composites. Les propriétés intrinsèques des matériaux et une architecture optimale du mélange d électrode conditionnent de bonnes performances électrochimiques, en vue de l application considérée (puissance ou énergie). De plus, une particularité de l application véhicule électrique est l utilisation d un mélange de matériaux actifs. L étude a porté sur neuf compositions d électrodes positives de maturité industrielle à base d un matériau actif unique (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC) ou LiFePO 4 (LFP)) ou d un mélange NMC/LFP. L approvisionnement en matériaux actifs s est fait auprès d Umicore. Les propriétés électroniques multi-échelles ont été quantifiées par spectroscopie diélectrique large bande, à travers des résistances de contact et des conductivités caractérisant la qualité du calandrage et du réseau de percolation du carbone. Des études par tomographie de la répartition tri-dimensionnelle des constituants sur l épaisseur des électrodes ont été menées, permettant de quantifier la distribution des matériaux (intra-connectivité du carbone, surface de contact entre les matériaux) et la tortuosité géométrique du réseau de porosité. Les performances électrochimiques ont été évaluées à partir d un cyclage galvanostatique en demi-pile, et systématiquement exploitées suivant une méthodologie tirée de la littérature. L influence de la composition (type de matériau(x) actif(s), ratio matière active/inactive), de la structure (tortuosité) et des paramètres de fabrication (compacité, grammage) des électrodes a été quantifiée. Li-ion battery power capability depends on the ionic and electronic transport properties within the composite electrodes. The intrinsic materials properties and the morphology of the composite electrodes determine the electrochemical performance. This PhD was focused on the identification of the optimal positive electrodes architectures according to the target application (power or energy). Furthermore, blend of active materials inside the positive electrode is a particular feature of electric vehicle application. Nine industrial maturity grades of electrodes were studied, based on only one active material (LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 (NMC) or LiFePO 4 (LFP)), or a blend NMC/LFP. Active materials were provided by Umicore. Multiscale electronic properties were quantified by broadband dielectric spectroscopy, through contact resistances and conductivities, characterizing the calendaring efficiency and the percolation network of the carbon. The three- dimensional study of the electrodes was performed thanks to tomography techniques. The materials distribution (intra-connectivity of the carbon, surface of contact between the materials) and a geometrical tortuosity factor of the porosity network were assessed. Cycling in galvanostatic mode was performed in order to evaluate the electrochemical performance, in half-cell setup. Results were systematically exploited with a methodology derived from a previous study. The influence of the composition (kind of active material(s), NMC/LFP blend, ratio between active and inactive materials), the architecture (quantity and tortuosity of the porosity voids) and engineering parameters (compaction, loading) of the electrodes were brought to light. |
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| Variantes de titre : | Multiscale study of charges transport properties within a lithium-ion battery electrode and of their influences on rate performance for electric vehicle application |
| Notes : | Titre provenant de la page de titre du document électronique L'impression du document génère 296 p. Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL)(Le Mans) Partenaire de recherche : Institut des Matériaux Jean Rouxel (Nantes) Autre(s) contribution(s) : Dominique Guymard (Président du jury) ; Pierre Tran-Van (Membre du jury) ; Charles Delacourt, Jean-Pierre Pereira-Ramos (Rapporteurs) |
| Configuration requise : | Un logiciel capable de lire un fichier au format pdf |
| Bibliographie : | Bibliogr. p.273-274 |