Analyse expérimentale et modélisation multiphysique des phénomènes couplés électrochimiques et thermomécaniques lors d'une recharge ultrarapide de cellules au lithium ; Experimental analysis and multiphysical modeling of coupled electrochemical and thermomechanical phenomena during ultrafast lithium cell recharge
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Electronic Thesis;
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Title:
Analyse expérimentale et modélisation multiphysique des phénomènes couplés électrochimiques et thermomécaniques lors d'une recharge ultrarapide de cellules au lithium ; Experimental analysis and multiphysical modeling of coupled electrochemical and thermomechanical phenomena during ultrafast lithium cell recharge
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Description:
Dans le contexte de la transition énergétique et afin de répondre aux nouvelles réglementations quant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre, l'industrie automobile s'est quasi-unanimement orientée vers la motorisation électrique à batterie. Néanmoins, pour parfaire ce choix de réorientation, il importe de mieux comprendre la constitution et le fonctionnement des dites batteries en amont et leurs contraintes d'usages en aval. Dans le cadre de ce travail de thèse, la première étape a consisté à décrire un modèle physique de cellules électrochimiques de type lithium-ion selon des lois physiques puis à identifier ses paramètres propres afin de calibrer ce modèle sur la base d'une cellule cible choisie. La description mathématique du modèle a cherché à étendre, par le couplage, le cœur électrochimique de ce dernier aux aspects thermiques et mécaniques. L'identification des paramètres inhérents au modèle a permis de mettre en lumière les limites d'accessibilité de certaines grandeurs ainsi que nos limites en matière de connaissances quant à la modélisation d'un système complexe et couplé. Dans un second temps, une fois le modèle accepté, il a été utilisé dans l'optique de développer un protocole de recharge rapide efficace, basé sur les limites physiques du système rendu accessible par le modèle. Une analyse de sensibilité paramétrique des caractéristiques géométriques a alors été conduite afin d'observer les pistes d'améliorations quant à la performance de recharge rapide. Il en a résulté l'identification de configurations géométriques optimales offrant un meilleur compromis entre densité d'énergie et vitesse de charge souvent perçues comme deux caractéristiques discordantes. Par ailleurs, les cyclages successifs de charge rapide ont révélé l'apparition d'un phénomène provoquant une dégradation localisée de la cellule. En effet, les contraintes appliquées par le boîtier prismatique sur les électrodes induisent, sur le long terme, un décollement des électrodes et du séparateur local qui conduit à un ...