Les batteries à électrolyte solide (solid-state batteries, SSB) ont pour objectif de dépasser la technologie lithium-ion actuelle en termes de densité d’énergie et de sécurité, avec des applications dans les véhicules électriques ou le stockage d’énergie stationnaire. La fabrication de ces nouvelles technologies de batteries peut soit s’appuyer sur les infrastructures existantes (mélange et enduction d’encres d’électrodes à base de solvant), soit nécessiter de nouveaux procédés de fabrication. Dans ce contexte, le procédé d’extrusion bi-vis présente plusieurs avantages lorsqu’il est appliqué aux SSB, en particulier avec des électrolytes à base de polymères.
Afin d’accélérer le déploiement des SSB à base de polymères, une meilleure compréhension du procédé d’extrusion appliqué à la fabrication des électrodes positives est nécessaire. L’objectif de cette thèse est de développer de nouvelles formulations d’électrodes par extrusion en voie fondue et de comprendre l’impact des paramètres du procédé sur les performances finales. Elle permettra de fournir au final une vision claire des avantages et limitations de l’extrusion par rapport au procédé classique d’enduction.
Ce projet de doctorat s’inscrit dans une collaboration entre le CEA et Stellantis pour le développement de nouvelles batteries tout-solide. L’étude portera sur le développement d’électrodes composites élaborées par extrusion, destinées à être utilisées dans des SSB à base de polymères. Dans un premier temps, les matériaux seront sélectionnés et caractérisés afin d’effectuer une première sélection de formulations à l’aide d’une extrudeuse à l’échelle laboratoire. Ensuite, une évaluation systématique de l’impact des matériaux d’entrée et des conditions opératoires du procédé d’extrusion sera réalisée afin de mettre en évidence les relations entre le procédé, les microstructures des électrodes et leurs performances. Enfin, les formulations d’électrodes les plus performantes seront intégrées dans un prototype entièrement fabriqué par extrusion et caractérisées par des tests électriques et des analyses post-mortem.
Le doctorant bénéficiera de l’environnement multidisciplinaire du CEA-LITEN (campus de Grenoble) ainsi que du savoir-faire industriel de Stellantis. La Plateforme de Prototypage de Batteries sera utilisée pour les essais d’extrusion et l’assemblage des cellules, tandis que l’accès à des équipements de caractérisation avancée (MEB-EDX, XPS, rhéomètres, méthodes électrochimiques, etc.) permettra d’acquérir une compréhension approfondie des mécanismes mis en jeu dans le procédé d’extrusion.