Batteries Li-ion
Du présent au futur
1st Edition
Published on 20. January 2021
482 pages
978-2-7598-2410-6 (ISBN)
Description
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More details
Persons
Bloch Didier :
Lithium Batteries Laboratory Manager at CEANgô Christian :
Christian Ngô a publié plus d'une douzaine d'ouvrages, seul ou en collaboration avec un autre auteur, sur plusieurs sujets allant de la physique de base (physique statistique, mécanique quantique, physique nucléaire, physique des semi-conducteurs) à des domaines plus appliqués comme l'énergie, les nanotechnologies, les déchets et la pollution, le soleil, etc. Il a fait de la recherche fondamentale pendant une vingtaine d'années avant de s'orienter vers la recherche appliquée où il a occupé plusieurs postes de responsabilité. Il dirige actuellement la société EDMONIUM.
Lithium Batteries Laboratory Manager at CEANgô Christian :
Christian Ngô a publié plus d'une douzaine d'ouvrages, seul ou en collaboration avec un autre auteur, sur plusieurs sujets allant de la physique de base (physique statistique, mécanique quantique, physique nucléaire, physique des semi-conducteurs) à des domaines plus appliqués comme l'énergie, les nanotechnologies, les déchets et la pollution, le soleil, etc. Il a fait de la recherche fondamentale pendant une vingtaine d'années avant de s'orienter vers la recherche appliquée où il a occupé plusieurs postes de responsabilité. Il dirige actuellement la société EDMONIUM.
Content
- Couverture
- Table des matières
- Préface
- Chapitre 1. Introduction
- Thierry Priem
- Sébastien Martinet
- Frédéric Le Cras
- Didier Bloch
- 1 Bref historique des piles et accumulateurs
- 2 Généralités sur les accumulateurs Li-ion
- Bibliographie
- Chapitre 2. Matériaux d'électrode positive des accumulateurs « lithium-ion »
- David Peralta
- Fréderic Le Cras
- Jean-Baptiste Ducros
- Carole Bourbon
- Jean-François Colin
- Sébastien Patoux
- 1 Matériaux d'électrode positive de structure « spinelle »
- 1.1 Description de la structure cristallographique spinelle
- 1.2 LiMn2O4 (LMO), un matériau d'électrode « 4 volts » à « bas-cout » pour accumulateurs de puissance
- 1.3 Les spinelles de manganèse fonctionnant à haut potentiel - spinelles « 5 volts » « LNMO »
- 2 Matériaux d'électrode positive de structure lamellaire
- 2.1 Généralités sur les oxydes lamellaires
- 2.2 Le « LCO » : LiCoO2
- 2.3 Les NMC : LiNixMnyCozO2
- 2.4 Les « NCA » : LiNixCoyAlzO2
- 2.5 Les oxydes lamellaires surlithiés
- 3 Matériaux d'électrode positive de structure olivine
- 3.1 LiFePO4 : principaux avantages et inconvénients
- 3.2 État de l'art mondial
- Bibliographie
- Chapitre 3. Matériaux d'électrode négative
- C. Haon
- C. Barchasz
- Y. Reynier
- P. Azais
- 1 Matériaux actifs d'électrode négative : différentes solutions
- 1.1 Intercalation
- 1.2 Conversion
- 1.3 Formation d'alliages
- 2 Carbone
- 2.1 Historique
- 2.2 Intérêt
- 2.3 Relations entre caractéristiques structurales et performances
- 3 Le silicium
- 3.1 Mécanismes de (dé)lithiation
- 3.2 Mécanismes de dégradation
- 3.3 Voies d'amélioration des matériaux
- 4 Lithium métal
- Bibliographie
- Chapitre 4. Matériaux d'électrode organiques
- P. Poizot
- S. Sadki
- T. Gutel
- 1 Introduction
- 2 Les différentes familles de matériaux organiques
- 2.1 Systèmes p-étendus (polymères dits « conducteurs »)
- 2.2 Les radicaux stables
- 2.3 Organodisulfures & thioéthers
- 2.4 Fonctions carbonyles incorporées à un système p-conjugué
- 2.5 Amines aromatiques
- 3 Stratégies d'amélioration à l'échelle des matériaux
- 3.1 Greffage sur support inorganique ou organique
- 3.2 Structures organiques discrètes polyanioniques
- 4 Conclusion
- Bibliographie
- Chapitre 5. Électrolytes et séparateurs
- Jean-Frédéric Martin
- Djamel Mourzagh
- Thibaut Gutel
- Hélène Rouault
- 1 Électrolytes liquides
- 1.1 Sels de lithium et solvants organiques
- 1.2 Sels de lithium et liquides ioniques
- 2 Séparateurs
- 2.1 Les propriétés des séparateurs
- 2.2 Le marché des séparateurs
- 2.3 Cout et sécurité
- Bibliographie
- Chapitre 6. Accumulateurs Na-ion : doit-on/peut-on remplacer le lithium ?
- Loïc Simonin
- Virginie Simone
- Sébastien Martinet
- Laure Monconduit
- 1 Problème posé
- 1.1 Ressources en lithium et cout des batteries Li-ion
- 1.2 Vers une batterie « 100 % éléments abondants » ?
- 2 Descriptif de la technologie/points difficiles à surmonter
- 2.1 Bref historique
- 2.2 Principe de fonctionnement
- 3 État de l'art dans le monde
- 3.1 Matériaux d'électrodes négatives
- 3.2 Matériaux d'électrodes positives
- 3.3 Électrolytes et interfaces
- 4 Performances en système complet
- 5 Perspectives
- 5.1 Approche bas cout
- 5.2 Approche haute puissance
- Bibliographie
- Chapitre 7 . Accumulateurs métal-soufre
- C. Barchasz
- F. Le Cras
- F. Perdu
- R. Dedryvère
- 1 Descriptif des technologies métal-soufre
- 1.1 Avantages et positionnement des accumulateurs métal-soufre
- 1.2 Fonctionnement des accumulateurs métal-soufre
- 1.3 Accumulateurs (Li,Na)-ion soufre
- 2 État de l'art et performances
- 2.1 Cartographie des acteurs
- 2.2 Compréhension des mécanismes mis en jeu
- 2.3 Stratégies de développement
- 2.4 Batteries métal-soufre à électrolyte solide
- 2.5 Acteurs industriels
- 3 Perspectives et applications
- Bibliographie
- Chapitre 8. Accumulateurs « tout-solide »
- F. Le Cras
- V. Tarnopolskiy
- C. Barchasz
- R. Bouchet
- D. Devaux
- 1 Introduction et problématique générale
- 2 Familles des conducteurs ioniques solides
- 2.1 Électrolytes solides polymères
- 2.2 Électrolytes solides céramiques et verres
- 2.3 Électrolytes solides hybrides
- 3 Stabilité électrochimique des électrolytes solides
- 4 Systèmes complets
- 5 Acteurs académiques et industriels
- 5.1 Positionnement de la recherche française
- Bibliographie
- Chapitre 9. Supercondensateurs : du matériau au composant
- P. Azais
- 1 Introduction
- 2 Principe de fonctionnement
- 2.1 Calcul de la capacité
- 2.2 Calcul de la résistance
- 3 Le cour de la technologie carbone/carbone
- 3.1 Design d'électrode et ses constituants
- 3.2 Électrolyte
- 3.3 Séparateurs
- 4 Systèmes hybrides
- 4.1 Technologie carbone active/MnO2
- 4.2 Technologie oxyde de plomb/carbone activé
- 4.3 Technologie hydroxyde de nickel NiOOH/carbone activé
- 4.4 Technologie graphite/carbone activé issue du Li-ion
- Bibliographie
- Chapitre 10. Supercondensateurs : du composant au module
- P. Azais
- 1 Design des composants
- 1.1 Composants de faible capacité
- 1.2 Composants de forte capacité
- 2 Design des modules et systèmes
- 2.1 Modules à base de cellules de type rigide
- 2.2 Modules de forte capacité à base de cellules souples
- 2.3 Modules de forte capacité fonctionnant en milieu aqueux
- 3 Conclusions et perspectives
- Bibliographie
- Chapitre 11. Caractérisation des performances électriques des accumulateurs Li-ion
- A. Delaille
- N. Guillet
- R. Tessard
- B. Pilipili Matadi
- 1 Caractérisation des performances électriques de cellules individuelles
- 1.1 Tests à réception
- 1.2 Tests de performances en début de vie
- 1.3 Tests de performances en vieillissement
- 2 Mesures de résistances de cellules individuelles
- 2.1 Introduction
- 2.2 Comment définir une résistance interne ?
- 2.3 Différentes méthodes de mesure de résistance interne
- 2.4 Conclusion
- Bibliographie
- Chapitre 12. Caractérisation microstructurale et physico-chimique des matériaux de batterie
- S. Genies
- A. Boulineau
- A. Benayad
- C. Chabrol
- J.F. Martin
- D. Brun-Buisson
- X. Fleury
- L. Daniel
- J.F. Colin
- M. Bardet
- S. Lyonnard
- S. Tardif
- F. Lefebvre-Joud
- 1 Introduction : la caractérisation pour comprendre la réponse électrochimique d'une batterie
- 2 Analyse des mécanismes associés à une perte de lithium échangeable
- 2.1 Formation de la SEI et précipitation de Li métal sur une électrode négative
- 2.2 Perte de la teneur en Li d'une électrode positive
- 3 Analyse des transformations de phase qui limitent la mobilité du lithium
- 3.1 Modification microstructurale d'une électrode positive
- 4 Blocage mécanique, obstruction, décohésion et perte du contact électrique
- 4.1 Perte de capacité d'électrodes graphite en cyclage à basse température
- 4.2 Dépôts exogènes
- 5 Dégradation de l'électrolyte
- Bibliographie
- Chapitre 13. Procédés de fabrication des électrodes et des cellules
- G. Claude
- N. Mariage
- W. Porcher
- Y. Reynier
- D. Sotta
- F. Rouillon
- 1 Principes généraux
- 2 Formats d'accumulateurs
- 3 Méthodes de fabrication des électrodes
- 3.1 Formulation d'une électrode
- 3.2 Réalisation d'une encre
- 3.3 Électrodes
- 3.4 Calandrage
- 4 Méthodes de fabrication des cellules
- 4.1 Étape de refente
- 4.2 L'assemblage
- 4.3 Le remplissage
- 4.4 La formation
- 5 Composition des cellules et éléments de cout
- 6 Procédés en développement/perspectives
- 7 Conclusion
- Bibliographie
- Chapitre 14. Système batterie et gestion associée - BMS
- L. Garnier
- J. Dauchy
- D. Chatroux
- D. Gevet
- G. Despesse
- 1 Architecture d'un système batterie
- 2 Système batterie dans son environnement
- 2.1 Pôle « moins » du pack relié à la masse mécanique
- 2.2 Pack batterie isolé de la masse mécanique
- 2.3 Impact de l'isolation ou non du pack batterie sur le choix des chargeurs
- 3 Éléments de puissance associés au pack batterie
- 3.1 Conducteurs/fils
- 3.2 Fusibles
- 3.3 Contacteurs
- 3.4 Précharge
- 3.5 Connecteurs
- 3.6 Sectionneur
- 4 Un BMS aux multiples fonctions
- 4.1 Différentes architectures électroniques de BMS
- 4.2 Gestion de la sécurité du pack batterie
- 4.3 Gestion des états du pack batterie
- 4.4 Équilibrage du pack batterie
- 4.5 Gestion thermique du pack batterie
- 5 Conception et fabrication des packs batteries
- 5.1 Conception mécanique
- 5.2 Assemblage des modules
- 5.3 Assemblage final du pack
- 6 Exemples d'innovation sur des systèmes batteries
- 6.1 Exemple 1 : la batterie commutée
- 6.2 Exemple 2 : architecture système permettant la suppression de la batterie auxiliaire
- Bibliographie
- Chapitre 15. Définition des algorithmes d'état d'un système batterie et méthodes de calcul associées
- V. Heiries
- P.-H. Michel
- A. Delaille
- F. Karoui
- 1 Définitions des indicateurs d'état des batteries
- 1.1 L'état de charge
- 1.2 L'état d'énergie
- 1.3 L'état de santé
- 1.4 L'état de fonction
- 1.5 L'état de sécurité
- 2 Méthodes de diagnostic des batteries
- 2.1 Estimation du SOC
- 2.2 Exploitation du filtre de Kalman pour l'estimation du SOC
- 2.3 Estimation de la capacité
- 2.4 Méthode de diagnostic alternative
- Bibliographie
- Chapitre 16. Normes et sécurité
- P. Azaïs
- P. Kuntz
- Introduction
- 1 Phénomènes mis en jeu en conditions abusives
- 1.1 Phénomènes mis en jeu à l'échelle de l'accumulateur
- 1.2 Phénomènes mis en jeu à l'échelle du module et du pack
- 2 La règlementation
- 3 Les normes
- 4 Essais et analyses complémentaires
- 5 Solutions pour améliorer la sécurité aux différentes échelles
- 5.1 Amélioration des composants au sein de l'accumulateur
- 5.2 Dispositifs de sécurité au niveau de l'accumulateur
- 5.3 Dispositifs de sécurité au niveau du module et du système batterie
- 6 Conclusions et perspectives
- Bibliographie
- Chapitre 17. Recyclage des batteries Li-ion
- E. Billy
- M. Chapuis
- D. Meyer
- 1 Les éléments de contexte
- 2 Tête de procédé
- 3 Cour de procédé (séparation - valorisation)
- 3.1 Pyrométallurgie
- 3.2 Hydrométallurgie
- 4 Conclusion
- Bibliographie
- Chapitre 18. Impacts environnementaux et analyse du cycle de vie (ACV) des batteries Li-ion
- Élise Monnier
- Fabien Perdu
- 1 Pourquoi s'intéresser aux impacts environnementaux des batteries ?
- 2 Comment quantifie-t-on les impacts environnementaux des accumulateurs ?
- 3 Quels sont les principaux impacts des batteries lithium-ion ?
- 3.1 .sur le changement climatique
- 3.2 .sur la consommation d'énergie
- 3.3 .sur la consommation de ressources abiotiques
- 3.4 . sur les impacts d'acidification, d'eutrophisation et de toxicité
- 4 Quelles sont les sources de ces impacts ?
- 5 Recommandations d'écoconception
- Bibliographie
- Chapitre 19. Applications et marchés - cout d'usage
- L. Garnier
- D. Chatroux
- F. Perdu
- B. Béranger
- F. Le Cras
- S. Martinet
- D. Bloch
- 1 Éléments généraux d'analyse de marché - Focus sur le marché des véhicules électrifiés
- 2 Problématique du cout d'usage
- Référence
- Conclusion
- Sébastien Martinet
- Thierry Priem
- Frédéric le Cras
- Didier Bloch
- Glossaire
- Les coordinateurs
- Les contributeurs
