Comment anticiper le gonflement des batteries lithium-ion et mieux comprendre leur vieillissement ? À travers le projet VITESS, le CRITT M2A développe des méthodes expérimentales et des modèles mécaniques innovants. L’objectif est ainsi d’améliorer la fiabilité des batteries, d’optimiser les essais et d’accélérer le développement de nouveaux systèmes de stockage d’énergie.

Comprendre le gonflement des batteries lithium-ion : un enjeu majeur

Lors des cycles de charge et de décharge, les cellules lithium-ion subissent des variations de volume. En effet, ce phénomène, parfois appelé « respiration » des batteries, se traduit par une dilatation et une contraction des cellules.

Cependant, si ces variations sont en partie réversibles, le vieillissement peut entraîner un gonflement irréversible. Celui-ci peut notamment affecter les performances électrochimiques, le comportement thermique et la durée de vie des batteries.

Ainsi, la compréhension et la prédiction de ce phénomène constituent des enjeux importants pour développer des batteries plus fiables et performantes.

C’est dans ce contexte que s’inscrit le projet VITESS, qui vise à développer un modèle mécanique capable de reproduire le comportement des cellules et d’anticiper leur gonflement au cours du vieillissement.

Trois bancs d’essai développés par le CRITT M2A pour caractériser le gonflement des batteries

Dans le cadre du projet VITESS, les équipes du CRITT M2A ont conçu et fabriqué trois bancs d’essai spécifiques. Ces installations permettent ainsi d’étudier le comportement mécanique des cellules lithium-ion dans différentes conditions.

1. Vieillissement calendaire sous contrainte

Tout d’abord, ce premier dispositif permet d’étudier le vieillissement des cellules au repos, sous une pression initiale définie. Il contribue ainsi à caractériser l’évolution mécanique des batteries indépendamment des cycles de charge et de décharge.

2. Cyclage sous contrainte mécanique

Ensuite, dans cette configuration, la cellule est maintenue entre deux plaques parallèles. Le gonflement généré lors des cycles se traduit alors par une augmentation de la force, mesurée à l’aide d’un capteur de force.

3. Cyclage à charge constante

Enfin, ce troisième banc est équipé d’un système à ressort, de capteurs de déplacement et d’un capteur de force. Il permet ainsi de suivre l’évolution de l’épaisseur de la cellule au fil des cycles.

Grâce à ces trois installations, le CRITT M2A collecte des données expérimentales essentielles pour analyser le gonflement des batteries lithium-ion. Ces mesures permettent également de mieux comprendre les mécanismes associés à leur vieillissement.

Associer essais expérimentaux et modélisation mécanique des batteries

L’une des ambitions majeures du projet VITESS est de combiner les mesures réalisées sur les bancs d’essai avec des outils de simulation numérique.

Pour cela, les données expérimentales permettront de calibrer un modèle mécanique basé sur les lois physiques. Ce modèle pourra ainsi reproduire le comportement des cellules lithium-ion et étudier les interactions entre gonflement, vieillissement, température et performances électrochimiques.

Cette approche associant essais physiques et modélisation virtuelle poursuit trois objectifs :

  • Développer une plateforme virtuelle dédiée aux essais de batteries.
  • Réduire les coûts associés aux campagnes de tests expérimentaux.
  • Accélérer le développement et la mise sur le marché de nouveaux systèmes de batteries.

Ainsi, le CRITT M2A contribue au développement de méthodes de caractérisation plus efficaces. Cette démarche répond notamment aux besoins des industriels de la mobilité électrique et du stockage d’énergie.

Une collaboration scientifique avec l’Université de Technologie de Compiègne

Par ailleurs, le projet VITESS s’appuie sur une collaboration avec l’Université de Technologie de Compiègne (UTC), dans le cadre d’une thèse CIFRE de trois ans.

Dans cette perspective, le CRITT M2A a récemment accueilli Mostafa Hassan, doctorant au sein de son équipe Recherche & Développement.

Ses travaux portent notamment sur la modélisation mécanique du gonflement des cellules lithium-ion. Ils visent ainsi à approfondir la compréhension de leur comportement et à contribuer à la conception de systèmes de stockage d’énergie plus fiables et efficaces.

Cette collaboration illustre également la volonté du CRITT M2A de renforcer les liens entre recherche académique et applications industrielles.

Une expertise en essais de gonflement des batteries accessible aux industriels

Au-delà des travaux de recherche, les compétences et les moyens d’essai développés dans le cadre du projet VITESS sont d’ores et déjà mobilisables pour répondre aux besoins des industriels.

En effet, le CRITT M2A accompagne les fabricants et développeurs de batteries dans la caractérisation du gonflement des cellules lithium-ion. Ces essais peuvent notamment être réalisés lors du vieillissement calendaire, sous contrainte mécanique ou à charge constante.

De plus, grâce à ses installations expérimentales et à son expertise en modélisation, le CRITT M2A propose des solutions adaptées aux enjeux de développement, de validation et de fiabilité des technologies de batteries.

Découvrez notre expertise en Recherche & Développement et les solutions développées par nos équipes pour accompagner vos projets d’innovation.

Le projet VITESS au service de l’innovation dans la Battery Valley

Enfin, cofinancé par l’Union européenne dans le cadre du Fonds pour une transition juste (FTJ), le projet VITESS s’inscrit dans la dynamique d’innovation et d’électrification du territoire de la Battery Valley.

En associant expérimentation, simulation numérique et recherche scientifique, le CRITT M2A poursuit ainsi son engagement en faveur du développement de technologies de batteries plus performantes, fiables et durables.

Vous souhaitez caractériser le gonflement de vos cellules lithium-ion ou développer de nouvelles méthodes d’essai ? Contactez les équipes du CRITT M2A pour échanger sur vos besoins.