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Recyclage des matériaux d'électrodes de batteries lithium-ion H/F

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Informations générales

Référence : UMR8234-DAMDAM-004
Lieu de travail : PARIS 05
Date de publication : vendredi 3 mai 2019
Nom du responsable scientifique : Damien Dambournet
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2019
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La transition énergétique s'accompagnera d'un boom dans l'utilisation des ressources minières, car la demande pour certains métaux pourrait être multipliée par 10 d'ici à 2050.1 Or le fonctionnement des batteries lithium-ion repose sur l'utilisation de matériaux cathodiques constitués d'oxyde de métaux de transition (LCO : LiCoO2, NCA : LiNi0.8Co0.15Al0.05O2, NMC : LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2, LMO : LiMn2O4) et de phosphate de fer lithiés (LFP : LiFePO4) contenant des éléments (lithium, cobalt, nickel) dont les ressources sont limitées et dont l'approvisionnement pourrait devenir critique au vu de la demande croissante de ce type de dispositifs.2
Afin de palier cette criticité et les coûts énergétiques associés à l'extraction de ces éléments, il existe actuellement deux voies de recyclage des matériaux cathodiques que sont la pyrométallurgie et l'hydrométallurgie.3 Chacune de ces voies présentent des avantages et des inconvénients (voir tableau 3, référence 4). La pyrométallurgie est un procédé haute température, très énergivore qui, pour l'instant, ne permet pas de récupérer le lithium et l'aluminium utilisé comme collecteur de courant. De plus, le traitement des gaz toxiques issus du procédé induit des coûts importants. L'hydrométallurgie est un procédé opérant à basse température qui permet une récupération sélective des éléments par le biais d'une étape de dissolution des matériaux d'électrodes dans des milieux acides ou basiques suivie d'une co-précipitation. L'un des inconvénients majeurs de ce type de procédé est la quantité importante d'effluents qui doivent être retraités.
L'objectif principal de ce projet est de proposer des solutions alternatives aux procédés existants. L'une des difficultés associées à la récupération des éléments constitutifs des matériaux cathodiques est la faible solubilité de ces derniers. La sélection du milieu est ainsi critique pour favoriser la dissolution des matériaux d'électrodes. Différentes approches seront envisagées telles que l'utilisation de liquides ioniques (basse et haute températures). Ces étapes de dissolution seront couplées à des méthodes d'électrodéposition ou de précipitation sélective pour la récupération des éléments d'intérêts. Le sujet de recherche implique une approche pluridisciplinaire couvrant la physico-chimie du solide, la chimie des solutions et l'électrochimie.

Profil recherché : Le-la candidat-e devra être titulaire d'un master Sciences Chimie ou Physique ou d'un autre diplôme conférant le grade de master ou avoir effectué des études d'un niveau équivalent dans les mêmes disciplines. Le-la candidat-e devra posséder de solides compétences en physico-chimie et en électrochimie.

Références
(1) Climate change and sustainability as drivers for the next mining and metals boom: The need for climate-smart mining and recycling - ScienceDirect https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301420717304725 (accessed Jan 24, 2019).
(2) Pillot, C. Lithium Ion Battery Raw Material Supply & Demand 2016-2025. 2017, 43.
(3) Chagnes, A.; Pospiech, B. A Brief Review on Hydrometallurgical Technologies for Recycling Spent Lithium-Ion Batteries. J. Chem. Technol. Biotechnol. 2013, 88 (7), 1191–1199. https://doi.org/10.1002/jctb.4053.
(4) Gaines, L.; Richa, K.; Spangenberger, J. Key Issues for Li-Ion Battery Recycling. MRS Energy & Sustainability 2018, 5. https://doi.org/10.1557/mre.2018.13.

Contexte de travail

Les travaux de recherche s'inscriront dans le cadre du projet RELIABLE (Recyclage des batteries Li/Li ion : un nouveau concept basé sur la solubilité et la valorisation (électro)chimique des matériaux en milieu sels fondus), financé par l'ANR et coordonné par Anne-Laure Rollet (laboratoire PHENIX) impliquant le laboratoire PHENIX et l'IRCP ParisTech-CNRS. Le(a) doctorat(e) travaillera au sein de l'UMR PHENIX (Physicochimie des Electrolytes et Nanosystèmes interfaciaux, http://www.phenix.cnrs.fr/), dans l'équipe « Electrochimie et Liquides Ioniques » (ELI).

Contraintes et risques

Non applicable

Informations complémentaires

NA

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