Évaluation de la régénération de LiFePO4 par lithiation directe

Cette thèse porte sur le développement de plusieurs procédés innovants, originaux et respectueux de l'environnement pour le recyclage direct des matériaux de cathode issus de batteries usagées, plus spécifiquement des cathodes LFP. Étant donné que la cause principale de la fin de vie de ces batteries est le manque de lithium dans ces cathodes, notre approche repose sur leur lithiation chimique directe.L'étude a débuté par une caractérisation physicochimique fine des cathodes LFP usagées afin d’identifier les causes de leur fin de vie et développer des procédés de régénération, lithiation, adaptés.Dans le cadre de l'exploration de nouvelles méthodes de régénération, trois procédés ont été développés : i) la lithiation directe des cathodes LFP usagées dans un solvant organique en utilisant LiI. Cette méthode, basée sur des travaux antérieurs réalisés dans l’acétonitrile, a été étendue avec succès à d’autres solvants organiques, dont l’éthanol est révélé comme le plus prometteur en termes de performances électrochimiques, coût et respect de l'environnement. ii) Un procédé de lithiation rapide et complète sans solvant a été développé, basé simplement sur la mise en contact en quelques minutes de la poudre de la cathode usagée avec LiI à température ambiante sous air. Cette méthode a également été appliquée avec succès pour la lithiation d'autres matériaux de cathode, (LFMP, NMC, LMO et LCO) et étendue à la synthèse de matériaux sodium-ion tels que les olivines NaMn1-xFexPO4 (x = 0,34, 1). iii) Enfin, une méthode de lithiation très simple en une seule étape et écologique a été développée, utilisant une solution aqueuse d'acide ascorbique et LiOH comme bain de régénération. Réalisée en conditions ambiantes en quelques minutes, cette méthode est très avantageuse grâce à sa cinétique rapide, la non-nécessité de chauffage et la disponibilité des réactifs, la rendant économiquement viable et respectueuse de l'environnement. Il a été possible de fermer la boucle en l'appliquant à l’échelle intermédiaire grâce à la fabrication de cellules LFP/graphite 18650 composées de LFP recyclé, qui présentent d'excellentes propriétés électrochimiques comparables à celles des cellules neuves.Cette recherche contribue amplement au développement de solutions évolutives pour une mise en œuvre industrielle, promouvant une économie circulaire grâce à la régénération des matériaux de cathode.