Stage Modélisation Multi-Échelle du Comportement Mécanique des Cellules Li-Ion H/F PSA Retail France SAS

Le Groupe Stellantis, l'un des leaders mondiaux de l'industrie automobile, intensifie ses efforts en matière d'innovation et de développement de batteries, en collaboration avec ses partenaires, afin de répondre aux exigences strictes en matière d'émissions de CO pour les futurs véhicules électriques (EV). Les principales avancées technologiques du groupe se concentrent sur des batteries disruptives, sûres, à haute densité énergétique et à charge rapide.
La durée de vie des batteries constitue un enjeu majeur, compte tenu de leur coût élevé par rapport au prix global du véhicule. La réponse mécanique des cellules lors des cycles de charge/décharge influence fortement leur durée de vie, la fatigue pouvant entraîner une perte de capacité et une défaillance prématurée.
À ce jour, les effets du stress mécanique et des déformations sur les performances des cellules restent peu compris, en raison du manque de données couplées électrochimiques, thermiques et mécaniques.
Les études préliminaires montrent que les matériaux d'électrode subissent des contraintes cycliques importantes lors de la charge/décharge, générant des sollicitations multiphysiques complexes : transport d'ions, réactions électrochimiques, génération de chaleur et déformations mécaniques. Lors de la lithiation/délithiation, les matériaux actifs sont soumis à des contraintes internes provoquant gonflement, fissuration et perte de contact, accélérant le vieillissement et la perte de performance. Certains composants, comme les liants, présentent un comportement viscoplastique qui influence la réponse mécanique globale de la cellule. De plus, les matériaux actifs subissent des transitions de phase au cours de la lithiation/délithiation, modifiant leurs propriétés mécaniques (module d'élasticité, limite d'élasticité, etc.) et générant des hétérogénéités locales propices à l'endommagement.
Objectifs du stage :
Ce stage vise à développer une approche d'homogénéisation multi-échelle intégrant :
- Les comportements viscoplastiques des matériaux,
- Les mécanismes d'endommagement progressif,
- Les effets des transitions de phase sur les propriétés mécaniques.
Missions
1. Revue bibliographique sur :
- Les modèles viscoplastiques et d'endommagement des matériaux d'électrode,
- Les effets mécaniques des transitions de phase induites par la lithiation,
- Les méthodes d'homogénéisation thermo-chemo-mécanique.
2. Modélisation numérique :
- Développement d'un modèle de comportement couplé intégrant :
- La viscoplasticité dépendante de la température et de la chimie locale,
- L'endommagement progressif (lois de rupture, perte de rigidité, etc.),
- Les variations des propriétés mécaniques induites par les changements de phase.
- Implémentation du modèle sous COMSOL Multiphysics.