Thèse Prétraitement Thermique des Matériaux de Cathode Usagés en Vue d'Une Meilleure Récupération du Lithium et du Cobalt Grâce à une Lixiviation Hydrométallurgique Optimisée H/F Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : IMT Mines Albi École doctorale : MEGEP - Mécanique, Energétique, Génie civil, Procédés Laboratoire de recherche : RAPSODEE - Centre de Recherche d'Albi en Génie des Procédés, des Solides Divisés, de l'Energie et de l'Environnement Direction de la thèse : Christophe COQUELET ORCID 000000016382673X Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-11-28T23:59:59 La croissance exponentielle des véhicules électriques et des appareils électroniques portables a entraîné une accumulation sans précédent de batteries lithium-ion (LIB) usagées, ce qui pose des défis majeurs en matière d'environnement et de ressources. Le recyclage pyrométallurgique classique entraîne une perte importante de lithium et une forte consommation d'énergie, tandis que les méthodes hydrométallurgiques génèrent d'importants volumes de déchets secondaires
et nécessitent l'utilisation de réactifs chimiques agressifs. Ce projet propose une nouvelle étape intermédiaire de prétraitement thermique pour les matériaux cathodiques NCM523 (LiNi,Co,Mn,O) usagés afin de modifier sélectivement leur structure cristalline, d'améliorer la cinétique de lixiviation ultérieure et de augmenter considérablement la récupération du lithium et du cobalt. À l'aide d'un traitement thermique contrôlé sous différentes atmosphères (air, N, O), nous étudierons systématiquement la transformation de phase (en couches spinelle sel gemme), la formation de lacunes d'oxygène et le désordre cationique, et nous établirons une corrélation entre ces changements et l'efficacité de la lixiviation dans des acides organiques/inorganiques dilués.
Le procédé intégré optimisé vise à atteindre un taux de récupération supérieur à 90 % tant pour le Li que pour le Co, avec une consommation d'acide réduite et un volume de déchets minimal. Le projet apportera des éclaircissements mécanistiques grâce à une caractérisation avancée (DRX in situ, XPS, MET, ICP-OES) et à une modélisation cinétique. La réussite de ce projet contribuera à une économie circulaire à faible empreinte carbone pour les matériaux des batteries lithium-ion, conformément au Pacte vert pour l'Europe et au Plan d'action pour l'économie circulaire. Utilisation des métaux critiques (Li, Ni, Co) du fait de l'explosion de la demande pour l'usage des véhicules électriques et le besoin de batteries (type NCM523). Utilisation d'un procédé hydrométallurgique pour lixivier la black mass et récupération des différents métaux à l'aide de solvant type acide organique/inorganique. Utilisation d'un réacteur résistant à la corrosion, mesures sous atmosphère contrôlée, échantillonnage et analyses.
Modélisation cinétique et thermodynamique (spéciation, coefficient d'activité)