Dans une batterie Li-ion (Lithium-ion), lors des phases de charge – décharge, les inclusions de Silicium sont soumises à des variations de volume dues à l’insertion des ions Lithium. Ces variations de volume induisent de fortes variations dimensionnelles des particules qui sont alors le siège de sollicitations mécaniques sévères.
Ce problème est relativement similaire à celui rencontré pendant l’irradiation du combustible nucléaire, en particulier le combustible hétérogène MOX (U,Pu) O2. Celui-ci peut subir des gonflements différentiels qui génèrent des contraintes mécaniques pouvant conduire à l’apparition de déformations irréversibles.
Depuis plusieurs années, le Département d’études des combustibles développe des outils numériques pour simuler le comportement mécanique de matériaux à phases inclusionnaires.
Appliqués aux matériaux des électrodes des batteries, ces outils ont permis d’avancer rapidement sur la description du comportement mécanique d’une particule de silicium en lithiation.
Un modèle semi-analytique élasto-viscoplastique a été développé et permet de reproduire les observations expérimentales.
L’enjeu de ces études par simulation multiéchelle est d’augmenter la capacité des anodes de batteries à absorber le lithium.