Valorisation de la fraction fine issue de la production de graphite naturel de grade batterie

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Le graphite (naturel ou synthétique) est actuellement utilisé comme matériau d'anode dans la très grande majorité des batteries Li-ion commerciales. Lors de la production du graphite naturel (GN) de grade batterie, l'étape de sphéronisation réalisée par abrasion des paillettes de GN entraîne des pertes importantes de matériau (plus de 50%). Ce rebut est constitué de particules de GN dont la granulométrie est trop fine pour la production de GN de grade batterie. La valorisation de cette fraction fine représente un enjeu majeur pour tout producteur de GN de grade batterie tel que NMG, partenaire industriel de ce projet. L'objectif premier de ce projet est donc de concevoir un procédé de réagglomération de la fraction fine de GN afin d'obtenir des particules qui pourront être réintégrées dans le circuit de production du GN de grade batterie, assurant ainsi un gain de productivité et le recyclage des rebuts. Le second objectif de ce projet est de développer des matériaux composites élaborés à partir de la fraction fine de GN et de particules de Si produites par broyage mécanique afin d'obtenir des anodes de haute capacité de stockage pour la prochaine génération de batteries Li-ion à haute densité d'énergie. Il s'agit d'un défi car la forte expansion volumique du Si lors de sa lithiation conduit à la désintégration de l'électrode et de fait à une faible tenue au cyclage. Pour atteindre ces deux objectifs, un procédé de réagglomération par séchage par atomisation (spray-drying) permettant d'obtenir des particules de taille et morphologie contrôlées sera évalué. Une part importante de ce projet visera aussi à développer des formulations d'électrodes composites GN-Si assurant leur bonne stabilité en cyclage malgré l'expansion volumique importante du Si. Pour ce faire, nous mettrons à profit les avancées obtenues au cours des dernières années à l'INRS-EMT dans le domaine des anodes de Si. Enfin, des essais de prototypage de batteries Li-ion à anode GN-Si seront réalisés afin de valider nos formulations d'anodes en vue de leur future industrialisation et de quantifier précisément les gains atteignables en termes de densités d'énergie massique et volumique par rapport à une batterie Li-ion conventionnelle à anode de graphite.