Recyclage stratégique des batteries lithium-ion : évaluer le rôle des impuretés dans la resynthèse de cathodes

Description :
Doctorante : Valérie Charbonneau

Directeur de recherche : Jocelyn Veilleux
Président de jury : Martin Désilets

Résumé : 

Le recyclage des batteries aux ions lithium est essentiel pour sécuriser l’approvisionnement en minéraux critiques et réduire l’empreinte environnementale de l’électromobilité. Parmi les voies émergentes, la resynthèse directe de matériaux de cathode à partir de solutions issues de la lixiviation permet d’éviter des étapes coûteuses de purification. Toutefois, la présence d’impuretés telles que l’aluminium, le cuivre et le fer peut compromettre la qualité des matériaux obtenus. Cette thèse vise à déterminer leur influence sur la préparation et les performances d’oxydes lamellaires riches en nickel, en identifiant des seuils critiques et des conditions où certaines combinaisons d’impuretés deviennent bénéfiques. La coprécipitation de carbonates a été privilégiée pour la stabilité accrue des précurseurs formés, et un modèle d’équilibre chimique a permis de déterminer les domaines de stabilité des carbonates et des hydroxydes métalliques. De plus, une méthode analytique originale fondée sur la thermogravimétrie couplée à la spectrométrie de masse a permis de quantifier la fraction d’hydroxydes coprécipitant avec les carbonates. Enfin, une étude expérimentale a relié composition, structure et performances électrochimiques pour différents scénarios d’ajout d’impuretés, montrant que certaines combinaisons comme l'aluminium-fer stabilisent la structure et améliorent la rétention de capacité, alors que d’autres dégradent la cyclabilité. L’ensemble démontre qu’une gestion contrôlée des impuretés peut maintenir des performances comparables aux matériaux de référence tout en simplifiant les procédés et en réduisant la consommation de réactifs et d’énergie.