Étude de l'impact des conditions de charge sur l'emballement thermique des batteries Li-ion

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un organisme public de recherche, d’innovation et de formation dont la mission est de développer des technologies performantes, économiques, propres et durables dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement.

IFPEN met à disposition de ses chercheurs un environnement de recherche stimulant, avec des équipements de laboratoire et des moyens de calcul très performants.

Dans le cadre de la mission d’intérêt général confiée par les pouvoirs publics, IFPEN concentre ses efforts sur :

l’apport de solutions aux défis sociétaux de l’énergie et du climat, en favorisant la transition vers une mobilité durable et l’émergence d’un mix énergétique plus diversifié ;
la création de richesse et d’emplois, en soutenant l’activité économique française et européenne et la compétitivité des filières industrielles associées.

Étude de l’impact des conditions de charge sur l’emballement thermique des batteries Li-ion

Les batteries Li-ion jouent un rôle central dans le développement de l’électromobilité et de la transition énergétique.

Cependant, elles sont confrontées à des conditions opératoires variées, notamment dans des secteurs comme l’automobile qui favorisent des protocoles de charge rapide. Ces derniers accélèrent les mécanismes de dégradation des batteries, réduisant leurs performances et affectant leur stabilité thermique. En conséquence, ces protocoles augmentent le risque d’incendies ou d’explosions soudaines, soulignant l’importance cruciale d’évaluer les effets des différentes conditions de charge sur l’emballement thermique des batteries Li-ion.

Dans ce contexte, IFPEN met à disposition des outils expérimentaux permettant de réaliser des campagnes de vieillissement accéléré des batteries et de qualifier l’emballement thermique des cellules Li-ion. En couplant ces outils, il sera possible d’établir un lien entre les profils d’utilisation des batteries Li-ion et leur stabilité thermique après vieillissement. Cette démarche répond à un besoin crucial d’information sur l’évolution de la dangerosité des batteries au cours de leur vie utile. Le stage s’inscrit dans les efforts d’IFPEN sur la compréhension et la maitrise des dangers des batteries Li-ion, notamment en collaboration avec la thèse de J. Cruz Rodriguez sur la sécurité des batteries sous charge rapide et charge à froid.

L’objectif du stage est de mettre en oeuvre une campagne de vieillissement accéléré, de suivre l’état de vieillissement des batteries avec des tests électriques et d’évaluer leur état en fin de vieillissement grâce aux analyses de type physicochimique (MEB, RMN-solide, LIBS, cryo-porosimétrie). Les paramètres choisis pour cette campagne permettront d’explorer diverses conditions d’utilisation pour évaluer les risques des différents protocoles de charge. Le/la stagiaire pourra suivre les tests ciblant à évaluer la stabilité thermique des batteries vieillies (calorimètre ARC, DSC).

Le/la stagiaire participera activement à la mise en place des protocoles pour une campagne de vieillissement et contribuera à la création d’une base de données reliant les conditions de vieillissement et la stabilité thermique des batteries Li-ion commerciales de dernière génération.

Le stage se divisera en 4 parties :

Revue bibliographique : Se familiariser avec les protocoles de vieillissement des batteries Li-ion et les méthodes d’évaluation de leur état (capacité, résistances, impédance électrochimique, DVA, ICA).
Tests préliminaires : Prise en main des outils expérimentaux.
Campagne de vieillissement : Lancer et suivre une campagne ciblée pour étudier les effets du vieillissement.
Suivi des indicateurs électriques et électrochimiques permettant d’évaluer l’état de santé des batteries.
Analyses post-vieillissement : Réalisation et interprétation des résultats d’analyse sur l’impact des conditions de vieillissement sur les batteries. Le suivi de campagnes d’abus thermiques pourra être réalisé en fonction des avancées de la campagne de vieillissement.

Le/la stagiaire travaillera principalement au sein du laboratoire d’électrochimie (R173), tout en collaborant ponctuellement avec les équipes d’analyse (R05). Ce stage permettra une immersion approfondie dans un environnement de recherche appliquée, combinant expertise technique et collaboration interdisciplinaire.

Profil recherché :

Master 2 (Bac+5) ou dernière année d’école d’ingénieur motivé pour mener des travaux de recherche et développement.

Connaissances en électrochimie / électricité. Notions du fonctionnement des batteries Li-ion et/ou en thermodynamique.
Aptitude pour le travail en équipe et pour la restitution de résultats.
La maîtrise du langage de programmation Python serait appréciée.

Mots-clefs : Batteries Li-ion, sécurité batteries, stabilité thermique, expérimentation.
Durée et période du stage : 6 mois entre février et septembre 2026.
Lieu du stage : Rond-point de l’échangeur de Solaize, 69360 Solaize.
Rémunération : ≈ 1100 € brut par mois.

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Study of the Impact of Charging Conditions on the Thermal Runaway of Li-ion Batteries

Li-ion batteries play a central role in the development of electromobility and the energy transition. However, they are exposed to a wide range of operating conditions, particularly in sectors such as the automotive industry, which promotes fast-charging protocols. These protocols accelerate battery degradation mechanisms, reducing performance and affecting thermal stability. As a result, they increase the risk of fires or sudden explosions, highlighting the crucial importance of assessing the effects of different charging conditions on the thermal runaway of Li-ion batteries.

In this context, IFPEN provides experimental tools that allow accelerated aging campaigns on batteries and tools for the qualification of thermal runaway behavior in Li-ion cells. By combining these tools, it is possible to establish a link between Li-ion battery usage profiles and their thermal stability after aging. This approach addresses a critical need for understanding how battery hazards evolve over their service life. This internship is part of IFPEN ‘s ongoing efforts to understand and manage the risk associated with Li-ion batteries, particularly in collaboration with the PhD work of J. Cruz Rodriguez on battery safety under fast and cold charging conditions.

The main objective of the internship is to carry out and accelerated aging campaign, monitor the aging state of the batteries through electrical tests, and asses their final condition after ageing using physicochemical analyses (SEM, solid-state NMR, LIBS, cryo-porosimetry). The chosen parameters for this campaign will explore various usage conditions to evaluate the risks linked to different charging protocols. The intern can also participate in tests aimed at evaluating the thermal stability of aged batteries (ARC and DSC).

The intern will contribute to the creation of a database linking aging conditions and thermal stability of next-generation commercial Li-ion batteries.

The internship will be divided into four main parts:

Literature review: Becoming familiar with Li-ion battery aging protocols and state-of-health evaluation methods (capacity, resistances, electrochemical impedance, DVA, ICA).
Preliminary tests: Learning the operation of the experimental tools.
Ageing campaigns: Starting and monitoring the campaigns to study the effects of aging, tracking electrical and electrochemical indicators to evaluate battery health.
Post-ageing analyses: Performing and interpreting analysis results to assess the impact on aging conditions on batteries. Thermal abuse testing may also be adressed depending on the progress of the ageing campaign.

The intern will work primarily within the Electrochemistry Laboratory (R173) while occasionally collaborating with the Analysis teams (R05). This internship offers an in-depth immersion in an applied research environment, combining technical expertise and interdisciplinary collaboration.

Desired profile:

Master’s student (second year) or final-year engineering student, motivated to carry out research and development work.

Knowledge in electrochemistry and/or electricity. Understanding of Li-ion battery operation and/or thermodynamics.
Teamwork spirit and ability to effectively present results.
Proficiency in Python programming would be appreciated.

Keywords: Li-ion batteries, battery safety, ageing, thermal stability, experimentation.
Duration and period of the internship: 6 months between February and September 2026.
Place: Rond-point de l’échangeur de Solaize, 69360 Solaize, France.
Gratification: ≈ 1100 € brut par mois.