Batteries

Du matériau au véhicule, comprendre, concevoir et préparer l’industrialisation de batteries plus performantes, plus sûres et moins dépendantes des matériaux critiques

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Batteries
Vision de la transition

Concevoir les batteries nécessaires à l’électrification des mobilités

L’électrification des mobilités repose sur la capacité à stocker l’électricité à bord des véhicules et à la restituer selon leurs besoins. Les batteries jouent ainsi un rôle central dans la chaîne de traction des véhicules électriques, hybrides rechargeables et hybrides.

Leur développement constitue également un enjeu industriel et de souveraineté. Il mobilise des matériaux stratégiques, de nouvelles capacités de production et des compétences couvrant toute la chaîne de valeur, de la fabrication des composants au recyclage.

Répondre à ces enjeux suppose de relier les différentes échelles de la batterie : propriétés des matériaux, fonctionnement de la cellule, intégration en module et en pack, comportement dans le véhicule et évolution au cours de l’usage.

En quelques chiffres :

Développer des batteries adaptées aux usages

Il n’existe pas une batterie répondant de manière optimale à tous les besoins. Les choix diffèrent selon le véhicule, les performances attendues et les conditions d’utilisation.

Le développement des batteries suppose donc d’adapter les technologies aux usages tout en anticipant les contraintes de sécurité, de ressources et de production industrielle.

Défis :

  • améliorer les performances et la durée de vie selon les usages 
  • réduire le recours aux matériaux critiques par de nouvelles compositions et le recyclage 
  • maîtriser la sécurité de la cellule au pack 
  • industrialiser de nouveaux matériaux et composants avec des procédés reproductibles 
  • préparer la seconde vie et le recyclage dès la conception 
  • diagnostiquer l’état réel des batteries pour faciliter leur réemploi, leur reconditionnement ou leur recyclage
     

Fort de ses compétences en science des matériaux, en génie des procédés, en expérimentation et en modélisation, IFPEN développe des matériaux et des procédés de fabrication pour les batteries actuelles et futures. Il caractérise le comportement des cellules, des modules et des packs afin d’en améliorer les performances, la durée de vie et la sécurité.

 

Gros plan sur des cellules de batterie aux reflets bleutés, traversées d'étincelles
Solutions & innovations

Développer et évaluer les batteries, des matériaux jusqu’au pack

IFPEN intervient sur toute la chaîne de développement : conception des matériaux, fabrication des composants, prototypage des cellules, intégration en module et en pack, puis évaluation en conditions d’usage. Cette continuité permet de confronter les innovations aux exigences de performance, de sécurité, d’usage et d’industrialisation.

Un bref rappel pour comprendre

Le développement d’une batterie suit une chaîne de valeur allant de l’extraction et du raffinage des ressources à la fabrication des matériaux, des cellules — unités qui stockent l’électricité et la restituent selon les besoins du véhicule — et des packs, puis à leur intégration dans différentes applications. La caractérisation, la modélisation et la simulation permettent d’en évaluer les performances et d’anticiper le comportement.

Du lithium géothermal aux matériaux de batterie

Récupérer une ressource stratégique présente dans certaines saumures géothermales.

IFPEN développe également des procédés d’extraction directe du lithium contenu dans les eaux géothermales.

Voir la page de cette thématique

Développer les matériaux et préparer leur industrialisation

IFPEN étudie les matériaux depuis leur formulation jusqu’à leur validation dans des cellules. Cette approche permet de relier leurs propriétés — conductivité, stabilité, réactivité, comportement mécanique ou thermique — aux performances et à la durée de vie de la batterie.

Concevoir les matériaux des batteries actuelles et futures

Objectif : développer des matériaux et des composants adaptés aux performances recherchées, aux contraintes de fabrication et aux futures générations de batteries, tout en limitant la dépendance aux matériaux critiques.

Solutions en développement

  • Matériaux de cathode pour les batteries lithium-ion, notamment les matériaux de type NMC et leurs précurseurs pCAM/CAM 
  • Électrolytes solides, notamment à base de sulfures, pour les batteries tout solide 
  • Matériaux conducteurs et composants d’électrode, nécessaires au fonctionnement et à la mise en œuvre des cellules 
  • Interfaces et formulation, pour relier les propriétés des matériaux aux performances, au vieillissement et à la sécurité de la cellule.

Comprendre les recherches d’IFPEN sur les électrolytes solides

Préparer le changement d’échelle des matériaux

Objectif : transformer les résultats obtenus au laboratoire en procédés reproductibles à plus grande échelle.

Solutions en développement
  • définition et l’optimisation des formulations 
  • modélisation des procédés de fabrication des matériaux de cathode 
  • production de matériaux à une échelle adaptée aux essais 
  • validation des performances dans des cellules 
  • identification des contraintes de fabrication et de reproductibilité

Comprendre la fabrication des matériaux de cathode

 

Concevoir et évaluer la batterie constituée

À partir de cellules actuelles ou expérimentales, IFPEN associe essais, modélisation et simulation pour concevoir le pack, suivre son fonctionnement et évaluer sa sécurité. Les modèles relient progressivement les propriétés des matériaux au comportement de la cellule, puis le comportement de la cellule à celui du module, du pack et du véhicule.

Choisir et dimensionner pour une application cible

Objectif : sélectionner une technologie et définir un pack adapté aux besoins du véhicule.

  • caractérisation expérimentale des cellules selon différents profils d’usage
  • calibration des modèles à partir des données mesurées
  • simulation de la capacité, de la puissance et des besoins de refroidissement avec Simcenter Amesim™
  • comparaison des technologies et des architectures de packs

  • évaluation des performances du véhicule ou de l’application au cours du vieillissement

Optimiser les performances et diagnostiquer l’état de la batterie

Objectif : suivre l’évolution de la batterie afin d’adapter sa gestion et ses conditions d’utilisation.

  • estimation de l’état de charge, de l’état de santé et état de sécurité
  • détection des anomalies électriques ou thermiques
  • optimisation des stratégies de charge et de gestion thermique
  • évaluation des performances résiduelles en vue d’une éventuelle seconde vie

Découvrir la prédiction du vieillissement des batteries par l’intelligence artificielle

Évaluer la sécurité de la cellule au pack

Objectif : comprendre les mécanismes de défaillance et évaluer les moyens d’en limiter la propagation.

  • essais en conditions d’abus contrôlées
  • caractérisation de l’emballement thermique
  • simulation des phénomènes électriques et thermiques avec Simcenter Amesim™ 
  • modélisation tridimensionnelle de la propagation des gaz et de leur combustion avec CONVERGE
  • couplage de modèles 0D/1D et CFD/3D pour relier les phénomènes locaux au comportement du pack

Comprendre les travaux d’IFPEN sur la sécurité des batteries

Caractériser les émissions en situation dégradée

Objectif : identifier et mesurer les gaz émis par une batterie lors d’une défaillance afin de mieux comprendre les risques associés.

  • réactivité des composants et des matériaux 
  • caractérisation de l’emballement thermique à l’échelle de la cellule 
  • mesure de la température, de la pression et de la composition des gaz 
  • étude de leur inflammation, de leur combustion et de leur propagation

Cette approche s’appuie sur les compétences historiques d’IFPEN en mesure des émissions, cinétique chimique et combustion. Elle permet d’étudier non seulement la défaillance de la batterie, mais aussi les phénomènes qui suivent l’émission des gaz.

Voir la sécurité des batteries en vidéo

Préparer l’intégration des batteries futures

Objectif : anticiper le comportement d’une cellule expérimentale une fois intégrée dans un pack.

  • simulation de ses performances et de ses contraintes d’intégration
  • étude des interactions électriques, thermiques et mécaniques
  • identification des propriétés à retravailler pour orienter la recherche sur les cellules futures 
  • évaluation des conséquences du changement d’échelle sur la gestion thermique et la sécurité.

Du devenir des batteries au recyclage de leurs matériaux

Gros plan sur des cellules de batterie aux reflets bleutés et lumières colorées

Orienter les batteries après leur premier usage et préserver la valeur des matières qu’elles contiennent.

Selon leur état, les batteries peuvent être prolongées, reconditionnées, réemployées ou orientées vers le recyclage.

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De la batterie aux usages de la mobilité et de l’énergie

De la batterie à la chaîne de traction

Vue transparente d'une voiture électrique révélant sa batterie et son châssis, dans un laboratoire

Adapter conjointement la batterie, la motorisation électrique et leur gestion aux usages du véhicule.

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Piloter les batteries avec des outils de gestion de l’énergie

Optimiser la charge et la décharge des batteries électrochimiques selon les besoins énergétiques.

Voir la page de cette thématique

Connaissances & outils

Des outils pour simuler et prédimensionner les batteries

Codéveloppée par IFPEN et Siemens Digital Industries Software, cette librairie rassemble des modèles de batteries et de supercondensateurs présentant différents niveaux de complexité, depuis des modèles génériques jusqu’à des modèles calibrés sur des données expérimentales.

  • Librairie Electric Storage de Simcenter Amesim™
    • prédimensionnement d’un pack à partir des besoins de l’application 
    • calibration des modèles à partir de mesures expérimentales
    • simulation du comportement électrique, thermique et du vieillissement
    • évaluation des besoins de refroidissement et des stratégies de gestion
    • étude de phénomènes complexes comme l’initiation et la propagation de emballement thermique
    • évaluation des performances du véhicule ou de l’application au cours de la durée de vie.

    Les modèles peuvent être complétés par des approches CFD/3D et par des codes développés en interne lorsque le niveau de détail requis dépasse celui des modèles système.
Tous nos outils
Impacts

Des impacts concrets pour la conception et la filière batterie

Industrie — mieux prévoir le comportement des batteries

  • Moins de 3 % d’erreur quadratique moyenne obtenue par les modèles d’intelligence artificielle développés pour prévoir la perte de capacité, soit une précision environ deux fois supérieure à celle des approches classiques comparées 
  • Campagnes de vieillissement mutualisées dans COMUTES² pour améliorer les modèles à partir de données expérimentales partagées 
  • Essais adaptés aux cellules de grand format pour accompagner l’évolution des technologies et des architectures de packs

Découvrir les résultats obtenus pour la prédiction du vieillissement

Comprendre les recherches sur la sécurité des batteries

Ressources et circularité — préparer des batteries moins dépendantes des métaux critiques

  • Nouvelles compositions et nouveaux matériaux étudiés pour diversifier les technologies de batteries
  • Vieillissement mieux anticipé pour adapter les conditions d’utilisation et évaluer le potentiel de seconde vie
  • diagnostic de l’état de santé pour orienter les batteries vers le réemploi, le reconditionnement ou le recyclage
  • Procédés de recyclage et de resynthèse développés pour réintroduire les métaux récupérés dans de nouveaux matériaux actifs 

Filière — préparer le passage à l’échelle

  • Modèles de batteries transférés aux industriels par l’intermédiaire de la librairie Electric Storage de Simcenter Amesim™
  • 28 000 tonnes par an de matériaux actifs de cathode NMC visées par MACARON, projet industriel porté par Axens à Saint-Saulve

  • Développement d’électrolytes solides à base de sulfures en vue d’une commercialisation annoncée à l’horizon 2030 par Argylium, créée par Syensqo et Axens avec l’appui scientifique d’IFPEN.

Comprendre le projet industriel MACARON

Découvrir la création d’Argylium

Recherche & expertise

Une expertise scientifique pour relier les différentes échelles de la batterie

Des propriétés des matériaux au fonctionnement du pack et du véhicule, les phénomènes électriques, thermiques et mécaniques changent avec l’échelle étudiée. fort de 20 ans de développement de modèles et d’outils expérimentaux pour les batteries, FPEN associe caractérisation expérimentale, modélisation et simulation pour comprendre ces interactions, construire des modèles prédictifs et les confronter au comportement réel des cellules, des modules et des packs.

Axes de recherche

Relier les différentes échelles de la batterie

Cellule de batterie cylindrique reliée à des câbles, projetant des particules lors d'un essai

  • comprendre les liens entre les propriétés des matériaux et le comportement des cellules 
  • analyser les interactions électriques, thermiques et mécaniques au sein du pack 
  • évaluer les effets des interfaces sur les performances et la sécurité 

  • relier les phénomènes observés au niveau des matériaux aux performances mesurées au niveau système

Découvrir les moyens expérimentaux consacrés à la sécurité des batteries

Voir la sécurité des batteries en vidéo

Coupler expérimentation et modélisation

Graphique de la perte de capacité de batteries en fonction du temps, en jours, pour plusieurs conditions d'essai

  • produire des données sur le vieillissement et les défaillances 
  • construire et valider des modèles prédictifs 
  • associer modèles physiques et intelligence artificielle
  • calibrer les modèles sur des données obtenues dans des conditions contrôlées 
  • vérifier leur pertinence sur des cellules, modules et packs

Découvrir une application de l’intelligence artificielle à la prédiction du vieillissement

Explorer de nouvelles technologies

Image de microscopie électronique montrant des cristaux en forme de bâtonnets, échelle de 2 micromètres

  • étudier de nouveaux matériaux et électrolytes 
  • comprendre les interfaces des batteries tout solide 
  • anticiper les contraintes de fabrication et de changement d’échelle
  • préparer les méthodes de caractérisation et de modélisation nécessaires aux futures générations de cellules

Découvrir les recherches sur les électrolytes des batteries tout solide

Vidéo : "Optical investigation of Li-ion battery thermal runaway"

 

 

Des recherches collaboratives sur les batteries tout solide

Projets européens HELENA et HYLIST

Les projets HELENA et HYLIST sont consacrés au développement de nouvelles technologies de batteries tout solide. IFPEN y mobilise ses compétences en caractérisation et en modélisation pour relier les propriétés des nouvelles cellules à leur comportement dans une batterie complète.

Contribuer à la recherche nationale sur les batteries

logo du PEPR BATTERIES (FRANCE 2030 - Programme de Recherche)
PEPR Batteries

Piloté par le CNRS et le CEA, le Programme et équipements prioritaires de recherche Batteries structure la recherche nationale sur les nouvelles générations de batteries plus performantes, plus sûres et plus durables.

IFPEN contribue notamment aux travaux associant :

  • nouveaux matériaux et compréhension de leurs interfaces
  • modèles physiques et données expérimentales
  • intelligence artificielle
  • procédés de fabrication et changement d’échelle

Accéder au site web du PEPR Batteries

En savoir plus sur nos programmes collaboratifs

Chercheur en blouse manipulant un banc d'essai en laboratoire

Des compétences articulées de la matière au pack

Comprendre les matériaux et leurs interfaces

Électrochimie et corrosionScience des surfaces, des interfaces et des matériaux  Analyse structurale et imagerie  Thermodynamique / Modélisation moléculaire   

Caractériser la cellule, le module et le pack

Mécanique des solides Génie électrique et électronique  Essais mécaniques et thermiques   

Étudier les défaillances et les émissions

 Mécanique des fluides Technologie de la combustion et des moteurs  Cinétique de la catalyse et des réactions 

Construire et exploiter les modèles

Modélisation et simulation des systèmes  Science des données   Génie chimique et génie des procédés  

Accéder à toutes les compétences

Des équipments de pointe adaptés à l’évolution des batteries

IFPEN dispose de moyens permettant de caractériser les batteries du matériau au pack et d’adapter les protocoles aux dimensions, aux chimies et aux modes de défaillance des nouvelles générations de cellules.

Banc d'essai de laboratoire avec caméra rapide et nombreux câbles
  • 2 lignes de prototypage sous boîte à gants pour les cellules bouton et pouch de petite taille 
  • 95 m² de salle sèche pour les opérations nécessitant une atmosphère contrôlée 
  • 3 unités modulaires d’essais pour tester des cellules, des modules ou des packs, notamment en configuration HIL 
  • des laboratoires d’électrochimie et d’analyse pour les mesures électriques, électrochimiques, thermiques et mécaniques 
  • des équipements de calorimétrie ARC et d’analyse des gaz émis lors de l’emballement thermique

Accéder aux infrastructures

Formation

Former les compétences de la filière batterie

Le développement de la filière batterie nécessite des compétences en matériaux, électrification, intégration, gestion de l’énergie et sécurité. IFPEN y contribue par la recherche doctorale, les programmes d’IFP School et la formation professionnelle continue.

Formation académique

IFP School

Une thématique des batteries intégrée à plusieurs programmes de formation :

Énergie et motorisations : électrification et hybridation des chaînes de traction 
Découvrir le programme Énergie et motorisations

Powertrain Engineering : conception et optimisation des motorisations électriques 
Découvrir le programme Powertrain Engineering

Electricity Management and Digital : gestion des systèmes électriques, stockage de l’énergie et outils numériques 
Découvrir le programme Electricity Management and Digital

Voir l’ensemble des formations d’IFP School

Formation par la recherche

Thèses

19 thèses sur les batteries en cours à IFPEN en septembre 2026, hors recyclage 

  • matériaux, électrolytes et interfaces 
  • nouvelles technologies, notamment batteries tout solide et sodium-ion 
  • vieillissement, gestion thermique et durée de vie 
  • sécurité et emballement thermique 
  • modélisation des cellules et des packs 

Consulter les thèses menées à IFPEN

Formation professionnelle

IFP Training

Une offre de formation couvrant plusieurs niveaux, de la découverte à l’expertise :

  • chimie, électricité et électrochimie des batteries 
  • conception et fabrication des cellules et des batteries 
  • caractérisation, calibration et validation des performances 
  • vieillissement, durée de vie et sécurité 
  • modélisation et systèmes de gestion des batteries 
  • refroidissement et intégration dans les chaînes de traction 

Découvrir les formations Batteries et stockage de l’électricité

Collaborer

Collaborer du laboratoire à la préindustrialisation

IFPEN travaille avec des organismes de recherche, des éditeurs de logiciels et des industriels pour faire progresser les connaissances, développer les technologies, les tester et préparer leur changement d’échelle.

FAQ

Foire aux questions

Vous trouverez ici les réponses aux questions les plus fréquentes. 
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Contact

Julien Bernard

Julien Bernard

Program Manager: "Electrochemical systems and energy management"

Alexandre Pagot

Alexandre Pagot

Program Manager: "Strategic Metals for Sustainable Mobility"

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