Impression 3D de batteries par dépot d'encres // 3D printing of batteries by ink deposition

L'objectif de la thèse est de fabriquer des batteries Li-ion ou Na-ion à l'aide de l'impression 3D. Pour cela, une imprimante 3D spécifique (Neotech AMD) sera utilisée afin de permettre l'impression multi-matériaux (deux pour les électrodes, un pour le séparateur et un pour l'enveloppe) par dépôt d'encres de viscosités différentes.

Dans ce cadre, des matériaux d'électrodes « modèles » seront utilisés afin que les performances des batteries ainsi conçues puissent être directement comparées à celles de batteries fabriquées de manière conventionnelle. Il sera nécessaire d'étudier la formulation d'encres semi-solides pour la cathode, l'anode et le séparateur (dans l'hypothèse de la fabrication de batteries dites « tout solide », ASSB) pour l'impression directe de batteries Li-ion ou Na-ion.

Le premier objectif est de parvenir à imprimer les différents composants en une seule étape, de sorte qu'ils puissent être intégrés directement dans un objet imprimé afin de créer une batterie structurelle. La seconde originalité de la thèse concerne les géométries non planes pouvant être réalisées par impression 3D. Des simulations numériques et plusieurs études expérimentales ont montré le gain potentiel en termes de performances.

Ainsi, plusieurs architectures 2,5D voire 3D seront étudiées afin de construire une batterie entièrement imprimée en 3D, capable de fournir une capacité surfacique d'environ 4 mAh/cm² à une densité de courant de 0,1 mA/cm².
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The aim of the thesis is to manufacture Li or Na-ion batteries using 3D printing. To achieve this, a specific 3D printer (Neotech AMD) will be used to enable multi-material printing (2 for the electrodes, 1 for the separator and 1 for the casing) by depositing inks of different viscosities. In order to achieve this, “model” electrode materials will be used so that the performance of batteries designed in this way can be directly compared with conventionally manufactured batteries. It will be necessary to study the formulation of
semi-solid inks for the cathode, anode and separator (assuming the manufacture of so-called “all-solid” batteries, ASSB) for the direct writing of Li or Na-ion batteries. The first objective is to be able to print the various components in a single step, so that they can be integrated directly into a printed object to create a structural battery. The second original feature of the thesis relates to the non-planar geometries that can be produced by 3D printing. Numerical simulations and a number of experimental studies have shown the potential gain in terms of performance. Thus, several 2.5D or even 3D architectures will be
studied in order to build a fully 3D-printed battery, which could provide a surface capacity of around 4 mAh/cm2 at a current density of 0.1 mA/cm2.
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Début de la thèse : 01/09/2026

Plan Investissement d'Avenir (Idex, Labex)

Université de Picardie - Jules Verne

585 Sciences, Technologie, Santé

Très fort intérêt pour le travail expérimental et les manipulations, en chimie des matériaux et en électrochimie, avec des connaissances en polymères et en rhéologie (un plus). Goût pour le « bricolage », rigueur, autonomie et envie de développer de nouvelles idées. La maîtrise de l'anglais est requise.
A very strong interest in hands-on work and experimentation, materials chemistry, electrochemistry, knowledge of polymers, and rheology (would be a plus). An inclination for “tinkering,” rigorous, autonomous, and eager to develop new ideas. Proficiency in English is required.