L'electrode negative des batteries lithium-ion est communement en graphite. Bien qu'ayant une capacite specifique interessante, le vieillissement, la cinetique d'intercalation et le transport du lithium a la fois dans le materiau actif et les porosites de l'electrode limitent son fonctionnement optimal et homogene. Dans ce travail de these, les mecanismes a l'origine de ces limites sont explicites grace a un modele multi-physique de type electrode poreuse.Une etude de sensibilite des parametres du modele a montre l'importance des parametres lies a la cinetique d'intercalation et au transport du lithium en phase solide et liquide. L'exploitation du modele, valide experimentalement, montre que, lors du fonctionnement de l'electrode, les apparences d'heterogeneite de lithiation sont correlees a la forme particuliere du potentiel d'equilibre du graphite vis-a-vis de son taux de lithiation. La modelisation de la distribution de taille des particules, amplifie grandement ces heterogeneites et degrade fortement la performance globale de l'electrode. En premiere approche, une mesure operando de la distribution des etats de lithiation confirme l'aspect heterogene du fonctionnement de l'electrode.Les donnees des performances en cyclages et en calendaire de cellules graphite-NMC ont permis de construire differents modeles de vieillissement de l'electrode. La croissance de la couche de passivation (SEI) peut expliquer a elle seule la perte de lithium cyclable. Les heterogeneites de SEI obtenues par le modele sont negligeables en l'etat. Les gains de capacites et les pertes brutales sont expliques respectivement par des mecanismes de dissolution de SEI et de formation de lithium-plating