L’année dernière, le constructeur américain de voitures électriques Tesla a annoncé qu’il allait adopter des batteries au phosphate de fer lithié (LFP) dans ses véhicules de gamme standard. Dans son rapport sur les résultats du troisième trimestre, la société a clairement indiqué que « nous passons à la chimie des batteries lithium-fer (LFP) à l’échelle mondiale » et cette décision pourrait entraîner un changement à l’échelle du secteur.
Les batteries LFP sont populaires en Chine car elles utilisent une chimie de batterie plus ancienne et moins coûteuse. En dehors de la Chine, les batteries des VE sont principalement à base de nickel – soit nickel-manganèse-cobalt, soit nickel-cobalt-aluminium.
Cependant, les cellules de batterie LFP sont intéressantes car elles ne dépendent pas d’éléments bruts ultra-rare comme le cobalt et le nickel.
L’initiative de Tesla pourrait convaincre les constructeurs automobiles concurrents qui se méfient des batteries à base de fer qu’elles constituent une option sûre et viable.
Cependant, le géant allemand de l’automobile Volkswagen a l’intention de les utiliser dans quelques modèles. Ainsi, si davantage de constructeurs automobiles adoptent cette batterie, elle pourrait devenir la nouvelle norme mondiale pour les VE d’entrée de gamme, en particulier si l’infrastructure de recharge s’améliore au point que la plus grande autonomie ne soit plus un problème.
Vieille école
La chimie des batteries LFP est celle qui existe depuis le plus longtemps.
La LFP présente plusieurs avantages par rapport aux batteries au plomb et aux autres batteries au lithium. Il a une durée de vie de 1 000 à 10 000 cycles. Ces batteries peuvent résister à des températures élevées avec peu de détérioration. Ils ont une longue durée de vie pour les applications avec des systèmes intégrés ou qui doivent fonctionner pendant de longues périodes avant de devoir être rechargés.
Cette alternative particulière a un rendement de charge et de décharge élevé, et le rendement de charge et de décharge peut atteindre plus de 90 % dans des conditions de décharge, alors que la batterie au plomb est d’environ 80 %.
Les batteries LFP ou LiFePO4 sont composées de plus que de simples cellules connectées ; elles possèdent également un système qui garantit que la batterie reste dans des limites sûres. Un système de gestion de la batterie (BMS) protège, contrôle et surveille la batterie dans toutes les conditions de fonctionnement pour garantir la sécurité et prolonger la durée de vie de la batterie.
Bien que les cellules LFP soient plus tolérantes que les autres, elles restent sensibles à la surtension pendant la charge, ce qui réduit les performances. Le matériau de la cathode peut également s’oxyder et perdre sa stabilité. Cependant, le BMS limite chaque cellule et veille à ce que la batterie maintienne une tension maximale.
Au fur et à mesure que les matériaux des électrodes se détériorent, la sous-tension devient un problème. Si la tension d’une cellule tombe en dessous d’un certain seuil, le BMS peut déconnecter la batterie du circuit. Il servira également d’antidote en cas de surintensité et arrêtera le fonctionnement en cas de court-circuit.
Mais les batteries LFP ont une densité d’énergie inférieure à celle des batteries à l’oxyde de cobalt et de lithium (LiCoO2) et une tension de fonctionnement plus faible, ce qui les empêche de se charger et de se décharger à basse température.
La domination de la Chine
L’une des principales raisons pour lesquelles les batteries LFP ne sont pas largement utilisées en dehors de la Chine est le nombre important de brevets LFP qui ont permis à la Chine de monopoliser le marché. Ces brevets sont gérés par un consortium d’universités et d’instituts de recherche – après que le consortium ait conclu un accord avec les producteurs chinois de batteries, en vertu duquel les fabricants ne recevraient pas de droits de licence si les batteries LFP n’étaient utilisées que sur les marchés chinois.
Les fabricants chinois de batteries pourraient tirer profit d’un éventuel passage à la technologie LFP. Plus précisément, deux entreprises, BYD et CATL. La seconde entreprise fabrique déjà de telles batteries pour les voitures Tesla construites et vendues en Chine.
Toutefois, comme ces brevets expireront en 2022, on s’attend à ce que la production de LFP soit localisée en même temps que la fabrication des véhicules.
Le composant le plus coûteux d’un véhicule électrique est la batterie. Mais le passage aux batteries à base de fer présenterait un avantage majeur, à savoir le coût.
Les fabricants de batteries ont augmenté le prix des batteries lithium-ion en raison de la hausse des prix des matières premières et de la compression des marges. Le coût du nickel ayant quadruplé l’année dernière, LG Energy Solution, qui fournit Tesla, Porsche et BMW, aurait augmenté le prix des batteries d’un dixième cette année.
Il est également possible de réaliser des économies sur les rappels. Les batteries à base de fer sont plus stables thermiquement, ce qui signifie qu’elles sont moins susceptibles de prendre feu. Le rappel par General Motors de 140 000 véhicules Chevrolet Bolt en raison d’incendies de batteries a coûté 2 milliards de dollars, la part de LG Energy Solution étant estimée à 1,2 milliard de dollars.
Les frais de rappel, lorsqu’ils sont multipliés par le nombre de voitures vendues, peuvent commencer à annuler les avantages des batteries au lithium-ion par rapport aux technologies plus anciennes.
Toutefois, la Chine contrôle également plus de 80 % de la transformation et de l’exploitation minière des matières premières destinées aux batteries des véhicules électriques dans le monde. Cela indique également qu’une transition vers des batteries à base de fer entraînerait un transfert de puissance vers le pays asiatique.
Quant aux consommateurs de VE, ils peuvent bénéficier d’un retour à une technologie plus ancienne, car cela permet aux fabricants d’éviter les hausses de prix. À plus long terme, cependant, il existe un risque important de perturbation de l’offre et des prix.
En raison de la nature hautement personnalisée de la conception des batteries, il pourrait être difficile et coûteux pour les constructeurs automobiles de changer de fabricant de batteries dans un court délai. Mais la décision de Tesla ne manquera pas d’accroître la confiance et l’intérêt pour une vaste utilisation du PFL à l’avenir.
L’actuelle pénurie mondiale de puces a mis en évidence les risques d’une trop grande dépendance à l’égard d’un petit nombre de nations et d’entreprises pour les composants essentiels, ce qui pourrait inciter les constructeurs automobiles à ne pas suivre la même voie que Tesla.
Mais on peut prédire que le LFP pourrait bientôt se généraliser car il est plus sûr et plus tolérant aux abus que le lithium-ion.
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