Maroš Šefčovič, vice-président de la Commission européenne, a déclaré que d'ici 2025, l'Union européenne sera en mesure de produire suffisamment de batteries pour alimenter ses véhicules électriques, qui connaissent une croissance rapide. Cela permettra d'éliminer la nécessité de recourir aux batteries importées.
Dans le cadre de son plan visant à atteindre la « neutralité climatique » d’ici 2050, l’UE souhaite accroître la production locale dans les industries vertes. Cela comprend l’hydrogène comme carburant pour la production d’acier à faible teneur en carbone et les batteries pour les véhicules à énergie nouvelle.
Actuellement, environ 801 millions de batteries lithium-ion produites dans le monde sont produites en Chine. Mais selon le plan de l'UE, la capacité de production de batteries lithium-ion de l'Europe va augmenter rapidement.
Il existe actuellement 15 grandes usines de batteries en construction en Europe, dont les usines de la société suédoise Northvolt en Suède et en Allemagne, les usines du fabricant de batteries chinois CATL en Allemagne et la deuxième usine de la société sud-coréenne SK Innovation en Hongrie.
La Commission européenne prévoit que d’ici 2025, il y aura 13 millions de voitures à faibles émissions sur les routes européennes, ce qui nécessitera des investissements supplémentaires.
1. Matériaux de la cathode
Oxyde de lithium et de cobalt (LiCoO₂)
Caractéristiques:Il a une densité énergétique élevée, ce qui lui permet de stocker plus d'électricité dans la batterie. Sa plate-forme de décharge est stable et la tension de sortie reste relativement constante, ce qui garantit une alimentation électrique stable pour l'appareil pendant son utilisation. Par exemple, il est largement utilisé dans les produits électroniques 3C, tels que les premiers smartphones.
Scénario d'application:Les batteries lithium-ion sont principalement utilisées pour les petits appareils électroniques comme les téléphones portables et les ordinateurs portables. Cependant, en raison de la rareté des ressources en cobalt, des fortes fluctuations de prix et de certains risques environnementaux et de sécurité, son utilisation dans les domaines des batteries à grande échelle (par exemple, les véhicules électriques) est limitée.
Oxyde de lithium, de nickel, de manganèse et de cobalt (NMC, LiNiₓMnₓCo₁ – ₂ₓO₂)
Caractéristiques:En ajustant le rapport entre le nickel (Ni), le manganèse (Mn) et le cobalt (Co), la densité énergétique, la durée de vie et la sécurité de la batterie peuvent être équilibrées. Par exemple, une teneur en nickel plus élevée augmente la densité énergétique, tandis que l'ajout de manganèse contribue à améliorer la sécurité et la stabilité de la batterie.
Scénarios d'application: Largement utilisé dans les véhicules électriques et les systèmes de stockage d'énergie. Par exemple, des modèles comme la Tesla Model 3 utilisent des batteries NMC, qui répondent aux exigences de longue autonomie des véhicules électriques tout en garantissant la sécurité et la longévité de la batterie.
Phosphate de fer et de lithium (LiFePO₄)
Caractéristiques:Il offre une bonne stabilité thermique, ce qui le rend relativement sûr dans les environnements à haute température et moins sujet à des situations dangereuses comme l'emballement thermique. Il a également une longue durée de vie, avec une décroissance de capacité plus lente après plusieurs charges et décharges. Cependant, sa densité énergétique est relativement faible, ce qui signifie qu'il peut ne pas stocker autant d'électricité que certains autres matériaux cathodiques du même volume ou du même poids.
Scénarios d'application:En raison de sa grande sécurité et de sa longue durée de vie, il est largement utilisé dans les applications qui nécessitent ces attributs, comme les bus électriques et les centrales de stockage d'énergie. Par exemple, certains bus électriques de BYD utilisent des batteries lithium-fer-phosphate, offrant une solution énergétique sûre et fiable pour les transports publics urbains.
Oxyde de lithium et de manganèse (LiMn₂O₄)
Caractéristiques:Il présente un faible coût, des ressources abondantes et un processus de fabrication relativement simple, ce qui le rend rentable. Il présente également des performances élevées, capable de charger et de décharger un courant important en peu de temps, ce qui le rend adapté aux scénarios qui nécessitent une charge rapide ou une puissance de sortie élevée. Cependant, sa durée de vie et ses performances à haute température sont relativement médiocres.
Scénarios d'application: Couramment utilisé dans les outils électriques, les véhicules électriques légers et d'autres équipements sensibles aux coûts et ayant des exigences spécifiques en matière de performances de batterie.
2. Matériaux d'anode
Graphite
Caractéristiques:Le graphite comprend des variétés naturelles et artificielles. Il présente une bonne conductivité et une structure en couches, ce qui fournit des canaux d'insertion et d'extraction efficaces pour les ions lithium, permettant aux processus de charge et de décharge de la batterie de se dérouler sans problème. De plus, les matériaux en graphite ont une bonne stabilité chimique et peuvent maintenir des performances relativement stables dans l'environnement de fonctionnement de la batterie.
Scénarios d'application:Le graphite est le plus utilisé anode matériau que l'on retrouve couramment dans diverses batteries lithium-ion, allant des batteries de téléphones portables aux batteries de véhicules électriques.
Matériaux à base de silicium
Caractéristiques:Le silicium a une capacité spécifique théorique extrêmement élevée. Il peut stocker plus d'ions lithium que le graphite, ce qui améliore considérablement la densité énergétique de la batterie. Cependant, le silicium subit d'importantes variations de volume pendant le processus de charge et de décharge. Cela peut entraîner la formation de poudre et la perte de matériaux d'électrode, ce qui affecte la durée de vie et la stabilité des performances de la batterie.
Scénarios d'application:Avec les progrès technologiques continus, l'application de matériaux à base de silicium dans les batteries lithium-ion hautes performances a suscité un intérêt croissant. Les instituts de recherche et les entreprises travaillent au développement de matériaux d'anode composites silicium-carbone pour les batteries de nouvelle génération à haute densité énergétique. Ils devraient être largement utilisés dans les futurs véhicules électriques et les appareils électroniques haut de gamme.
Titanate de lithium (Li₄Ti₅O₁₂)
Caractéristiques:Le titanate de lithium est un matériau à contrainte nulle. Pendant le processus d'insertion et d'extraction des ions lithium, le volume du matériau de l'électrode ne change pratiquement pas, ce qui lui confère une excellente durée de vie et la capacité de supporter plusieurs cycles de charge et de décharge. Il présente également une sécurité élevée et de bonnes performances de débit, ce qui permet une charge et une décharge rapides. Cependant, sa densité énergétique est relativement faible.
Scénarios d'application:Il est principalement utilisé dans les applications qui nécessitent une durée de vie de la batterie et une sécurité élevées, telles que les systèmes de stockage d'énergie et les véhicules électriques spécialisés.
3. Électrolyte
Carbonates organiques
Caractéristiques: Les carbonates organiques couramment utilisés, tels que le carbonate d'éthylène (EC) et le carbonate de propylène (PC), présentent une bonne solubilité et peuvent dissoudre complètement les sels de lithium, ce qui garantit que l'électrolyte présente une conductivité ionique élevée. Ces carbonates présentent également une bonne stabilité électrochimique et restent stables dans la plage de tension de fonctionnement de la batterie. De plus, ils ne se décomposent pas et ne réagissent pas de manière à affecter les performances de la batterie.
Scénarios d'application:Les carbonates organiques sont le composant principal des électrolytes de batteries lithium-ion et sont largement utilisés dans divers types de batteries lithium-ion.
Sels de lithium
Caractéristiques:L'hexafluorophosphate de lithium (LiPF₆) est le sel de lithium le plus couramment utilisé. Il fournit des ions lithium dans l'électrolyte et présente une bonne conductivité ionique dans les solvants organiques appropriés. Cependant, il est sensible à l'humidité et se décompose facilement lorsqu'il est exposé à l'eau. Les niveaux d'humidité doivent donc être soigneusement contrôlés pendant la production et l'utilisation de la batterie.
Scénarios d'application:Composant clé de l'électrolyte, les sels de lithium sont utilisés pour préparer les électrolytes de diverses batteries lithium-ion. Et ils sont essentiels pour assurer le bon fonctionnement de la batterie.
4. Matériaux du diaphragme
Polyoléfines (telles que le polyéthylène PE, le polypropylène PP)
Caractéristiques: Les polyoléfines ont de bonnes propriétés mécaniques et peuvent résister à la pression interne de la batterie. Elles évitent le contact direct entre les électrodes positive et négative, qui pourrait provoquer un court-circuit. Elles ont également une bonne mouillabilité avec l'électrolyte. Cela garantit une bonne pénétration de l'électrolyte dans le séparateur et fournit un canal pour la transmission des ions lithium. De plus, les polyoléfines présentent une bonne stabilité chimique et ne sont pas susceptibles de réagir avec d'autres matériaux de la batterie.
Scénarios d'application:Les polyoléfines sont les principaux matériaux utilisés dans les séparateurs de batteries lithium-ion. Elles jouent un rôle essentiel pour garantir à la fois la sécurité et les performances de divers produits de batteries lithium-ion.
