Cependant, des modifications apportées à la conception des batteries peuvent également améliorer considérablement l'autonomie des véhicules en augmentant la densité énergétique au niveau de la batterie. La technologie « cellule-à-batterie » en est un exemple ; elle a été développée par plusieurs acteurs majeurs, dont BYD, Tesla et CATL. Les tendances liées à cette technologie sont analysées en détail dans le nouveau rapport de marché d'IDTechEx, intitulé « Matériaux pour cellules et batteries de véhicules électriques 2026-2036 : Technologies, marchés et prévisions ».
Module de cellule, cellule à module et cellule à châssis
La structure standard des batteries utilisée par les constructeurs automobiles (OEM) dans les années 2010 et au début des années 2020 était de type « cellule-module-pack » (CMP). Ce système est composé de plusieurs cellules regroupées en modules, puis de plusieurs modules formant un pack. L'avantage de cette conception réside dans la grande modularité des packs, facilitant ainsi leur adaptation aux véhicules plus grands, ainsi que leur réparation et leur remplacement. La gestion thermique et l'intégration du système de gestion de la batterie s'en trouvent également simplifiées. Cependant, l'ajout d'une couche supplémentaire dans la hiérarchie du pack requiert des composants inactifs additionnels, notamment le boîtier du module et le câblage interne. Ceci réduit l'efficacité d'intégration et, par conséquent, la densité énergétique, tant au niveau du pack qu'à celui du véhicule.
Le système « cellule-pack » (CTP) désigne un système dans lequel les cellules sont intégrées directement dans le boîtier, sans être stockées dans des modules individuels. Ceci réduit la quantité de composants inactifs et augmente le rapport cellule-pack (c’est-à-dire le rapport entre le volume/la masse des cellules et le volume/la masse du boîtier), ce qui permet d’accroître l’autonomie du véhicule.
Le système « cellule-carrosserie » (CTB) pousse ce concept plus loin en intégrant directement les cellules au pack de batteries, ce dernier faisant office de composant structurel de la carrosserie. Ce système requiert des matériaux supplémentaires pour renforcer mécaniquement le pack, ce qui réduit sa densité énergétique. Cependant, il offre une autonomie supérieure au système « cellule-pack », grâce à une densité énergétique globale accrue (due à la réduction des matériaux nécessaires à la carrosserie).
Entreprises utilisant les technologies CTP et CTB : CATL, BYD, LG ES, Tesla
Les technologies CTP et CTB n'ont été mises en œuvre que récemment. Plusieurs raisons expliquent cela : d'une part, elles nécessitent des systèmes de gestion thermique alternatifs, qui ont dû être développés ; d'autre part, elles requièrent des conceptions de cellules adaptées. Concrètement, les technologies CTP et CTB ne peuvent être mises en œuvre de manière optimale qu'avec des cellules grand format, principalement des cellules prismatiques et cylindriques de grande taille (46x).
Ces types de cellules n'ont commencé à être déployés qu'au cours des cinq dernières années. La Blade Gen 1 de BYD est l'une des premières cellules prismatiques grand format compatibles avec les conceptions CTP, tandis que BYD et Tesla ont été les premiers à développer des packs CTB. Parmi les autres acteurs majeurs de ce secteur figurent des développeurs de cellules et des constructeurs automobiles (OEM), tels que CATL, LG ES, Volkswagen, Stellantis et SVOLT. Pour une analyse plus détaillée des acteurs des technologies CTP et CTB, consultez le récent rapport d'IDTechEx intitulé « Matériaux pour cellules et packs de batteries de véhicules électriques 2026-2036 : Technologies, marchés et prévisions ».
BYD Blade Gen 2 : permet un rapport cellule/boîtier plus élevé
BYD a récemment annoncé la première intégration de sa cellule Blade de deuxième génération dans le DENZA Z9GT, qui affiche une autonomie impressionnante de 1 036 km. Les cellules Blade de première génération de BYD ont dominé le marché et ont largement contribué à la suprématie des batteries lithium-fer-phosphate (LFP) en Chine.
Les première et deuxième générations utilisent toutes deux une batterie prismatique, mais la Blade 2.0 est dotée d'une cathode LMFP (au lieu d'une cathode LFP) et d'une anode en composite silicium-carbone (au lieu de graphite pur). Ces modifications chimiques permettent une densité énergétique nettement supérieure et une charge rapide améliorée. La Blade 2.0 utilise également une nouvelle formulation d'électrolyte, appelée « Flash-Flow », qui vise à optimiser la mobilité des ions lithium et à accélérer la charge.
La Blade 2.0 semble également permettre un ratio cellules/pack plus élevé grâce à la technologie CTB. Bien que les ratios cellules/pack précis dépendent du modèle de véhicule et de la conception du pack de batteries, cette technologie permettrait d'atteindre un taux d'utilisation du volume des cellules/pack de 76 %, ce qui est nettement supérieur à la moyenne des conceptions CTB. Ce taux est également supérieur à celui des packs Blade de première génération, qui offraient initialement un taux d'utilisation du volume des cellules/pack de 62 %.
Cette amélioration est en partie due aux progrès réalisés dans la conception du système de gestion thermique de la batterie Blade 2.0, qui utilise un refroidissement par liquide de refroidissement sur deux plans : le haut et le bas de la batterie. Grâce à une réduction significative du poids du système de gestion thermique, le rapport massique cellule/package s'en trouve également amélioré. Cette technologie devrait permettre d'accroître considérablement l'autonomie et les capacités de recharge des véhicules électriques chinois de nouvelle génération.
Perspectives sur les matériaux pour la conception de cellules à emballages
Les technologies d'intégration cellule-pack modifient les proportions des matériaux des batteries de plusieurs manières. Premièrement, la nécessité d'utiliser des cellules de grande taille réduit la proportion de matériaux inactifs au niveau de la cellule. Deuxièmement, la suppression du boîtier des modules permet également de réduire les besoins en matériaux inactifs au niveau du pack. Troisièmement, les conceptions cellule-pack et cellule-boîtier peuvent nécessiter des ajustements concernant d'autres matériaux au niveau du pack ; par exemple, des systèmes de gestion thermique plus performants (le refroidissement passif étant réduit grâce à l'efficacité accrue de l'intégration) et des boîtiers plus robustes pour les batteries cellule-boîtier (CTB). Les technologies cellule-pack (CTP) et cellule-boîtier ont conquis une part de marché importante en Chine et gagnent en popularité en Amérique du Nord et en Europe. IDTechEx prévoit que la technologie CTP deviendra le choix dominant pour la conception des batteries des voitures particulières au cours de la prochaine décennie, car elle permet d'accroître l'autonomie des véhicules sans modifier l'encombrement des batteries.
Par ailleurs, le rapport souligne que l'adoption des architectures CTP et CTB répond non seulement au besoin d'améliorer la densité énergétique, mais aussi d'optimiser les coûts au niveau du système. En réduisant le nombre de composants structurels et en simplifiant l'assemblage, les fabricants peuvent diminuer les coûts des matériaux et de production. Il s'agit d'un facteur clé dans un contexte où la compétitivité des véhicules électriques dépend de plus en plus de la réduction du coût total par kWh.
Un autre aspect important concerne l'impact de ces architectures sur la sécurité des batteries. Bien que la suppression des modules soulève de nouveaux défis, notamment en matière de propagation thermique entre les cellules, les progrès réalisés dans les matériaux d'interface thermique, les barrières anti-flammes et les systèmes de refroidissement actifs atténuent ces risques. De fait, les conceptions les plus récentes intègrent des solutions d'isolation et de dissipation thermique avancées qui peuvent égaler, voire surpasser, les niveaux de sécurité des systèmes CMP traditionnels.
En matière de matériaux, l'adoption croissante des technologies CTP et CTB stimule la demande de solutions multifonctionnelles. Par exemple, les matériaux de structure doivent allier résistance mécanique et propriétés thermiques adéquates, tandis que les adhésifs et les mastics doivent assurer à la fois l'adhérence structurelle et la conductivité thermique ou la résistance au feu. Cette évolution favorise l'innovation dans les polymères avancés, les composites et les matériaux hybrides.
Le rapport souligne également que l'adoption de ces technologies ne sera pas uniforme à l'échelle mondiale. La Chine est clairement en tête du déploiement des technologies CTP et CTB grâce à la forte intégration verticale de ses industries des batteries et de l'automobile, tandis que l'Europe et l'Amérique du Nord progressent plus lentement, freinées par l'adaptation de leurs chaînes d'approvisionnement et de leurs réglementations en matière de sécurité.
Selon IDTechEx, la convergence de nouvelles chimies de batteries (telles que les anodes LMFP ou riches en silicium) et d'architectures avancées comme les CTP et CTB sera cruciale pour atteindre des autonomies supérieures à 800-1000 km sur les véhicules de série. Parallèlement, ces innovations devraient améliorer significativement les temps de charge et la durée de vie des batteries.
L'évolution vers des conceptions « cellule-pack » et « cellule-carrosserie » représente un changement structurel majeur dans l'ingénierie des batteries pour véhicules électriques, avec des implications profondes sur les matériaux, la fabrication, les coûts et les performances. Ces technologies redéfinissent non seulement l'architecture des packs de batteries, mais joueront également un rôle clé dans la prochaine génération de mobilité électrique.
