Toutefois, des améliorations en termes de performances et de coût des batteries sont recherchées, et bien que les progrès soient de plus en plus lents, plusieurs pistes permettent d'améliorer continuellement la technologie des batteries lithium-ion.
Batteries :
À court terme, les tendances actuelles en matière de cellules de batteries pour véhicules électriques devraient se poursuivre. Par exemple, la teneur moyenne en nickel des technologies NMC et NCA continue d'augmenter afin d'accroître la densité énergétique et de réduire la teneur en cobalt. La tendance majeure est sans doute le passage généralisé à la technologie LFP, une option moins coûteuse et plus sûre que les technologies NMC et NCA (bien que non intrinsèquement sûre). Si la densité énergétique de la LFP peut être inférieure de 30 à 40 % à celle des technologies NMC ou NCA, son avantage en termes de coût est devenu incontournable ces dernières années. Par conséquent, la part de la LFP dans les voitures électriques a augmenté, même s'il convient de noter que cette croissance est principalement due à sa réadoption en Chine. Les technologies NMC et NCA restent privilégiées en Europe et en Amérique du Nord, bien que la LFP commence à s'implanter sur le marché. Les technologies NMC demeurent également le choix privilégié pour les solutions clés en main dans d'autres segments de véhicules. Cependant, la pression sur les coûts et l'approvisionnement en matériaux, conjuguée aux progrès technologiques, laisse penser que la LFP gagnera des parts de marché dans le secteur des véhicules électriques.
Des avancées majeures se profilent à l'horizon. Le développement des batteries à l'état solide continue d'être annoncé et certaines sont déjà commercialisées, comme par exemple avec les batteries polymères à l'état solide de Blue Solutions. L'utilisation du silicium comme matériau d'anode devrait augmenter grâce à la mise au point de solutions d'anode en silicium plus performantes et de produits prêts à la commercialisation, promettant des gains en densité énergétique et une charge plus rapide. De nouvelles chimies de cathode sont également à l'étude. Par exemple, le phosphate de fer et de manganèse de lithium (LMFP) offre une alternative intéressante, capable de combiner de nombreux avantages du LFP tout en augmentant la densité énergétique pour se rapprocher de celle des batteries NMC, même si son déploiement commercial reste encore limité.
Part de marché mondiale des cathodes pour véhicules électriques à batterie. Source : IDTechEx.
Conception des batteries :
Face à l’adoption croissante des batteries lithium-polymère (LFP) dans les véhicules électriques, la conception des batteries cellule-à-cellule (CTP) prend une importance grandissante. Ces conceptions offrent une meilleure efficacité d’intégration, augmentant ainsi la densité énergétique et contribuant à atténuer l’un des principaux inconvénients des LFP par rapport aux batteries NMC ou NCA. CATL et BYD, ainsi que Tesla, Stellantis et d’autres constructeurs, ont mis en œuvre des conceptions CTP. Afin d’améliorer la densité énergétique gravimétrique, les boîtiers en polymère léger sont proposés comme alternative aux boîtiers en acier et en aluminium.
D'autres entreprises comme CATL, NIO et Our Next Energy explorent des conceptions à double chimie. Our Next Energy présente l'exemple le plus extrême, avec un projet de batterie LFP à durée de vie prolongée combinant une chimie à haute densité énergétique et à cycle court. À terme, la combinaison de différentes chimies Li-ion, voire l'association de Li-ion et de Na-ion, pourrait permettre d'optimiser les compromis inévitables entre puissance, densité énergétique, durée de vie et performances à basse température.
Gestion thermique :
La gestion thermique et la protection contre l’incendie sont devenues des aspects essentiels des batteries de véhicules électriques, compte tenu des problèmes de sécurité, des incendies importants et des rappels de batteries. Alors que les premiers modèles de véhicules électriques utilisaient un refroidissement passif par air, le refroidissement liquide s’est imposé dans plusieurs segments automobiles ces dernières années. Selon les données d’IDTechEx, les batteries à refroidissement liquide actif représentaient 90 % du marché des voitures électriques, contre un peu plus de 50 % en 2015. Cette tendance ne se limite pas aux voitures électriques. La plupart des batteries clés en main destinées aux véhicules utilitaires sont également proposées avec un refroidissement liquide. À mesure que la technologie des cellules progresse, les développements dans des domaines tels que la gestion thermique deviennent de plus en plus importants, non seulement pour garantir un fonctionnement sûr, mais aussi pour optimiser les performances des batteries lithium-ion.
Systèmes de gestion de batterie :
Le système de gestion de batterie (BMS) joue un rôle fondamental dans le fonctionnement sûr et fiable de toute batterie lithium-ion. Si sa fonction principale est relativement bien définie, le BMS permet également d’améliorer les performances des batteries lithium-ion. Sécurité, durée de vie, charge rapide et même densité énergétique peuvent être optimisées grâce au développement des BMS, et ce, surtout, avec un minimum de compromis.
Le développement et l'application d'estimations plus précises de l'état des batteries et des cellules (par exemple, l'état de charge, l'état de santé ou l'état de puissance) sont essentiels pour améliorer les performances, car ils permettent d'exploiter au mieux le potentiel d'une batterie en toute sécurité. Outre les progrès réalisés dans les logiciels et les algorithmes des systèmes de gestion de batterie (BMS), des solutions BMS sans fil sont également commercialisées. La mise en œuvre de solutions sans fil élimine une grande partie du câblage, ce qui contribue à réduire le poids et à éliminer les risques de panne. Bien que le déploiement soit relativement lent, depuis l'annonce initiale par GM de son BMS sans fil en 2020, les fabricants de BMS pour semi-conducteurs proposent déjà des solutions pour la conception de BMS sans fil.
Le nouveau rapport d'IDTechEx, intitulé « Batteries lithium-ion et systèmes de gestion de batteries pour véhicules électriques 2024-2034 », analyse les principales innovations, avancées et tendances en matière de batteries lithium-ion et de systèmes de gestion de batteries (BMS) pour véhicules électriques, et notamment les données de performance. Ce rapport présente un aperçu des principaux facteurs, défis et options technologiques de batteries pour différents segments de véhicules électriques.
Auteur : Dr Alex Holland, analyste principal chez IDTechEx
