Pour les acteurs clés de la chaîne d'approvisionnement des véhicules électriques, plusieurs solutions existent pour accompagner les concepteurs de batteries face à ces défis et différencier leurs offres. Le rapport d'IDTechEx, « Matériaux pour cellules et packs de batteries de véhicules électriques 2025-2035 : Technologies, marchés, prévisions », conclut que la demande de matériaux pour packs de batteries en 2035 sera trois fois supérieure à celle de 2024, témoignant d'une évolution des priorités.
Cet article aborde les objectifs principaux et secondaires des concepteurs de batteries pour véhicules électriques et certaines des manières dont les fournisseurs de matériaux peuvent les soutenir.
Malgré les améliorations apportées à la densité énergétique, une forte croissance est attendue pour les matériaux utilisés dans les cellules et les packs de batteries.
Source : IDTechEx - « Matériaux pour cellules et batteries de véhicules électriques 2025-2035 : Technologies, marchés, prévisions »
Principales priorités : coût, autonomie et sécurité
Bien que chaque constructeur automobile soit différent et ait ses propres priorités, les principaux objectifs de la plupart seront de réduire les coûts, de simplifier la fabrication, d'améliorer la sécurité des batteries et d'augmenter la densité énergétique/l'autonomie des véhicules.
Les cellules et le choix de la chimie de la cathode sont les facteurs qui influent le plus sur les coûts, mais les concepteurs de batteries s'efforcent de réduire au maximum la quantité de matériaux utilisés. Ceci a permis de concevoir des batteries modernes qui utilisent 50 % de matériaux en moins autour des cellules par rapport aux modèles de 2015 et 2016 (d'après une étude d'IDTechEx). Cette réduction est due à des innovations telles que l'intégration cellule-pack et cellule-boîtier/cellule-châssis, mais même au sein des conceptions modulaires, la consommation de matériaux a diminué.
Face à la diminution de la quantité de matériaux utilisés par véhicule, le défi pour les fournisseurs est de proposer les matériaux adéquats. Il s'agit généralement de matériaux multifonctionnels à un prix compétitif. Un matériau peut s'avérer plus onéreux, mais cela peut constituer un avantage considérable s'il est moins cher que les deux ou trois matériaux qu'il remplace.
Un exemple clé est celui des matériaux d'interface thermique (TIM). Dans la conception des interfaces cellule-boîtier, les TIM évoluent : on passe de lignes de collage épaisses et de matériaux de remplissage d'espacement lourds à des adhésifs thermoconducteurs plus fins et plus légers, qui assurent également la structure et la conductivité thermique.
Un autre exemple est celui des canaux de refroidissement polymères pour la gestion thermique, où les couches TIM et les canaux de refroidissement métalliques pourraient être remplacés par un canal polymère extensible qui s'adapte aux cellules et élimine le besoin d'une couche TIM à l'intérieur des cellules refroidies par paroi.
La sécurité est également fondamentale et commence au niveau cellulaire. Cependant, l'évolution de la réglementation engendre un besoin croissant de matériaux spécifiques pour prévenir ou retarder la propagation des débordements thermiques. Ces matériaux se présentent sous diverses formes et peuvent remplir des fonctions variées : des aérogels offrant une excellente isolation thermique aux polymères intumescents assurant une protection contre l'incendie et pouvant servir à la fabrication d'éléments structuraux. Nombre de ces matériaux de protection contre l'incendie sont onéreux ; leur multifonctionnalité et leur capacité à remplacer plusieurs autres matériaux constituent donc un atout majeur.
Priorités secondaires : cycle de vie, approvisionnement et durabilité
Outre les priorités mentionnées ci-dessus, IDTechEx estime que d'autres domaines permettent aux fournisseurs de se démarquer, à condition d'atteindre les objectifs de performance et de coûts. Il s'agit notamment du développement durable, de l'empreinte carbone,de l'approvisionnement en matériaux et du démantèlement en fin de vie. Certains constructeurs automobiles accordent plus d'importance à ces aspects que d'autres, mais à mesure que le marché des véhicules électriques continue de croître, ces facteurs seront essentiels pour garantir que ces véhicules soient aussi respectueux de l'environnement que possible.
Conformément à la réglementation européenne, toutes les batteries devront être accompagnées d'un passeport carbone incluant des informations sur leur empreinte carbone . Bien que les matériaux des cellules contribuent davantage aux émissions que ceux de l'emballage, ce dernier ne doit pas pour autant être négligé. Outre les matières premières elles-mêmes, une production locale accrue peut être avantageuse pour les fabricants d'équipement d'origine (OEM) en termes d'impact carbone et de sécurité d'approvisionnement .
De nombreuses études démontrent désormais que les batteries des véhicules électriques ont une durée de vie supérieure aux prévisions ; toutefois, elles finiront par devenir inutilisables. À ce moment-là, elles pourront être recyclées ou réutilisées (par exemple, pour le stockage stationnaire d'énergie). Dans les deux cas, il est essentiel qu'une batterie puisse être démontée afin de réutiliser ses cellules dans un nouveau pack pour une seconde application, ou d'améliorer le taux de récupération des matériaux critiques lors du recyclage.
De nombreuses batteries modernes, conçues selon le principe du pack-cellule, sont très difficiles à désassembler de manière rentable, ce qui engendre des coûts de main-d'œuvre et de temps accrus pour les entreprises chargées de leur recyclage. C'est pourquoi les fournisseurs de matériaux proposent de plus en plus d'options pour faciliter ce processus. Par exemple, des adhésifs dissolvables par la température, des solvants, un courant électrique ou des ultrasons. Bien que leur utilisation reste limitée en raison de leur coût élevé et du manque d'infrastructures dédiées à la gestion des batteries en fin de vie, ces solutions constituent un levier de différenciation supplémentaire, même si elles restent secondaires par rapport aux préoccupations principales.
