Les batteries lithium fer phosphate gagnent du terrain sur le marché des véhicules électriques

La technologie des batteries de véhicules électriques continue de progresser rapidement, avec l'émergence de diverses chimies lithium-ion, du lithium cobalt oxyde (LCO) et du lithium manganèse oxyde (LMO) au lithium nickel cobalt aluminium oxyde (NCA). Ces batteries sont généralement nommées d'après les matériaux de leurs cathodes, où les ions lithium circulent pendant la décharge. Mais pourquoi les VE ont-ils besoin d'autant de types de batteries ?

Différentes formulations de batteries sont optimisées pour des paramètres de performance spécifiques, qu'il s'agisse de la durée de vie de la batterie, de la vitesse de charge maximale ou de la densité énergétique. Le choix dépend en grande partie des exigences de l'application. Par exemple, les batteries LMO présentent une résistance interne extrêmement faible pour une charge rapide, mais une durée de vie plus courte. Actuellement, les batteries nickel manganèse cobalt (NMC) et NCA dominent le secteur des VE en équilibrant le nickel et le cobalt pour améliorer la longévité et la densité énergétique. Cependant, les batteries lithium fer phosphate (LFP) émergent comme une alternative formidable.

Avec la formule chimique LiFePO₄ (lithium, fer, phosphate), les batteries LFP offrent des avantages distincts par rapport aux batteries NMC et NCA :

• Rentabilité : Les coûts de production des LFP sont nettement inférieurs (~98,50 $/kWh contre 120,30 $ pour les NCA), ce qui pourrait rendre les VE plus abordables.
• Durée de vie prolongée : Les batteries LFP supportent plus de cycles de charge, ce qui incite Tesla à recommander une charge à 100 % (contre 80 % pour les batteries à base de nickel).
• Résistance à la charge rapide : Leur structure cristalline 3D résiste mieux à la charge haute tension/chaleur que les batteries NMC/NCA.
• Sécurité : Le seuil d'emballement thermique des LFP (270°C) dépasse de loin celui des NMC (210°C) et des NCA (150°C), ce qui réduit les risques d'incendie.
• Durabilité : La composition sans cobalt/nickel réduit les émissions de carbone de 15 à 25 % et évite les pratiques minières controversées.

Les liaisons Fe-PO robustes des LFP résistent à la libération d'oxygène sous contrainte (courts-circuits, surchauffe), empêchant l'emballement thermique plus efficacement que les batteries à base de cobalt.

Malgré leurs avantages, les batteries LFP présentent des compromis :

• Densité énergétique inférieure : Les blocs LFP stockent ~30 % d'énergie en moins que les équivalents NCA, ce qui nécessite des batteries plus grandes/plus lourdes pour une autonomie équivalente.
• Limitations par temps froid : En dessous de -20°C (-4°F), les batteries LFP présentent une charge plus lente en raison d'une conductivité et d'une diffusion des ions lithium réduites.

Tesla a fait passer ses modèles Standard Range aux LFP en 2021 (Chine) et en 2022 (États-Unis). Ford prévoit d'adopter les LFP pour les Mustang Mach-E européennes et certains modèles F-150 d'ici 2024. Rivian mettra d'abord en œuvre les LFP dans les fourgonnettes de livraison Amazon, puis dans les camions à autonomie standard. La Chevy Bolt EV redessinée de General Motors et les modèles 2025 de BMW utiliseront également la technologie LFP.

Les observations des modèles Tesla révèlent :

• Les batteries LFP atteignent des températures maximales plus élevées (~70°F contre ~60°F pour les NCA) pour une autonomie optimale.
• Les Model 3 Standard Range (LFP) atteignent des autonomies nominales EPA plus régulièrement que les variantes Long Range/Performance.

Des études montrent que les cycles LFP durent 2 à 4 fois plus longtemps que les batteries NMC, avec une dégradation minimale due à la charge complète.

Oui, leur seuil d'emballement thermique plus élevé (270°C contre 150°C pour les NCA) réduit considérablement les risques d'incendie, bien que les incendies de batteries au lithium restent extrêmement rares.

Bien que Tesla recommande des charges complètes pour les LFP en raison de leur résistance, le maintien d'une charge de 80 à 85 % optimise toujours la longévité de toutes les batteries lithium-ion.

Les vitesses de charge diminuent par températures inférieures au point de congélation sans préconditionnement, bien que les mises à jour de la gestion thermique puissent atténuer ce problème.

Oui, l'élimination du cobalt/nickel réduit la dépendance à l'égard des opérations minières avec des préoccupations humanitaires et soutient les chaînes d'approvisionnement nationales.