Création de la batterie lithium - ion (un peu d'histoire ne fait pas de mal)
Histoire de la batterie
Au fil des années, la conception des batteries de voiture électrique n'a cessé d'évoluer. Des batteries au Plomb (trop lourde et encombrante) en passant par les batteries Nickel-Cadmium supprimées au début des années 2000 car trop polluante et très peu d'autonomie, pour finir par les batteries Lithium-Ion : véritable révolution dans ce milieu, notamment installée dans des voitures de grandes marques comme la Renault Zoé, la BMW I3 et la Tesla Model S.
La batterie Ion-Lithium semble aujourd'hui une technologie fiable. Cette batterie est constituée d'un composant précieux : la cellule représentant à elle seule près de 70% (1) du coût de la batterie.
Pourquoi la batterie Lithium - Ion ?
En comparaison aux métaux tels que le Plomb ou le Nickel, le Lithium a tapé dans l’œil car c'est d'abord un métal très léger. Ainsi, à l'aide de sa configuration électronique, on remarque qu'il possède 3 électrons ayant principalement une forte capacité à se libérer de leur noyau, constituant alors un ion chargé positivement Li+.
Les constructeurs ont d'abord utilisé le lithium métal afin d'émettre les électrons, mais le problème était que le cycle charge-décharge s'altérait au cours du temps.
On a donc commencé à utiliser de l'oxyde de cobalt, du lithium, du nickel ainsi que de l'aluminium (à la cathode) et du graphite (à l'anode), tandis que l'électrolyte contient, elle, des sels de lithium (ions). Concrètement, la batterie lithium-ion offre un très bon compromis entre puissance et stockage (qui sont actuellement, les deux plus gros problèmes).
Pour comprendre, utilisons un exemple simple mais efficace. Prenez deux récipient : un verre d'eau et une grande bonbonne avec un petit goulot. Le verre d'eau, contient peu d'eau mais peut se vider rapidement tandis que la bonbonne d'eau contient beaucoup mais se vident très lentement. Les électrons se comportent comme l'eau et le récipient comme la batterie. Le verre représente une batterie à grande puissance, mais à faible capacité de stockage. Alors que, la bonbonne d'eau représente une batterie à faible puissance, mais à grande capacité de stockage. Ainsi, la batterie ion-lithium semble représenter le compromis idéal : une bonbonne avec un large goulot.
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La batterie Lithium - Ion : de l'extraction au recyclage
Tout commence par l’extraction des différents matériaux. Comme vu précédemment, la batterie Lithium-Ion est constituée de quatre principaux matériaux qui sont le nickel, le cobalt, le lithium et le graphite. L’Australie produit 60 % de lithium dans le monde, la République Démocratique du Congo produits Louis 64 % du cobalt et la Chine produit 67% du graphite.
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Ensuite, le processus de fabrication d’une batterie comprend trois étapes. La première est la production des cellules avec l'anode, la cathode, l’électrolyte et le séparateur, la seconde : l’assemblage du module avec l’assemblage des cellules et du boîtier avec les bornes et la dernière : l’assemblage des paquets de batterie où est assemblé le module, le système de gestion des batteries et les connexions électriques. Les plus grandes entreprises de fabrication de batterie interviennent tout au long de ces trois phases. De leur côté, les constructeurs automobiles qui se lancent dans ce secteur ne sont présents que sur les deux dernières étapes comme Tesla ou Volkswagen. Les leaders du secteur sont actuellement asiatique, à l’instar du japonais Panasonic, des coréens LG CHEM et Samsung SDI, des chinois CATL et BYD ou encore du Sino-Américain Farasis.
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La troisieme étape c’est l’assemblage des voitures électriques. Des entreprises comme PSA, Volkswagen, ou Renault se chargent de créer leur voitures avec les batteries importées par cargo de Chine.
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La dernière étape de la vie d’une batterie, c’est le recyclage, un enjeu majeur détaillé par la suite.