La chimie des batteries des voitures électriques, c’est un sujet que nous évoquons régulièrement au sein de nos colonnes. Même si, pour le client final, cela peut paraître secondaire, la chimie détermine pas mal d’éléments déterminants, à commencer par l’autonomie, la recharge et, surtout, le prix de la voiture en question.
Aux prémisses de la voiture électrique, la chimie NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt) était prédominante. Mais avec l’avènement de cette énergie, une autre chimie a pris le pas ces dernières années, au point d’équiper désormais pas moins de 50 % du parc roulant de voitures électriques dans le monde en 2024 d’après les données révélées par l’Agence Internationale de l’Énergie.
Plus économiques, plus sûres, et désormais compétitives en termes de performances, les batteries LFP (Lithium-Fer-Phosphate, totalement dénuée de cobalt) séduisent un nombre toujours plus croissant de constructeurs et changent en profondeur les équilibres de l’industrie. Mais comment cette technologie, autrefois marginale, est-elle devenue la plus répandue ?
Une technologie ancienne remise au goût du jour
La chimie LFP n’est pas nouvelle. Développée dans les années 1990, elle était initialement utilisée pour des applications stationnaires ou à faible demande énergétique, en raison de sa densité énergétique plus faible que celle des batteries NMC ou NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium).
À partir des années 2020, sous l’impulsion des constructeurs chinois comme CATL ou BYD, cette technologie a connu un retour en grâce dans le secteur automobile. Preuve en est avec ce graphique ci-dessous où, dans toutes les régions du monde, sa part de marché a explosé, notamment en Chine.
Pourquoi maintenant ? Plusieurs facteurs expliquent cette résurgence. Le plus évident est économique. Les batteries LFP utilisent des matériaux beaucoup moins coûteux et moins soumis aux tensions géopolitiques que le cobalt ou le nickel. Le fer et le phosphate sont abondants, bon marché et disponibles localement dans de nombreux pays, réduisant également la dépendance aux minerais stratégiques souvent extraits dans des conditions controversées.
Une chimie économique et sûre
À l’heure où le prix reste l’un des freins à l’adoption de la voiture électrique, la batterie LFP offre un avantage considérable. Selon plusieurs études, le coût moyen d’une batterie LFP est de 20 à 30 % inférieur à celui d’une batterie NMC. Cela permet aux constructeurs de proposer des modèles plus abordables, notamment dans les segments d’entrée de gamme.
Chez les constructeurs français, cette chimie n’est pas encore très répandue. Chez Peugeot par exemple, pour la voiture électrique la moins chère du catalogue, à savoir la e-208, la batterie est une NMC, moins encombrante que la LFP certes, et avantageuse pour ce type de véhicule. Le revers de la médaille, c’est qu’elle est plus chère et, preuve en est, la petite 208 électrique est loin d’être la voiture électrique la moins chère de son segment.
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Renault a fait aussi ce choix avec la R5 E-Tech. Le cobalt utilisé dans la cathode d’une cellule NMC jouit d’une densité énergétique avantageuse et de bonnes performances en charge comme en décharge. Mais, comme le nickel, il s’agit d’un métal rare soumis à un marché tendu, ce qui induit un prix élevé et fluctuant.
D’autres, comme Tesla, ont privilégié la chimie LFP, surtout parce que les voitures vendues par la marque ne sont pas de petites autos et peuvent bénéficier d’une batterie plus encombrante.
Dès 2021, l’entreprise d’Elon Musk a commencé à équiper une partie de ses Model 3 et Model Y produits en Chine de batteries LFP fournies par CATL. D’autres constructeurs ont suivi : Ford et Volkswagen, par exemple, mais aussi Stellantis ou encore Renault qui étudient ou ont déjà intégré cette technologie dans leurs gammes.
En parallèle, de nombreux constructeurs chinois comme BYD, Nio ou XPeng misent massivement sur le LFP, souvent combiné à des architectures innovantes comme la « cell-to-pack », qui améliore la densité énergétique globale en supprimant certaines structures intermédiaires.
Des performances désormais convaincantes
Comme énoncé plus haut, longtemps, la principale faiblesse de la chimie LFP résidait dans sa densité énergétique plus faible, ce qui limitait l’autonomie. Mais les récents progrès techniques, notamment dans la conception des cellules et des packs, ont largement comblé cet écart.
Preuve en est en Chine, où la majorité des voitures chinoises sont aujourd’hui équipées de batterie LFP et elles n’ont pas forcément grand-chose à envier aux autres voitures électriques reposant sur d’autres chimie d’un point de vue performance même si, effectivement, elles restent encore plus encombrantes.
La batterie LFP, outre son intérêt économique, présente plusieurs atouts spécifiques, notamment sa stabilité thermique, réduisant ainsi drastiquement les risques d’emballement thermique ou d’incendie. Et nous le savons, une voiture électrique qui prend feu, il n’y a pas qu’un emballement thermique qui se déclenche, il y a aussi un emballement médiatique qui peut accentuer encore la défiance envers la voiture électrique.
L’autre gros avantage de la batterie LFP, c’est sa capacité à supporter aussi un nombre de cycles de charge plus élevé que les batteries NMC. De ce fait, cela prolonge sa durée de vie utile. Et contrairement à certaines chimies plus sensibles, elle tolère mieux les charges à 100 %, un avantage non négligeable pour les utilisateurs qui n’ont pas de borne à domicile.
Des batteries à l’impact environnemental moins néfaste ?
Au-delà des performances, la montée en puissance de cette chimie permet d’éviter l’usage de cobalt, souvent critiqué pour ses conditions d’extraction en République Démocratique du Congo. La batterie LFP limite aussi le recours à des matériaux rares, avec notamment une empreinte écologique potentiellement plus faible à condition que la production soit elle-même décarbonée.
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Ce qui n’est évidemment pas toujours le cas, même si le législateur avance dans ce sens, preuve en est avec la démocratisation du « passeport pour batterie ».
L’essor de la batterie LFP permet une meilleure diversification géographique de la production. Vous n’êtes sans doute pas sans le savoir, mais l’Occident dépend fortement de l’Asie pour les cellules NMC, et la chimie LFP pourrait être produite localement à moindre coût, en Europe comme en Amérique du Nord. Des projets d’usines de batteries LFP émergent notamment en Allemagne, en Hongrie, aux États-Unis et au Canada.
LFP vs le reste du monde : une coexistence plus qu’une guerre ?
Faut-il pour autant enterrer les batteries NMC ? Pas forcément, d’autant plus que ces dernières conservent une densité énergétique supérieure, les rendant plus adaptées aux véhicules haut de gamme ou à longue autonomie. Certains constructeurs adoptent d’ailleurs une approche hybride, utilisant la batterie LFP pour les modèles citadins et la chimie NMC pour les véhicules premium.
Mais au-delà même de ces deux technologies, plusieurs autres pointes aussi le bout de leur nez. Et il y en a une qui intéresse tout particulièrement les constructeurs, aussi bien les chinois que les européens et les américains, c’est la batterie dite « solides ».
Le principe des batteries solides (ou semi-solide pour le moment comme la Nio ET7 et sa batterie de 150 kWh) est plutôt simple : contrairement aux batteries lithium-ion plus conventionnelles, il n’y a pas de solution électrolytique, mais un composé inorganique solide le remplace. Les ions ne se déplacent plus de l’anode à la cathode en réchauffant un liquide, ce qui limite drastiquement la probabilité d’incendie.
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De ce fait, les batteries solides offrent une sécurité plus importante que les batteries lithium-ion utilisées jusqu’à présent. L’avantage qui en découle, c’est bien évidemment la densité énergétique qui est améliorée. De nombreux dispositifs présents dans le système de gestion des batteries lithium liquides pour prévenir les risques d’incendie deviennent inutiles sur les batteries solides, libérant ainsi une place importante au sein d’un pack de batteries, une place supplémentaire qui permet aux véhicules équipés de batteries solides d’afficher des autonomies dépassant aisément celles des batteries lithium liquides.
L’autre technologique, qui fait un peu moins de bruit aujourd’hui que toutes les autres mais qui s’avère plutôt prometteuse, c’est la batterie au sodium. Elles fonctionnent selon un principe similaire, en utilisant des ions de sodium pour stocker et libérer de l’énergie.
Le principal avantage du sodium est son abondance sur Terre : il est beaucoup plus disponible et moins coûteux que le lithium, ce qui pourrait permettre de réduire significativement le coût des véhicules électriques à long terme. Comme les accumulateurs LFP, ceux au sodium présentent une meilleure stabilité thermique, réduisant les risques de surchauffe ou d’incendie.
Les batteries au sodium sont encore en phase de développement et elles ne sont globalement pas prêtes d’arriver au sein de nos voitures électriques. Elles ont une densité énergétique plus faible que les batteries au lithium et offrent ainsi une autonomie réduite à poids égal. Leur durée de vie et leur capacité à fonctionner dans des conditions extrêmes restent aussi inférieures aux standards actuels du marché.
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