Quelle est la chimie la plus appropriée pour l’électrification de votre véhicule ? Découvrez tous les types de batteries au lithium

Aujourd’hui, les batteries au lithium participent à l’électrification d’une gamme de plus en plus large d’applications. Si elles concernaient initialement les téléphones, les ordinateurs et les petites applications d’outillage, elles ont progressivement évolué vers l’électrification de véhicules hybrides ou entièrement électriques. Aujourd’hui, de plus en plus de fabricants de machines industrielles et de véhicules électriques se tournent vers cette technologie pour la transition électrique de leurs flottes. Et ce, dans des secteurs très variés : logistique, manutention, construction, plates-formes aériennes, agriculture, véhicules aéroportuaires et transport maritime, pour n’en citer que quelques-uns.

Choisir la bonne batterie au lithium pour son véhicule est donc devenu, aujourd’hui plus que jamais, une tâche complexe, mais plus que jamais nécessaire, surtout au vu des dernières dispositions émanant du Parlement européen, qui a approuvé l’interdiction des ventes de voitures à essence et diesel à partir de 2035.

Les batteries au lithium ne sont pourtant pas toutes les mêmes ! De nombreux éléments entrent en ligne de compte pour créer la batterie la plus adaptée à une application spécifique. Il existe différents types de batteries au lithium sur le marché ; mais derrière le voltage, l’Ah et la taille d’une batterie au lithium, il y a une véritable démarche complexe, faite d’études, de recherche et développement, de tests techniques et surtout, de choix de la bonne chimie, qui peut être plus ou moins adaptée aux besoins d’un véhicule donné.

Les six chimies les plus utilisées à base de lithium et leurs caractéristiques

Approfondissons les six principaux types de batteries au lithium et les chimies utilisées pour leur fabrication :

De la théorie à la pratique : l’utilisation de la bonne chimie au lithium pour chaque application

Nous avons présenté les six principaux types de chimie les plus utilisés à l’heure actuelle dans les différentes sphères de l’électrification. Il ne faut toutefois pas croire que ces chimies sont en concurrence les unes avec les autres, bien au contraire ! Elles sont toutes bonnes et performantes, mais chaque chimie au lithium donne le meilleur d’elle-même dans différents domaines d’utilisation.

Dans ce diagramme, les différentes caractéristiques des chimies sont comparées en termes de :

• Énergie spécifique ou Densité gravimétrique [Wh/Kg] : c’est le rapport entre la quantité d’énergie contenue (Wh = V x Ah) et le poids de la batterie.
• Sécurité: elle va de pair avec la stabilité thermique, car la sécurité intrinsèque dépend beaucoup de la stabilité thermique des composants.
• Taux C: taux de charge/décharge, c’est-à-dire le rapport entre le courant de charge ou de décharge (A) et la capacité nominale de la cellule (Ah). Il s’agit d’un paramètre étroitement lié à la capacité de la cellule à générer de l’énergie.
• Cycle de vie : Nombre de fois où la cellule peut être déchargée et rechargée jusqu’à ce que la fin de vie soit atteinte, normalement considérée comme atteinte lorsque la capacité résiduelle est de 80 %.
• Coût

Comment choisir le type de chimie au lithium le plus approprié

Essayons donc d’expliquer en détail pourquoi opter pour l’une ou l’autre chimie en fonction du type d’application à électrifier.

Batteries NMC et NCA pour le secteur automobile

Pourquoi les batteries NMC et NCA trouvent-ils une plus grande application dans le secteur automobile ?  Car cela nécessite une densité d’énergie très élevée, qui peut donner beaucoup d’énergie dans un petit espace. Dans le domaine de la mobilité électrique, la densité énergétique, la densité gravimétrique et la puissance spécifique sont donc des éléments essentiels. La vitesse de recharge est considérée comme un point central, tout comme la puissance d’accélération élevée, notamment dans les modèles haut de gamme. Par conséquent, dans ce secteur, d’autres performances telles que, par exemple, des cycles de vie élevés des batteries ne sont pas cruciales, tout simplement parce qu’elles ne sont pas nécessaires !

En effet, il est extrêmement peu probable qu’une voiture fasse plusieurs cycles dans la même journée, tout au plus quelques jours par an dans le cas d’un long trajet. Au contraire, une voiture n’utilise généralement que 20 à 30 % de sa charge en une journée.

Prenons l’exemple d’une Tesla qui peut parcourir plus de 400 km en une seule charge : si l’on considère une durée de vie de 400 000 km, cela signifie que le nombre total de cycles que la batterie devra supporter ne sera que de 1 000 (400 000 / 400 = 1 000 cycles). Cela explique pourquoi les cycles de vie d’une batterie utilisant la chimie NMC ne dépassent pas 2 000 (encore moins avec la chimie NCA, où les cycles de vie vont jusqu’à 1 000).

Batteries LFP et LTO pour le secteur industriel

Dans l’industrie, dans l’agriculture ou pour l’électrification de véhicules spéciaux, surtout s’il s’agit d’applications très cycliques qui soumettent la batterie à travail lourd, il est préférable d’utiliser des chimies LFP et LTO, où la durée de vie, la fiabilité et la sécurité sont les exigences les plus importantes.

Dans le monde de l’industrie, la question de l’espace est donc moins contraignante, tout comme il n’est pas indispensable d’avoir des performances ou une densité énergétique exceptionnelles. Lorsque l’on évalue le choix de la bonne chimie, il faut tenir compte de l’important facteur de la sécurité, un aspect sur lequel peu de personnes sont prêtes ou acceptent de faire des compromis.

Il est préférable d’avoir une batterie qui prend un peu plus de place, mais qui offre une sécurité optimale et une durée de vie nettement plus longue. En effet, il existe des véhicules, tels que les chariots LGV et les AGV, qui sont appelés à être utilisés de manière intensive et à travailler sans relâche 24 heures sur 24, de sorte que leurs batteries effectueront jusqu’à 3 ou 4 cycles de charge en une seule journée. La chimie LFP pourrait alors facilement les soutenir avec ses plus de 4 000 cycles de recharge.

Ensuite, si les batteries sont nécessaires pour le stockage stationnaire, la densité d’énergie n’a plus guère d’importance. Ce sont alors plutôt le coût et les cycles de vie des batteries qui déterminent le choix de la chimie. La chimie de la LFP trouverait alors sa place.

Batteries LCO et LMO pour petites applications mobiles

Enfin, si on a besoin d’une très petite batterie utilisée par des outils et des applications mobiles, sa principale caractéristique doit être la légèreté, sinon les performances de l’ensemble de l’application seraient affectées par un poids trop important. Dans ce cas, on peut opter pour des chimies telles que la LCO et la LMO et accepter le compromis d’une durée de vie plus courte ou d’un risque de sécurité supplémentaire (puisqu’il s’agit d’une petite batterie), afin de pouvoir donner au produit les caractéristiques essentielles dont il a besoin pour pouvoir entrer sur le marché.

Le BMS optimise les caractéristiques de la chimie choisie.

Des diagrammes comme ceux-ci sont très utiles pour avoir une vue d’ensemble des particularités de chaque chimie, des aspects qui restent vrais au fil du temps. Rappelons toutefois qu’au niveau quantitatif, on parle de données purement indicatives, et cela, en raison d’un aspect important qu’il ne faut jamais sous-estimer : l’évolution technologique.

La technologie et l’innovation au sens large sont des concepts en évolution constante et, grâce à elle, les chimies évoluent elles aussi très rapidement, et chacune d’entre elles, après les études et les recherches appropriées, peut à son tour être déclinée en d’autres variantes pour améliorer une caractéristique au détriment d’une autre (par exemple, pour obtenir une densité énergétique élevée, peut-être au détriment de la puissance ou du cycle de vie).

C’est précisément pour cette raison qu’il est important de rester constamment à jour et, en cas d’inexpérience, de s’en remettre à un fabricant expérimenté qui pourra étudier et concevoir la batterie en fonction des exigences spécifiques de l’application à électrifier.

Cependant, la chimie n’est pas le seul élément déterminant pour définir la bonne performance d’une batterie au lithium : la performance de la batterie découle également d’un autre élément important, le BMS (Battery Management System). En effet, un système de gestion de batterie intelligent est en mesure d’exploiter au mieux les caractéristiques de la chimie choisie, garantissant ainsi une fiabilité et des performances égales dans le temps, en gérant et en contrôlant tous les dispositifs qui gravitent autour de la batterie.

Découvrons maintenant quelles sont les principales caractéristiques d’un BMS intelligent.