La course mondiale à la production de masse de la LIB : comment l'industrie se positionne-t-elle pour des batteries bon marché, durables et très performantes ?
L'Europe sur la voie de l'autosuffisance ?
Une nouvelle feuille de route de l'ISI Fraunhofer sur les batteries au lithium-ion se concentre sur les activités de mise à l'échelle de l'industrie des batteries jusqu'en 2030 et examine les options technologiques, les approches et les solutions dans les domaines des matériaux, des cellules, de la production, des systèmes et du recyclage. L'étude examine trois tendances en particulier : La production de batteries aux performances optimisées, peu coûteuses et durables.
Le marché des batteries lithium-ion continue de se développer à l'échelle mondiale : En 2023, les ventes pourraient dépasser pour la première fois la barre des 1 TWh. D'ici 2030, la demande devrait plus que tripler pour atteindre plus de 3 TWh, ce qui a de nombreuses implications pour l'industrie, mais aussi pour le développement technologique et les exigences en matière de batteries. Par exemple, les récentes exigences réglementaires imposent la durabilité des batteries. L'utilisation massive des piles à lithium-ion dans les véhicules électriques a fait passer au premier plan la question du prix des piles et à l'arrière-plan des facteurs plus techniques tels que la densité énergétique et l'autonomie.
Dans ce contexte, une nouvelle feuille de route du Fraunhofer ISI se concentre sur les "Perspectives d'industrialisation à l'horizon 2030" et ses analyses se fondent en particulier sur les feuilles de route de l'industrie et d'autres annonces concernant la production ou l'utilisation de technologies spécifiques. La feuille de route a été réalisée dans le cadre du "projet BEMA II" financé par le ministère fédéral de l'éducation et de la recherche (BMBF).
Batteries à haute énergie et charge rapide
Les résultats de l'étude concernant la première tendance à l'optimisation des performances des batteries montrent qu'au cours des prochaines années, il existe des objectifs de développement ambitieux visant à augmenter de manière significative les paramètres de densité énergétique et de capacité de charge rapide en particulier. Pour certains véhicules phares, les taux de charge seront accélérés jusqu'à 4C et donc de l'ordre de 10 à 20 minutes. Pour atteindre ces objectifs, l'industrie se tourne vers des cathodes à haute teneur en nickel, des anodes en silicium et de nouvelles conceptions de cellules et de packs qui modifient les exigences d'espace, le couplage thermique et les caractéristiques de sécurité. Au niveau du système, par exemple, la technologie 800 V offre une nouvelle façon d'améliorer les performances des batteries.
Objectif : réduire les coûts : Réduction des coûts
Une deuxième tendance majeure, peut-être même plus importante, est la réduction des coûts des batteries. La feuille de route montre que l'objectif de coût au niveau du bloc-batterie est encore bien inférieur à 100 EUR/kWh, ce qui pourrait signifier une réduction de 30 à 50 % par rapport aux coûts actuels. L'industrie vise à atteindre cet objectif en utilisant des matériaux sans cobalt et sans nickel, en normalisant les cellules et en les intégrant directement dans le bloc-batterie. De nouveaux procédés de fabrication pourraient également contribuer à réduire les coûts, à la fois en optimisant les coûts de l'énergie et de l'équipement et en normalisant l'usine elle-même. Le faible coût des batteries pourrait également être atteint en localisant les usines sur des sites de production plus avantageux.
Vers des batteries durables
La troisième tendance, la production de batteries durables, prend de l'ampleur grâce à la directive européenne sur les batteries, mais aussi grâce à un nombre croissant de constructeurs automobiles. Plus précisément, la durabilité peut affecter de nombreux facteurs, depuis l'extraction des matières premières jusqu'aux scénarios de production et d'utilisation. Dans les années à venir, les développements industriels devraient se concentrer sur les technologies cellulaires et les technologies de production, dont certaines combinent même la durabilité, c'est-à-dire une faible empreinteCO2 et un faible coût. Il s'agit notamment des cathodes à base de fer et de manganèse, du traitement des électrodes à base d'eau ou à sec, et de l'utilisation du recyclage pour récupérer les matériaux à la fin de la durée de vie de la batterie. Le lieu de production joue également un rôle important dans la durabilité, influencé par des facteurs tels que le bouquet énergétique disponible et la distance par rapport aux sites de production en amont et en aval.
Des batteries avec des profils et des cas d'utilisation clairs
Les trois tendances clés présentées dans l'étude peuvent être contradictoires : les performances élevées sont parfois coûteuses et la priorité accordée à une faible empreinte environnementale peut limiter l'utilisation de certaines technologies, par exemple. Par conséquent, l'industrie doit se diversifier et produire des batteries avec des profils et des cas d'utilisation clairs. Les fabricants de cellules, les équipementiers automobiles, les start-ups et leurs coentreprises ont l'intention de construire plus de 10 TWh de capacité de production annuelle de cellules d'ici 2028. Si l'on tient compte de la probabilité de mise en œuvre et des retards habituels, une capacité de 5 TWh semble plus réaliste. En ce qui concerne la production de matériaux actifs anodiques et cathodiques, des annonces d'environ 3 TWh ont été faites pour 2028, ce qui est plus proche de la demande de batteries prévue pour les marchés d'application, qui est de 2 à 3,5 TWh. L'évolution de la capacité de recyclage des batteries n'est pas encore claire. Toutes les annonces faites ces dernières années montrent donc une image asymétrique le long de la chaîne de valeur de la technologie LIB, où l'accent a longtemps été mis sur la production de cellules. L'industrie doit encore rattraper son retard dans le domaine des matériaux et des composants.
L'Europe sur la voie de l'autosuffisance ?
Christoph Neef, coordinateur scientifique de l'étude, estime que l'Europe est en bonne voie pour devenir un acteur important de la production mondiale de cellules de batteries : "En Europe, il est prévu de construire des capacités de production de cellules de 1,7 TWh en raison de l'augmentation de la production de véhicules électriques. Environ 1 TWh semble réaliste si l'on tient compte de la probabilité de mise en œuvre et des retards. Les chiffres pour l'Europe confirment donc la tendance mondiale d'une forte concentration sur les projets et les investissements dans la production de cellules. L'objectif d'implanter 30 % de la production mondiale de cellules sur le sol européen pourrait être atteint".
Christoph Neef ajoute toutefois que l'Europe restera probablement faible dans la production de matériaux d'anode et devra compter sur les importations. D'autres lacunes subsistent également, par exemple en ce qui concerne les composants passifs des cellules ou la technologie clé du phosphate de fer lithié, qui est extrêmement importante pour les batteries à faible coût. Jusqu'à présent, l'expansion des capacités de production et la question de savoir quels fabricants pourraient couvrir cette technologie dans la production de cellules restent floues. De même, aucun fabricant de matériaux ne s'est encore engagé à créer des capacités importantes pour les matériaux en silicium, qui sont considérés comme la prochaine génération de la technologie LIB. Pour relever ces défis, les investissements et de bonnes conditions d'investissement, mais aussi des coûts énergétiques faibles et une main-d'œuvre qualifiée jouent un rôle important. La rationalisation des processus bureaucratiques et la réduction des procédures fastidieuses, ainsi que l'amélioration des subventions publiques et des mécanismes de financement pourraient contribuer à attirer davantage d'acteurs industriels et à garantir des conditions de concurrence équitables avec les pays non européens.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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