Le lithium fer phosphate devrait être la prochaine grande nouveauté dans les batteries de véhicules électriques

Aug 28, 2023

BMW iX testé avec le prototype de notre batterie au lithium fer phosphate Next Energy

Les batteries au lithium fer phosphate (LFP) alimentent déjà la majorité des véhicules électriques sur le marché chinois, mais elles commencent tout juste à faire leur apparition en Amérique du Nord. Ils ne sont pas vraiment nouveaux, ayant été inventés ici, mais jusqu'à récemment, les constructeurs automobiles vendant des véhicules électriques ici les ont évités parce que les acheteurs de voitures voulaient plus d'autonomie que ce qu'ils pouvaient raisonnablement offrir. Tout cela est en train de changer et nous verrons beaucoup plus de LFP ici dans les années à venir, l'écart de performance devant se combler grâce à des sociétés comme Our Next Energy (ONE) et Mitra Chem.

Presque tous les véhicules électriques vendus en Amérique du Nord utilisent des batteries lithium-ion avec des cathodes comprenant une certaine variation de la chimie nickel-cobalt. Ces batteries offrent la meilleure combinaison d’autonomie, de puissance et de taille, mais cela a un prix élevé. Le nickel et le cobalt sont actuellement à plus du double de leur prix de 2021 à la suite de fortes hausses de prix à la suite de l’invasion russe de l’Ukraine et de la demande accrue de véhicules électriques. Les produits chimiques nickel-cobalt sont également quelque peu sujets à l'emballement thermique s'ils sont physiquement endommagés ou présentent des défauts de fabrication, ce qui a conduit à six rappels différents au cours des trois dernières années, dont celui de Chevrolet Bolt.

L'emballement thermique est provoqué par la présence d'oxygène dans les mélanges nickel-cobalt qui est libéré lorsque la cellule subit un court-circuit interne et chauffe. Étant donné que les incendies nécessitent du carburant, de l’oxygène et une source d’inflammation, priver le feu de l’un de ces éléments l’éteindra. L'étouffement d'un incendie avec de l'eau ou de la mousse vise à priver le feu d'oxygène nécessaire pour l'éteindre. Cependant, lorsqu’un incendie se déclare dans une batterie nickel-cobalt, celle-ci produit son propre oxygène, c’est pourquoi ces incendies sont si difficiles à éteindre.

Les batteries LFP ne contiennent pas d'O2, donc même si elles peuvent évacuer certains gaz en cas de court-circuit, elles ne brûlent pas comme une batterie au nickel. Cela les rend beaucoup plus sûrs et durables, mais au prix d’une densité énergétique plus faible. Généralement, une batterie LFP fabriquée avec une architecture similaire à une batterie au nickel a une densité énergétique inférieure d'environ 30 à 40 %, mais elle peut durer des milliers de cycles de charge et résister aux abus d'une charge plus rapide.

Notre prochaine énergie

ONE, basée à Novi, dans le Michigan, a été fondée en 2020 par Mujeeb Ijaz, ancien cadre chez Ford, A123 Systems et Apple. L'objectif de ONE était de fabriquer des batteries plus sûres, moins chères et plus durables et ils affirment avoir fait des progrès significatifs avec leur dernière batterie Aries II. L'Aries I original est déjà en production à faible volume et est utilisé par Motiv Power Systems, basé en Californie, pour ses véhicules utilitaires électriques ainsi que dans des applications de stockage stationnaires.

L'Aries II est une version améliorée et Ijaz affirme qu'elle se situe désormais à 6 % de la densité énergétique des principales batteries nickel-manganèse-cobalt pour véhicules électriques, avec un coût 25 % inférieur, sans nickel ni cobalt requis. ONE y est parvenu en partie en utilisant une architecture cellule à pack (C2P) qui permet d'installer beaucoup plus de cellules dans le même boîtier de pack.

Les packs modulaires typiques ont une disposition box-in-a-box dans laquelle les cellules sont installées dans un boîtier de module qui est ensuite installé dans le pack plus grand. Ces boîtiers prennent de la place dans le pack et nécessitent davantage de connexions et de câblage, ce qui augmente le coût. Dans un pack modulaire typique, seulement 30 à 35 % environ du volume est réellement constitué de matériau cellulaire actif qui stocke l’énergie. L'Aries II a toutes les cellules insérées directement dans le boîtier et liées entre elles avec des dissipateurs thermiques et la plaque de refroidissement, remplissant ainsi une plus grande partie de l'espace. Le taux de remplissage du matériau cellulaire actif est supérieur à 70 %.

Le pack Aries II devrait permettre aux futurs véhicules électriques d’offrir jusqu’à 350 miles d’autonomie avec une charge. Mais ONE a déjà démontré sa capacité à faire parcourir à une Tesla Model S plus de 750 miles avec son prototype de batterie Gemini d’origine. Le Gemini utilise deux produits chimiques, le LFP et une cellule au manganèse sans anode. Étant donné que la plupart des gens n'utilisent qu'une partie de la portée quotidiennement et n'ont besoin que de temps en temps de la portée maximale, le Gemini est conçu comme un prolongateur de portée.