Fabriquer une batterie de voiture électrique, sans la Chine

La transition mondiale vers les technologies vertes a considérablement augmenté la demande de lithium. Ce minéral critique, abondant mais inégalement réparti, est essentiel au stockage de l’énergie et à l’électrification des transports. Selon l'Agence internationale de l'énergie, d'ici 2040, la demande en lithium pourrait atteindre 42 fois ses niveaux de 2020.

Les batteries lithium-ion sont utilisées pour alimenter les véhicules électriques et stocker les énergies renouvelables telles que l’énergie éolienne et solaire. En 2023, la demande de batteries franchi 750 GWhen hausse de 40 pour cent par rapport à 2022. En raison de leur haute densité énergétiquelongue durée de vie et capacités de décharge efficaces, ces batteries sont devenues cruciales dans le domaine du stockage d’énergie et de la mobilité électrique.

D'ici 2040, plus des deux tiers des véhicules de tourisme seront électriques. Les batteries lithium-ion sont également cruciales pour stockage en grille systèmes, garantissant la fiabilité du réseau en équilibrant les entrées et les sorties d’énergie.

Leur efficacité et leur légèreté les rendent également essentiels pour les appareils électroniques portables, comme les smartphones – rien qu’en 2022, environ 1,39 milliard de smartphonesprincipalement alimentés par des batteries lithium-ion, ont été vendus dans le monde entier.

Cependant, l’inadéquation entre l’offre et la demande, notamment en ce qui concerne les composants utilisés pour fabriquer ces batteries, pose plusieurs défis à ces marchés en croissance exponentielle.

Les principaux marchés pour les véhicules électriques – et donc pour les batteries lithium-ion – comprennent les États-Unis, l’Europe et la Chine. L'Inde est l'un des les plus grands importateurs des batteries lithium-ion et la taille de son marché des batteries lithium-ion est estimé 4,71 milliards de dollars en 2024. D’ici 2029, il devrait atteindre 13,11 milliards de dollars.

Le problème réside dans un dépendance écrasante sur la Chine pour le raffinage et la production de batteries au lithium et au lithium-ion, ce qui constitue un défi important pour les objectifs de développement durable de plusieurs pays.

Les défis de la chaîne d'approvisionnement du lithium

La production de batteries lithium-ion repose sur un chaîne d’approvisionnement mondiale complexe. Cela commence par l’extraction du minerai par les sociétés minières et son raffinage sur place pour produire des matières premières de qualité batterie. Les matières premières contiennent généralement du lithium, du cobalt, du manganèse, du nickel et du graphite.

Les fabricants achètent ces matières premières et les utilisent pour produire des matériaux de batterie actifs pour cathodes et anodes. Ces matières actives sont ensuite achetées par des commerçants et vendues à des entreprises produisant des cellules de batterie.

Les fabricants de batteries assemblent les cellules de batterie en modules, puis les emballent et les vendent à des acheteurs tels que les constructeurs automobiles, qui placent les batteries finies dans des véhicules électriques.

Le problème commence par la disponibilité de la matière première principale – le lithium – par son traitement et son raffinage, et enfin par la production de matières actives. Près de 80 pour cent des gisements connus de lithium se trouvent dans quatre pays – l’Amérique du Sud triangle de lithium de l'Argentine, de la Bolivie, du Chili et de l'Australie. Le marché est cependant dominé par la Chine – un pays qui dispose de maigres réserves.

Bien qu’elle détienne moins de 7 % des réserves, la Chine est le le plus grand du monde importateur, raffineur et consommateur de lithium. Soixante pour cent des produits au lithium dans le monde et 75 pour cent de toutes les batteries lithium-ion sont produit en Chine. Cela alimente principalement le marché chinois des véhicules électriques, ce qui représente 60 pour cent du total mondial.

Bien que les États-Unis, l’Europe et l’Inde aient commencé à produire des batteries lithium-ion, la production des composants les plus critiques de la chaîne de valeur des batteries lithium-ion – les matériaux actifs des cathodes et des anodes – reste concentrée en Chine. En fonction de la chimie des cellules lithium-ion, la matière active de la cathode représenterait 35 à 55 pour cent de la cellule, et la matière active de l'anode représenterait 14 à 20 pour cent. Les pays souhaitant accroître leur approvisionnement en batteries lithium-ion devraient se concentrer sur la production de ces composants.

Aujourd'hui, la Chine représente près de 90 pour cent de la capacité mondiale de fabrication de matériaux actifs pour cathodes et plus de 97 pour cent de la capacité de fabrication de matériaux actifs pour anodes. Les lacunes restantes en matière de capacité manufacturière sont comblées par la Corée du Sud et le Japon.

Des efforts sont en cours pour se concentrer sur une chimie plus durable, plus rentable et plus dense en énergie de la cellule lithium-ion. Par exemple, il y a la cellule de batterie NMC, où le matériau actif de la cathode est constitué d'une combinaison de nickel, de manganèse et de cobalt. Nickel augmente la densité énergétique, et le manganèse et le cobalt sont utilisés pour améliorer la stabilité thermique et la sécurité. Ensuite, il y a la cellule NCA, ou cellule nickel-cobalt-oxyde d'aluminium, où le manganèse est remplacé par de l'aluminium pour augmenter la stabilité. L’oxyde de lithium et de cobalt est l’une des technologies de chimie cellulaire les plus convoitées. Avec son énergie spécifique élevée et ses longues durées d'exécutionil est considéré comme idéal pour les smartphones, tablettes, ordinateurs portables et appareils photo.

La star de la chimie cellulaire, cependant, est la batterie LFP, une batterie au lithium fer phosphate. Grâce à leur stabilité thermique, les batteries LFP sont plus sûres et ont une durée de vie plus longue, convient particulièrement aux systèmes solaires hors réseau et les véhicules électriques. Ils fonctionnent également bien dans des conditions de températures élevées et sont respectueux de l'environnement en raison de l'absence de cobalt.

Aujourd’hui, LFP est passée d’une participation mineure dans la fabrication de batteries à l’étoile montante de l’industrie des batteries. Les cellules de la batterie LFP alimentent plus de 40 pour cent de la demande de véhicules électriques à l’échelle mondiale en 2023. Cela représente plus du double de sa part enregistrée en 2020.

Des efforts visant à augmenter la teneur en manganèse du NMC et du LFP sont également en cours. Ceci est fait pour augmenter la densité énergétique tout en maintenant les coûts des batteries LFP à un niveau bas, et en réduisant les coûts tout en maintenant une densité énergétique élevée pour les cellules NMC.

Accroître la production nationale

Une alternative pour rendre le stockage de l'énergie rentable et réduire la dépendance à l'égard de minéraux critiques tels que le lithium est batteries sodium-ion. Bien que ces batteries nécessitent encore certains minéraux essentiels tels que le nickel et le manganèse, elles réduisent la dépendance au lithium. Les batteries sodium-ion, tout comme les LFP, ont également été initialement développées aux États-Unis et en Europe.

Mais la Chine a également pris les devants dans ce domaine : capacité de fabrication est estimé à environ dix fois supérieur à celui du reste du monde réuni.

Le prix des matières premières est un facteur important dans le remplacement des batteries sodium-ion par celles au lithium ; actuellement, les prix sont bas et découragent les investissements et retarder les projets d’expansion.

Il existe ensuite des goulots d’étranglement dans la chaîne d’approvisionnement, notamment pour les matériaux de cathode et d’anode de haute qualité nécessaires à la fabrication de batteries sodium-ion. Jusqu’à ce que ces problèmes soient résolus, les pays devront renforcer leurs capacités locales pour accroître leur production de batteries lithium-ion.

UN quelques entreprises en Inde ont démarré leurs projets de fabrication avec soutien du gouvernementet bien d’autres envisagent de le faire. Le succès de ceux-ci, et d’autres à travers le monde, dépendra cependant de la localisation des composants de la chaîne de valeur du lithium-ion tels que les matériaux actifs de cathode et d’anode, le séparateur et les électrolytes.

Les séparateurs fonctionnent par séparer l'anode et la cathode des matériaux actifs pour éviter un court-circuit ; ils contribuent également au fonctionnement global de la cellule, notamment à sa stabilité thermique et à sa sécurité.

Quelques Entreprises indiennes se préparent désormais à produire des matériaux actifs pour cathodes et anodes lithium-ion ainsi que des séparateurs pour la chaîne d'approvisionnement nationale et mondiale des batteries lithium-ion. Ils ont également développé la technologie de production de matières premières actives pour les batteries à base de sodium-ion et d'aluminium.

De telles innovations seront cruciales pour les objectifs de transition énergétique de pays comme l’Inde, qui dépendent actuellement fortement de l’importation de matières premières pour les batteries.

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