01 – Le phosphate de fer lithié affiche une tendance à la hausse

La batterie au lithium présente l'avantage d'être compacte, légère, rapide à charger et durable. On la retrouve notamment dans les batteries de téléphones portables et de véhicules. Actuellement, les batteries lithium-fer-phosphate et les batteries à matériaux ternaires constituent les deux principales catégories de batteries au lithium.

Pour répondre aux exigences de sécurité, dans le domaine des voitures particulières et des véhicules spéciaux, les batteries lithium-fer-phosphate, moins coûteuses et bénéficiant d'une technologie plus mature et plus sûre, sont de plus en plus utilisées. Les batteries lithium-ion ternaires, à plus haute densité énergétique, sont largement répandues dans les voitures particulières. Selon les dernières annonces, la part des batteries lithium-fer-phosphate dans ce secteur est passée de moins de 20 % à environ 30 %.

Le phosphate de fer lithié (LiFePO4) est un matériau de cathode couramment utilisé dans les batteries lithium-ion. Il présente une bonne stabilité thermique, une faible absorption d'humidité et d'excellentes performances de charge/décharge à pleine charge. Il est au cœur de la recherche, de la production et du développement dans le domaine des batteries lithium-ion pour le stockage de l'énergie. Cependant, en raison des limitations inhérentes à sa structure, les batteries lithium-ion utilisant le phosphate de fer lithié comme matériau positif présentent une faible conductivité, une diffusion lente des ions lithium et de faibles performances de décharge à basse température. Ceci explique la faible autonomie des premiers véhicules équipés de batteries lithium-fer-phosphate, notamment par temps froid.

Afin de réaliser des progrès significatifs en matière d'autonomie, notamment suite aux exigences accrues imposées par la politique de subventions aux véhicules à énergies nouvelles concernant l'autonomie, la densité énergétique, la consommation d'énergie et d'autres aspects, la batterie lithium-fer-phosphate, bien que dominante sur le marché depuis longtemps, s'impose progressivement comme la batterie lithium-ion ternaire à plus haute densité énergétique. Les dernières données montrent que, malgré un rebond de la part de marché des batteries lithium-fer-phosphate dans ce secteur, celle des batteries lithium-ion ternaires reste d'environ 70 %.

02 – la sécurité est le plus grand avantage

Le nickel-cobalt-aluminium ou le nickel-cobalt-manganèse sont généralement utilisés comme matériaux d'anode pour les batteries lithium-ion ternaires. Cependant, la forte réactivité de ces matériaux, bien qu'offrant une densité énergétique élevée, engendre également des risques importants pour la sécurité. Des statistiques incomplètes indiquent qu'en 2019, le nombre d'accidents d'auto-inflammation de véhicules à énergies nouvelles a été 14 fois supérieur à celui de 2018, et des marques telles que Tesla, Weilai, BAIC et Weima ont successivement connu des incidents de ce type.

L'accident a permis de constater que l'incendie se produit principalement pendant ou juste après la charge, car la température de la batterie augmente lors d'un fonctionnement prolongé. Lorsque la température d'une batterie lithium-ion ternaire dépasse 200 °C, le matériau positif se décompose facilement et la réaction d'oxydation qui en résulte provoque un emballement thermique rapide et une combustion violente. La structure olivine du phosphate de fer lithié lui confère une grande stabilité thermique, sa température d'emballement atteignant 800 °C, et une production de gaz moindre, ce qui la rend relativement plus sûre. C'est pourquoi, pour des raisons de sécurité, les bus à énergies nouvelles utilisent généralement des batteries au phosphate de fer lithié, tandis que les bus à énergies nouvelles utilisant des batteries lithium-ion ternaires ne peuvent pas encore être intégrés au catalogue des véhicules à énergies nouvelles pour la promotion et l'application.

Récemment, deux véhicules électriques de Changan Auchan ont adopté la batterie lithium-fer-phosphate, contrairement aux constructeurs automobiles traditionnels qui se concentrent sur les voitures. Ces deux modèles sont un SUV et un monospace. Xiong Zewei, directeur général adjoint de l'Institut de recherche de Chang'an Auchan, a déclaré au journaliste : « Après deux ans d'efforts, Auchan entre officiellement dans l'ère de l'électrique. »

Quant à la raison du choix de la batterie lithium-fer-phosphate, Xiong a expliqué que la sécurité des véhicules à énergies nouvelles a toujours été une préoccupation majeure pour les utilisateurs et les constructeurs. C'est pourquoi la batterie lithium-fer-phosphate équipant le nouveau véhicule a subi avec succès des tests extrêmes : cuisson à la flamme à plus de 1 300 °C, exposition à une température de -20 °C, immersion dans une solution saline à 3,5 %, impact d'une pression externe de 11 kN, etc. Elle répond ainsi aux exigences de sécurité les plus strictes : résistance à la chaleur, au froid, à l'eau et aux chocs.

Selon les informations disponibles, le Changan Auchan x7ev est équipé d'un moteur synchrone à aimant permanent d'une puissance maximale de 150 kW, offrant une autonomie de plus de 405 km et une batterie à très longue durée de vie supportant 3 000 cycles de charge. À température ambiante, une demi-heure suffit pour récupérer plus de 300 km d'autonomie. « En réalité, grâce au système de récupération d'énergie au freinage, l'autonomie du véhicule peut atteindre environ 420 km en conditions urbaines », a ajouté M. Xiong.

Selon le plan de développement de l'industrie des véhicules à énergies nouvelles (2021-2035) (projet soumis à consultation) publié par le ministère de l'Industrie et des Technologies de l'information, les ventes de véhicules à énergies nouvelles devraient représenter environ 25 % du marché d'ici 2025. On constate donc que la part des véhicules à énergies nouvelles continuera de croître. Dans ce contexte, des constructeurs automobiles traditionnels de marques indépendantes, tels que Chang'an Automobile, accélèrent leur développement sur le marché des véhicules à énergies nouvelles.