Accumulateur lithium-fer-phosphate

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Une batterie de voiture intégrée.

Un accumulateur lithium-fer-phosphate dit accumulateur LFP (ou batterie LFP) ou accumulateur LiFe est un accumulateur lithium dont la cathode est faite de phosphate de fer lithié : LiFePO4.

Les batteries LFP se sont rapidement répandues dans l’univers de la robotique du fait de leurs avantages notables.

Elles sont largement utilisées en Chine pour les véhicules électriques du fait de leur coût moins élevé, malgré leur moindre densité d'énergie. L'Agence internationale de l'énergie prévoit qu'elles sont appelées à être de plus en plus utilisées pour les véhicules électriques urbains d'entrée de gamme en Europe et aux États-Unis.

Caractéristiques[modifier | modifier le code]

Les accumulateurs LFP ont une densité d'énergie inférieure d'environ 14 % à celle des batteries Li-ion classiques de type LiCoO2[1]. Elles supportent beaucoup plus de cycles de recharge, ce qui leur donne une grande longévité. En outre, s'il est toujours nécessaire de privilégier les charges partielles pour limiter la dégradation dans le temps, les batteries LFP sont moins contraignantes car plus résistantes à ce genre de traitement. Ces batteries supportent des intensités élevées, ce qui leur permet à la fois de fournir beaucoup de puissance et d'être rechargées rapidement.

Elles présentent une tension de 3,3 volts par élément, qui varie peu en cours de décharge. Cette caractéristique permet de simplifier l'électronique des circuits exploitant ces batteries dans de nombreuses applications, mais rend difficile l'estimation de la capacité restante.

Elles présentent beaucoup moins de risques d'incendie et peuvent être utilisées jusqu'à une température de 70 °C. Elles sont moins polluantes et peuvent aussi être stockées sur une longue période[2],[3],[4],[5],[6].

Apparues vers 2007, elles sont susceptibles à terme de remplacer les batteries LiCoO2 pour un grand nombre de leurs applications.

Succès pour le marché automobile[modifier | modifier le code]

Les batteries LFP ont une densité d'énergie inférieure à celle des batteries lithium-ion, mais leur coût est moins élevé et surtout elles n'utilisent ni cobalt, ni nickel, matériaux sensibles aux risques d'approvisionnement et de volatilité des prix. Elles sont largement utilisées pour les véhicules électriques en Chine, aussi bien pour les véhicules légers que pour les lourds. Selon l'Agence internationale de l'énergie, elles sont la solution privilégiée lorsque la priorité est le prix plutôt que l'autonomie, donc pour les véhicules d'entrée de gamme, principalement urbains et produits en gros volumes. Elles connaitront une forte croissance en Europe et aux États-Unis d'ici à 2030 du fait des prix élevés du cobalt et du nickel.

Tesla et Volkswagen ont annoncé l’utilisation de batteries LFP pour leurs voitures de gamme moyenne[7].

Tesla qui a présenté en septembre 2020 son propre programme de fabrication d'éléments de batteries sans cobalt[8], utilise dans ses modèles les plus vendus (modèles d’entrée de gamme 3 et Y) des batteries LFP sans cobalt provenant d'autres fournisseurs tels que CATL et BYD[9].

Position dominante à partir de 2021[modifier | modifier le code]

Tesla annonce que tous les modèles d'entrée de gamme des Model 3 et Y utiliseront des batteries LFP à compter de 2021. Cette technologie équipera plus de 50 % des véhicules de la marque dès 2022[10].

Avec la demande pour les batteries de l'industrie automobile électrique, les prix du cobalt ont culminé en 2017 (30 $/livre) avant de chuter de moitié en 2019 avec l'abandon progressif dans la fabrication des batteries. La structure du marché mondial des batteries pour véhicules électriques a basculé en 2021. La capacité de production des batteries LFP a officiellement dépassé celle des batteries ternaires (parmi lesquelles on trouve les batteries contenant du cobalt)[11],[12],[13], avec 52 % de la capacité installée et un taux de croissance beaucoup plus rapide que celui des batteries ternaires[14],[15]. Les analystes estiment que la part de marché mondial des batteries LFP dépassera 60 % en 2024.

Une technologie où la Chine domine en 2022-2023[modifier | modifier le code]

En 2022, plus de 95 % des batteries LFP pour véhicules électriques sont fabriqués en Chine, sur ce total, 85 % des véhicules équipés de batterie LFP sont commercialisés en Chine[16], les 15 % restants ne sont toutefois pas négligeables puisqu'ils constituent une part importante du marché mondial extérieur à la Chine : au premier rang, on trouve les Tesla Model 3 et Y, pour lesquels les modèles d'entrée de gamme sont équipés de batteries LFP et constituent la majorité des ventes mondiales. Ces deux Tesla trustent les premières places de ventes de véhicules électriques en 2022 ; puis pour la première fois, au premier trimestre 2023, la première place mondiale des ventes automobiles toutes technologies confondues pour un véhicule électrique : le model Y[17].

En février 2023, Ford annonce un investissement de 3,5 milliards de dollars pour construire une usine dans le Michigan, qui produira des batteries LFP « avec l'intention de rendre les véhicules électriques plus abordables et plus accessibles ». Le projet serait entièrement détenu par une filiale de Ford, serait la plus grosse unité de production de batterie LFP à l'extérieur de la Chine, mais utiliserait une technologie sous licence de la société chinoise de batteries CATL[18].

Notes et références[modifier | modifier le code]

  1. Yu-Guo Guo, Jin-Song Hu et Li-Jun Wan, « Nanostructured Materials for Electrochemical Energy Conversion and Storage Devices », Advanced Materials, vol. 20, no 15,‎ , p. 2878–2887 (DOI 10.1002/adma.200800627 Accès libre).
  2. PoBot, Les batteries LiFePO4 ou A123.
  3. Wattabox, Le Lifepo4.
  4. Green Vision, Batteries Lithium LiFePO4.
  5. Électrique - Batteries A123 : LiFePO4, sur aerololo.free.fr.
  6. Retour d’expérience sur les batteries LiFePo4, sur blog.mlrobotic.com.
  7. (en) Global EV Outlook 2022, p. 180-181, Agence internationale de l'énergie, mai 2022.
  8. Justine Calma, « Tesla to make EV battery cathodes without cobalt », theverge.com,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  9. « Les premières Tesla Model 3 « made in China » débarquent en France », sur Automobile Propre (consulté le ).
  10. (en) Jonathan M. Gitlin, « Tesla made $1.6 billion in Q3, is switching to LFP batteries globally », sur Ars Technica, .
  11. (en) N.A. Godshall, I.D. Raistrick et R.A. Huggins, « Thermodynamic investigations of ternary lithium-transition metal-oxygen cathode materials », Materials Research Bulletin, vol. 15, no 5,‎ , p. 561 (DOI 10.1016/0025-5408(80)90135-X).
  12. (en) Godshall, Ned A. (17 octobre 1979), Electrochemical and Thermodynamic Investigation of Ternary Lithium -Transition Metal-Oxide Cathode Materials for Lithium Batteries: Li2MnO4 spinel, LiCoO2, and LiFeO2, Presentation at 156th Meeting of the Electrochemical Society, Los Angeles, CA.
  13. Godshall, Ned A. (18 mai 1980), Electrochemical and Thermodynamic Investigation of Ternary Lithium-Transition Metal-Oxygen Cathode Materials for Lithium Batteries, Ph.D. Dissertation, Stanford University.
  14. (en) « EV Lithium Iron Phosphate Battery Battles Back », energytrend.com,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  15. (en) « LFP Battery Surpassed Ternary in EV Installation in July 2021 », poworks.com,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  16. (en) « Tesla, BYD estimated to account for 68% of LFP batteries deployed from Q1-Q3 2022 », electrek.co,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  17. (en) « Tesla Model Y is now the world’s best-selling car, first EV to do so », electrek.co,‎ (lire en ligne, consulté le ).
  18. (en) « Ford to build $3.5 billion electric vehicle battery plant in Michigan », CBS News,‎ (lire en ligne, consulté le ).