C’est désormais enfoncer des portes ouvertes qu’affirmer que la batterie est la pièce maîtresse d’un véhicule électrique. Si de prime abord ce sont le même principe et le même organe qui permettent à une Dacia Spring et une Porsche Taycan d’avancer et se recharger, les différences sont notoires dans leur composition, leurs performances et in fine leur coût.
Quelles sont les grandes familles de batteries? Qu'est-ce qu'il se cache derrière les appellations NCA, NMC, LFP, LMFP ou LFMP parfois mentionnées en tout petit dans les fiches techniques? On vous explique tout.
En préambule, mentionnons que la majorité des batteries aujourd’hui sur le marché se distinguent en deux grandes familles: celles avec cobalt et celles exemptes de cobalt. A l’intérieur de ces deux familles, on retrouve différentes chimies aux acronymes barbares cités plus haut.
Déjà, pourquoi le cobalt? Ce matériau entre dans la composition de la cathode (électrode positive) et le choix en sa faveur s’explique par une densité énergétique optimale – donc un nombre élevé de kWh d’électricité par kilo de batterie – et une précision accrue de la mesure du niveau de charge (SOC) et de l’état de santé (SOH) de la batterie par le système de gestion de la batterie (BMS).
Deux chimies principales existent dans cette famille de batteries lithium-ion depuis leurs débuts: NCA pour nickel-cobalt-aluminium et NMC pour nickel-manganèse-cobalt. Toutes deux sont reconnues pour supporter de fortes contraintes, donc des températures de fonctionnement élevées. C’est pourquoi les véhicules électriques aux accents sportifs et visant la performance en sont équipés. Si les performances des batteries NCA et NMC sont élevées, il convient cependant de ménager leur durée de vie en évitant de les recharger trop souvent sur une borne rapide ou ultrarapide en plus de limiter leur charge au quotidien à 80-90% de leur capacité.
Par ailleurs, l’utilisation du cobalt soulève plusieurs débats: éthiques, au vu des conditions de travail désastreuses dans certaines mines au Congo, et économiques, avec un coût du minerai très élevé. C’est pourquoi les constructeurs tendent à se passer du cobalt dans leurs batteries en développant des technologies alternatives qui en utilisent moins, voire plus du tout.
Ces dernières années sont apparues les batteries LFP, pour lithium-fer-phosphate, qui s’affranchissent totalement du cobalt. Le coût du kilowattheure de batterie s’abaisse de 30 à 40% par rapport à des batteries NCA et NMC selon les estimations de Ford, qui a récemment annoncé le lancement de versions de ses Mustang Mach-E et F-150 Lightning équipées de batteries LFP.
Outre ces avantages économiques, les batteries LFP supportent un nombre de cycles de charge/décharge plus important que les batteries NCA et NMC, et affichent donc une longévité accrue. De même, elles supportent plus facilement une charge à 100% de sa capacité au quotidien, niveau d’ailleurs indispensable pour la précision des mesures du BMS sur ce type de batteries. Enfin, elles présentent un risque d’embrasement encore moins important que les batteries au cobalt, donc encore plus de sécurité.
Mais toute médaille a son revers et les batteries LFP n’y font pas exception. Avec une densité énergétique plus faible que les batteries au cobalt, à énergie équivalente, les batteries LFP sont plus lourdes. Ce qui pourrait se ressentir immanquablement au volant avec des performances en retrait, voire une consommation plus élevée. Voilà pourquoi les batteries LFP embarquent à bord des modèles d’entrée de gamme, à l’autonomie plus limitée, qui visent plutôt une utilisation «en bon père de famille» et non battre des records sur le 0 à 100 km/h. Enfin, les batteries LFP n’apprécient guère le froid, avec une diminution des performances en hiver: cet aspect est cependant à relativiser, car de plus en plus de modèles sont équipés de systèmes de préchauffage de la batterie afin de préserver ses performances en décharge comme en charge.
Les batteries NMC, NCA et LFP représentent la quasi-totalité du parc actuel de voitures électriques. Sans cesse en mouvement, le secteur réalise des progrès techniques à pas de géant: les batteries LFP évoluent, leur prochaine génération intègre du manganèse (et deviennent ainsi LMFP ou LFMP) qui améliore leur densité énergétique à moindre coût.
Enfin, de nouveaux types de batteries dites solides, semi-solides et au sodium, pour cette fois s’affranchir du lithium, arrivent sur le marché en 2023… Mais nous en parlerons dans un prochain billet.
