Si CATL s’investit autant dans les batteries au sodium alors que la société chinoise est le leader mondial des batteries au lithium c’est pour diminuer les risques de rupture d’approvisionnement en lithium face à la montée exponentielle des ventes de VÉ et à la rareté du lithium. Non pas qu’il n’y en a pas suffisamment, mais plutôt dû à la rapidité de l’augmentation de la demande et à la lenteur pour mettre en opération de nouvelles exploitations.
C’est plus facile avec le sodium, car il y en a 420 fois plus que le lithium sur la planète, un peu partout, au lieu d’être concentré dans quelques pays comme le lithium. Le sodium se retrouve dans le sel de table (NaCl) et il y a des mines de sels dans de nombreux pays, sans compter l’eau de mer qui en contient beaucoup. De plus, le sodium est plus facile à extraire et raffiner.
Le gros problème des batteries sodium-ion était leur faible densité d’énergie, de l’ordre de 140 Wh/kg, comparativement à 240 Wh/kg pour des batteries Li-ion NMC très utilisées actuellement pour les VÉ. Ça voulait donc dire des batteries lourdes et volumineuses, les rendant difficilement utilisables en mobilité électrique.
Or, les chercheurs de CATL ont réussi à monter la densité d’énergie à 160 Wh/kg en 2021, pour leur première génération de batterie sodium-ion (Na-ion), tout en obtenant de bonnes performances aux températures froides (voir mon article du 19 décembre 2022). Elle devait être commercialisée en 2023, mais une chute importante du prix du lithium a retardé sa production de masse.
Les chercheurs de CATL ne se sont pas croisé les bras pour autant et ont redoublé d’efforts pour améliorer les performances de leur batterie au sodium. Leur deuxième génération atteint désormais une densité d’énergie de 175 Wh/kg, similaire à celle des batteries Li-ion au fer-phosphate (LFP) très utilisées pour les VÉ. Cette batterie Na‑ion G2 qu’ils ont appelé Naxtra (condensé de Na extra) vient d’être présentée à l’évènement «CATL Tech Day 2025» qui s’est tenu le 21 avril dernier (voir la vidéo YouTube de l’évènement à 20 min 30 sec).
La batterie Naxtra représente une percée technologique majeure, compte-tenu de ses performances exceptionnelles. On parle de résistance au froid intense, de sécurité hors pair par rapport aux incendies, de longévité record, de recharge rapide et d’empreinte écologique réduite. Voici les détails et leur signification.
Maintien des performances aux grands froids
Aux grands froids, les batteries Li-ion subissent une dégradation significative de leurs performances si elles ne sont pas chauffées, en raison de la faible conductivité ionique, du risque de placage de lithium sur l’anode et de la viscosité accrue de l’électrolyte.
En effet, sans chauffage les batteries Li-ion perdent une partie importante de leur capacité de stockage, de 40% à 50 % à – 30 °C allant jusqu’à 90% de perte à – 40 °C, par rapport à leur capacité à 25°C (voir les références 1, 2 et 3 à la fin de cette section).
Non seulement, les batteries Li-ion perdent de leur capacité de stockage, mais elles perdent aussi de leur puissance, réduisant ainsi l’accélération des VÉ qui en sont équipés, toujours si la batterie n’est pas chauffée. De plus, les recharges par grands froids sont dommageables pour la durée de vie des batteries Li-ion (nombre de cycles de recharge), à moins de prendre plusieurs heures pour faire le plein d’électricité ou de les préchauffer. C’est pour cela que les systèmes de gestion de la batterie (BMS) des VÉ modernes chauffent la batterie pour la maintenir typiquement entre 0°C et 10 °C.
Bien sûr, les températures de -30 °C sont rares dans les pays nordiques, tout au plus une semaine ou deux par année à Québec ou Montréal, par exemple, à moins d’être près du cercle polaire où les températures très froides sont plus fréquentes.
Ce talon d’Achille des batteries Li-ion, les grands froids, n’en est pas un pour la nouvelle batterie Na-ion Naxtra de CATL. Lors de sa présentation, le CTO (Chef Technology Officer) a dévoilé les performances stupéfiantes de leur batterie Naxtra par grands froids.
- À -30 °C, la perte de capacité de la batterie non chauffée n’est que de 7 %.
- À -40 °C, la perte de capacité de la batterie non chauffée n’est que de 10 %.
De plus, à -40 °C et 10 % d’état de charge (batterie presque vide), un VÉ peut quand même rouler à 120 km/h, selon CATL, ce qui indique une puissance tout à fait convenable pour la batterie, même dans un froid extrême.
Notons que pour la première génération de batterie Na-ion de CATL, annoncée en 2021, la perte de 10% de la capacité se manifestait à -20 °C, alors que pour la nouvelle génération, qui vient d’être annoncée, la perte de 10% n’est atteinte qu’à ‑40 °C, une grosse amélioration.
Par conséquent, avec la batterie Naxtra, les pertes d’autonomie d’un VÉ en hiver dues à la batterie sont à toutes fins pratiques éliminées (moins de 5% pour la très grande partie de l’hiver), sans avoir à chauffer la batterie. Il reste les mêmes pertes qu’une voiture à essence en hiver, dues à l’air plus dense par temps froids (résistance aérodynamique) et à la résistance accrue des pneus dans la neige. Le chauffage de la cabine demeure une consommation accrue pour les VÉ, qu’on peut diminuer à quelques pourcents avec un siège et un volant chauffant tout en maintenant une température raisonnable de la cabine.
Références :
- A. Belgibayeva et al., Lithium-ion batteries for low-temperature applications : Limiting factors and solutions, Journal of Power Sources, vol. 557, 15 février 2023.
- Ke Chen et al., Impact of low temperature on lithium-ion batteries: A multiscale study of performance degradation, predictive signals and underlying mechanisms, Chemical Engineering Journal, vol. 503, 1 janvier 2025.
- Feuillet BU-502 du site Battery University, intitulé Discharging at High and Low Temperatures.
Recharge rapide par grands froids
Lors de grands froids, les systèmes de gestion de la batterie des VÉ modernes, comme ceux de Tesla, Volkswagen ou BYD, s’assure de la préchauffer dans la fourchette 0°C à 10°C avant de commencer une recharge rapide. Ceci, afin d’éviter le placage de lithium durant une recharge à basse température, qui dégraderait la batterie prématurément. Avec le préchauffage, une Model 3, par exemple, qui se rechargerait de 10% à 80% en 25 à 30 minutes à 20°C (à un superchargeur) se rechargera en 40 à 45 minutes typiquement à -30°C.
Toutefois, si le conducteur n’a pu brancher sa voiture sur le réseau électrique et que sa batterie est très froide (-30°C) en arrivant au superchargeur, aucune charge ne sera transférée à la batterie pendant environ 45 minutes. Le courant fourni pendant ce temps servira à préchauffer la batterie. Un autre 45 minutes sera nécessaire pour effectuer la recharge rapide, ce qui fait 90 minutes en tout. C’est ce dont témoigne Kyle Conner suite à un test qu’il a effectué, tel que rapporté dans l’article «Watch Deep Frozen Tesla Model 3 Plug Into Supercharger at -14° Degrees» (-26°C) de Dan Mihalascu, sur InsideEVs, le 28 décembre 2022.
La batterie Na-ion Naxtra n’aura jamais ce genre de problème, puisqu’elle n’a pas besoin d’être préchauffée, même à -40°C, comme nous l’avons vu plus haut. Selon CATL, voici les temps de charge aux différentes températures (voir la vidéo YouTube «CATL Tech Day 2025» à 37 min 20 sec).
- à 25 °C, une charge de 5% à 80% s’effectue en 15 minutes,
- à 25 °C, une charge de 30% à 80% s’effectue en 10 minutes,
- à -30 °C, une charge de 30% à 80% s’effectue en 30 minutes,
- à -40 °C, une charge de 30% à 80% s’effectue en 37 minutes.
Dans le cas, peu fréquent, d’une batterie Li-ion très froide en arrivant à une borne de recharge rapide, on peut donc sauver une heure de charge avec une batterie Sodium-ion Naxtra (30 minutes au lieu de 90 minutes avec sa batterie Li-ion) et de l’argent!
Sécurité sans failles
Les tests d’endommagement des batteries Na-ion Naxtra chargées à 100%, qu’on peut voir dans la vidéo YouTube de l’évènement CATL Tech Day 2025 (26 min 30 sec du début), sont stupéfiants! Que ce soit une déformation de la batterie, une pénétration par un gros clou, une perforation à l’aide d’une mèche de 10 mm de diamètre ou le fait de couper une batterie en deux avec une scie circulaire, dans aucun des cas on ne voit de fumée ou de feu. La sécurité inhérente est donc supérieure à celle des batteries Li-ion, bien que les systèmes de gestion de la batterie (BMS) rendent ces dernières très sécuritaires.
Durée de vie record
Un autre aspect impressionnant des batteries Na-ion Naxtra c’est leur durée de vie. On peut les recharger 10 000 fois! À 400 km en moyenne par recharge ça représente 4 millions de kilomètres!! Encore là, c’est du jamais vu pour une batterie commerciale de VÉ.
Plus respectueuses de l’environnement
La cerise sur le gâteau c’est que les batteries Na-ion Naxtra sont bien meilleures pour l’environnement. Le CTO (Chief Technology Officer) de CATL mentionne dans sa présentation que ces batteries génèrent jusqu’à deux fois moins de gaz à effet de serre par kWh que les batteries Li-ion.
De plus, nous avons vu, dans mon article de 2022 sur leur première génération de batterie Na-ion, que ces batteries n’ont pas de lithium, ni nickel, ni cobalt, ni graphite et pas de cuivre non plus. Or, ce sont tous des matériaux critiques qu’on retrouve dans beaucoup de batteries Li-ion et qui sont soit en quantités limités dans la croute terrestre ou ont une empreinte écologique plus importante.
CATL n’a pas mentionné les matériaux contenus dans leur batterie Naxtra, mais on sait que pour la première génération la cathode était constituée de Blanc de Prusse (Prussian white) qui comporte du fer, du carbone, de l’azote et du sodium, alors que l’anode est faite de carbone dur. Tous des éléments bénins pour l’environnement.
Densité d’énergie et autonomie
Avec une densité d’énergie de 175 Wh/kg au niveau des cellules, la batterie Na-ion Naxtra pourrait donner une autonomie de 450 km à une Model 3 RWD 2024 puisque cette dernière a une autonomie EPA de 435 km avec une batterie Li-ion LFP dont la densité d’énergie des cellules est inférieure (170 Wh/kg).
Or, plus de 50% des véhicules Tesla ont une batterie LFP maintenant. Même si ces véhicules «LFP» ne sont pas ceux qui ont la plus longue autonomie, on peut dire qu’il n’y a pas de problème à utiliser la batterie Na-ion Naxtra dans un grand nombre de VÉ. Surtout que sa recharge est rapide à toutes les températures, même à -30°C sans préchauffage, et que sa durée de vie est 3 à 5 fois supérieure aux batteries Li-ion commerciales pour VÉ.
Des batteries hybrides au lithium et au sodium
Lors de son évènement Tech Day 2025, CATL a introduit également leur nouvelle batterie Freevoy qui comporte deux chimies de batterie différentes dans le même bloc batterie. Par exemple, on peut avoir une batterie Na-ion Naxtra moins chère et excellente aux basses températures mais à plus faible densité d’énergie (175 Wh/kg) combinée avec une batterie Li-ion NMC à haute densité d’énergie (240 Wh/kg) ou avec une batterie Li-ion LFP à densité d’énergie moyenne (205 Wh/kg) moins chère et sans nickel ni cobalt, pour donner une meilleure autonomie, et pouvoir rouler 500 km ou plus. On a ainsi le meilleur des deux mondes.
Ce qui est intéressant également avec la Freevoy c’est que les deux demi-batteries sont indépendantes. Elles ont chacune leur système de gestion électronique de batterie et leur système de conditionnement thermique, de telle sorte qui si une des deux moitiés cesse de fonctionner, pour une raison ou une autre, l’autre moitié continue de fournir du courant. Ils introduisent ainsi de la redondance dans la batterie, ce qui rend les VÉ plus fiables.
Une commercialisation sous peu
La mise en marché de la batterie Na-ion Naxtra est prévue pour la fin 2025 en ce qui concerne les véhicules électriques. On verra sans doute des VÉ qui en utilisent en Chine en 2026 et plus tard ailleurs. Souhaitons que les frictions commerciales actuelles avec les États-Unis se calment et qu’on puisse en importer ou en fabriquer en Amérique sous licence.
CONCLUSION
Cette fois, CATL frappe fort avec sa nouvelle batterie sodium-ion Naxtra. C’est un changement de paradigme qui s’annonce en mobilité électrique! Maintenant qu’ils ont atteint une densité d’énergie de 175 Wh/kg, similaire à celle des batteries Li-ion au phosphate de fer (LFP) utilisées dans 60% des VÉ Tesla et en plus grand nombre par BYD, le plus gros fabricant de VÉ au monde, la donne vient de changer. Surtout que CATL annonce 200 Wh/kg pour sa prochaine génération, en 2026, et que les batteries sodium-ion (Na-ion) devraient être les moins chères pour les VÉ, lorsqu’elles seront produites à grande échelle.
Mais, le bas prix des batteries Na-ion et l’abondance du sodium sont loin d’être les seuls avantages qu’elles ont.
Les batteries Na-ion Naxtra sont les championnes toutes catégories pour maintenir leurs performances aux grands froids. Elles ne perdent que 7% de leur capacité à ‑30°C sans être chauffées, alors que typiquement les batteries Li-ion commerciales en perdent près de 50% à cette température si elles ne sont pas chauffés. De plus, toujours sans chauffage, les batteries Naxtra se rechargent de 30% à 80% en 30 minutes à -30°C, ce qui correspond sensiblement au temps de recharge d’une batterie Li-ion à cette température extérieure si la batterie a été préchauffée à 0°C. Si la batterie Li-ion n’a pu être préchauffée avant d’arriver à une borne rapide, ça peut prendre 90 minutes pour atteindre 80% de la charge, car le premier 45 minutes servira à préchauffer la batterie.
Le préchauffage est essentiel pour une batterie Li-ion avant de la charger par temps froids sinon la batterie se dégraderait prématurément. La batterie Na-ion Naxtra n’a pas de problème avec ça.
Par ailleurs, à 25°C la batterie Naxtra se recharge de 5% à 80% en 15 minutes, le temps d’aller aux toilettes et d’acheter un breuvage.
Question longévité, la batterie Naxtra peut être rechargée 10 000 fois, ce qui correspond à 4 millions de km en comptant 400 km par recharge! La batterie n’aura pratiquement pas perdu de capacité après 20 ans!
Concernant la sécurité par rapport aux incendies de la batterie Na-ion Naxtra, elle est sans failles. Écrasement, perforation (gros clou et perceuse avec mèche de 1 cm) et sciage en deux de la batterie (scie circulaire) ne génèrent pas de fumée ni de feu, alors que les tests sont effectués avec la batterie chargée à 100%!
Du côté environnemental, la batterie Naxtra émet jusqu’à 50% moins de gaz à effet de serre que les batteries Li-ion et n’utilise pas de Cobalt, ni nickel, ni lithium, ni graphite, ni cuivre, tous des matières critiques que ce soit au niveau de l’abondance ou de l’empreinte écologique.
Enfin, CATL a également présenté sa nouvelle batterie hybride Freevoy qui contient deux chimies différentes. Ce faisant, on peut avoir le meilleur de deux mondes avec, par exemple, une demi-batterie au Na-ion Naxtra (175 Wh/kg) et une demi-batterie Li-ion NMC (240 WH/kg). La demi-batterie au sodium pourra être utilisée au quotidien pour les déplacements urbains (travail, loisirs, emplettes) et la demi-batterie au lithium donnera amplement d’autonomie pour les voyages, conjointement avec sa sœur au sodium.
En terminant, disons que les batteries au sodium ne remplaceront pas toutes les batteries au lithium, mais une partie importante. La plus grande densité d’énergie des batteries Li‑ion leur assure encore une place de choix pour les applications plus exigeantes (véhicules à longue autonomie ou plus lourds).
CATL nous dit que cette batterie Na-ion Naxtra sera disponible à la fin 2025.
Très encourageant!
