La nouvelle batterie LFP Shenxing que vient d’annoncer l’entreprise chinoise CATL, le plus gros fabricant de batteries Li-ion au monde, constitue un jalon majeur dans l’évolution des véhicules électriques (VÉ). Elle sera en production de masse à la fin 2023 et disponible sur le marché au début 2024.
Grande autonomie et recharge super-rapide
Dans sa présentation du 16 août 2023, CATL dévoilait sa nouvelle batterie LFP Shenxing à recharge très rapide, capable de procurer une autonomie de 700 km à un VÉ et récupérer 400 km en 10 minutes de recharge très rapide! C’est du jamais vu pour une batterie LFP. Pour être plus précis, CATL mentionne que leur batterie Shenxing se recharge à un taux de 4C, ce qui signifie en principe qu’elle peut se recharger complètement en 1 heure divisée par 4, soit 15 minutes.
Notons que ces chiffres sont valables pour la procédure de test automobile chinoise CLTC (Chinese Light duty Testing Cycle) qui est moins près de la vraie vie, alors que le test étatsunien EPA (Environmental Protection Agency) reflète plus la réalité. Selon Domenick Yoney du blogue Inside EV, le cycle de test CLTC donnerait des autonomies 35% plus élevées que le test EPA pour les VÉ. On aurait donc une rapidité de recharge de 300 km EPA en 10 minutes au lieu de 400 km CLTC, et une autonomie totale du VÉ de 520 km EPA plutôt que 700 km CLTC. Mais, c’est quand même impressionnant pour une batterie LFP, sans nickel ni cobalt!
La chimie
Notons que la chimie ne semble pas faire appel à d’autres minéraux que le phosphate de fer à la cathode et le graphite à l’anode pour sa composition de base. Il semble bien que ce ne soit pas une batterie LMFP avec du manganèse, ou d’autres éléments comme le zinc, l’aluminium ou le magnésium de leur batterie M3P. Du moins CATL n’en a pas parlé et n’a donné aucun indice là-dessus dans sa présentation.
Fini les préoccupations par temps froids
Par ailleurs, et c’est aussi important que la recharge très rapide, la nouvelle batterie Shenxing performe très bien aux températures froides, contrairement aux batteries LFP actuelles. Elle peut être rechargée de 0 à 80% en 30 minutes à – 10 °C, ce qui est environ 4 fois plus rapide que les batteries LFP traditionnelles à cette température (voir plus loin). Les forts courants électriques que cela implique garantissent aux VÉ des accélérations sans compromis par temps froid. CATL a donc, à toute fin pratique, éliminé les préoccupations envers la chimie LFP pour les citoyens nordiques.
Densité d’énergie
Question densité d’énergie, pas un mot dans la présentation du produit autre que la batterie Shenxing peut procurer une autonomie de 700 km à un VÉ, ce que ne pouvaient faire les batteries LFP auparavant. Il y a donc nécessairement une amélioration de la densité d’énergie qu’on découvrira dans les mois qui viennent.
Sécurité accrue
En ce qui concerne la sécurité, elle est encore accrue puisque Gao Huan, le directeur des technologies (CTO) du secteur véhicules électriques chez CATL, mentionne dans la présentation qu’avec toutes les améliorations qu’ils ont apportées à leur dernier bébé, le taux des défauts dans la fabrication des cellules de batterie se compte désormais en PPB (parties par milliard) au lieu de PPM (parties par million). C’est du jamais vu dans l’industrie.
Les innovations
Pour en arriver à une augmentation aussi substantielle des performances pour une chimie LFP, CATL a revu en profondeur et amélioré tous les composants de la cellule de base (cathode, anode, électrolyte et séparateur), ainsi que le système de gestion électronique de la batterie (BMS, Battery Management System) et de gestion thermique (refroidissement/réchauffement), de même que la structure du bloc batterie dans son ensemble.
Toutes les innovations que CATL a apportées ont pour but de faciliter le déplacement rapide des ions lithium dans les cellules. Tout d’abord, ils ont rendu plus facile l’intercalation des ions lithium dans les électrodes (entrée et sortie des ions lithium des structures cristallines de celles-ci), ensuite un nouvel électrolyte moins visqueux pour accélérer les déplacements des ions lithium au travers, et un séparateur plus mince et poreux afin que les ions lithium le traverse plus facilement. En chauffant convenablement la batterie, an augmente encore les vitesses des ions dans tous ces processus. N’oublions pas que des ions qui se déplacent plus facilement ça veut dire de forts courants électriques avec moins de pertes thermiques et donc une recharge plus rapide.
L’ingénierie s’est faite à l’échelle des nanomètres (1 nanomètre = 1/1 000 000 mm) soit l’épaisseur de quelques dizaines d’atomes! CATL a une TRÈS grosse équipe de chercheurs bien équipés qui ont dû travailler TRÈS fort.
Pour la densité d’énergie, ils ont joué sur l’intégration de la batterie au plancher de la voiture électrique, pour utiliser la batterie comme élément structurant et ainsi pouvoir éliminer des éléments structurants du châssis et diminuer le poids. La plus grande sécurité des cellules LFP leur permet d’utiliser des cellules prismatiques (rectangulaires) qui s’assemblent avec moins de pertes d’espace que des cellules cylindriques. Voir la photo entête de l’article.
Une comparaison aux basses températures
Dans mon article de 2022 sur les nouvelles batteries LFP, où je parle plus en détails des avantages et inconvénients de ces batteries, j’ai mentionné les travaux de Xiao-Guang Yang et al. pour pallier les inconvénients à basse température des batteries LFP en les chauffant. Ces derniers ont publié leurs résultats dans la revue Nature Energy le 18 janvier 2021. Dans leur figure 5c, reproduite ci-dessous, ils donnent le temps de recharge rapide d’une batterie lame LFP (Blade Battery) de BYD en fonction de la température, pour une batterie chauffée avec leur système et pour une batterie lame ordinaire, non chauffée.
Ce qui est intéressant dans cette figure pour le présent article, c’est qu’on a une référence pour une batterie LFP ordinaire. Prenons par exemple à température de la pièce, 20°C, on voit que la batterie ordinaire, non chauffée, se recharge à 80% en 30 minutes, alors qu’à -10°C, en extrapolant, on obtient environ 2h20 pour le temps de recharge. CATL nous dit qu’ils rechargent leur batterie à 57% (400 km / 700 km) en 10 minutes et donc probablement à 80% en 15 minutes à température ambiante et à 80% en 30 minutes à -10°C. Par conséquent, la batterie Shenxing se rechargerait approximativement 2 fois plus vite à température ambiante (20°C) qu’une batterie LFP ordinaire et 4,6 fois plus vite à -10°C par rapport à une batterie LFP ordinaire non chauffée. C’est énorme!
Conclusion
Tout d’abord, rappelons les avantages des batteries LFP :
- elles sont beaucoup plus sécuritaires,
- elles sont moins chères,
- elles n’ont pas de nickel ni cobalt,
- elles durent deux fois plus longtemps,
- elles utilisent des matériaux très abondants (fer, phosphate),
- elles peuvent être déchargées à 0% sans problème,
- elles peuvent être rechargées à 100% sans problème.
Vous conviendrez que ce sont là d’énormes avantages! CATL vient de démontrer, avec sa nouvelle mouture Shenxing de leurs batteries LFP, qu’on peut pratiquement éliminer ses trois inconvénients :
- elles performent mal aux basses températures,
- elles ont une plus faible densité d’énergie (moins d’autonomie),
- elles ne se rechargent pas très rapidement.
Avec une batterie de 525 km d’autonomie EPA qui se recharge en 10 à 15 minutes à 80% et fonctionne bien par temps froid, que demander de plus?
C’est définitivement un moment tournant dans l’histoire des véhicules électriques!
