La compagnie chinoise Gotion High Tech vient d’annoncer leur nouvelle batterie LMFP, sans nickel ni cobalt, capable de stocker 240 Wh/kg d’énergie électrique à l’échelle des cellules. C’est très près des 270 Wh/kg des batteries NCA (nickel-cobalt-aluminium) et dépasse les 230 Wh/kg des batteries NMC (nickel-manganèse-cobalt), les deux types de batteries Li-ion les plus utilisées par les fabricants automobiles à l’extérieur de la Chine. Leur production de masse est prévue pour 2024. Ce sont des batteries de forme prismatiques allongées qui se prêtent bien à la technologie «cell to pack» structurale.
Il y a une dizaine d’années que la recherche sur les batteries LMFP s’intensifiait, puisqu’elles permettent d’éliminer le nickel et le cobalt, comme les batteries LFP au phosphate de fer, mais avec une densité d’énergie 25% à 30% supérieure. Toutefois, plusieurs obstacles ont dû être surmontés pour les rendre commercialement viables, ce que semble avoir réussi Gotion High Tech.
Le fer et le manganèse étant beaucoup plus abondants que le nickel et le cobalt sur la planète, c’est une excellente nouvelle pour la stabilité de la chaine d’approvisionnement des matériaux de batteries et une diminution de leur empreinte écologique!
Des performances à faire rêver
Dans un communiqué de presse du 19 mai 2023, pour le lancement de leur batterie LMFP L600 Astroinno, le Dr. Cheng Quian, le président exécutif pour les affaires internationales de Gotion High Tech, a déclaré:
«Ces dernières années, la technologie du phosphate de fer lithié (LFP) a regagné la reconnaissance du marché et sa part de marché continue d’augmenter. Parallèlement, la croissance de la densité énergétique des batteries LFP produites en masse s’est heurtée à des goulets d’étranglement et la poursuite de l’amélioration nécessite une mise à niveau du système chimique, c’est pourquoi des batteries LFP dopées au manganèse ont été développées.» Traduction par DeepL (deepl.com).
Pour ce qui est des performances citées dans ce communiqué, les voici :
- Densité massique d’énergie d’une cellule = 240 kWh/kg
- Densité volumétrique d’énergie d’une cellule = 525 Wh/L
- Nombre de cycles de recharge à température ambiante = 4 000
- Nombre de cycles de recharge de recharge rapide (18 minutes) > 1 800
- Le quotient volumétrique des cellules au bloc batterie = 76%
- Densité massique d’énergie du bloc batterie = 190 Wh/kg
Ce que nous disent les deux spécifications en caractères gras c’est qu’on peut avoir une batterie de 500 km d’autonomie qu’on pourra recharger 1 800 fois en 18 minutes (borne de type 3, > 400 V en courant continu) et qu’elle durera 900 000 km! Elle pourra durer bien plus longtemps en la rechargeant principalement à la maison ou au travail (borne de type 2 à 240 V en courant alternatif).
Question sécurité, leur nouvelle batterie a passé haut la main tous les tests du standard national chinois : pénétration par un clou, boîte chaude, surcharge, sur-décharge, emballement thermique, écrasement et courts-circuits. Comme le mentionne le Dr. Cheng Quian dans le communiqué :
«La sécurité intrinsèque est également le principal avantage de la batterie Astroinno : la température de décomposition thermique des matériaux utilisés est beaucoup plus élevée que celle des matériaux ternaires [NCA et NMC], ce qui rend les matériaux intrinsèquement sûrs ; les matériaux d’isolation thermique internes peuvent résister à une température élevée allant jusqu’à 1200°C.» Traduction par DeepL (deepl.com).
Ce qui est entre crochets est de l’auteur de cet article. Pour en arriver à de telles performances, ils ont dû surmonter plusieurs défis en introduisant plusieurs innovations. Toujours selon le Dr Cheng Quian dans le communiqué :
«Après dix ans de recherche interne sur les matériaux à base de lithium- phosphate de fer et manganèse (LMFP), Gotion High-Tech a résolu les problèmes de dissolution du Mn à haute température, de faible conductivité et de faible densité de compactage en utilisant la coprécipitation, la technologie de dopage par encapsulation, une nouvelle technologie de granulation et de nouveaux additifs à l’électrolyte.» Traduction de l’auteur de cet article.
La seule spécification manquante est le comportement en température froide. On sait que les batteries LFP au phosphate de fer lithié sont plus limitées de ce côté. Mais, comme nous l’avons fait valoir dans notre article sur les nouvelles batteries au phosphate de fer, en décembre 2022, on peut pallier cet inconvénient avec un système de réchauffement rapide de la batterie et de l’isolation thermique.
Qui est Gotion High Tech?
Selon l’alliance de l’innovation en batteries automobiles de Chine (China automotive battery innovation alliance), Gotion High Tech est le 4ième plus gros fabricant de batteries de Chine, tel que rapporté dans l’article du 20 décembre 2021 sur le blogue chinois CNEVPost intitulé «China’s Gotion inks EV battery supply deal with unnamed US automaker», rédigé par Phate Zhang.
On apprend dans cet article que Gotion a signé une entente avec un fabricant automobile majeur des États-Unis pour fournir 200 GWh de batteries LFP (c’est beaucoup!) de 2023 à 2028 et construire une usine aux États-Unis pour produire des batteries au phosphate de fer lithié (LFP). Une autre information importante dévoilée est que le partenaire américain va utiliser les batteries dans ses véhicules électriques et dans d’autres produits (Powerwalls, Megapacks?). Ces informations laissent sous-entendre fortement que ce manufacturier automobile étatsunien important serait Tesla.
Par ailleurs, Volkswagen a investi une somme importante dans Gotion, qui représente 26% des parts en bourse de la compagnie chinoise. Tout ça pour dire que c’est très sérieux.
Conclusion
Les nouvelles batteries LMFP de Gotion sont exemptes de cobalt et de nickel, deux métaux critiques beaucoup moins abondants sur terre que le fer et le manganèse, sans le problème éthique de l’extraction du cobalt. Elles vont être commercialisées à grande échelle en 2024.
Les batteries LFP ont également cet avantage mais leur densité d’énergie (170 Wh/kg) est considérablement inférieure à celle des batteries dites ternaires (NMC 230Wh/kg, NCA 270 Wh/kg), ce qui rend les batteries LFP pratiquement inutilisables au-delà de 400 km d’autonomie.
Or, la densité d’énergie des nouvelles batteries LMFP de Gotion est de 240 Wh/kg, plus élevée que les batteries NMC (nickel-manganèse-cobalt) utilisées par la majorité des fabricants automobiles occidentaux! Il est donc possible désormais d’avoir des autonomies de 600 km et plus sans problème ET sans nickel ni cobalt, moins chères de surcroit.
Gotion mentionne 1 800 recharges rapides de 18 minutes comme durée de leur batterie, soit près de 1 million de kilomètres avec une batterie de 500 km d’autonomie. Cela veut donc dire qu’elles peuvent sans doute être rechargées en moins de 15 minutes lors de longs voyages occasionnels et durer aussi longtemps. C’est inespéré!
Comme nous l’avons mentionné, la seule spécification manquante est le comportement aux basses températures qui est plus limité pour les batteries au phosphate de fer (LFP). Mais, comme nous l’avons fait valoir dans notre article sur les nouvelles batteries au phosphate de fer, en décembre 2022, on peut pallier cet inconvénient avec un système de réchauffement rapide de la batterie et de l’isolation thermique.
Les bonnes nouvelles ne sont pas terminées dans le domaine des batteries sans nickel ni cobalt. Le plus gros fabricant de batteries Li-ion au monde, CATL, a annoncé en 2022 que ses nouvelles batteries M3P de la famille des batteries au phosphate, plus performantes que les batteries LFP, seraient commercialisées en 2023 et utilisées par Tesla. Ces batteries M3P devraient avoir des propriétés se rapprochant de celles des nouvelles batteries LMFP de Gotion. Nous en reparlerons lorsque plus d’information sera disponible, probablement au lancement de la prochaine mouture des Model 3 et Model Y, dans quelques mois.
