1000 cycles de charge complets dans une voiture électrique

batterieLa batterie est la pièce maîtresse d’une voiture électrique. Elle stocke l’énergie électrique qui entraîne le moteur et détermine l’autonomie et la puissance du véhicule. Mais comment une batterie pour voitures électriques est-elle fabriquée, quelles sont les matières premières nécessaires et à combien s’élèvent les coûts? Et qu’advient-il de la batterie à la fin de son cycle de vie? 

Composition: de quoi est composée une batterie? 

Pour faire simple, une batterie est constituée de quatre composants principaux: 

1. Cathode (pôle négatif): c’est le pôle négatif de la batterie. 
2. Anode (pôle positif): il s’agit là du pôle positif de la batterie. 
3. Séparateur: le séparateur sépare la cathode et l’anode l’une de l’autre. 
4. Électrolytes: des électrolytes liquides se trouvent entre les deux pôles. Ils permettent le flux d’ions entre l’anode et la cathode, selon que la batterie est en cours de chargement ou de décharge. 

Les batteries d’entraînement telles qu’elles sont utilisées dans les voitures électriques sont également appelées «unité de stockage haute tension», «batterie de traction» ou encore «batterie de cycle». Elles sont composées de plusieurs batteries individuelles reliées entre elles, lesquelles sont à leur tour constituées de cellules d’accumulateur ou de blocs de cellules reliés en parallèle et en série. La batterie de traction de la plupart des voitures électriques fournit une tension de 400 volts, et même de 800 volts pour la Porsche Taycan.  

Les batteries destinées aux voitures électriques doivent d’une part être légères et petites, et d’autre part, puissantes et à longue durée de vie. C’est la raison pour laquelle ce sont principalement des batteries lithium-ion qui sont utilisées dans les voitures électriques modernes, et rarement des batteries lithium-polymère. 

L’extraction de matières premières: priorité à la durabilité   

La fabrication d’une batterie est un processus complexe qui comprend plusieurs étapes. Il faut d’abord extraire les matières premières des différents composants de la batterie. Il s’agit notamment du lithium, du cobalt, du nickel, du manganèse et du graphite, qui sont extraits dans différents pays soumis à des normes écologiques et sociales différentes.  

Fabrication et coûts 

Une fois les matières premières extraites, elles sont transformées en cellules de batterie, qui constituent le cœur de la batterie. Les cellules sont regroupées en modules qui sont à leur tour reliés pour former un bloc de batterie. Le bloc de batterie contient le système de gestion de la batterie, qui est responsable de la surveillance et de la commande de la batterie.  

Les coûts de production des batteries ont considérablement baissé ces dernières années grâce à l’amélioration de la technologie et aux effets d’économie d’échelle. Selon une étude de l’Institut Fraunhofer pour la recherche sur les systèmes et l’innovation (ISI), les coûts de production des cellules pourraient être nettement inférieurs à 100 euros par kWh dans les années à venir. Il s’agit du prix auquel les voitures électriques pourraient concurrencer des véhicules à moteur essence et diesel comparables.  

Durée de vie dans une voiture électrique: 1000 cycles de charge complets 

La durée de vie des batteries dépend de différents facteurs:  

• Cycles de charge: plus les cycles de charge d’une batterie sont nombreux, plus celle-ci s’usera au fil du temps. 
• Température: des températures élevées peuvent réduire considérablement la durée de vie des batteries. La chaleur accélère les réactions chimiques à l’intérieur de la batterie et entraîne une usure plus rapide. 
• Décharge importante: si une batterie est trop déchargée (en dessous de sa tension minimale recommandée), cela peut affecter sa durée de vie. 
• Entreposage: la manière dont les batteries sont stockées est importante. Un stockage prolongé à pleine charge ou à très faible charge peut entraîner des pertes de capacité. 
• Qualité: les batteries de qualité supérieure durent généralement plus longtemps que les modèles de moindre qualité. 
• Ancienneté: même si une batterie n’est pas utilisée souvent, elle vieillit au fil du temps et perd de sa capacité. 

Par défaut, la norme minimale pour les batteries des voitures électriques correspond à un kilométrage compris entre 150 et 200 000 kilomètres. Cela correspond à environ un millier de cycles de charge complets. Cependant, avec l’augmentation des capacités des batteries et de l’autonomie par charge, les exigences en matière de nombre de cycles de charge seront probablement amenées à diminuer.  

Début janvier, l’annonce de Powerco, une entreprise de batteries qui opère à l’échelle mondiale pour le groupe Volkswagen, a fait sensation. Leur partenaire, la société américaine QuantumScape, a pu démontrer des résultats exceptionnels avec de nouvelles cellules à l’état solide lors des premiers tests. Les batteries basées sur la nouvelle technologie devraient encore avoir plus de 95 % de leur capacité, même après une distance de 500 000 kilomètres.   

Seconde vie: les batteries sont utilisées en mode stationnaire 

Les batteries qui ne sont plus assez puissantes pour une utilisation dans une voiture ne sont toutefois pas dénuées de valeur. En règle générale, elles conservent une capacité comprise entre 70 à 80% de leur capacité initiale. Il est donc conseillé, tant d’un point de vue économique qu’écologique, d’offrir une seconde vie (second life) aux batteries éliminées en utilisation stationnaire. Ainsi, il existe au sein du groupe Volkswagen une multitude de projets de seconde vie pour le stockage de grande capacité. Les batteries de véhicules usagées y sont utilisées en réseau en tant que batterie géante, aussi bien dans les usines Volkswagen que dans des projets de coopération avec des sociétés d’approvisionnement et des villes.  

Recyclage: récupération de matières premières précieuses 

Toutefois, lorsqu’une batterie arrive à la fin de son cycle de vie, elle doit être éliminée ou recyclée de manière appropriée. Le recyclage des batteries pour voitures électriques constitue un défi, car elles sont composées de différents matériaux qui doivent être triés. Toutefois, le recyclage présente également des avantages, car il permet de récupérer de précieuses matières premières qui peuvent être réutilisées pour fabriquer des batteries neuves. Ainsi, selon Volkswagen, une batterie lithium-ion d’environ 400 kilogrammes d’une capacité de 50 kWh contient actuellement environ 8 kilogrammes de lithium, 12 kilogrammes de manganèse, 9 kilogrammes de cobalt, 41 kilogrammes de nickel et 71 kilogrammes de graphite.  

Le département «Recherche et développement» du groupe Volkswagen a trouvé une solution de recyclage en collaboration avec Volkswagen Group Components, et l’a rendue propre à la production de série. Il s’agit d’un procédé innovant et durable qui permet de recycler les batteries. Ce procédé est utilisé pour la première fois dans une installation pilote située sur le site allemand de Salzgitter, dans le but de recycler plus de 90% de la batterie et de réintroduire dans le circuit des matières recyclables telles que le cobalt, le nickel, le manganèse ou le lithium. Pour la Suisse, une solution nationale est envisageable. Avec environ 150 000 véhicules électriques actuellement en circulation, et une tendance à la hausse, le potentiel de recyclage des matières rares ne doit pas être négligé et constitue une étape importante vers l’économie circulaire.