Technologies des batteries pour les transports électriques. S. Lascaud

Dimension: px

Commencer à balayer dès la page:

Download "Technologies des batteries pour les transports électriques. S. Lascaud"

Pascale Rochefort
il y a 6 ans
Total affichages :

1 Technologies des batteries pour les transports électriques S. Lascaud

2 Sommaire Famille de batteries Principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 2

3 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 3

4 Les grandes Les grandes familles familles de batteries de batteries Les batteries plomb: (Pb ouvert, VRLA ) Les batteries alcalines: (NiCd, NiMH, NiZn..) Les batteries Lithium: (Li ion, Li Métal Polymère ) Les batteries Sodium: (Zebra Na-NiCl2, NaS) 4

5 De la cellule au pack 1 cellule 1 module = plusieurs cellules 1 pack = plusieurs modules + système de gestion électrique, thermique 0,1 kwh 1 kwh 10 kwh Assemblage électrique en parallèle et en série, ajout des fonctions de surveillance, de coupure électrique et de communication vers le chargeur et le véhicule 5

6 Performances Comparaison pour VEdes technologies > 200 km Autonomie Densité d énergie (Wh/kg) Prix ( /kwh) Chiffres km 35 à km 40 à 60 > km 55 à 70 > km > 120 > 800 Objectif 300 à 500 Plomb NiCd NiMH Lithium > 200 Disponible En développement R & D 6

7 Sommaire Famille de batteries Marchés et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 7

8 La La révolution révolution des des batteries batteries au lithium lithium-ion Apparue en 1991 pour des applications portables. Le marché a atteint 10 Md$ en 2009 en forte croissance. Coût divisé par 3 en 10 ans 8

La révolution Du portable des batteries au transport au lithium et En.

génération de véhicules électriques et de nouvelles applications dans le

Le prix des batteries pour les nouvelles applications pourrait suivre la

Mais : 9 - technologies encore en développement, différentes du portable

9 La révolution Du portable des batteries au transport au lithium et En.R Les batteries Lithium-ion vont permettre l émergence d une nouvelle génération de véhicules électriques et de nouvelles applications dans le domaine stationnaire et EnR. Le prix des batteries pour les nouvelles applications pourrait suivre la même évolution que celle des applications portables. Mais : 9 - technologies encore en développement, différentes du portable - des systèmes complets à développer (gestion thermique, électrique, packaging ) - risque sécurité (explosion / feu) - coût encore élevé

10 Principe d une batterie lithium-ion Principe: insertion/ dé insertion du lithium entre deux structures hote de potentiel électrique différent 10

11 Les grandes familles de matériaux actuelles pour électrode positive de batterie Li ion Matériaux d une batterie lithium-ion Matériaux + (cathode) Abréviation LiCoO 2 LCO Li Ni 0,8, Co 0,15 Al 0, NCA LiMn 2 O 4 LMO LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 NMC LiFePO 4 LFP Anode (-) = Carbone (graphite et/ou carbone amorphe), Titanates (LTO) 11

12 Technologie d une batterie lithium-ion 12 Technologie en films minces (50µm) qui sont ensuite assemblés (bobinage ou stacking)=> procédé salle blanche & salle anhydre

13 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 13

14 Avantages Avantages / inconvénients / inconvénients Aucune technologie ne satisfait toutes les exigences requises. Oxyde de manganèse sécurité brevet coût faible performance énergétique performance puissance Lithium fer phosphate sécurité brevet coût faible performance énergétique performance puissance dispo matériaux longévité dispo matériaux longévité charge rapide coût du recyclage charge rapide coût du recyclage 14

Avantages La / inconvénients ressource lithium Réserves base de lithium, par pays (zones exploitées), en Milliers de tonne Li métal (100% = 14 000 Kt) De 1 à 5 Milliards de VE hors conflits d usage,

15 Avantages La / inconvénients ressource lithium Réserves base de lithium, par pays (zones exploitées), en Milliers de tonne Li métal (100% = Kt) De 1 à 5 Milliards de VE hors conflits d usage, prise en compte uniquement des réserves prouvées et sans recyclage. Consommation actuelle: 14 Kt/an USA Australie Bolivie Brésil Canada Chili Chine De 3,4 kg à 12,7 kg de lithium par batterie de véhicule électrique suivant la technologie 15

16 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 16

17 Performances des batteries lithium-ion cathode anode tension (V) Wh/kg materiaux max Wh/kg materiaux rev Wh/kg cellule rev Wh/kg pack rev LCO LiC6 3, LMO LiC6 3, NCA LiC6 3, NMC LiC6 3, LFP LiC6 3, LCO LTO 2, LMO LTO 2, NCA LTO 2, NMC LTO 2, LFP LTO 2,

18 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 18

coût des cellules Les coûts de main-d œuvre représentent 8% à 10% du coût global.

19 Coût Lithium Coût Lithium ion portable ion portable Structure de coût batteries Lithium ion Cobalt portable JAPON Structure de coût batteries Lithium ion Cobalt portable CHINE Les matériaux comptent pour 50 à 75 % du coût des cellules Les coûts de main-d œuvre représentent 8% à 10% du coût global. Marges de l ordre de 8 % à 13 % (applications portables) De nombreuses usines délocalisées en Chine (NEC Li ion portable, Valence, A123, ) 19

20 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 20

Sécurité De nombreux incidents notamment répertoriés pour les batteries d ordinateurs portables (Li-ion à oxyde de cobalt), mais aussi sur d autres technologies.

21 Sécurité De nombreux incidents notamment répertoriés pour les batteries d ordinateurs portables (Li-ion à oxyde de cobalt), mais aussi sur d autres technologies. Le rappel des produits a un impact majeur sur les résultats des fabricants de batteries. Un problème de sécurité pourrait ralentir le développement des batteries pour les transports. 21

fabrication (CC particules métalliques ) Risque inhérent à

22 Sécurité des batteries lithium-ion Les batteries lithium peuvent être dangereuses Risque inhérent à la qualité de fabrication (CC particules métalliques ) Risque inhérent à la mauvaise utilisation (surcharge, échauffement, sur-décharge ) 22

23 Sécurité des batteries lithium-ion Toxicité Principaux risques Dégagement de fumées toxiques type HF et HCN (en plus de CO, CO 2, HCt ) dans l habitacle des voitures ou dans l environnement Feu Production de chaleur jusqu à déclarer des feux violents des batteries et des parties combustibles à proximité Explosion Montée en pression induisant une rupture de confinement, des fuites de produits et/ou des projections 23

24 2 approches systèmes, 2 niveaux de sécurité 1) Assemblage grosses cellules (20-50Ah) (LG/Cpi- GM, THINK-Enerdel, Renault/Nissan-AESC, MMC/GS Yuasa, BYD 2) Assemblage de petites cellules 18/ (Valence-PVi, PHET-Microcar, TESLA, Smart) Intérêt = sécurité mais au détriment des performances 24

25 Sommaire Famille de batteries Marché et principe technologique des batteries lithium-ion Avantages / inconvénients Performances Structure de coût Sécurité Cartographie des constructeurs 25

26 Géopolitique de la batterie 1) Le Japon et la Corée dominent sur le plan technologique et industriel le secteur des batteries. 2) Les Etats-Unis reconstituent leur potentiel industriel au travers des 2,4 Md du plan Obama. 3) La Chine avec son plan 861 s est dotée d une industrie et d universités puissantes. 4) L Europe avance en ordre dispersé malgrès la tradition historique Francaise, les nouvelles impulsions du plan de relance et la filière Allemande ambitieuse. 26

27 Impact du plan Obama sur l industrie des batteries 27

28 EDF R&D Creating value and preparing for the future 28

Documents pareils

Batteries Lithium-ion et stockage des énergies renouvelables

Batteries Lithium-ion et stockage des énergies renouvelables De la maison autonome en énergie à la transition énergétique François Barsacq francois.barsacq@easylibatteries.com Tous droits réservés easyli