Qu’est-ce que les batteries de voitures électriques sont faites ?

par Umesh Tiwari, Friday, 22nd March 2024

connexion alimentation charge véhicule électrique

Les batteries de pointe jouent un rôle de plus en plus important dans la transition vers une mobilité durable. Les véhicules électriques (VE) alimentés par batterie transforment notre façon de nous déplacer. Mais peu d’utilisateurs comprennent pleinement la technologie qui les sous-tend – ou la caractérisation des matériaux remarquable qui rend tout cela possible.

Les différents types de batteries de VE

Les chimies de batteries Li-ion les plus courantes utilisées dans les VE actuels sont le nickel manganèse cobalt (NMC) et le phosphate de fer lithium (LFP). Bien que la chimie NMC offre la plus haute densité énergétique (autonomie par charge), elle vient avec un prix élevé et des préoccupations environnementales en raison de l’utilisation de cobalt. Le LFP est moins cher et plus sûr mais a une densité énergétique inférieure. Dans la recherche et le développement, de nombreuses chimies visent une densité énergétique plus élevée à moindre coût et éliminent l’utilisation d’éléments toxiques et coûteux. Les batteries lithium-soufre, Na / K-ion et les batteries à l’état solide (avec électrolyte solide) sont quelques-unes des alternatives émergentes aux chimies actuellement utilisées.

Que contient une batterie Li-ion ?

Les batteries Li-ion des VE contiennent une cathode (NMC ou LFP), une anode (graphite ou silicium), un séparateur (polymère PVDF) et un électrolyte. La cathode et l’anode sont enduites respectivement sur des collecteurs de courant en Al et Cu. Donc, dans le cas des batteries NMC, les métaux principaux présents sont le lithium, le manganèse, le cobalt, le nickel, le graphite, l’aluminium et le cuivre. À titre d’exemple, la Tesla Model 3 (batterie de 75 kW·heures) utilise 12 kg de Li, 50 kg de Ni, 4,5 kg de Co, 4 kg de Mn (= 105 kg NCM811), 70 kg de graphite, 20 kg de feuille d’Al et 25 kg de feuille de Cu. En plus de cela, chaque cellule a un boîtier en acier et l’ensemble de la batterie a également un boîtier en aluminium et en acier.

Solutions durables pour les composants de batteries de VE

La fabrication des batteries Li-ion est confrontée à des défis d’approvisionnement en matériaux car les réserves de Li, Ni et Co sont limitées. De plus, il y a des préoccupations environnementales liées à l’extraction de ces minéraux. La durabilité dans la fabrication des batteries peut être atteinte avec une approche en trois volets – gestion des déchets lors de la production, recyclage des batteries et nouvelles chimies utilisant moins de minéraux plus abondants. Les déchets de production dans la fabrication des batteries peuvent varier de 5 % à 20 % selon l’optimisation du processus. Les solutions basées sur l’industrie 4.0 peuvent les réduire à moins de 5 %. Le recyclage des batteries non seulement évite que des matériaux de batteries toxiques finissent dans les décharges, mais il sert également de chaîne d’approvisionnement en matériaux alternative à l’extraction. Enfin, les nouvelles chimies élimineront non seulement les matériaux toxiques et coûteux comme le Co, mais elles offriront également une plus grande autonomie avec la même quantité de matériau, une fois perfectionnées et commercialisées.

Analyse de premier plan pour une meilleure technologie de batterie

Que ce soit pour optimiser la production des batteries actuelles ou pour développer de nouvelles chimies de batteries, rien ne peut être réalisé sans des outils analytiques robustes et fiables qui offrent une compréhension plus approfondie des matériaux et des processus. C’est là que Malvern Panalytical aide l’industrie des batteries avec des solutions analytiques de pointe;

Les gammes de diffractomètres à rayons X Aeris et Empyrean sont des outils à haute performance, polyvalents et faciles à utiliser fournissant des informations sur les propriétés des matériaux à l’échelle atomique. Que ce soit la perfection cristalline des matériaux d’anode/cathode, les défauts tels que le mélange de cations ou le degré de graphitisation ou la croissance de particules monocristallines, nos systèmes de XRD peuvent fournir des résultats précis en quelques minutes. Cela permet aux concepteurs de batteries de VE d’optimiser des facteurs comme la puissance d’accélération, l’autonomie et l’évolutivité.

L’analyse élémentaire avec nos gammes Zetium et Epsilon de XRF peut rapidement et précisément déterminer la composition élémentaire des précurseurs synthétisés et des matériaux d’électrode. De plus, elle peut être votre outil clé pour déterminer la concentration d’éléments dans les solutions hydrométallurgiques lors du recyclage des batteries.

La taille et la forme des particules jouent un rôle important dans l’optimisation des performances des matériaux d’électrode de batterie. Nos gammes de solutions Mastersizer et Morphologi peuvent être utilisées comme outils QC et R&D pour la mesure automatisée de la taille et de la forme des particules avec une grande précision et répétabilité.

Enfin, pour vous aider à atteindre l’industrie 4.0, nous avons des solutions de contrôle des processus en ligne/péri-processus/à distance pour le dimensionnement des particules (gamme Insitec), la composition élémentaire du précurseur liquide (Epsilon Xflow) et composition élémentaire du revêtement d’électrode (Epsilon Xline) et l’automatisation de laboratoire de toutes nos solutions analytiques.

Conduire l’avenir de l’industrie des batteries de VE

Avec nos technologies et nos instruments, et en partenariat avec des chercheurs et des acteurs de l’industrie du monde entier, Malvern Panalytical révolutionne les processus de développement de batteries – et alimente l’innovation nécessaire pour conduire la transition vers une mobilité durable!

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