BATTERIES LITHIUM-ION : ANATOMIE D’UNE CELLULE
Objet d’améliorations constantes au cours des dernières années, la batterie lithium-ion est aujourd’hui plébiscitée par les constructeurs de véhicules électriques. Elle est constituée en réalité de centaines de « cellules », voire des milliers (7 000 par exemple pour la dernière Tesla) qui comportent chacune trois éléments. La cathode est une feuille d’aluminium sur laquelle sont collées des particules de matières actives de métal qui « captent » les ions lithium quand le véhicule est en fonctionnement. L’anode est une feuille de cuivre sur laquelle sont collées des particules de graphite qui « captent » les ions lithium lorsque la batterie est en charge. Ces deux électrodes sont séparées par un composite plastique poreux (le « séparateur »), lui-même baigné par l’électrolyte. Ce solvant liquide contient les sels de lithium dont les ions migrent, entre cathode et anode, au fil des cycles de rechargement/déchargement de la batterie : dans le même temps, les électrons empruntent l’itinéraire extérieur !
LITHIUM-SOUFRE, BATTERIE « SOLIDE » : DES SOLUTIONS D’AVENIR ?
Si le marché actuel des motorisations électriques est très largement dominé par les batteries lithium-ion, d’autres technologies pourraient émerger à moyen terme. C’est le cas des batteries lithium-soufre, utilisées aujourd’hui dans les drones ou l’avionique en raison de leur légèreté : « Arkema développe une collaboration R&D avec le spécialiste Oxis pour améliorer leurs performances à destination du marché du transport », indique Dominique Plée, Directeur scientifique en charge des batteries. En parallèle, le Groupe s’intéresse de près à la batterie « solide », considérée par certains comme la véritable technologie du futur. Substituant l’électrolyte liquide par une plaque conductrice (céramique ou polymère), celle-ci assurerait au véhicule une autonomie incomparable, pour des temps de charge réduits à quelques minutes… Une véritable rupture, dans laquelle certains polymères spécifiques d’Arkema pourraient bien jouer un rôle clé !
R&D, PRODUCTION : UNE STRATÉGIE VOLONTARISTE
Leader mondial pour le PVDF de protection du séparateur, Arkema est également numéro un en Chine pour les polymères fluorés utilisés dans les électrodes : « Nous avons doublé le volume de Kynar® produit pour ces deux applications, entre 2014 et 2018, et prévoyons une forte croissance pour les cinq années à venir », précise Thomas Fine, Chef de marché mondial batterie pour les polymères techniques. Des positions très solides qui découlent d’une stratégie industrielle volontariste : « Arkema est le seul acteur mondial à disposer de capacités de production PVDF sur les trois continents où se joue aujourd’hui la croissance du marché, avec ses usines de Changshu (Chine), Calvert City (États-Unis) et Pierre-Bénite (France) », analyse Thomas Fine. Le Groupe anticipe les attentes des constructeurs par un effort constant de R&D dédiée : outre son centre d’excellence sur les batteries de King of Prussia (États-Unis), il collabore étroitement avec les fabricants de batterie sur ses centres techniques implantés en Chine, au Japon et en Corée – les trois pays où se concentre aujourd’hui la production mondiale de batteries et véhicules électriques. Arkema est par ailleurs le seul producteur de PVDF à avoir mis au point des procédés de fabrication de grades PVDF « green », c’est-à-dire par voie aqueuse (donc sans solvant) pour les membranes et les électrodes.
