L’industrie pourrait réduire les émissions de GES en favorisant une chaîne de valeur circulaire dans laquelle les batteries sont réutilisées, réparées ou recyclées. Cependant, cela nécessite un effort et une coordination intersectoriels massifs.

Obstacles économiques

Les pics et la volatilité historiques des prix, les réglementations nationales et les pénuries de matériaux de construction peuvent retarder considérablement la construction d’usines.

Des normes de fabrication harmonisées et une forte importance accordée à l’emploi local et à des dialogues inclusifs peuvent atténuer certains de ces obstacles. Les initiatives législatives et de traçabilité de la chaîne d’approvisionnement peuvent également contribuer à améliorer les pratiques d’approvisionnement.

Matériaux

Les matériaux utilisés dans la production des batteries peuvent être critiques. L’exemple le plus marquant est le lithium, qui représente les deux tiers du coût d’une voiture électrique.

Parmi les autres matières premières concernées figurent le graphite naturel, le nickel et le phosphore. Même si les infrastructures minières sont généralement bien établies pour ces métaux, de nouveaux gisements ne sont pas découverts assez rapidement pour compenser le vieillissement des mines. En conséquence, certaines pénuries de matières premières sont attendues dans les années à venir.

Une autre préoccupation potentielle est que les opérations pourraient avoir des impacts défavorables sur les communautés locales en raison de violations des droits humains, notamment du travail des enfants et du travail forcé. Le cobalt, par exemple, figure sur la liste du ministère du Travail des produits produits par le travail des enfants et/ou le travail forcé.

La meilleure façon de faire face à ces risques consiste à planifier stratégiquement et à diversifier la chaîne d’approvisionnement. McKinsey estime qu'une chaîne de valeur mondiale résiliente pour les batteries peut être construite autour de pôles régionaux qui couvrent plus de 90 % des cellules locales et 80 % de la demande locale de matériaux actifs.

Conception de cellules

Divers choix de conception de cellules ont un impact sur la fiabilité, la sécurité et les performances de la batterie. Le boîtier ou la pochette, les isolants internes, les connecteurs, les ports de ventilation et les matériaux des électrodes ont tous des impacts importants. Il n’existe pas de cellule lithium-ion standard, avec des cellules qui semblent nominalement identiques et qui présentent un comportement et des performances très différents.

Le sel électrolytique utilisé dans les batteries lithium-ion (LiPF6) se décompose pour former de l'acide fluorhydrique (HF) toxique s'il est mélangé à de l'eau ou exposé à l'humidité pendant la production et l'assemblage. Les cellules sont fabriquées et assemblées dans des « salles sèches » pour éviter la formation d'HF.

À mesure que la demande mondiale de batteries Li-ion augmente, la résilience de la chaîne d’approvisionnement devient de plus en plus importante. Ceci peut être réalisé grâce à une intégration verticale, une gestion localisée de la chaîne d’approvisionnement en amont, des partenariats stratégiques et une planification rigoureuse des accélérations de la fabrication. Les entreprises peuvent également contribuer à établir un impact social durable et inclusif en soutenant les initiatives en matière de santé, de sécurité, de commerce équitable et de développement environnemental et communautaire. Cela inclut la création d’une chaîne de valeur circulaire dans laquelle les batteries usagées peuvent être réparées, réutilisées ou recyclées.

Connexion des cellules

La plupart Chaîne de batterie Li les modules d'un véhicule sont construits avec des connexions parallèles de plusieurs cellules. Cela augmente la fiabilité du système en ajoutant des chemins d'énergie redondants. Cependant, cela crée un déséquilibre de courant entre les branches parallèles et augmente la dégradation des cellules en raison d'une génération de chaleur inégale et d'une variation de résistance d'une cellule à l'autre.

Cela conduit à un gradient de vieillissement entre les branches parallèles individuelles, ce qui réduit la capacité de la batterie et pose un risque pour la sécurité si le courant de branche le plus élevé dépasse le courant de charge/décharge nominal maximum de la cellule (voir figure 1c). Cela peut provoquer une surchauffe de la cellule avant que les autres dispositifs de sécurité ne s'activent.

Pour surmonter ce problème, la conception du module doit permettre une séparation sûre des cellules soudées sans compromettre le processus ou les performances de soudage. Cela peut être réalisé en concevant les cellules de manière à ce qu'elles comportent deux zones de jonction distinctes qui sont découpées après le processus de soudage. Les cellules individuelles résultantes peuvent ensuite être utilisées dans de nouveaux produits de batteries.

Emballage

Comme la plupart des marchandises dangereuses, les batteries au lithium et les équipements alimentés par batterie nécessitent un emballage spécifique pour garantir leur sécurité pendant le transport. Ces spécificités peuvent varier selon le mode de transport.

Par exemple, l’expédition par train nécessite le respect d’un ensemble différent de directives spécifiques pour le transport de marchandises dangereuses. Ces réglementations sont détaillées dans les lignes directrices sur le transport ferroviaire de marchandises dangereuses (RID) qui, combinées aux lignes directrices ADR utilisées pour le transport routier, exigent effectivement des emballages, des processus et des protections similaires.

Ce type d'emballage protège contre les courts-circuits en utilisant des emballages intérieurs non conducteurs qui enferment complètement les cellules et les batteries et sont placés en toute sécurité dans des emballages extérieurs solides. Ces emballages comprennent également des cloisons internes pour empêcher tout mouvement susceptible de desserrer les capuchons des bornes, et ils sont scotchés ou sécurisés pour empêcher la batterie de bouger pendant le transport. Ces mesures de protection aident à se conformer à la norme UN3480 et à d'autres directives sur les matières dangereuses.