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LFP ou NMC : pas toutes les batteries de voiture électrique sont identiques


Dans une voiture électrique, la batterie est de loin l’élément le plus important. L’autonomie du véhicule, sa puissance de charge et sa capacité à parcourir de longues distances en un temps record sont toutes liées à la technologie employée dans la batterie. Quelles sont les différentes chimies existantes aujourd’hui, leurs avantages et inconvénients ?

Le jargon spécifique aux batteries des voitures électriques peut être difficile à appréhender. On parle d’architecture 400 ou 800 volts, puis arrivent différentes chimies de batteries, chacune avec son lot d’avantages et inconvénients.

Pour y voir plus clair, faisons le point sur les deux grandes catégories utilisées à l’heure actuelle dans les voitures électriques : les batteries LFP (lithium-fer-phosphate) et les batteries NMC ou NCA (nickel-manganèse-cobalt et nickel-cobalt-aluminium). À l’issue de ce dossier, vous devriez être en mesure de comprendre pourquoi toutes les batteries ne se valent pas, et de déterminer celle qui est le plus adaptée à votre usage.

LFP : les batteries les moins chères peuvent-elles être les meilleures ?

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Depuis 2020, les batteries LFP ont gagné en popularité grâce à un modèle en particulier : la Tesla Model 3. Véritable tête d’affiche de la mobilité électrique à travers le monde, la version d’entrée de gamme de la marque d’Elon Musk s’est mise à utiliser une batterie LFP lorsque la giga-usine de Shanghai a été construite.

Depuis, cette chimie de batterie sans cobalt — dont l’usage est encore aujourd’hui controversé à cause des conditions de minages de ce minerai — a gagné en popularité et s’est même imposée comme la batterie par défaut de beaucoup de véhicules. Bien souvent, ce sont les modèles les moins onéreux qui en bénéficient, comme la MG4 avec la petite batterie, par exemple.

La raison est simple : pour une même capacité, c’est la chimie de batterie la moins chère à l’heure actuelle. On estime à près de 40 % dans certains cas le gain financier pour les constructeurs, ce qui explique que ce soit le choix privilégié dans de nombreuses voitures, qui peinent tout de même à afficher un prix sous 30 000 euros.

Batteries LFP : inconvénients

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Bien entendu, qui dit prix plus bas, dit inconvénients inhérents à cette chimie sans nickel. En l’occurrence, les deux plus gros défauts des batteries LFP sont leur densité énergétique et leur sensibilité aux températures extrêmes.

Tesla Cybertruck en test sur neige  // Source : Tesla
Tesla Cybertruck en test sur neige. // Source : Tesla

Dit plus simplement, à quantité d’énergie équivalente, une batterie LFP est plus lourde qu’une batterie NMC ou NCA. C’est ce qui explique, par exemple, les 2 083 kg de la MG4 51 kWh avec batterie LFP, contre les 2 113 kg de la MG4 64 kWh avec batterie NMC : pour seulement 1,4 % de masse supplémentaire, la capacité de la batterie augmente de 25 %.

La gestion de la température est un challenge pour les batteries LFP, qui n’aiment pas le froid. Les performances de charge à très basse température sont fortement dégradées, et le freinage régénératif est quasi inexistant si le pack de batterie n’est pas chaud. Bien sûr, la plupart des constructeurs tiennent compte de ces désavantages et ajoutent un système de pré-conditionnement de la batterie pour mitiger le souci. Mais, si vous récupérez votre véhicule après des heures de stationnement dans le froid, il faudra longtemps avant de pouvoir le conduire en profitant du freinage régénératif maximal. Notons aussi que ces batteries n’aiment pas avoir trop chaud. Cela explique pourquoi, lors de longues descentes de cols de montagne, on se retrouve plus facilement avec un freinage régénératif limité que sur le même parcours avec une batterie contenant du nickel.

Batteries LFP : avantages

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Les batteries LFP ont tout de même plus d’un tour dans leur sac, et possèdent d’autres qualités que n’ont pas leurs consœurs. Elles peuvent charger quotidiennement à 100 % sans que cela accélère la dégradation des cellules, permettant en pratique de se réveiller chaque matin avec une batterie pleine, ce qui est particulièrement important pour les véhicules ayant une petite autonomie.

Plus qu’une possibilité, recharger à 100 % est même fortement conseillé pour que le système de gestion de la batterie soit bien calibré. L’absence de cobalt dans la cathode rend difficile la lecture du vrai niveau de charge de chaque cellule si une charge complète n’a pas été réalisée depuis longtemps. C’est pourquoi au moment de la livraison, par exemple, le niveau de batterie affiché peut être fantaisiste : il faut calibrer le pack.

En outre, leur longévité est excellente, puisque les études montrent que l’on peut espérer effectuer 4 fois plus de kilomètres avec une batterie LFP qu’une NMC ou NCA de capacité équivalente avant qu’elle soit inopérante. C’est intéressant pour les constructeurs qui veulent afficher une garantie toujours plus importante sur les packs de batterie, notamment pour rassurer les frileux sur le passage à l’électrique.

NMC et NCA : des batteries plus performantes et plus légères

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Encore très utilisées malgré un coût au kilowattheure plus élevé, les batteries NMC ou NCA (nickel-manganèse-cobalt ou nickel-cobalt-aluminium) restent la référence pour les véhicules ayant besoin de performance.

Batteries NMC et NCA : avantages

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Leur excellente densité énergétique leur permet de proposer une autonomie plus importante pour le même poids à embarquer qu’une batterie LFP.

On retrouve cette chimie, par exemple, sur les Tesla Model 3 Grande Autonomie, qui ne sont que 63 kg plus lourdes (soit un surpoids de 3,5 %) que les Propulsion, pour 33 % de batterie en plus. En outre, contrairement aux batteries LFP, les batteries NMC et NCA sont moins sensibles à la température, ce qui en fait des batteries bien adaptées au climat glacial.

Bien entendu, si vous laissez votre véhicule pendant des heures dehors sous 0 degré, le freinage régénératif sera limité, voire inexistant. Cependant, il reviendra bien plus rapidement qu’avec une batterie LFP. Aussi, lors des longues descentes, le freinage régénératif n’est pas aussi rapidement limité avec une batterie NMC ou NCA qu’avec une LFP.

Un autre avantage de taille concerne tout particulièrement les conducteurs en quête de performance. La capacité de décharge à haute température est excellente, ce qui permet à certains bolides d’exploser tous les records sur circuit, comme la Tesla Model S Plaid sur le Nurbürgring.

Présentation Tesla Model S Plaid // Source : Capture YouTube
Présentation Tesla Model S Plaid. // Source : Capture YouTube

Enfin, le système de gestion de la batterie (BMS), est plus précis sur les batteries dotées de cobalt. En pratique, cela signifie que le niveau de batterie est lu avec beaucoup de précision, vous permettant de flirter avec le 0 % sans crainte. Sur certaines batteries LFP mal calibrées, la voiture peut s’arrêter net avant d’arriver à 0 %.

Batteries NMC et NCA : inconvénients

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Là où les deux chimies comportant du cobalt n’arrivent pas à égaler les batteries LFP, c’est sur la limite de charge quotidienne. Concrètement, charger à 100 % tous les jours une batterie NMC ou NCA n’est pas recommandé. La limite classique est plutôt de 80 %, ce qui ampute l’autonomie du véhicule.

Pour le quotidien, ça ne pose bien entendu pas de problème, et pour les grands trajets qui sont relativement rares, il est possible de charger à 100 %. Cependant, lorsque ces batteries sont chargées à 100 %, le freinage régénératif disparaît entièrement, ce qui rend les premiers kilomètres assez désagréables.

Le tarif des batteries NMC et NCA est également un point noir, car elles comportent du cobalt, qui est très coûteux. Les coûts sont aujourd’hui démesurés pour le cobalt : il revient au double du nickel, à 15 fois celui de l’aluminium, et jusqu’à plus de 1 000 fois celui du manganèse. On comprend bien pourquoi de plus en plus de constructeurs tentent de se passer de cobalt, en plus des considérations éthiques qui entrent en jeu.

Enfin, inconvénient des batteries NMC et NCA face aux batteries LFP : la sécurité. La probabilité d’incendie est plus importante sur ces deux chimies, bien qu’une voiture électrique qui prend feu relève plus de l’exception que de la règle.

Quelle chimie de batterie pour quel usage ?

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Comme vous avez pu le voir, chaque chimie de batterie a ses points forts et points faibles. Il n’est pas réaliste de dire qu’une seule est la meilleure, puisque cela va fortement dépendre des cas d’usage.

À ce jour, pour limiter les coûts, on ne fait pas mieux qu’une batterie LFP. Sur des véhicules où les performances sont secondaires, et où le poids embarqué n’est pas limité, il est évident de mettre ce type de batterie. Qui plus est, la charge quotidienne à 100 % est très bien supportée. Le nombre de cycles plus important avant que la batterie soit usée, associé à la probabilité d’incendie plus faible, en fait des batteries rassurantes pour les personnes mettant un pied dans la mobilité électrique.

Les NMC et NCA ont encore un bel avenir devant elles, car les voitures qui ont un fort besoin de performance tout en ayant des grosses batteries ne peuvent pas utiliser des batteries LFP. On le voit sur les Tesla Model 3 ou Y Performance, par exemple, avec 80 kWh de batterie et un mode piste, une batterie LFP est hors-jeu.

En 2023, la batterie parfaite n’existe pas. Certaines études sur les batteries sans lithium sont très encourageantes, mais il reste du travail avant de pouvoir les utiliser dans des véhicules de série.

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Author: Dr. Jamie Lewis

Last Updated: 1702276803

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