Typologie des batteries pour véhicules électriques

Différentes technologies de batteries sont disponibles pour équiper les voitures électriques et les véhicules hybrides : Lithium-Ion, Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA), Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC), Lithium-Fer-Phosphate (LFP ou LiFePO4), Nickel-Métal Hydrure (NiMH), Sodium-Ion, Lithium-Ion Polymère et batteries solides ou semi-solides. Quels sont les caractéristiques, les avantages et les inconvénients de ces différentes technologies de batteries de voitures électriques ? On fait le point !

Les batteries lithium-ion règnent aujourd’hui sur le marché automobile électrique, équipant une très large majorité de véhicules électriques. Cette technologie s’est imposée grâce à sa capacité à stocker une grande quantité d’énergie dans un format compact.

Le principe repose sur l’échange d’ions lithium entre une électrode positive et une électrode négative, créant un flux d’électricité stable et puissant. Cette réaction chimique se produit dans un électrolyte liquide, permettant d’alimenter efficacement le moteur électrique.

Trois variantes principales se distinguent sur le marché : LFP, NMC et NCA. Chaque constructeur automobile choisit sa technologie selon les besoins spécifiques de ses modèles, notamment en termes d’autonomie et de coût.

Quelle est la meilleure batterie pour une voiture électrique ?

Le choix d’une batterie dépend avant tout de vos priorités d’usage. Pour un conducteur urbain parcourant moins de 50 km par jour, une batterie LFP offre un excellent rapport qualité-prix avec sa durabilité supérieure.

Les grands rouleurs privilégieront une batterie NMC ou NCA, permettant une autonomie maximale sur autoroute. La recharge rapide s’avère particulièrement efficace sur ces modèles, avec des temps de charge réduits à 30 minutes pour retrouver 80% de capacité.

Un facteur souvent négligé reste la température d’utilisation. Dans les régions froides, les batteries NMC conservent de meilleures performances hivernales que leurs concurrentes. À l’inverse, les climats chauds favorisent la longévité des batteries LFP, naturellement plus résistantes aux chaleurs extrêmes.

Variantes des batteries lithium-ion, les batteries NCA et NMC utilisent du cobalt dans leur cathode. Grâce au cobalt, ces batteries ont une densité énergétique supérieure aux autres batteries, une bonne capacité thermique et une durée de vie allongée. Elles constituent un choix pertinent pour les véhicules faisant de plus longs trajets, et pour les conducteurs ayant une conduite plus sportive.

L’une des limites de ces batteries est le cobalt. Outre son coût (pécuniaire), il est critiqué pour son impact environnemental (pollution, gestion des déchets) et ses problématiques éthiques (travail des enfants, conditions de travail globales dans les mines).

Batteries NCA (Nickel-Cobalt-Aluminium)

Les batteries Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA) ont une excellente densité énergétique et une longue durée de vie. On les retrouve ainsi dans des véhicules haut de gamme (comme certaines Tesla : Model S et Model X). Autrement dit, elles ont une plus longue autonomie et une charge rapide, des atouts essentiels pour les conducteurs qui se déplacent sur des trajets longs.

Elles sont plus onéreuses que d’autres types de batterie (à cause du cobalt) et présentent un risque de surchauffe plus élevé.

Batteries NMC (Nickel-Manganèse-Cobalt)

Les batteries Nickel-Manganèse-Cobalt (NMC) bénéficient d’une bonne densité énergétique et d’une capacité de décharge élevée. Comme les batteries NCA, elles ont ainsi une autonomie élevée et une charge rapide : ce sont des batteries adaptées aux trajets longs.

Toutefois, elles présentent un risque de surchauffe plus élevé, et ont un coût de production plus élevé (en raison du cobalt qui entre dans sa composition).

Elles constituent un bon équilibre entre densité énergétique et prix, ce qui en fait un modèle pertinent pour les voitures électriques qui ont besoin de performances équilibrées. Ce type de batterie a été choisi pour les BMW iX3 et les Volvo EX30.

Les batteries Nickel-Cobalt-Aluminium (NCA) ont une excellente densité énergétique et une longue durée de vie. On les retrouve ainsi dans des véhicules haut de gamme (comme certaines Tesla : Model S et Model X). Autrement dit, elles ont une plus longue autonomie et une charge rapide, des atouts essentiels pour les conducteurs qui se déplacent sur des trajets longs.

Elles sont plus onéreuses que d’autres types de batterie (à cause du cobalt) et présentent un risque de surchauffe plus élevé.

Les batteries Lithium-Fer-Phosphate (LFP ou LiFePO4) sont réputées pour leur stabilité chimique, leur longue durée de vie (même avec des cycles de charge fréquents) et leur sécurité (corollaire de la stabilité chimique). Légères et compactes, elles présentent également un coût de production réduit (pas de cobalt, pas de nickel) et ne nécessitent que peu d’entretien. L’absence de cobalt est également un point positif quand on évalue son impact environnemental : elles sont moins polluantes et non toxiques.

Avec une densité énergétique inférieure à d’autres technologies (NMC et NCA notamment), elles sont moins performantes à basse température et nécessitent plus de cellules pour atteindre la même puissance que d’autres. Elles sont également plus chères à l’achat.

Ces batteries équipent certaines versions de Tesla (Model 3 et Model Y) et la MG4.

Le choix entre batteries LFP, batteries NMC et batteries NCA est fonction des besoins en termes de performance, de coût et de sécurité.

Quelle est la différence entre les batteries LFP et NMC ?

Le choix entre ces deux technologies dépend principalement de l’usage du véhicule. Les batteries LFP coûtent environ 30% moins cher que leurs homologues NMC, grâce à l’absence de cobalt dans leur composition.

Les constructeurs automobiles adaptent leur stratégie selon les modèles : Tesla utilise des LFP pour ses Model 3 d’entrée de gamme, tandis que les versions haut de gamme conservent la technologie NMC pour maximiser l’autonomie.

En termes de recharge, les batteries LFP supportent mieux les charges fréquentes à 100%, alors que les NMC préfèrent un niveau entre 20% et 80% pour préserver leur longévité. Un point notable : les LFP affichent une meilleure résistance aux températures élevées, réduisant considérablement les risques d’incidents thermiques.

Les batteries Nickel-Métal Hydrure (NiMH) ont équipé de nombreux véhicules électriques et hybrides de la part la combinaison de 3 atouts : prix (pas de rareté des matériaux utilisés), performances (longue durée de vie, possibilité d’un grand nombre de cycles de charge et de décharge) et respect de l’environnement (pas de métaux lourds toxiques).

Deux limites principales font que l’on préfère souvent des technologies plus récentes. D’une part, elles ont une densité énergétique plus basse (rendant les véhicules qui en sont équipés moins autonomes). D’autre part, elles sont plus lourdes et plus volumineuses, ce qui a un impact à la fois sur la conception des véhicules, mais aussi sur leurs performances.

Les batteries Sodium-Ion ont un fonctionnement similaire aux batteries lithium-ion (elles utilisent « simplement » des ions sodium au lieu des ions lithium). Ce remplacement est source d’avantages pour les batteries sodium-ion : un prix plus faible (le sodium est beaucoup plus abondant que le lithium, donc moins onéreux), un impact environnemental limité (du fait des techniques d »extraction), et de bonnes performances à basse température.

Toutefois, elles ont une moins bonne densité énergétique (elles sont donc moins autonomes). Et c’est une technologie encore récente.

Plus légères et peu sensibles au froid, les batteries Lithium-Ion Polymère ont une excellente densité énergétique.

Si elles ont pu présenter un risque d’explosion en cas de surcharge, ce risque est désormais maîtrisé.

On les retrouve dans le Kia Soul EV et la Hyundai Ioniq.

Les batteries solides et semi-solides sont au coeur de l’actualité. Et pour cause ! Ces batteries annoncent une densité énergétique améliorée (une batterie solide peut stocker plus d’énergie qu’une batterie classique pour un même volume/même taille de pack : elle rendra les véhicules qui en seront équipés plus autonomes à taille similaire ou, prendra moins de place à autonomie équivalente), un temps de recharge plus court (en quelques minutes !), une meilleure sécurité (l’électrolyte est ininflammable) et une durée de vie accrue (jusqu’à 4.000 phases de charge/décharge, contre 1.000 à 1.500 cycles sur les batteries liquides) !

Mais c’est encore une technologie du futur.