Qu’est-ce qu’une batterie LFP?

Bien que les véhicules électriques aient démontré leur viabilité face à l’essence, les constructeurs essaient néanmoins par tous les moyens d’améliorer les batteries pour qu’elles soient à la fois plus performantes, plus endurantes, moins coûteuses à produire et, surtout, moins polluantes au moment de leur construction tout en promettant plus d’autonomie aux consommateurs.

L’un des avancements les plus notables dans l’évolution des batteries a été le développement et la commercialisation des batteries LFP pour remplacer les batteries au lithium-ion, soit celles qui alimentent actuellement la grande majorité des véhicules électriques sur nos routes.

Qu’est-ce qu’une batterie LFP?

L’abréviation LFP signifie lithium-fer-phosphate (en anglais, lithium iron phosphate, aussi connu sous le terme chimique LiFePO4). Ces mots décrivent la composition chimique de la batterie qui est différente de celle d’une batterie au lithium-ion ordinaire.

Les premières tentatives d’utiliser des particules LiFePO4 dans la composition d’une batterie remontent à 1996. C’était l’ingénieur en chimie Padhi et Al à l’Electrochemical Society (EMS), au New Jersey, qui avait fait cette première découverte.

Il avait toutefois constaté que les particules LiFePO4 avaient une très pauvre conductivité électrique et freinaient ainsi la commercialisation de la batterie LFP. Le consensus à l’époque avait donc été que ce genre de batterie ne pouvait pas rivaliser avec la densité énergétique de la batterie au lithium-ion.

• À LIRE : Ford commercialisera bientôt des batteries LFP
• À LIRE : Terminologie de la voiture électrique

C’est toutefois Michel Armand, scientifique et professeur français, ex-employé d’Hydro-Québec, qui a, à l’aide de ses collègues, réalisé que s’il ajoutait des nanotubes de carbone aux particules LiFePO et en réduisait la taille des particules, on pouvait ainsi pallier les problèmes de conductivité.

D’autres chercheurs ont également œuvré au développement des batteries LFP, comme Yet-Ming Chiang, un ingénieur en chimie d’origine taïwanaise. Il a avancé l’idée d’utiliser l’action de dopage pour les semi-conducteurs, ce qui aidait ainsi à augmenter la conductivité d’une batterie LFP.

Quelles voitures électriques sont équipées d’une batterie LFP?

Aujourd’hui, en raison de l’intérêt des grands constructeurs dans la fabrication des batteries pour leurs véhicules électriques à plus faibles coûts, la batterie LFP subit un regain en popularité. Tesla a d’ailleurs été le premier constructeur à l’implanter dans sa Model 3 en 2021, tandis que d’autres constructeurs, comme Mercedes-Benz et Ford, envisagent de passer à ce type de batteries. C’est l’intérêt des grands constructeurs qui a permis de stimuler le développement de ce type de batteries.

Comment fonctionne la batterie LFP par rapport à la batterie au lithium-ion?

La grande distinction entre une batterie LFP et une batterie au lithium-ion ordinaire (NCM/nickel-cobalt manganèse ou NCA/nickel-cobalt aluminium) repose surtout dans la composition chimique de la cathode. Au lieu d’utiliser des métaux comme le cobalt, le nickel ou le manganèse, on priorisera plutôt le fer.

Il est donc important de préciser qu’une batterie LFP contient également des ions de lithium à l’intérieur d’un électrolyte. En fait, outre la composition chimique de la cathode, la batterie LFP fonctionne exactement de la même manière qu’une batterie au lithium-ion. Physiquement, elle est presque identique.

Ainsi, à l’utilisation, on la recharge de la même manière et elle procure à son propriétaire le même genre d’expérience, à l’exception du fait que cette batterie peut être constamment rechargée à 100 % sans qu’elle ne démontre de signes de dégradation prématurée, c’est-à-dire une perte d’autonomie ou un ralentissement dans la vitesse de recharge.

Quels sont les avantages et les inconvénients de la batterie LFP?

La recharge à 100 % est l’un des principaux avantages de la batterie LFP, car cette pratique ne cause pas de dégradation prématurée comme c’est le cas de la batterie au lithium-ion. Il y a aussi le fait qu’une batterie LFP est plus endurante à plusieurs cycles de recharge. À titre d’exemple, si les batteries au lithium-ion les plus endurantes proposent jusqu’à 1 500 cycles de recharge, la batterie LFP peut atteindre jusqu’à 2 000 cycles.

Ensuite, il y a sa composition chimique qui permet de réduire sa dépendance aux matériaux controversés comme le cobalt et le nickel. Non seulement le fer est-il plus facile à extraire et, donc, moins polluant lors de son extraction, mais il est également plus facile à recycler, ce qui permet aux batteries de facilement entrer dans les procédés de recyclage existants. Il y a ensuite le coût de ce métal qui est nettement moindre et permet aux constructeurs de réduire leurs coûts de production au moment de la construction de la batterie.

La batterie LFP offre-t-elle plus d’autonomie que la batterie au lithium-ion?

En revanche, la densité énergétique d’une batterie LFP, c’est-à-dire sa capacité de stocker de l’énergie plus longtemps en fonction de sa grosseur (mesuré en wattheures/kilo), est nettement plus basse que celle des batteries au lithium-ion à base de nickel. À titre de référence, les meilleures batteries au lithium-ion atteignent une densité énergétique de 325 wattheures/kilo. La batterie LFP, quant à elle, plafonne actuellement aux environs des 150 wattheures/kilo.

Or, cette réalité force les constructeurs d’automobiles à fabriquer une batterie dont la capacité est plus élevée pour atteindre la même autonomie. La Tesla Model 3 en est le parfait exemple. L’ancien modèle avait une batterie au lithium-ion d’une capacité de 53 kilowattheures, tandis que le modèle actuel — équipé d’une batterie LFP — a vu sa capacité augmenter à 60 kilowattheures. Enfin, en raison de sa composition à base de fer, la batterie LFP est nettement plus lourde qu’une batterie au lithium-ion à base de nickel, ce qui contribue à augmenter la masse nette du véhicule.

Toutefois, les récents progrès au chapitre de l’aérodynamisme des véhicules électriques et des logiciels de gestion de l’énergie, grâce à l’aide de l’intelligence artificielle, notamment, permettent aux constructeurs d’automobiles de pallier ces problèmes. À preuve, malgré une batterie qui est moins dense énergétiquement, Tesla a tout de même réussi à extraire plus d’autonomie de la Model 3, ce qui lui a permis de passer de 400 à 438 kilomètres.