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Batteries Li-ion : les défis qui attendent les futures gigafactories européennes

Xavier Boivinet
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Batteries Li-ion : les défis qui attendent les futures gigafactories européennes

Grâce à un procédé d'extrusion, les machines du groupe suisse Bühler préparent le mélange d'enduction en continu.

© Bühler

En lançant leurs usines géantes, les industriels européens devront combiner production à haute cadence et pilotage ultra-fin des process. Un savoir-faire maîtrisé par leurs concurrents asiatiques. Et nécessaire pour être compétitif.

Formidable », « magnifique »… Hervé Beuffe ne tarit pas d’éloges sur les gigafactories chinoises de batteries Li-ion. Responsable de l’industrialisation chez Tiamat – qui développe des batteries sodium-ion –, il a visité en 2019 plusieurs de ces usines dont la capacité annuelle peut atteindre des dizaines de gigawattheures (GWh). « Nous avons eu le privilège d’aller au plus près des lignes », souligne-t-il. Son but : étudier le procédé de fabrication à grande échelle de batteries lithium-ion, très similaire à celui du sodium-ion, afin de l’adapter aux batteries de Tiamat.

Produire vite et bien est l’objectif de toute industrie qui se respecte, souligne-t-il. « Mais l’industrie chinoise des batteries a poussé ce concept à l’extrême. La batterie est devenue un produit de masse fabriqué avec une précision digne de l’horlogerie. » Sur place, Hervé Beuffe a observé des lignes de fabrication sortant 225 cellules par minute. « Une cadence phénoménale ! » Quant aux seuils de variation fixés pour certains paramètres, ils sont bien plus bas que ce qu’il imaginait. « Pour des couches de matériaux actifs enduits sur des électrodes avec une épaisseur de 80 micromètres (µm) à 100 µm, la tolérance était fixée à 3 µm. C’est extrêmement faible ! »

Contrôler chaque étape de la production

La barre est placée haut pour les acteurs européens, comme Northvolt et Saft, qui, avec leurs projets de gigafactories, veulent rivaliser avec les industriels chinois, mais aussi japonais et coréens. Certes, le coût du travail ne les pénalisera pas puisque « la part de la main-d’œuvre est faible dans le coût global du produit », remarque Hervé Beuffe. Et, entre un marché local qui devrait connaître une forte hausse avec l’essor du véhicule électrique et la taille des usines, les challengers européens pourront faire jouer à fond les effets d’échelle – baisse du coût des matériaux achetés et utilisation de grosses lignes très automatisées produisant à forte cadence. Mais il leur faudra maîtriser au plus près ces lignes de production.

« Avoir une voiture de course ne suffit pas, il faut savoir la piloter », ose Jean-Baptiste Pernot, le directeur des opérations et de la transformation chez Saft. Chaque étape du procédé nécessite de contrôler une multitude de paramètres. « Avec des électrodes de plus en plus fines, les designs et les technologies évoluent vers leurs limites physico-chimiques et tout devient plus sensible à la moindre déviation », ajoute-t-il. Des lots entiers peuvent ainsi partir au rebut, grevant la productivité. Pour détecter au plus tôt les éventuelles déviations, des essais sont réalisés à chaque étape du procédé : test de résistance interne, de conductivité électrique, mesure du poids, de la position des éléments par des instruments de vision, sondes aux rayons X… « Les cellules sont testées à 100 % et en continu », assure Hervé Beuffe.

L’étape d’enduction est particulièrement critique. « La machine d’enduction est celle sur laquelle les industriels ne lésinent pas », poursuit Hervé Beuffe. En effet, la quantité de matériau actif déposé sur chacune des électrodes[…]

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