Rare Earth Advisory

LES MATÉRIAUX CRITIQUES POUR LES BATTERIES LITHIUM-ION

PRINCIPE GÉNÉRAL DES BATTERIES LITHIUM-ION (LI-ION)

Commercialisée dès le début des années 1990, la batterie Li-ion est d’abord destiné au secteur de l’électronique grand public. Très vite, elle trouve de nouveaux débouchés et s’impose comme un véritable standard pour tous les appareils ayant besoin d’une batterie rechargeable et portable. Elle est ainsi devenue la technologie de référence dans la voiture électrique.

Le principe de la batterie Li-ion consiste à faire circuler des électrons en créant une différence de potentiel entre deux électrodes, une négative (anode) et l’autre positive (cathode), plongées dans un liquide conducteur ionique (électrolyte). Les batteries au Li-ion sont généralement basées sur des composés d’intercalation / désintercalation, où les ions de lithium (Li) fournis par la cathode sont insérés dans le réseau hôte (anode) pendant la charge et extraits pendant la décharge, avec un changement structurel minimal dans le matériau hôte.

PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D’UNE BATTERIE LITHIUM-ION (LI-ION)

LES MATÉRIAUX CRITIQUES POUR LES BATTERIES LITHIUM-ION :
LITHIUM, COBALT, NICKEL, MANGANESE ET GRAPHITE

Les matériaux actifs de cathodes (ou CAM pour Cathode Active Material) sont le principal composant des batteries Li-ion. Ils déterminent la densité d’énergie d’une cellule par la tension et / ou la capacité de la cellule. Le choix du matériau de cathode avec une chimie particulière dépend de divers facteurs, comme la densité d’énergie spécifique, la puissance spécifique, la sécurité/température de fonctionnement, la performance, la durée de vie et bien sûr le coût. Les matériaux actifs de cathodes nécessitent des niveaux de pureté extrêmement élevés et doivent être presque entièrement exempts d’impuretés métalliques indésirables – notamment le fer, le vanadium et le soufre.

Au vu de l’avancée actuelle de la technologie des batteries Li-ion, on peut définir à 5 le nombre de métaux et minerais critiques pour les batteries : le lithium, le cobalt, le nickel, le manganèse (matériaux actifs de cathode) et le graphite (anode), sans réel substitue à ce stade.

Si à l’origine, le principal composant actif de la cathode était le cobalt (LCO), son origine (69% de la production provient de la République Démocratique du Congo qui concentre >50% de réserves mondiales), sa faible traçabilité (problématique de son exploitation artisanale où on exploite des enfants) et son prix élevé le rend problématique. Il est de fait aujourd’hui fréquemment substitué partiellement par du nickel et du manganèse (NMC) ou du nickel et de l’aluminium (NCA).

Compte tenu de la puissance moyenne des véhicules électriques à ce jour (54KWh), nous estimons à plus de 115kg (5% du poids d’un véhicule électrique) le besoin en matériaux/véhicule électrique. Ce besoin qui devrait aller croissant d’ici à 2030, à mesure que la puissance moyenne des véhicules électriques augmente.

COMPOSITION GÉNÉRIQUE D’UNE BATTERIE LI-ION NMC 111

LÀ ENCORE LA CHINE DOMINE L’ENSEMBLE DE LA CHAÎNE DE VALEURS

Bien que faiblement dotée en ressources de lithium, de cobalt ou de manganèse, la Chine a néanmoins réussi à étendre sa domination à l’ensemble des matériaux essentiels à la chaîne d’approvisionnement des batteries, mettant potentiellement à risque les plans d’électrification des pays occidentaux.

Tout comme dans le cas des terres rares, l’hégémonie chinoise sur ce segment de marché est le résultat d’un processus long et soigneusement planifié au cours duquel les autorités chinoises ont favorisé le développement d’une filière de traitement en aval (séparation chimique, précurseur et fabrication de cellules) et encouragé les fusions et acquisitions. Depuis 2016, les entreprises publiques chinoises ont en effet ainsi pris le contrôle des gisements clés phares de cobalt (Chine Molybdenum) et de lithium (Tianqi).

La Chine concentre aujourd’hui plus de 60% de la chaîne d’approvisionnement des matériaux pour batteries, établissant ainsi fermement son leadership dans la fabrication de véhicules électriques. Notre examen approfondi des actifs / projets existants suggère qu’elle devrait conserver sa prédominance d’ici 2025, à moins que la pression du nationalisme ne monte ou que le stress financier ne force certaines sociétés chinoises à céder des actifs.

PRÉDOMINANCE DE LA CHINE TOUT LE LONG DE LA CHAÎNE DE VALEUR DU VÉHICULE ÉLECTRIQUE

Luc PEZ
Managing Director
Rare Earth Advisory. Consulting. Finance.
Rare Earth Elements and Battery critical raw materials expert.

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