La nouvelle conception Li-ion permet une charge rapide des véhicules électriques par temps froid

Le marché mondial des véhicules électriques (VE) connaît une croissance robuste, une voiture sur cinq vendue étant électrique. 

L’année dernière, le nombre de véhicules électriques vendus a augmenté de 25 %, et les véhicules électriques ont ainsi représenté 21 % de toutes les ventes de voitures dans le monde.

Cette croissance est tirée par la demande des consommateurs, préoccupés par le changement climatique, le soutien politique des gouvernements du monde entier, la concurrence croissante sur les prix, l’accessibilité des véhicules électriques et les améliorations de la technologie des batteries.

Dans le domaine des batteries, les batteries lithium-ion sont la technologie de batterie la plus populaire et la plus utilisée en raison de leur légèreté, de leur densité énergétique élevée et de leur longue durée de vie. 

Cependant, malgré ces avancées technologiques, les batteries Li-ion existantes présentent des performances limitées à basse température et lors de charges rapides. Leurs performances sont également affectées par une électrode trop épaisse, où de multiples effets de transport de masse et de cinétique interfaciale doivent être traités simultanément.

Cela entraîne des compromis de conception qui limitent l'utilisation des batteries dans les zones difficiles à électrifier. Cela s'applique particulièrement aux environnements et configurations extrêmes où la gestion thermique est impossible. 

Cela signifie que l’amélioration des batteries au lithium nécessite de résoudre le trilemme entre les électrodes à haute densité énergétique, le fonctionnement à basse température et la charge rapide. 

Dans ce but, des ingénieurs de l'Université du Michigan ont mis au point une stratégie permettant une recharge extrêmement rapide, jusqu'à 6 °C, à des températures aussi basses que -10 °C. La recharge rapide à basse température promet d'améliorer les véhicules électriques dans les climats froids. 

La charge rapide à des températures inférieures à zéro a été obtenue tout en maintenant des charges d'électrodes > 3 mAh/cm2. 

Pour cela, l'équipe introduit une stratégie qui intègre des architectures d'électrodes tridimensionnelles avec une interface artificielle électrolyte solide (SEI) utilisant le dépôt de couche atomique d'un électrolyte solide (Li3BO3-Li2CO3). 

Cette stratégie synergique permet de pallier les limitations interfaciales et de transport dans des conditions extrêmes sans placage de lithium nocif. La modification des électrodes pour améliorer le transport de masse et la cinétique interfaciale a augmenté leur capacité d'accès.

Selon l'étude, publié dans Joule¹, il fournit des informations fondamentales sur les mécanismes dominants qui contrôlent le placage au lithium et la diminution de la capacité dans des conditions de basse température et de charge rapide.

Recharge rapide pour véhicules électriques par temps froid 

L'adoption mondiale des véhicules électriques connaît une croissance constante depuis les années 2010. En 2020, les voitures électriques ont connu leur grand moment, les immatriculations ayant augmenté sur les principaux marchés malgré la pandémie de COVID. 

Les véhicules électriques ont eu leur rannée record en 2020, avec plus de 10 millions d'entre eux en circulation d'ici la fin de l'année, les modèles électriques à batterie étant le moteur de cette expansion.

Depuis, les voitures électriques ont gagné en popularité et sont devenues monnaie courante sur les routes. Cependant, leur croissance ralentit aujourd'hui. 

Selon une enquête menée par AAA auprès des consommateurs, le nombre d'adultes américains qui seraient « susceptibles » ou « très susceptibles » d'acheter un véhicule électrique neuf ou d'occasion est passé de 23 % en 2023 à 18 % en 2024. De plus, 63 % ont déclaré qu'il serait « peu probable » ou « très peu probable » qu'ils achètent un véhicule électrique lors de leur prochain achat. 

« Les premiers utilisateurs qui souhaitaient un véhicule électrique en possèdent déjà un », a souligné Greg Brannon, directeur de la recherche automobile chez AAA, l'été dernier. « Les autres, qui n'ont pas encore adopté les véhicules électriques, considèrent l'aspect pratique, le coût, la commodité et l'expérience de conduite, et pour certains, ce sont des obstacles suffisamment importants pour les dissuader de passer au tout électrique. » L'intérêt se porte vers les hybrides.

Ce changement s'explique en partie par les inquiétudes concernant la baisse d'autonomie en hiver et la lenteur de la charge. En hiver, les batteries doivent être suffisamment chaudes pour permettre la circulation des électrons, ce qui signifie qu'il faut parfois une demi-heure pour les réchauffer et les préparer à la charge. Selon Neil Dasgupta, professeur associé de génie mécanique et de science et génie des matériaux à l'UM :

« Charger une batterie de véhicule électrique prend 30 à 40 minutes, même avec une charge rapide intensive, et ce temps peut dépasser une heure en hiver. C'est le problème que nous souhaitons résoudre. » 

Des études ont montré que la perte d'autonomie peut varier de 10 à 36 %. Or, à basse température, « quasiment tout ce qui est chimique ralentit ».

Les ingénieurs de l'UM ont donc développé un procédé de fabrication modifié pour les batteries de véhicules électriques, permettant une charge rapide par temps glacial et des autonomies élevées. Une fois ces problèmes majeurs résolus, ce procédé pourrait favoriser l'adoption des véhicules électriques. 

Nous envisageons cette approche comme une solution que les fabricants de batteries pour véhicules électriques pourraient adopter sans modifier considérablement leurs usines existantes. Pour la première fois, nous avons montré comment obtenir simultanément une charge extrêmement rapide à basse température, sans compromettre la densité énergétique de la batterie lithium-ion. 

– Auteur correspondant de l’étude, Dasgupta

En utilisant ce nouveau procédé de fabrication, Batteries Li-ion pour véhicules électriques peut charger jusqu'à 500 % plus rapidement même à -14 °C.

Ces excellentes performances sont le résultat d'une structure et d'un revêtement qui empêchent la formation de dépôts de lithium sur les électrodes de la batterie. Or, ce dépôt nuit aux performances des batteries, réduisant leur capacité et leur durée de vie. Il peut même constituer un risque potentiel pour la sécurité, notamment en raison des courts-circuits internes dus à la formation de dendrites de lithium. 

En empêchant la formation de placage de lithium, les modifications ont permis aux batteries de conserver jusqu'à 97 % de leur capacité, c'est-à-dire même après avoir été chargées rapidement 100 fois à des températures très froides.

Concevoir une batterie offrant une meilleure vitesse, une meilleure autonomie et une meilleure résistance au froid

Les batteries de véhicules électriques stockent l'énergie chimique et la convertissent en énergie électrique. Cette conversion est réalisée par une réaction électrochimique utilisant des cellules lithium-ion dotées d'une anode (électrode négative) et d'une cathode (électrode positive), séparées par un séparateur et un électrolyte. 

L'électrolyte, une solution semblable à un sel de lithium, facilite le transfert d'ions entre la cathode et l'anode. Ce mouvement ionique entraîne le flux d'électrons dans un circuit externe, créant ainsi l'énergie électrique nécessaire à l'alimentation de l'appareil connecté.

Lors de la décharge, lorsque la batterie est utilisée, l'anode libère des ions lithium vers la cathode. Lorsqu'elle est en charge, c'est-à-dire branchée sur une source d'alimentation, la cathode libère les ions lithium vers l'anode. Par temps froid, le mouvement des ions ralentit, ce qui réduit la puissance de la batterie et le taux de charge.

Pour étendre l'autonomie d'un véhicule électrique, c'est-à-dire la distance qu'il peut parcourir avec une seule charge, les constructeurs automobiles ont opté pour l'augmentation de l'épaisseur des électrodes. Cela leur permet d'offrir des trajets plus longs avant de devoir recharger, mais cela rend également une partie du lithium difficile d'accès, ce qui ralentit la charge et diminue la puissance pour un poids de batterie donné.

L'équipe de l'UM précédemment amélioré² le la capacité de charge de la batterie en créant des voies dans l'anode, chacune d'une taille de 40 micronsLes canaux servaient de voies de diffusion pour un transport ionique rapide.

Pour cela, ils ont présenté un procédé de modelage laser permettant de produire des architectures d'anodes en graphite 3D. Ce procédé consistait à projeter le graphite au laser, ce qui permettait aux ions lithium de se loger plus rapidement. En frappant en profondeur l'électrode, ils assuraient une charge plus uniforme.

Lors des tests, leur conception a montré une rétention de capacité de 91 % et 86 % après 600 cycles de charge à 4 °C et 6 °C, respectivement. Leur conception d'anode 3D a également permis aux cellules d'atteindre plus de 90 % de leur capacité lors d'une charge rapide.

Malgré une accélération considérable de la charge à température ambiante, la charge à basse température restait inefficace. Cela était dû à la couche chimique qui se forme à la surface de l'électrode suite à la réaction avec l'électrolyte.

« Ce placage empêche la charge de l'électrode entière, réduisant ainsi une fois de plus la capacité énergétique de la batterie. » 

– Manoj Jangid, co-auteur de l'étude et chercheur principal en génie mécanique à l'UM.

La solution à ce problème consistait à empêcher la formation de la couche superficielle, ce qui a été réalisé en recouvrant la batterie d'un matériau à base de borate-carbonate de lithium. Ce revêtement, d'une épaisseur d'environ 20 nm, accélérait la charge à froid.

En combinant cela avec les canaux, on a constaté que les cellules de test se chargeaient 500 % plus rapidement à des températures inférieures à zéro.

« Grâce à la synergie entre les architectures 3D et l'interface artificielle, ce travail peut simultanément répondre au trilemme de la charge rapide à basse température pour la conduite longue distance. »

– Premier auteur, Tae Cho, récemment diplômé d’un doctorat en génie mécanique

Les travaux ultérieurs visant à développer un processus prêt à l’emploi sont financés par la Michigan Economic Development Corporation.

L'équipe d'ingénierie de l'UM a également déposé une demande de brevet. Parallèlement, Arbor Battery Innovations, une entité dans laquelle Dasgupta et l'Université détiennent des participations financières, a obtenu une licence pour la technologie du canal et travaille actuellement à sa commercialisation.

Entreprise innovante

Ford Motor (F ) 

Maintenant, si nous regardons une entreprise innovante dans le monde des batteries et des véhicules électriques, la capitalisation boursière d'Elon Musk, qui s'élève à 875.5 milliards de dollars, Tesla (TSLA ) Tesla est le nom le plus connu, mais il traverse une période difficile. Son action est en baisse de 32.6 % depuis le début de l'année et s'échange à 261.23 $. L'entreprise, qui ne verse aucun dividende, a également subi une baisse de 13 % de ses livraisons de véhicules (1 2025) au premier trimestre 336,681 par rapport à l'année précédente. Au cours de ce trimestre, Tesla a été confrontée à des boycotts, des manifestations et même des actes criminels en raison de l'implication du PDG Musk dans l'administration Trump.

Ensuite, il y a la capitalisation boursière de 7.1 milliards de dollars Albemarle Corporation (ALB ), l'un des plus grands producteurs de lithium et essentiel à la chaîne d'approvisionnement des batteries lithium-ion. Les actions d'ALB ont également chuté de près de 30 % depuis le début de l'année, bien que le rendement du dividende soit de 2.68 %.

Dans l’infrastructure des véhicules électriques, ChargePoint (CHPT ), dont la capitalisation boursière est de 273.3 millions de dollars, a également été confrontée à un environnement difficile. Son chiffre d'affaires a chuté et son action a perdu 44.25 % depuis le début de l'année, s'échangeant à 0.60 $.

Alors, y a-t-il des entreprises qui réussissent vraiment ? Eh bien, ce sont assurément les chinoises BYD et CATL.

Le constructeur automobile et fabricant de batteries chinois connaît une croissance financière substantielle, rapports Un chiffre d'affaires annuel de 107 milliards de dollars pour 2024, dépassant ainsi Tesla. « BYD est devenu un leader du secteur dans tous les secteurs, des batteries à l'électronique en passant par les véhicules à énergies nouvelles, brisant la domination des marques étrangères et remodelant le nouveau paysage du marché mondial », a déclaré Wang Chuanfu, président de BYD.

Au premier trimestre 1, BYD a vendu près d'un million de véhicules particuliers, soit une hausse de 25 % par rapport au premier trimestre 58.7. Un peu plus de 1 24 véhicules de ce groupe ont été exportés à l'étranger, soit une hausse de 200 % par rapport au premier trimestre 110.5. Son action a même progressé de 1 % depuis le début de l'année, s'échangeant à 24 $ et versant un rendement de dividende de 28.77 %.

Amperex contemporain Technology Co., limitée (CATL) est un autre fabricant chinois de batteries de premier plan qui est sur le point de recevoir l'approbation de la Bourse de Hong Kong pour une cotation de 5 milliards de dollars qui renforcera sa situation financière et soutiendra ses plans d'expansion.

Hors de Chine, le constructeur automobile allemand Volkswagen AG a également enregistré d'importants progrès, enregistrant une hausse de 1.4 % de ses livraisons mondiales, atteignant 2.13 millions d'unités au premier trimestre 2025. Cette hausse est portée par la croissance en Europe et en Amérique, tandis que ses livraisons sur le marché chinois ont diminué de 7.1 %. Néanmoins, les bénéfices d'exploitation devraient être inférieurs en raison du recul du marché américain, lié aux craintes d'une récession mondiale. L'entreprise prévoit également d'augmenter ses prix après l'entrée en vigueur des droits de douane de 25 % imposés par Trump sur les véhicules automobiles.

Pour en revenir au marché américain, Ford est bien placé pour gagner des parts de marché en tant que constructeur automobile américain, qui produit la grande majorité de ses véhicules aux États-Unis. Fondée par Henry Ford en 1903, l'entreprise est bien placée pour bénéficier des projets du président Trump. Selon Président Andrew Frick :

« Nous assemblons plus de véhicules américains et employons plus de travailleurs horaires américains que n'importe quel autre secteur automobile. Nous voulons faire plus, et non moins, ici aux États-Unis. »

La société a récemment lancé une offre de réduction à durée limitée dans le cadre de la campagne « From America, For America » pour attirer davantage d'acheteurs alors que d'autres fabricants augmentent leurs prix pour couvrir l'augmentation des tarifs.

« Nous disposons de l'inventaire de détail nécessaire pour le faire et d'un large choix pour les clients qui ont besoin d'un véhicule », a déclaré Ford dans un communiqué, citant « des temps incertains » et « les complexités d'une économie en mutation » comme raisons de cette décision.

Avec une capitalisation boursière de 37.7 milliards de dollars, l'action Ford s'échange actuellement à 8.91 dollars, en baisse de seulement 4 % depuis le début de l'année. Son BPA (sur 1.46 mois) s'élève à 6.51, son ratio cours/bénéfice (sur 13.42 mois) à 6.32 et son ROE (sur XNUMX mois) à XNUMX %. Le rendement du dividende est également attractif, à XNUMX %.

Au premier trimestre 1, Ford a signalé une baisse de 2025 % de ses ventes aux États-Unis, à 1.3 501,291 unités, en raison de l'arrêt de certains modèles.

Cela survient après que Ford a dépassé les attentes pour le quatrième trimestre 2024, bien que le PDG Jim Farley ait prévu une année plus difficile pour l'entreprise, mais des améliorations sont promises en termes de coûts et de qualité.

Pour cette année, Ford prévoit un bénéfice ajusté avant intérêts et impôts (EBIT) compris entre 7 et 8.5 milliards de dollars et un flux de trésorerie disponible ajusté compris entre 3.5 et 4.5 milliards de dollars, en supposant des « vents contraires liés aux facteurs du marché ».

En 2024, le chiffre d'affaires total de la société s'élevait à 185 milliards de dollars, le bénéfice net à 5.9 milliards de dollars, soit 1.46 dollar de bénéfice par action, et le flux de trésorerie disponible ajusté à 6.7 milliards de dollars.

Ford réalise également des progrès significatifs sur le marché des véhicules électriques, avec environ 97,865 2024 véhicules 35 % électriques vendus en 40, soit une hausse de 187,426 % sur un an. Ses ventes d'hybrides ont bondi de 1 % pour atteindre 25 73,623 unités. Au premier trimestre 26, ses ventes de véhicules électriques ont atteint un record de 33 12 unités. Cette croissance de XNUMX % est tirée par les hybrides (XNUMX %) et les véhicules électriques (XNUMX %).

Conclusion

Les batteries, composant essentiel des véhicules électriques, ont connu des améliorations significatives. Cependant, la technologie des batteries reste confrontée à plusieurs défis, tels que les coûts élevés, les pénuries de matériaux, l'autonomie limitée, les longs temps de charge, le manque d'infrastructures, les problèmes de sécurité et la gestion adéquate du recyclage et des déchets. 

La dernière étude, avec son revêtement stabilisateur et ses canaux microscopiques, aide à résoudre le compromis entre l'autonomie et la vitesse de charge, même par temps glacial.

En améliorant significativement les vitesses de recharge, cette étude met en évidence le potentiel de suppression de l'un des principaux obstacles à l'adoption des véhicules électriques : l'anxiété liée à l'autonomie et les longs temps de recharge en hiver. Cela pourrait contribuer à accélérer non seulement l'utilisation des véhicules électriques, mais aussi la tendance générale à l'électrification. Cependant, la mise en œuvre à grande échelle de ce processus nécessiterait de maintenir la rentabilité et la sécurité.

Dans l’ensemble, alors que l’industrie s’oriente vers des batteries plus rapides, plus efficaces et plus sûres, des innovations comme celle-ci aideront à surmonter les derniers obstacles vers l’électrification complète, conduisant à un avenir plus vert et plus propre.

Cliquez ici pour obtenir une liste des principales actions du secteur des véhicules électriques.

Études référencées :

1. ​Cho, TH, Chen, Y., Liao, DW, Kazyak, E., Penley, D., Jangid, MK, & Dasgupta, NP (2025). Permettre la charge rapide à 6 °C des batteries Li-ion à des températures négatives grâce à l'ingénierie des interfaces et aux architectures 3D. Joule, publié en ligne le 17 mars 2025. https://doi.org/10.1016/j.joule.2025.101881

2. Chen, K.-H., Namkoong, MJ, Goel, V., Yang, C., Kazemiabnavi, S., Mortuza, SM, Kazyak, E., Mazumder, J., Thornton, K., Sakamoto, J., et Dasgupta, NP (2020). Charge rapide et efficace des batteries lithium-ion grâce à des architectures d'anodes en graphite tridimensionnelles à motifs laser. Journal of Power Sources, 471, 228475. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2020.228475