Tesla est devenu le constructeur de voitures électriques le plus important au monde et suscite beaucoup d’intérêt quant aux batteries qu’il utilise dans ses véhicules. Y a-t-il une batterie secrète qui lui permet de connaître un tel succès ?
En réalité, en examinant les 20 dernières années de Tesla, il apparaît que le secret ne réside pas dans une batterie spécifique, mais dans une approche pragmatique, flexible et tournée vers l’évolution constante, l’adaptation et la recherche d’opportunités.
Facteur de forme des cellules de batterie
Lorsque l’entreprise a commencé son parcours avec le Tesla Roadster original, il y avait peu de choix parmi les batteries lithium-ion disponibles. Tesla a simplement opté pour des batteries cylindriques de type 18650 (appelées récemment 1865), conçues initialement pour un usage général (et peu adaptées aux véhicules électriques).
Ces batteries étaient difficiles à utiliser en raison du grand nombre de petites cellules (faible capacité) dans le bloc-batterie (plusieurs milliers). Cependant, elles étaient disponibles en grande quantité et leur qualité était constante. Grâce à une ingénierie exceptionnelle en matière de gestion de l’électricité et de la température (refroidissement liquide), Tesla a fait le choix pragmatique d’utiliser ces batteries cylindriques (alors que certaines autres entreprises se tournaient vers les nouveaux types de cellules en poche ou prismatiques à l’époque).
Les cellules de type 1865 ont été utilisées dans le Roadster ainsi que dans les Model S et Model X (y compris les modèles restylés). Le principal fournisseur de ces cellules pour Tesla est Panasonic (Japon).
Plus tard, Tesla s’est rendu compte qu’il serait préférable d’utiliser des cellules de batterie plus grandes (avec une capacité par cellule plus élevée et un nombre de cellules moindre) optimisées spécifiquement pour les voitures électriques. C’est ainsi que la cellule cylindrique de type 2170 est arrivée sur le marché en grande quantité pour la Tesla Model 3, la Tesla Model Y et les produits de stockage d’énergie.
Initialement produite par Panasonic à la Gigafactory 1 de Tesla au Nevada (qui atteint actuellement une production annuelle d’environ 38-39 GWh), la cellule de type 2170 est également produite depuis quelques années par LG Energy Solution de LG Chem en Chine, principalement pour la Gigafactory Tesla de Shanghai.
La dernière cellule cylindrique et actuellement la plus grande, de type 4680, a été introduite sur le marché cette année. Physiquement cinq fois plus grande que la cellule de type 2170, elle offre encore plus d’optimisation du système et permet l’introduction de nouvelles technologies. Cependant, sa taille et les nouvelles solutions qu’elle propose rendent sa production difficile. C’est pourquoi Tesla a lancé son propre développement et sa production en interne en Californie et au Texas, tout en encourageant ses fournisseurs, dont Panasonic, à accélérer leurs efforts.
Voici donc les trois types de cellules cylindriques utilisées par Tesla dans ses voitures électriques, auxquels s’ajoute un quatrième type, de forme prismatique, utilisé pour les batteries LFP, fournies par CATL. Au premier trimestre 2022, près de la moitié des voitures Tesla étaient équipées de batteries LFP prismatiques. Ceci est un autre exemple clair de l’adaptation pragmatique de Tesla à la demande du marché, car les batteries LFP prismatiques constituent la base des modèles d’entrée de gamme de Tesla, moins coûteux.
Voici les types de cellules de batterie Tesla :
- Type 1865 (18 mm de diamètre et 65 mm de hauteur) : Roadster (original), Model S, Model X
- Type 2170 (21 mm de diamètre et 70 mm de hauteur) : Model 3, Model Y
- Type 4680 (46 mm de diamètre et 80 mm de hauteur) : Model Y Made-in-Texas (et à l’avenir, également le Model Y d’Allemagne et les nouveaux modèles)
- Les batteries LFP de forme prismatique : Model 3 et Model Y d’entrée de gamme
Chimie des cellules de batterie
Toutes les batteries de propulsion de Tesla sont des batteries lithium-ion, mais elles ne sont pas toutes identiques. Il existe plusieurs types de cathodes principaux, qui évoluent au fil des années.
Voici les trois principaux types de cathodes utilisés dans les véhicules Tesla :
- Nickel-cobalt-aluminium (NCA)
- Nickel-cobalt-manganèse (NCM)
- Phosphate de fer lithié (LFP)
Les deux premiers, NCA et NCM, ont une densité énergétique élevée, ce qui les rend adaptés aux versions à autonomie prolongée des voitures Tesla. Ces deux types ont été utilisés dans des cellules cylindriques (NCA dans les cellules 1865 et 2170 de Panasonic, et NCM dans les cellules 2170 de LG Energy Solution).
Le LFP, quant à lui, a une densité énergétique plus faible. Il ne contient ni nickel ni cobalt, ce qui le rend moins coûteux. Il convient parfaitement aux modèles d’entrée de gamme et aux systèmes de stockage d’énergie. Tesla utilise des cellules prismatiques LFP fabriquées par CATL.
Dans son récent rapport d’impact pour l’année 2021, Tesla explique qu’il “continuera à développer une stratégie de cathodes diversifiées, en utilisant des cathodes LFP, riches en nickel et riches en manganèse, afin de répondre aux différents segments du marché des véhicules et des produits de stockage d’énergie, et d’offrir une flexibilité future en fonction de la disponibilité et du prix des matières premières”.
Tesla cherche également à augmenter la teneur en nickel et à réduire la teneur en cobalt dans les batteries NCA et NCM, ce qui permettrait de réduire les coûts et d’améliorer la densité énergétique (et donc l’autonomie). Cependant, il est difficile de se débarrasser totalement du cobalt en raison de son rôle dans la sécurité et la durabilité de la batterie.
Il est important de souligner que la cathode n’est pas le seul élément de la batterie et que des améliorations constantes sont apportées à tous les composants, y compris à l’anode (notamment la teneur en silicium par rapport au graphite) et à l’électrolyte.
Les fournisseurs de batteries
Enfin, parlons des fournisseurs de batteries. Au départ, et pendant longtemps, le principal fournisseur de batteries pour Tesla était Panasonic, avec les cellules 1865 et 2170 de type NCA. Toutefois, Panasonic a ensuite été rejoint par LG Energy Solution, qui fournit des cellules 2170 de type NCM, et par CATL, qui fournit des cellules prismatiques LFP.
En outre, Tesla a commencé à produire ses propres batteries, les cellules de type 4680, dont la composition chimique n’a pas été divulguée (mais qui sont très probablement à haute densité énergétique). La millionième cellule de Tesla a été produite en Californie en janvier (une voiture électrique peut nécessiter environ 1000 cellules de ce type).
Ainsi, nous pouvons constater une diversification croissante des fournisseurs et des types de cellules de batterie utilisées par Tesla :
- Panasonic : Japon (cellules de type 1865 NCA – principalement utilisées dans les Model S/Model X) – États-Unis (Gigafactory 1 au Nevada – cellules de type 2170 NCA – principalement utilisées dans les Model 3/Model Y de Californie)
- LG Energy Solution (LG Chem) : Chine – cellules de type 2170 NCM – principalement utilisées dans les Model 3/Model Y Made-in-China (MIC) et Model Y Made-in-Germany (MIG)
- CATL : Chine – cellules prismatiques LFP – principalement utilisées dans les Model 3/Model Y d’entrée de gamme à travers le monde
- Tesla : Californie/Texas – cellules de type 4680, chimie non divulguée – principalement utilisées dans le Model Y Made-in-Texas
Il est possible qu’il existe d’autres fournisseurs et d’autres cas d’utilisation (fournisseur/format de cellule/chimie), mais ce sont des cas généraux.
Comme nous pouvons le constater, le sujet des batteries devient de plus en plus complexe. Tesla avance avec de nouveaux types de batteries, mais n’oublie pas pour autant les versions précédentes (en partie en raison du manque de capacité de fabrication des batteries et du coût supplémentaire associé à la modification des produits pour les nouvelles cellules).
Seul le temps nous dira à quelle vitesse et avec quel succès les nouvelles batteries de type 4680 seront mises en place.
