Autres étapes de fabrication

1.1.3.1 Assemblage des modules et du pack

Les cellules qui remplissent les spécifications à la fin de la ligne de fabrication sont assemblées en module. Il existe une grande variété de modules, au niveau de la forme, du nombre de cellules, des matières ou des composants. Il peut par exemple y avoir des éléments pour un refroidissement liquide que l’on ne retrouve pas chez d’autres fabricants. Le module est parfois fermé hermétiquement. A cette étape, les terminaux des cellules sont soudés entre eux, et les sondes de mesures nécessaires (température, tension des cellules) sont ajoutées. Des boîtiers électroniques peuvent être ajoutés au module en cas de BMS délocalisé (voir section 2.2.2).

Une fois finis, les modules sont assemblés sous forme d’un pack batterie, où là encore il existe une forte diversité de taille, de format, de matières et de fonction. L’assemblage des modules et/ou du pack peuvent être fait par le fournisseur de cellules ou bien par le constructeur automobile, en fonction des scenarios industriels.

1.1.3.2 Laboratoire de contrôle

Le but de ce laboratoire est d’assurer le respect des spécifications attendues pour les matières premières comme pour les éléments fabriqués dans l’usine. Le personnel du laboratoire collecte ou supervise la collecte d’échantillons et réalise des analyses ex-situ.

1.1.3.3 Cellules rejetées et recyclage des rebuts

Les rebuts sont générés au cours de la fabrication des électrodes et par le rejet des cellules finales. Certains rebuts peuvent être récupérés comme les chutes de cuivre ou d’aluminium. Pour ce qui est de la récupération (au lieu de jeter) des matières d’une électrode ou d’une cellule non-conforme, elle est plus délicate. On peut techniquement envisager un recyclage de ces déchets (124), c’est ensuite au fabricant de déterminer si le jeu en vaut la chandelle.

Les hypothèses de pertes de matière lors de la fabrication de (35) sont représentées dans le Tableau 30. Elles ne font pas apparaitre de différenciation entre pertes dues à des imprévus et pertes inévitables dues à la conception.

Tableau 30 : Répartition des rebuts de fabrication en % (35)

Mélangeage Enduction Refente Empilage Remplissage Total

Electrode+ 99 95 99 99 92,2 Electrode- 99 95 99 99 92,2 Feuillard+ 99 92 99 90,2 Feuillard- 99 92 99 90,2 Séparateur 98 98 Electrolyte 94 94

Un taux de rebuts final des cellules est aussi pris en compte en fin de ligne. En plus de ces rebuts, Nelson et al. considèrent que seulement 95% des cellules sortant du cycle de formation remplissent les critères requis (47). Il s’agit de taux très élevés en comparaison avec des industries plus anciennes. On peut espérer de nombreux progrès de ce côté, dont l’impact sur le coût serait conséquent.

1.2 Consommations d’énergie

La consommation d’énergie représente une part non négligeable du coût de fabrication. Plusieurs publications portant sur l’analyse de cycle de vie des batteries lithium-ion se sont intéressées à la consommation d’énergie du procédé de fabrication des batteries lithium-ion. Ces informations sont particulièrement utiles pour l’estimation du coût de l’énergie.

Ainsi Notter et al. (102) ont proposé des consommations d’énergie pour produire 1 kg de batterie de type LMO/Graphite. Ces valeurs sont présentées en MJ.kWh-1 _{dans le Tableau}

31, sachant que la batterie a une énergie de 0,114 kWh.kg-1_{. La consommation d’énergie}

Tableau 31 : Consommation d’un procédé de fabrication d'une batterie (102)

Composant Valeur (MJ.kg-1_{) Valeur (MJ.kWh}-1_{) Proportion}

LMO 2,49 21,82 51% Sel LiPF6 0,03 0,26 1% El. négative 0,39 3,44 8% El. Positive 0,17 1,49 3% Séparateur 0,05 0,43 1% Solvant de l’électrolyte 0,05 0,43 1% Fabrication cellule 0,35 3,01 7% Total cellule 1,01 8,89 21% Fabrication pack 0,39 3,39 8% Total 4,93 43,16 100%

En 2010, Zackrisson et al. ont proposé les consommations pour le procédé de fabrication de batterie LFP/Gr de 20,5 kWh.kg-1_{, dont 11,7 kWh.kg}-1 _{d’énergie électrique et 8,8 kWh.kg}-1

d’énergie thermique. Ces données sont basées sur des informations de Saft de 2008 (125,126). Les indications données portent sur l’énergie primaire, qui n’est pas uniquement l’énergie consommée sur le réseau par l’usine, mais l’énergie utilisée dès le départ pour produire l’électricité sur le réseau. Il est intéressant de noter que la conversion de l’énergie primaire en électricité a une efficacité de 35% selon la publication, et que l’on peut donc facilement revenir à l’énergie absolue.

La publication de Sullivan (127) regroupe différentes consommations d’électricité trouvées dans la littérature (Tableau 32). Ces consommations sont données pour le procédé de fabrication global, sans détailler chaque étape. Afin de pouvoir comparer avec des données exprimées en MJ.kWh-1_{, la conversion a été ajoutée. Dans cette publication, il est précisé}

que les résultats de Notter (Tableau 31) sont particulièrement faibles, ce qui avait déjà été soulevé par (128).

Tableau 32 : Consommations d'énergie selon Sullivan et al. (127)

Chimie Source Energie (MJ.kg-1_{) Energie (MJ.kWh}-1₎

NMC/Gr Majeau-Bettez et al. (2011)(129) 88 786 LFP/Gr Majeau-Bettez et al. (2011)(129) 86 977

NMC/Gr Burnham et al. (2010) 91,5 -

NCA/Gr Rydh (2005) 96 / 144 1 200 / 1 200

NCA/Gr Ishihara (non daté) 32 -

LMO/Gr Ishihara (non daté) 30 -

En 2012, Amarakoon et al. ont proposé les consommations d’énergie primaire du Tableau 33 (103). Les valeurs sont exprimées en MJ d’énergie primaire par kilowattheure de la batterie. Les données obtenues sont issues d’un mélange entre données d’industriels et données de la littérature. Les données pour le LFP proviennent d’une étude faite au canada par Phostech Lithium, contrairement aux autres données provenant des Etats unis, alors que le mix énergétique est différent entre les deux pays, ce qui introduit un artefact dans l’étude. Tableau 33 : Energie primaire consommée par composants (MJ.kWh-1_{) (103)}

Chimie LMO NMC 442 LFP El. négative 186 168 152 El. Positive 426 645 462 Séparateur 16,9 0 37,6 Electrolyte 63,1 248 140 Enveloppe cellule 26,8 158 339 Fabrication cellule 28,3 0 0 Total cellule 747 1220 1130 BMS 43,7 43,7 43,7 Emballage Pack 68,9 68,9 165 Fabrication pack 89,5 621 1150 Transport 8,46 10,2 9,63 Total 869 1960 2500

Il reste des incertitudes sur le procédé de fabrication dans l’étude. Ainsi aucune donnée n’étant disponible pour les auteurs sur la fabrication des feuillards pour l’électrode négative ou la fabrication de l’enveloppe de la cellule, des extrapolations ont été effectuées.

Ellingsen et al. ont eux proposé trois scénarios différents de consommation d’électricité pour la fabrication des cellules, avec des valeurs de 586, 960 et 2 318 MJconsommé.kWhcellule-1 pour

Comme on peut le voir, des publications sur l’analyse de cycle de vie donnent des renseignements sur la consommation d’énergie du procédé de fabrication des batteries lithium-ion. Les consommations d’énergie sont au cœur du débat pour ce type d’analyse, mais aucun consensus n’a été trouvé sur la consommation réelle, qui fait encore l’objet de discussion chez les experts. Selon Dunn, l’origine de la discorde proviendrait en grande partie du taux d’utilisation usine des différentes études. Cette consommation a des conséquences majeures sur le bilan environnemental des batteries (41,51).