Dialogue avec Xu Hangyu de Weilan New Energy : La production de masse des batteries à l'état solide pourrait intervenir après 2030, les formes liquides, hybrides solide-liquide et entièrement solides coexisteront à long terme

« L’application à grande échelle des batteries solides devrait probablement intervenir après 2030. » Lors d’une interview avec le journaliste du « Daily Economic News » lors de l’exposition asiatique sur la technologie des batteries et de l’énergie de stockage, Xu Hangyu, directeur technique de Beijing Weilan New Energy Technology Co., Ltd., a partagé ses prévisions.

Source de l’image : fournie par l’organisateur

Au cours de l’année écoulée, les batteries solides ont connu plusieurs avancées. La chaîne industrielle, de la recherche à la fabrication, a proposé diverses solutions pour résoudre les problèmes d’interface solide-solide, notamment l’introduction d’ions iodure dans l’électrolyte LiPSCl, l’itération continue des équipements de pressage isostatique, et la modification de l’interface via la technologie ALD (dépôt atomique en couche fine). Avec la maturation des procédés et la réduction des coûts dans la chaîne industrielle, la production en série des batteries solides pourrait s’accélérer.

Selon les informations, les batteries solides en sont actuellement à une étape cruciale, passant du laboratoire à la phase de pré-série pour la livraison.

Selon Xu Hangyu, l’industrie se concentre principalement sur la résolution d’une série de problèmes clés lors de la fabrication des cellules de batteries solides. Du côté des équipements de procédé, les fabricants sont désormais capables de fournir des prototypes, mais la maturité de certains processus doit encore être améliorée. La véritable intégration de l’ensemble des équipements au niveau du système sera la prochaine étape cruciale. Par ailleurs, la baisse des coûts des matières premières et l’accumulation d’expériences en fabrication à grande échelle nécessitent une progression progressive des entreprises en amont et en aval.

« Certaines applications spécifiques comme l’intelligence embarquée, l’électronique médicale, ont une sensibilité moindre aux coûts, ce qui pourrait leur permettre une adoption précoce. La temporalité de la industrialisation à grande échelle des batteries solides dépendra de leurs performances globales, de leur coût et du marché. La possibilité pour l’industrie de produire massivement des batteries solides d’ici 2030 reste une estimation, nécessitant un effort collectif de tout le secteur », a déclaré Xu Hangyu.

Principalement axé sur la voie « oxydes + polymères »

L’électrolyte solide est un matériau clé pour les batteries solides. Selon leur composition, on distingue différents types d’électrolytes solides : sulfures, oxydes, polymères, halogénures, nitrures, etc. En fonction du type d’électrolyte, différentes trajectoires technologiques peuvent être envisagées.

En évoquant les avantages et inconvénients de ces différentes trajectoires, Xu Hangyu estime que les électrolytes sulfures offrent la conductivité ionique la plus élevée, ce qui confère un avantage en termes de performance à haute puissance. Théoriquement, les batteries solides à base de sulfures présentent la meilleure performance globale. Cependant, le coût élevé du sulfure de lithium pur, ainsi que la différence significative des équipements de procédé par rapport aux batteries liquides traditionnelles, nécessitent une fabrication sur mesure, ce qui rend leur industrialisation initiale coûteuse.

« La voie ‘polymère + oxydes’ ou autres électrolytes inorganiques repose sur la combinaison des avantages des polymères et des électrolytes inorganiques. Bien que la conductivité ionique intrinsèque des polymères à température ambiante soit encore inférieure à celle des électrolytes liquides traditionnels, leur légèreté et leur flexibilité facilitent la résolution des problèmes d’interface solide-solide », explique Xu Hangyu.

De plus, il indique que la voie basée sur les polymères présente également certains avantages en termes de coûts. « Bien que les coûts initiaux des polymères et des oxydes soient encore élevés, la promotion continue des batteries hybrides solide-liquide et le développement progressif de la chaîne de production des batteries solides ont permis une réduction significative des coûts de ces matériaux ces dernières années. Sur le plan économique, la voie des électrolytes polymères composites possède un certain avantage concurrentiel », ajoute-t-il.

Selon lui, Weilan New Energy privilégie la voie « oxydes + polymères » pour ses batteries solides. Pour résoudre le problème de contact à l’interface solide-solide, l’entreprise utilise la technologie de « solidification in situ », permettant un contact à l’échelle atomique.

Source de l’image : microblog officiel de Weilan New Energy

Xu Hangyu révèle : « Nous travaillons également sur le développement de batteries solides sulfures, et avons créé une filiale à Shenzhen, Zhongke Chaoneng, spécialisée dans le développement de batteries solides sulfures, avec une capacité de pré-série actuellement disponible. »

De plus, Weilan New Energy s’est également positionnée sur le marché des batteries hybrides solide-liquide. « Nos batteries hybrides combinent électrolytes oxydes, polymères et électrolytes liquides traditionnels. Depuis 2020, ces cellules hybrides ont été progressivement appliquées dans des domaines tels que la propulsion à basse altitude, les véhicules électriques (NIO ET7, ES6, etc.), et le stockage d’énergie innovant », confie Xu Hangyu.

Pas encore de conditions réelles pour la commercialisation

Actuellement, le coût des batteries hybrides solide-liquide reste supérieur à celui des batteries lithium-ion traditionnelles. Cependant, la majorité de l’industrie pense que la courbe de coût de ces batteries continuera à diminuer, imitant la trajectoire historique des batteries lithium-ion.

« Au début, les coûts des électrolytes oxydes, polymères et des nouveaux matériaux d’électrodes (comme la cathode à nickel ultra-haut de gamme de la série 9 ou l’anode en silicium nanométrique) étaient élevés, car leur application était limitée à des petites séries dans des domaines comme les drones ou les motos électriques haut de gamme. Aujourd’hui, avec des livraisons en GWh, ces coûts ont considérablement baissé », explique Xu Hangyu.

Il précise : « La baisse continue des coûts des électrolytes, la réduction progressive des prix des nouveaux matériaux d’électrodes, ainsi que l’amélioration du rendement de fabrication des cellules, rendent la tendance de réduction des coûts très claire. Dans le domaine du stockage d’énergie, nos batteries hybrides solide-liquide, utilisant des cathodes en phosphate de fer lithium et des anodes en graphite, ont des coûts très proches de ceux des batteries liquides traditionnelles. »

Cependant, il admet : « La taille de l’industrie des batteries hybrides solide-liquide reste encore limitée. La majorité des acteurs, y compris nous, ont une capacité bien inférieure à celle de leaders comme CATL ou BYD. Leur pouvoir de négociation en amont est limité. Mais avec l’augmentation progressive de l’échelle, les coûts des matériaux en amont continueront à baisser, et les coûts de fabrication, de R&D et de gestion seront également amortis. La voie de réduction des coûts des batteries hybrides solide-liquide est donc claire. »

Concernant l’évolution des coûts des batteries solides, Xu Hangyu pense que la chaîne industrielle doit encore mûrir. La technologie n’est pas encore prête pour la production en série, et il n’existe pas encore de statistiques sur les coûts à grande échelle. « Pour le marché des véhicules électriques, une utilisation à titre expérimental pourrait être réalisable vers 2027. Mais pour une adoption massive et une commercialisation réelle, il faudra encore plus de temps pour optimiser ces technologies », indique-t-il. Selon lui, bien que la fabrication de cellules solides soit techniquement possible, leur performance globale et leur coût, dans le contexte actuel des matériaux et des équipements, ne sont pas encore compétitifs. La commercialisation à grande échelle n’est donc pas encore envisageable.

« La coexistence à long terme des batteries liquides, hybrides et solides »

Certains estiment que la production en série des batteries solides deviendra une réalité, tandis que les batteries hybrides solide-liquide ne seraient qu’une étape transitoire. Sur cette base, certains entreprises choisissent de sauter l’étape hybride pour se concentrer directement sur le développement des batteries solides.

Xu Hangyu répond que la stratégie de développement directe des batteries solides présente l’avantage d’un objectif clair et d’une trajectoire définie. Cela peut sembler une voie efficace « en un seul pas », évitant des détours. Cependant, d’un point de vue industriel, la démarche progressive adoptée par de nombreuses entreprises locales possède aussi ses avantages.

« Par exemple, Weilan a choisi dès 2016 de passer progressivement des batteries hybrides à la technologie entièrement solide, en raison d’une gestion prudente des coûts et de la maturité de la chaîne. Sans cette étape intermédiaire, l’engouement pour la développement des batteries solides pourrait être considérablement réduit. Il y a huit ou neuf ans, peu d’entreprises en Chine osaient déjà fixer des objectifs d’industrialisation des batteries solides », confie Xu Hangyu.

Source de l’image : microblog officiel de Weilan New Energy

Il explique que, du point de vue de la chaîne industrielle, les batteries solides peuvent hériter de nombreux résultats technologiques et matériaux issus des batteries hybrides. « En ce qui concerne les électrolytes, les technologies associant oxydes et polymères ont été développées lors de la phase hybride, tout comme les anodes en silicium et leurs adhésifs associés, qui sont en voie de maturation », précise-t-il.

En ce qui concerne les matériaux de cathode, la série 9 à haute teneur en nickel, ainsi que d’autres matériaux à haute densité énergétique, ont connu une expansion à l’échelle et une optimisation des coûts grâce au développement des drones, des véhicules haut de gamme et des batteries hybrides. Selon Xu Hangyu, cette accumulation progressive dans la chaîne industrielle constitue une base matérielle indispensable à la concrétisation de la technologie solide.

Il admet également que, avant une véritable industrialisation, la performance et le coût des batteries solides restent incertains. La technologie hybride solide-liquide, déjà relativement mature, montre actuellement ses avantages différenciés dans certains domaines, créant une concurrence efficace. « À l’avenir, ces trois types de batteries coexisteront probablement longtemps, chacun exploitant ses caractéristiques pour se différencier selon les applications. Par exemple, pour l’aéronautique électrique de grande capacité, la densité énergétique, la puissance et la sécurité exigent des standards que les batteries liquides ou hybrides ne peuvent encore atteindre », conclut Xu Hangyu.