Tesla est le plus grand constructeur de voitures électriques au monde et beaucoup se demandent quelles batteries l'entreprise utilise. Existe-t-il un type de batterie secret qui lui permet d'atteindre le succès ?

Eh bien, si nous examinons les presque 20 ans de Tesla, il semble que le secret ne réside pas dans une batterie particulière, mais dans l'approche - très pragmatique, flexible, axée sur l'évolution constante, l'adaptation et la recherche d'opportunités.

Facteur de forme des cellules de batterie

Lorsque l'entreprise a commencé son voyage avec le Tesla Roadster original, il n'y avait pas beaucoup de types de batteries lithium-ion parmi lesquels choisir. Tesla a simplement décidé d'utiliser des batteries cylindriques de type 18650 (récemment appelées 1865), conçues pour un usage général (peu adaptées aux VE).

Elles étaient difficiles à utiliser, en raison du nombre élevé de petites cellules (faible capacité) dans le bloc-batterie (plusieurs milliers), mais disponibles en qualité constante et en grand volume. Avec une ingénierie exceptionnelle pour gérer l'électricité et la gestion thermique (refroidissement liquide), Tesla a choisi la voie pragmatique (certaines autres entreprises ont commencé à utiliser les nouveaux types de cellules en poche ou prismatiques à l'époque).

Les cellules de type 1865 ont été utilisées dans le Roadster et 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'avoir une cellule de batterie plus grande (capacité plus élevée par cellule, et nombre de cellules plus faible), optimisée pour les voitures électriques. C'est ainsi que la cellule cylindrique de type 2170 est entrée sur le marché en grand volume pour la Tesla Model 3 et Tesla Model Y ainsi que pour les produits de stockage d'énergie.

Le type 2170 a été initialement produit par Panasonic à la Gigafactory 1 de Tesla au Nevada (actuellement à environ 38-39 GWh/an). Ces dernières années, LG Energy Solution de LG Chem est également devenu le fournisseur de ces cellules pour Tesla - les produisant en Chine, principalement pour l'usine Tesla Giga Shanghai.

Le format de cellule cylindrique le plus récent et jusqu'à présent le plus grand, le type 4680, est arrivé sur le marché cette année. Cette cellule est physiquement cinq fois plus grande que la cellule de type 2170, ce qui permet d'optimiser davantage le système et d'introduire certaines nouvelles technologies. Cependant, la taille et les nouvelles solutions rendent sa production difficile. C'est pourquoi Tesla a lancé son propre développement et sa production en interne en Californie et au Texas, et encourage les fournisseurs - dont Panasonic - à accélérer leurs efforts.

Ce sont les trois types de cellules cylindriques utilisés par Tesla dans ses voitures électriques, mais il en existe un quatrième - de type prismatique, pour les batteries LFP, fourni par CATL. Au premier trimestre 2022, près de la moitié des voitures Tesla étaient équipées de batteries LFP prismatiques. C'est un autre exemple clair d'adaptation pragmatique à la demande du marché, car les batteries LFP prismatiques constituent la base des modèles Tesla d'entrée de gamme, moins chers.

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 (à l'avenir, également le Model Y d'Allemagne et les nouveaux modèles).
  • prismatique : Model 3 et Model Y d'entrée de gamme

Chimie des cellules de batterie

Toutes les batteries de traction de Tesla sont des batteries lithium-ion, mais elles ne sont pas toutes identiques. Il existe plusieurs chimies de cathode principales, chacune évoluant au fil des années.

Les trois principaux types de cathodes dans les VE 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 prédispose à être utilisés dans les versions à longue autonomie des voitures Tesla. Ces deux types ont été utilisés dans des cellules cylindriques (NCA en 1865 et 2170 de Panasonic, NCM en 2170 de LGES).

Le LFP est un type moins dense en énergie. Il ne contient ni nickel ni cobalt, ce qui le rend moins cher. Il convient parfaitement aux modèles d'entrée de gamme et aux systèmes de stockage d'énergie. Tesla utilise des cellules prismatiques LFP de CATL.

Dans le récent rapport d'impact 2021, Tesla explique qu'elle "continuera à faire progresser une stratégie de cathodes diversifiées pour les cathodes LFP, riches en nickel et riches en manganèse afin de répondre à divers segments de marché pour les véhicules et les produits de stockage de l'énergie et d'offrir une flexibilité future en fonction de la disponibilité et du prix des matières premières".

Tesla tente d'augmenter la teneur en nickel et de réduire la teneur en cobalt dans les batteries NCA et NCM, ce qui permettrait de réduire le coût et d'améliorer la densité énergétique (et l'autonomie). Cependant, il n'est pas facile de supprimer le cobalt en raison de son rôle dans la sécurité et la longévité de la batterie.

"Tesla continuera à faire progresser une stratégie de cathodes diversifiées pour les LFP, les cathodes riches en nickel et les cathodes riches en manganèse afin de répondre à divers segments de marché pour les véhicules et les produits de stockage d'énergie et de fournir une flexibilité future en fonction de la disponibilité et du prix des matières premières."

La société note également qu'au cours des prochaines années, sa demande absolue de cobalt augmentera, car la croissance de la production de batteries et de véhicules devrait dépasser le taux global de réduction du cobalt sur une base par cellule.

Il faut également se rappeler que la cathode n'est pas le seul élément de la batterie et que des améliorations constantes sont apportées à tous les éléments, y compris l'anode (teneur en silicium par rapport au graphite) et l'électrolyte.

Les fournisseurs de batteries

Enfin, les fournisseurs de batteries. Au départ, et pendant longtemps, le principal fournisseur de batteries de Tesla était Panasonic - cellules de type 1865 et 2170 avec chimie NCA. Mais il a ensuite été rejoint par LG Energy Solution (cellules de type 2170 avec chimie NCM) et CATL (chimie prismatique LFP).

En outre, Tesla a commencé à produire ses propres batteries, des 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 pourrait avoir besoin d'environ 1000 cellules de ce type).

En d'autres termes, nous pouvons constater une diversification croissante :

  • Panasonic :
    Japon : 1865 NCA de type (utilisation principale : Model S/Model X) États-Unis (Gigafactory 1 au Nevada : 2170 NCA de type (utilisation principale : Model 3/Model Y de Californie).
  • LG Chem's LG Energy Solution :
    Chine : 2170-type NCM (utilisation principale : MIC Model 3/Model Y et MIG Model Y)
  • CATL :
    Chine : LFP prismatique (utilisation principale : Model 3/Model Y d'entrée de gamme dans le monde).
  • Tesla :
    Californie/Texas : Type 4680, chimie non divulguée (utilisation principale : Model Y fabriqué au Texas).

* Il peut y avoir 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 est devenu assez complexe. Il semble que Tesla aille de l'avant avec de nouveaux types de batteries, mais jusqu'à présent, il n'en n'oublie pas les précédentes (en partie à cause du manque de capacité de fabrication de batteries et du coût supplémentaire pour redessiner les produits pour les nouvelles cellules).

Seul le temps nous dira à quel point la dernière version des batteries de type 4680 sera rapide et fructueuse.