Cette batterie américaine pourrait briser l’hégémonie chinoise en la matière

La start-up Pure Lithium avance moins une batterie moins coûteuse et plus dense en énergie que les solutions actuelles. Et supprime le graphite, transformé à 90% en Chine.

Cellules pouch StoreDot 2022

Par: Suvrat Kothari

Publié par: Emmanuel Rolland

31 Aoû à 16:07

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Une batterie LFP sans graphite revendique une durée de vie record

La start-up Pure Lithium, basée à Chicago, travaille sur une batterie potentiellement disruptive, qu’elle présente comme moins coûteuse et plus dense en énergie que les solutions actuelles, tout en reposant sur une chaîne d’approvisionnement nord-américaine. Il ne s’agit ni d’une batterie à électrolyte solide ni d’une batterie à anode en silicium. C’est en réalité une batterie lithium-fer-phosphate (LFP) dépourvue du graphite traditionnellement utilisé dans les batteries lithium-ion.

La start-up affirme avoir franchi une étape importante la semaine dernière, avec une batterie au lithium métal ayant atteint 9 315 cycles de charge-décharge. C’est plus de trois fois la durée de vie en cycles d’une batterie lithium-ion conventionnelle, et Pure Lithium estime ce résultat inédit : « À la connaissance de l’entreprise, aucune autre batterie au lithium métal en développement n’a obtenu de tels résultats dans des conditions d’essai équivalentes. »

L’immense majorité des batteries lithium-ion actuelles dépend fortement des chaînes d’approvisionnement chinoises. En Amérique du Nord, l’objectif est désormais non seulement de réduire cette dépendance, mais aussi de faire progresser la technologie lithium-ion afin que les véhicules électriques puissent rouler plus loin, se recharger plus vite et durer plus longtemps. Pure Lithium indique avoir supprimé l’anode en graphite, un matériau coûteux et polluant à extraire.

« Elle pèse deux fois moins et offre une densité énergétique deux fois supérieure à celle de la batterie que nous utilisons tous aujourd’hui », a déclaré la directrice générale Emilie Bodoin dans une interview accordée à Bloomberg. Selon elle, l’une des principales raisons tient à l’élimination du graphite. Cette batterie n’est toutefois pas encore commercialisée : Pure Lithium construit une ligne pilote à Chicago et recherche des partenaires pour l’aider à industrialiser sa technologie, a précisé Bodoin.

batterie LFP CATL Shenxing Pro

Batterie LFP CATL Shenxing Pro

Photo: CATL

Pourquoi supprimer le graphite de l’anode ?

Plus de 90 % du graphite mondial est transformé en Chine. Le graphite ajoute aussi du poids et occupe un espace précieux à l’intérieur d’une cellule de batterie. Il ne participe pas activement à la réaction électrochimique de la batterie. Il agit surtout comme un matériau hôte permettant aux ions lithium d’être stockés puis libérés lors de la charge et de la décharge, selon la start-up. L’argument de Pure Lithium consiste donc à supprimer le graphite, libérer de l’espace dans la cellule et utiliser cet espace pour davantage de matériau énergétique exploitable.

Pour la cathode, Pure Lithium utilise une chimie LFP, elle aussi historiquement très dépendante des chaînes d’approvisionnement chinoises, mais qui commence progressivement à se localiser davantage aux États-Unis. Sa batterie LFP au lithium métal élimine ainsi le recours à plusieurs matériaux coûteux et polluants, dont le nickel, le manganèse, le cobalt et le graphite. Si les chimies riches en nickel offrent certes une densité énergétique supérieure à celle du LFP, Pure Lithium affirme pouvoir compenser cet écart en libérant de l’espace du côté anode de la cellule et en supprimant le graphite.

Des essais poussés à plus de 9 000 cycles

Les plus de 9 000 cycles obtenus en laboratoire ont été réalisés à des régimes de charge et de décharge de 1C. En termes simples, cela signifie que la batterie a été entièrement chargée en une heure, puis entièrement déchargée en une heure, de manière répétée, pendant plus de 9 000 cycles. C’est un protocole particulièrement exigeant pour la cellule, qui en teste les limites. En conditions réelles, les batteries sont rarement soumises à des contraintes aussi extrêmes.

La batterie de Pure Lithium a à peine perdu en capacité sur des milliers de cycles, mais un repos de quatre mois pendant l’expérience semble avoir aidé.

Photo : Pure Lithium

Une batterie lithium-ion commerciale se dégrade généralement de manière notable au fil de sa vie. Mais cette cellule testée en laboratoire n’a presque pas faibli. L’entreprise a partagé un graphique montrant que la batterie conservait quasiment toute sa capacité de décharge après 9 000 cycles. Les essais n’ont toutefois pas été continus. L’entreprise les a interrompus autour de 6 000 cycles lors du déménagement de son siège de Boston à Chicago, laissant la batterie au repos à température ambiante pendant quatre mois. Lorsque les tests ont repris, la batterie a affiché une rétention de capacité encore meilleure qu’au moment de l’interruption.

L’entreprise a également indiqué que les « fluctuations plus importantes au début des cycles étaient dues à l’absence de contrôle de température et à plusieurs coupures de courant dans le laboratoire 1.0 de Pure Lithium à Boston ».

Lors d’un précédent essai en janvier 2025, Pure Lithium avait annoncé que sa batterie conservait plus de 80 % de sa capacité après 2 200 cycles à un régime similaire de charge et de décharge à 1C. La nouvelle cellule semble donc encore plus robuste. La densité énergétique de la cellule précisément utilisée pour l’essai à 9 315 cycles n’est toutefois pas indiquée. Pure Lithium annonce pour sa batterie Gen 1 une densité énergétique de 300 Wh/kg, tandis que sa batterie Gen 2 devrait atteindre 425 Wh/kg.

Une anode au lithium métal produite par électrodéposition

« Tous les constructeurs connaissent très bien [la technologie lithium métal] », a déclaré Bodoin, en référence aux plus de 40 entreprises avec lesquelles la start-up discute actuellement pour passer sa technologie à l’échelle. « Ce que nous avons fait, c’est la rendre peu coûteuse, et nous disposons d’une très bonne méthode pour fabriquer notre anode en lithium, un composant complet de batterie en une seule étape, grâce à cette magie appelée électrodéposition. »

La batterie peut être sans graphite, mais elle n’est pas sans anode. La start-up utilise plutôt un procédé appelé électrodéposition pour créer son anode en lithium métal. En substance, du lithium métallique est déposé directement sur un collecteur de courant en cuivre jusqu’à atteindre l’épaisseur souhaitée, ce qui permet de former l’anode au cours du processus de fabrication, avait précédemment rapporté S&P Global.

cellules de batterie LFP Ford

Plusieurs pistes pour l’après lithium-ion conventionnel

Les fabricants de batteries du monde entier explorent désormais toutes sortes de chimies, à la fois pour régionaliser les chaînes d’approvisionnement et pour améliorer la technologie de base. Plusieurs entreprises travaillent sur des anodes en silicium ou en graphite synthétique, tandis que plusieurs start-up américaines tentent de réduire la dépendance de l’Amérique du Nord à la Chine avec leurs propres versions de batteries au lithium métal.

Les start-up américaines Factorial, Solid Power et QuantumScape travaillent elles aussi sur des batteries au lithium métal sans graphite. Mais leurs approches diffèrent de celle de Pure Lithium. Factorial et QuantumScape misent sur des électrolytes solides ou semi-solides, tandis que Solid Power développe à la fois des technologies à anode en silicium et au lithium métal autour de son électrolyte solide au sulfure. Pure Lithium, de son côté, utilise un électrolyte liquide et met l’accent sur la manière dont l’anode au lithium métal est produite.

Autrement dit, plusieurs paris technologiques sont désormais engagés pour succéder à la batterie lithium-ion conventionnelle actuelle. Seul le temps dira laquelle de ces approches parviendra réellement à sortir du laboratoire, atteindre la production de masse et, peut-être, changer la donne.