Tesla a enfin trouvé un adversaire à sa taille dans l’univers de la voiture électrique. Le constructeur chinois BYD, que nous découvrons encore à peine en Europe, est l’un des leaders de la voiture électrique dans le monde.
Que ce soit en termes de ventes ou de technologies, les deux marques se livrent une bataille sans merci, et plusieurs scientifiques se sont penchés sur le cas des batteries des deux constructeurs. Nous allons le voir, même si elles offrent des performances similaires dans la vraie vie, quand elles sont disséquées, ce n’est pas la même limonade. Explications.
En Chine, BYD est le leader incontesté sur le marché et, après avoir conquis son propre pays, le constructeur s’attaque désormais à d’autres continents, à commencer par l’Europe, qui amorce une transition énergétique sans précédent.
Même si les ventes de BYD peuvent paraître encore assez marginales sur le Vieux Continent, à l’échelle mondiale, la marque est déjà au coude-à-coude avec Tesla en ce qui concerne uniquement les voitures électriques. En effet, BYD commercialise également plusieurs modèles thermiques et hybrides, et au cumulé, le constructeur a écoulé par moins de 4 272 145 voitures dans le monde en 2024, toute motorisation confondue.
En prenant en compte uniquement les voitures électriques, BYD a immatriculé 1 764 992 voitures 100 % électriques à travers le monde sur l’ensemble de l’année passée. Un chiffre record qui représente une augmentation de 12 % par rapport au 1,6 million de modèles écoulés en 2023. Les ventes de véhicules électriques représentent 41,5 % des résultats totaux de BYD en 2024.
En comparaison, Tesla a écoulé 1 789 226 de modèles électriques l’an passé, ce qui en fait toujours le leader (mais pour combien de temps encore ?) et Volkswagen 744 800.
Vous l’aurez compris, pour le moment, BYD et Tesla sont largement en tête dans le domaine de la voiture électrique : Tesla, préféré en Europe et en Amérique du Nord, et BYD, leader du marché chinois.
Néanmoins, et comme nous vous le rappelons souvent chez Survoltés, ces deux entreprises restent assez discrètes sur les détails techniques de leurs batteries, avec une structure mécanique et des caractéristiques finalement peu connues.
BYD est un peu plus ouvert à ce sujet que Tesla néanmoins, notamment en termes de chiffres, car le constructeur chinois donne, par exemple, les puissances moteurs et les capacités des batteries de ses autos, contrairement à Tesla, qui, depuis l’épisode de la puissance galvaudée de sa Model S P85D en 2015 (la voiture était vendue pour 700 ch alors qu’elle n’en faisait que 564), refuse de donner les vraies données chiffrées de ses modèles, se contentant simplement d’annoncer les autonomies obligatoires selon les différents cycles d’homologation.
Deux approches à la fois similaires… mais aussi différentes !
Mais afin de mieux comprendre le fonctionnement de ces batteries, une équipe de chercheurs a entrepris de démonter et d’analyser celles des deux constructeurs.
Les résultats de cette étude, publiés le 6 mars dernier dans la revue Cell Reports Physical Science, mettent finalement en avant des approches radicalement différentes : les batteries des Tesla privilégient une haute densité énergétique et la performance, tandis que celles de BYD misent sur une efficacité volumique et des matériaux dont les coûts sont moins élevés.
Sans données chiffrées et sans vrais détails techniques, les chercheurs qui ont publié cette étude ont dû se concentrer sur plusieurs aspects afin de décortiquer les cellules qui composent les batteries : les conceptions mécaniques, les dimensions, la composition des électrodes ainsi que leurs performances électriques et thermiques. Ils en ont également déduit les processus d’assemblage et évalué les coûts des matériaux, deux données là encore qui ne sont pas divulguées par nos deux protagonistes.
L’étude est extrêmement poussée et très bien pourvue en chiffres, et nous pourrions vous en délivrer une synthèse assez indigeste, voire même difficilement compréhensible pour celui n’étant pas ingénieurs spécialisés dans le domaine ! De ce fait, nous avons voulu plutôt mettre en avant plusieurs points qui ont retenu notre attention.
Quelles sont les principales différences entre les cellules BYD et Tesla ?
L’un des résultats les plus surprenants a été l’absence de silicium dans l’anode des deux batteries, alors que ce matériau est couramment considéré comme essentiel pour augmenter la densité énergétique des batteries.
L’étude a également révélé des différences marquantes dans la vitesse de charge et de décharge des batteries, mais aussi dans la manière dont les électrodes sont maintenues en place.
Les chercheurs ont également découvert que la batterie Blade de BYD utilise une méthode différente pour maintenir les électrodes en place, à savoir un empilement d’électrodes intégrant une nouvelle étape de traitement pour laminer les bords du séparateur situé entre l’anode et la cathode.
La batterie de Tesla utilise un liant qui se matérialise par une substance qui maintient ensemble les matériaux actifs des électrodes.
La cellule Tesla 4680 utilise une chimie NMC (nickel-manganèse-cobalt), tandis que la cellule BYD Blade repose sur une chimie LFP (lithium-fer-phosphate, sans cobalt). Les analyses par rayons X à dispersion d’énergie utilisée pour l’étude ont confirmé ces compositions respectives.
Lors des tests, les capacités et tensions nominales des cellules ont été mesurées en utilisant des cycles de charge et de décharge à courant constant et tension constante, avec une coupure en tension constante à un courant C/20.
En termes de chauffe, une cellule Tesla dégage deux fois plus de chaleur à puissance équivalente que la cellule BYD. Cela signifie qu’elle a besoin d’un refroidissement deux fois plus puissant.
En comparant les performances des deux cellules, il est apparu que la densité énergétique de la cellule Tesla dépasse celle de la BYD Blade, avec un avantage de 1,5 fois en termes de densité gravimétrique et 1,8 fois en densité volumétrique.
Malgré ces quelques différences, les batteries Tesla et BYD présentent aussi des similitudes. Elles utilisent toutes deux un système de soudage au laser pour fixer leurs fines lamelles d’électrodes, alors que la majorité des fabricants optent pour le soudage par ultrasons.
De plus, même si la cellule BYD est plus grande que celle de Tesla (46 mm de diamètre et 80 mm de hauteur pour la Tesla, d’où le nom « cellule 4680« , contre 90 mm de hauteur, 965 mm de longueur et 14 mm d’épaisseur pour celle de BYD), la proportion des composants passifs (collecteurs de courant, boîtier, Bus Bar) reste similaire.
Quelle est la composition de ces cellules ?
L’analyse de la répartition du poids des cellules de batterie a été réalisée en pesant séparément chaque composant. Pour les éléments plus volumineux, comme les feuilles de séparation, une méthode d’échantillonnage a été employée par les chercheurs : des morceaux de 50 × 50 mm ont été découpés et pesés, puis une extrapolation du poids total a été effectuée en fonction de la géométrie du composant.
Il y a également une différence entre les cellules étudiées au niveau de la structure de leur boîtier : le boîtier en acier de la cellule Tesla est plus lourd que le boîtier en aluminium utilisé pour la cellule BYD Blade. Toutefois, cette différence de poids est compensée par la masse plus élevée de la feuille de substrat de la cellule BYD.
L’optimisation du poids des cellules de batterie vise souvent à réduire la proportion de composants passifs au profit de la matière active. Cependant, dans le cas des cellules Tesla 4680 et BYD Blade, cet avantage potentiel n’est pas évident. Les choix de conception propres à chaque modèle influencent fortement la répartition des masses et la performance globale.
L’étude met en évidence que la taille plus grande d’une cellule ne se traduit pas nécessairement par une meilleure efficacité structurelle, car d’autres paramètres, comme la composition des matériaux ou la densité énergétique des électrodes, entrent en jeu dans le rendement final.
Quel est leur coût ?
L’évaluation des coûts des matériaux repose sur les prix en août 2024, date à laquelle cette partie de l’étude a été réalisée. Pour estimer le coût des matières actives, chaque composant a été divisé en fractions pondérées, puis leur coût a été additionné.
En particulier, le coût du matériau cathodique a été calculé en fonction de la composition des cellules : nickel, manganèse, cobalt et lithium pour la batterie NMC, tandis que le LFP repose sur l’oxyde de fer, l’acide phosphorique et le lithium. Pour l’anode, une teneur en graphite de 100 % a été supposée. Afin de comparer les coûts des cellules, le coût total des matériaux a été divisé par l’énergie stockée, permettant d’obtenir un prix spécifique en euros par kWh.
Les résultats montrent que le type de matériau cathodique utilisé joue un rôle clé dans la différenciation des coûts. Les batteries NMC, contenant du nickel et du cobalt donc, présentent, sans surprise, un coût supérieur par rapport aux cellules LFP, qui utilisent des matériaux moins onéreux comme l’oxyde de fer et l’acide phosphorique.
Ainsi, la cellule BYD Blade affiche un coût inférieur de 10 euros par kWh par rapport à la cellule Tesla 4680 (respectivement 25 et 35 € / kWh au niveau de la cellule), illustrant une nouvelle fois l’avantage économique des batteries LFP. Toutefois, le coût du matériau actif d’anode par kWh est plus élevé pour la cellule BYD Blade, notamment à cause de sa masse plus importante : 1,35 kg par kWh contre 1,03 kg par kWh pour la Tesla 4680.
Cela laisse aussi penser que la cellule Tesla utilise un matériau actif d’anode à densité énergétique plus élevée ou un rapport capacité anodique/capacité cathodique plus faible.
Que retenir ?
Globalement, cette étude met en évidence deux approches en termes d’ingénierie à la fois assez similaires sur plein d’aspects et fondamentalement différentes.
Des recherches supplémentaires seront sans doute nécessaires pour déterminer l’impact des choix de conception sur la performance des électrodes et la durée de vie des cellules.
La technologie étant encore relativement récente (les cellules 4680 de Tesla et la batterie Blade de BYD ont moins de cinq ans), il va falloir encore un peu de recul pour déterminer, sur la durée, qui a fait le meilleur choix.
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