Dans la course à la domination du marché mondial des véhicules électriques, deux constructeurs se distinguent : l’Américain Tesla et le Chinois BYD. Tesla est le précurseur. Il a été le premier à utiliser des batteries lithium-ion et a transformé le marché des véhicules électriques en en faisant un produit de luxe et de hautes performances. Les Tesla sont devenues des véhicules statutaires porteurs d’un message politique, l’engagement écologiste de leur propriétaire. Avant que le ralliement d’Elon Musk à Donald Trump ne change tout…
Pour ce qui est de BYD, le groupe a commencé par fabriquer des batteries et à devenir l’un des leaders de ce marché avant de se lancer dans la construction de véhicules et de dépasser Tesla en termes de ventes mondiales de véhicules électriques l’an dernier.
Pour la première fois, via une étude menée par plusieurs universités allemandes, on peut mieux appréhender les différences technologiques des batteries utilisées par les deux constructeurs dominants. L’analyse, publiée dans la revue scientifique Cell Reports Physical Science, donne des informations inédites sur la conception, les performances et les processus de fabrication des éléments de batteries les plus performants des deux entreprises : la cellule cylindrique 4680 de Tesla (voir la photographie ci-dessus) et la cellule prismatique Blade de BYD. « Il existe très peu de données et d’analyses approfondies sur les batteries de pointe destinées aux applications automobiles », souligne Jonas Gorsch, de l’université RWTH d’Aix-la-Chapelle, principal auteur de l’étude.
Des conséquences importantes pour les automobilistes
Les chercheurs ont ainsi constaté des différences majeures en termes de densité énergétique, d’efficacité thermique et de matériaux utilisés. Elles témoignent de philosophies de conception bien distinctes de chaque constructeur. Pour l’automobiliste, ses différences ne sont pas anodines et se traduisent par des conséquences concrètes sur l’autonomie, la vitesse de rechargement, le coût des véhicules, leur durabilité et leur sécurité.
La cellule 4680 de Tesla (nommée ainsi en raison de son diamètre de 46 mm et de sa hauteur de 80 mm) est la dernière innovation de l’entreprise américaine en matière de conception de batterie. Elle est nettement plus grande que les cellules précédentes utilisées dans le Model 3, ce qui permet d’augmenter sa densité énergétique et de réduire les coûts de production.La cellule Blade de BYD adopte une approche totalement différente, en utilisant une forme de prisme rectangulaire avec des dimensions de 965 mm de long, 90 mm de haut et 14 mm d’épaisseur. Cette conception donne la priorité à la sécurité et à la facilité de fabrication.
Mais la différence la plus significative entre les cellules est leur chimie. Tesla opte pour le NMC811 (un mélange de nickel-manganèse-cobalt à forte teneur en nickel), qui offre une densité énergétique impressionnante de 241 Wh/kg. Tesla emporte bien plus d’énergie pour le même poids et le même volume. BYD utilise lui le LFP (lithium fer phosphate), qui permet d’obtenir une densité énergétique plus faible de 160 Wh/kg. Mais ce que BYD perd en performances et en autonomie, il le gagne en réduction des coûts et en offrant plus de durabilité et de sécurité.
Performances contre longévité et sécurité
En examinant la gestion de la chaleur, les chercheurs ont constaté que la cellule Tesla 4680 génère deux fois plus de calories par volume que la cellule BYD Blade à la même vitesse de charge. Cette différence a une incidence sur les systèmes de refroidissement nécessaires pour la charge rapide et évidemment a des répercussions sur la longévité et la sécurité de la batterie. Dans l’ensemble, l’étude révèle que la batterie de BYD est plus efficace parce qu’elle permet une gestion plus facile de sa température.
Lorsque les chercheurs ont démonté les batteries, ils ont aussi constaté des différences majeures dans la manière dont Tesla et BYD construisent leurs cellules. Dans la batterie Blade de BYD, les composants clés, les couches positives et négatives (cathodes et anodes), sont empilés selon un schéma en Z, avec de nombreuses couches minces entre les deux. Cette conception rend la batterie plus sûre et plus durable, mais elle signifie aussi que l’électricité doit parcourir un chemin plus long à travers la batterie, ce qui peut réduire son efficacité énergétique.
Des coûts bien plus compétitifs pour BYD
Tesla a adopté une approche différente avec sa cellule 4680 en utilisant une conception dite en « rouleau de gelée », un peu comme si l’on enroulait une longue bande de papier. Cette configuration permet à l’électricité de circuler plus directement, ce qui améliore les performances.
L’analyse du coût des matériaux a révélé que, même si la cellule BYD Blade nécessite davantage d’étapes d’assemblage, elle présente un avantage de coût d’environ 10 euros par kWh grâce à l’utilisation de matériaux moins coûteux en lieu et place du nickel et du cobalt que l’on trouve dans la cathode NMC811 de Tesla.
Pour les acheteurs de véhicules électriques, ses différences de conception ont un réel impact. La densité énergétique plus élevée de Tesla permet une plus grande autonomie pour le même volume et poids de batterie, tandis que la conception thermiquement plus efficace de BYD permet une charge plus rapide avec des systèmes de refroidissement moins sophistiqués. Le faible coût de la chimie LFP de BYD rend ses véhicules plus abordables, tandis que les performances plus élevées de la chimie NMC811 de Tesla correspondent plus aux attentes du segment haut de gamme du marché.
L’étude publiée par Cell Reports Physical Science illustre la guerre invisible que se livrent les constructeurs dans les technologies des batteries. Il est impossible de savoir aujourd’hui qui va s’imposer à long terme. La stratégie de haute performance de Tesla ou la conception plus sûre et moins coûteuse de BYD ? Mais ce qui est aussi évident, c’est que le chemin des constructeurs européens pour rattraper leur retard technologique sera difficile.
