Construire des batteries : pourquoi le lithium et pourquoi l’hydroxyde de lithium ?

Recherche et découverte

On dirait lithium et les hydroxydes de lithium sont là pour rester, pour l'instant : malgré des recherches intensives sur des matériaux alternatifs, rien à l'horizon ne pourrait remplacer le lithium comme élément de base de la technologie moderne des batteries.

Les prix de l’hydroxyde de lithium (LiOH) et du carbonate de lithium (LiCO3) sont en baisse depuis quelques mois et les récents bouleversements du marché n’améliorent certainement pas la situation. Cependant, malgré des recherches approfondies sur les matériaux alternatifs, rien à l’horizon ne pourrait remplacer le lithium comme élément constitutif de la technologie moderne des batteries dans les prochaines années. Comme nous le savent les producteurs des différentes formulations de batteries au lithium, le diable réside dans les détails et c'est là que l'on acquiert l'expérience pour améliorer progressivement la densité énergétique, la qualité et la sécurité des cellules.

Avec l’introduction de nouveaux véhicules électriques (VE) à intervalles presque hebdomadaires, l’industrie est à la recherche de sources et de technologies fiables. Pour ces constructeurs automobiles, ce qui se passe dans les laboratoires de recherche n’a aucune importance. Ils ont besoin de produits ici et maintenant.

Le passage de carbonate de lithium à hydroxyde de lithium

Jusqu'à très récemment, le carbonate de lithium était au centre de l'attention de nombreux producteurs de batteries pour véhicules électriques, car les conceptions de batteries existantes nécessitaient des cathodes utilisant cette matière première. Cependant, cela est sur le point de changer. L’hydroxyde de lithium est également une matière première essentielle dans la production de cathodes de batteries, mais son approvisionnement est actuellement beaucoup plus limité que le carbonate de lithium. Bien qu’il s’agisse d’un produit plus spécialisé que le carbonate de lithium, il est également utilisé par les principaux producteurs de batteries, qui sont en concurrence avec l’industrie des lubrifiants industriels pour la même matière première. On s’attend donc à ce que les approvisionnements en hydroxyde de lithium deviennent encore plus rares.

Les principaux avantages des cathodes de batterie à l'hydroxyde de lithium par rapport à d'autres composés chimiques comprennent une meilleure densité de puissance (plus de capacité de batterie), un cycle de vie plus long et des caractéristiques de sécurité améliorées.

Pour cette raison, la demande de l’industrie des batteries rechargeables a affiché une forte croissance tout au long des années 2010, avec l’utilisation croissante de batteries lithium-ion plus grosses dans les applications automobiles. En 2019, les batteries rechargeables représentaient 54 % de la demande totale de lithium, provenant presque entièrement des technologies de batteries Li-ion. Bien que l’augmentation rapide des ventes de véhicules hybrides et électriques ait attiré l’attention sur la nécessité de composés de lithium, la baisse des ventes au second semestre 2019 en Chine – le plus grand marché pour les véhicules électriques – et une réduction mondiale des ventes causée par les confinements liés au COVID. La pandémie du Covid-19 au premier semestre 2020 a mis un frein à court terme à la croissance de la demande de lithium, en impactant la demande des batteries et des applications industrielles. Les scénarios à plus long terme continuent cependant de montrer une forte croissance de la demande de lithium au cours de la décennie à venir, Roskill prévoyant que la demande dépassera 1,0 Mt LCE en 2027, avec une croissance supérieure à 18 % par an jusqu'en 2030.

Cela reflète la tendance à investir davantage dans la production de LiOH que dans celle de LiCO3 ; et c’est là que la source de lithium entre en jeu : la roche spodumène est nettement plus flexible en termes de processus de production. Il permet une production rationalisée de LiOH tandis que l’utilisation de saumure de lithium passe normalement par LiCO3 comme intermédiaire pour produire du LiOH. Par conséquent, le coût de production de LiOH est nettement inférieur avec le spodumène comme source au lieu de la saumure. Il est clair que, compte tenu de la grande quantité de saumure de lithium disponible dans le monde, de nouvelles technologies de traitement devront éventuellement être développées pour exploiter efficacement cette source. Alors que diverses entreprises étudient de nouveaux processus, nous finirons par voir cela arriver, mais pour l’instant, le spodumène est une valeur plus sûre.