Related Vendors

Applitec Moutier SA

Amada Swiss GmbH

Trafag AG

Éclairage n° 3

Depuis le lancement des véhicules électriques grand public, les plus grandes avancées technologiques dans les batteries Li-ion se sont appuyées sur le NMC comme matériau cathodique, mais certains matériaux alternatifs pourraient révolutionner le marché, avec des variations régionales notables.

Avec 38 % de l’ensemble des FBI liées aux batteries en 2010-2018, la technologie Li-ion domine actuellement le secteur. La concentration des recherches sur le Li-ion s’explique à la fois par la variété des applications et des exigences de performance, et l’absence actuelle d’une technologie dominante pour chaque application en matière de cellules de batteries. Les smartphones, les outils électriques, les voitures électriques et les batteries stationnaires à usage industriel affichent des exigences et des tolérances diverses sur de nombreux critères : densité énergétique, densité de puissance, durabilité, coût des matériaux, sensibilité et stabilité. Si l’innovation en matière de fabrication et d’ingénierie permet de progresser sur certaines de ces caractéristiques, l’innovation concerne essentiellement les éléments primaires (anode, cathode et électrolyte) des cellules de batteries à travers lesquels l’électricité est stockée et conduite.

Galerie d'images

Galerie d'images avec 11 images

La course à l’innovation s’est notamment concentrée sur la cathode des batteries Li-ion, élément déterminant pour améliorer leur densité énergétique et réduire leur coût. La densité énergétique de la batterie, à savoir la quantité d’énergie pouvant être stockée par unité de volume, est primordiale pour les appareils portables. Elle garantit par exemple qu’une seule recharge quotidienne sera suffisante pour répondre aux besoins des applications installées sur un smartphone, toujours plus gourmandes en énergie. Son importance est encore plus grande pour les véhicules électriques, dont les performances et le coût doivent être comparables aux modèles équipés d’un moteur à combustion interne.

Lancées il y a un peu plus de dix ans, les premières voitures électriques de série s’appuyaient sur les mêmes matériaux cathodiques que l’électronique grand public : l’oxyde de cobalt lithié (LCO) et l’oxyde de manganèse lithié (LMO). Depuis lors, la volonté d’améliorer non seulement la densité et la stabilité énergétiques mais aussi l’énergie spécifique (à savoir l’énergie par unité de masse), la durabilité, la puissance, la vitesse de charge/décharge et la recyclabilité a motivé la recherche de chimies alternatives, notamment le NMC, le lithium fer phosphate (LFP) et, plus récemment, l’oxyde mixte d’aluminium, nickel et cobalt (NCA). Les données sur les brevets reflètent cette tendance

(Figure E7) : Alors que le LCO représentait le double du NMC en 2005 en termes d'activité brevets, le dépôt de brevets NMC a progressé de 400 % entre 2009 et 2018, dépassant ainsi le LCO en 2011. À titre de comparaison, les brevets LCO ont augmenté de 200 % sur la même période. Aujourd’hui, le NMC est généralement présenté comme la composition la plus prometteuse à court terme pour les véhicules électriques, et les chercheurs s’attachent à en réduire la teneur en cobalt, composant déterminant du coût global et de la durabilité de la batterie.

La place du NMC pourrait elle-même être remise en question par le NCA en particulier, considéré comme une alternative riche de promesses. Le procédé chimique du NCA est similaire au NMC, et des batteries NCA équipent déjà des véhicules électriques Panasonic et Tesla. Certaines entreprises, notamment Tesla et BYD, font le pari du LFP pour les batteries embarquées à bord de leurs véhicules. Le niveau de l’activité brevets pour cette technologie reste limité, mais il est passé de presque zéro avant 2010 à des niveaux plus proches de ceux d’autres compositions cathodiques plus établies en 2018.

L’effort d’innovation porte également sur les électrolytes, avec notamment la recherche d’alternatives aux électrolytes liquides ou aux gels polymères utilisés dans les batteries Li-ion actuelles, afin de réduire le risque d’inflammabilité. Les électrolytes solides offrent des niveaux intéressants d’énergie spécifique et de stabilité, mais leur coût actuel constitue un obstacle. L’activité brevets dans ce domaine a augmenté en moyenne de 25 % par an depuis 2010, dans l’objectif de répondre aux défis techniques résiduels

(Figure E8). Ces recherches représentaient en 2018 plus de 8 % des demandes déposées en matière de technologie Li-ion, contre 3 % en 2010. Grâce aux progrès réalisés, les électrolytes solides devraient donner lieu à des applications commerciales dans la prochaine décennie.

Le Japon occupe une position dominante dans ces batteries dites solides (54 % de ses FBI en 2014-2018) (Figure E9). Les États-Unis (18 %) et les États parties à la CBE (12 %) affichent également de bonnes performances dans ce domaine, les batteries solides représentant une part égale ou supérieure à celle de leurs FBI dans les technologies Li-ion en général. Les parts relatives de la République de Corée (12 %) et de la Chine (2 %) sont plus modestes en ce qui concerne ce type de batteries, quand ces deux pays représentent respectivement 22 % et 9 % de toutes les FBI liées au Li-ion en 2014-2018.

En matière de matériaux cathodiques, le Japon affiche une nette avance dans les technologies LMO et NMC (47 % dans les deux cas), de même que la République de Corée sur le LCO – les deux pays étant chacun à l’origine d’environ 30 % des FBI dans ce domaine

(Figure E9). La course à l’innovation semble être plus ouverte en ce qui concerne les compositions émergentes LFP et NCA. Avec 31 % des FBI liées au LFP, le Japon est légèrement moins dominant dans ce domaine, confronté à une concurrence sérieuse de la République de Corée, des États-Unis et de la Chine (environ 16 % chacun). Les États-Unis sont clairement en tête en matière de NCA, avec 36 % des FBI, suivis par la République de Corée (24 %) et le Japon (16 % seulement). La part des pays européens est globalement assez modeste, mais elle est deux fois plus élevée sur des technologies émergentes que dans des domaines plus anciens ; ils représentent ainsi 11 % des FBI dans le LFP et le NCA.

Principale moteur de l’innovation, les grandes entreprises sont à l’origine de 77 % de l’activité brevets dans les technologies Li-ion. Mais les petites et moyennes entreprises (PME), les universités et les organismes de recherche publics jouent un rôle plus important en ce qui concerne les nouvelles compositions cathodiques comme le LFP et le NCA

(Figure E10). À l’origine de 21 % des FBI liées au LFP entre 2014 et 2018, les universités et organismes de recherche publics sont des acteurs majeurs de l’innovation dans ce domaine. Les petites entreprises, notamment aux États-Unis, s’intéressent plus particulièrement au NCA (20 %), où leur contribution dépasse celle des universités et des organismes de recherche publics. Ces parts élevées détenues par des acteurs de taille modeste donnent un aperçu de la maturité relative des différentes options technologiques. Les universités ont ouvert la voie avec des recherches sur les compositions cathodiques de type LCO et LMO, avant que de grandes entreprises, principalement japonaises, ne s’intéressent au développement de batteries pour les intégrer dans des biens de consommation comme les caméscopes au début des années 90.

1.
Chaque FBI couvre une seule invention et englobe les demandes de brevet déposées auprès de plusieurs offices pour protéger cette invention à l’échelle internationale. Il s’agit d’un indicateur fiable de l’innovation car il permet un certain contrôle de la qualité des brevets en ne comptabilisant que les inventions estimées suffisamment intéressantes par leur auteur pour mériter une protection internationale. Les données relatives aux brevets présentées dans ce rapport font référence au nombre de FBI.

2.
L’ATR est défini comme la part des FBI d’un pays dans un domaine technologique donné divisée par la part des FBI de ce pays dans l’ensemble des domaines technologiques.

Contact

European Patent Office
Rainer Osterwalder - Director Media Relations
Bob-van-Benthem-Platz 1, 80469 Munich
Tél. 0049 89 2399 1820, rosterwalder@epo.org
epo.org

MSM

(ID:46895736)