Lithium : l'or blanc qui alimente la révolution des véhicules électriques

Le lithium, alias "l'or blanc", n'a jamais été aussi demandé aujourd'hui - ce métal doux et argenté permet aux batteries des véhicules électriques (VE) de stocker plus d'énergie et de vivre plus longtemps.

Quel que soit l'appareil que vous utilisez en ce moment pour lire cet article, il est très probablement alimenté par une batterie lithium-ion. Et si vous conduisez une voiture électrique, cette batterie l'alimente également.

La demande de lithium de qualité batterie augmentera fortement dans les années à venir à mesure que les secteurs des véhicules électriques et du stockage d'énergie continueront de croître. Les batteries lithium-ion sont un élément essentiel de la transition vers une économie mondiale à faible émission de carbone.

Et avec les véhicules électriques représentant 10 % des ventes mondiales totales de voitures, les fabricants de batteries ont du mal à s'approvisionner en lithium.

Alors, comment le lithium passe-t-il réellement de la terre à votre véhicule électrique et comment cette batterie fonctionne-t-elle vraiment ? Vous le saurez dans cet article.

Nous expliquerons comment ce métal est extrait et comment il fonctionne pour alimenter les appareils électriques et les véhicules électriques. De plus, vous apprendrez également des faits et des chiffres importants sur le marché du lithium et à quel point il peut devenir haussier.

Mais commençons par l'essentiel, en commençant par l'élément métallique lui-même.

Le lithium (Li) est le plus léger de tous les métaux, appartenant en particulier au groupe d'éléments appelés métaux alcalins. Il est très réactif ou veut toujours perdre des électrons. Il a également la densité la plus faible et peut stocker beaucoup d'énergie dans un petit espace, ce qui le rend idéal pour fabriquer des batteries.

Surnommé « l'or blanc » en raison de son aspect doux et blanc argenté, le lithium est le métal clé utilisé dans la fabrication de batteries rechargeables, non seulement pour les véhicules électriques, mais aussi pour de nombreux autres appareils comme les ordinateurs portables et les téléphones mobiles.

Les constructeurs de véhicules électriques préfèrent les batteries lithium-ion car elles sont légères et peuvent être rechargées rapidement.

Tel qu'il est utilisé dans les batteries et les véhicules électriques, le lithium se décline en deux types principaux : le carbonate de lithium et l'hydroxyde de lithium.

Le carbonate de lithium a une large gamme d'utilisations industrielles. Outre la fabrication de batteries pour véhicules électriques, le carbonate de lithium est également utile dans la production de revêtements de sol, de densificateurs de ciment, d'adhésifs et d'alliages. Le composé est même répertorié par l'Organisation mondiale de la santé comme un médicament essentiel pour le traitement du trouble bipolaire.

Le carbonate de lithium peut également être converti en hydroxyde de lithium, qui est préféré dans la fabrication de batteries EV plus performantes et plus durables.

Certains des plus grands producteurs mondiaux de métal alcalin fabriquent les deux types de lithium tandis que les plus petits se concentrent sur la production d'un seul type. Alors, comment extraient-ils ce métal et le préparent-ils pour alimenter votre voiture électrique ?

À l'heure actuelle, il existe deux principaux moyens d'extraire le lithium de la Terre :

Aux États-Unis, la substance est extraite de saumures aqueuses et salées ou de soi-disant « salars ».

Jusqu'à présent, il n'y a qu'une seule mine de lithium dans le pays, trouvée à Silver Peak dans le Nevada illustré ci-dessus. Mais d'autres raffineries verront le jour dès que la demande de métal augmentera.

En fait, Tesla a inauguré le site de sa nouvelle raffinerie de lithium au Texas, la première du genre en Amérique du Nord. Il en coûtera environ 1 milliard de dollars au principal fabricant de véhicules électriques.

La majeure partie de la production commerciale actuelle de lithium provient de fournisseurs qui extraient le lithium des salars. La majeure partie de cette exploitation minière se déroule en hauteur dans les Andes, dans le triangle du lithium - où l'Argentine, le Chili et la Bolivie se rencontrent.

L'eau salée du sous-sol est pompée à la surface et dans une série de bassins d'évaporation. Pendant une période allant jusqu'à deux ans ou plus tôt, l'eau s'évapore et la saumure change de composition. Cela change également la couleur des piscines en un bleu plus vif.

Ensuite, une bouillie de chaux et de carbonate de sodium est ajoutée à la saumure pour éliminer les impuretés et autres éléments indésirables. Lorsque la concentration de lithium est suffisamment élevée, la saumure est pompée vers une installation de récupération pour la filtration du métal.

Une fois que la saumure sèche, elle laisse derrière elle une poudre blanche qui a besoin de plus de purification. Après que la poudre ait subi sa transformation chimique finale, elle devient maintenant un métal solide prêt à être utilisé dans les batteries.

En résumé, voici les principales étapes impliquées lors de l'extraction de la saumure de Li :

Une autre façon de produire de l'or blanc consiste à extraire du minerai ou de la roche dure.

Il y a plus de lithium dans les roches dures que dans les saumures salées. Mais ce processus nécessite un équipement lourd pour creuser l'élément et est très bruyant.

Kings Mountain, en Caroline du Nord, possède certains des gisements de lithium de la plus haute qualité dans les roches. Il fournissait autrefois la majeure partie du lithium mondial. Mais cela s'est arrêté lorsqu'il était moins cher d'obtenir du lithium à partir de saumures dans d'autres parties du pays.

Parmi les nombreux minerais contenant du lithium, le spodumène est principalement utilisé dans la production commerciale.

Après avoir extrait le minerai, il est broyé et torréfié à haute température (2012°F ou 1100°C). Il est ensuite refroidi, broyé et à nouveau torréfié avec de l'acide sulfurique à une température plus basse - 250°C. Ceci est connu sous le nom de lixiviation acide dans laquelle l'hydrogène dans l'acide est remplacé par des ions lithium pour produire du lithium.

Selon Tesla, ils utiliseront un traitement innovant du lithium sans acide dans leur raffinerie du Texas. Le processus utilisera des réactifs moins dangereux et produira des sous-produits utilisables tels que du sable et du calcaire.

Même avec la méthode à base de saumure, la chaux est utilisée pour éliminer le magnésium indésirable du spodumène. Ensuite, le carbonate de soude est également utilisé pour produire du carbonate de lithium à partir de la solution filtrée.

L'Australie représente l'essentiel de la production mondiale de lithium à partir de minerai. De plus petites exploitations minières se trouvent au Brésil, au Portugal, en Afrique et en Chine.

Les estimations de l'industrie montrent également que des mines supplémentaires seront en ligne en Amérique du Nord et en Finlande d'ici 2025. Cela apporterait plus d'approvisionnement au marché en pleine croissance de la production de batteries lithium-ion pour véhicules électriques.

Maintenant, comment fonctionne exactement une batterie au lithium EV pour alimenter les appareils et les voitures ?

Une batterie électrique est un sandwich compact de feuilles de métal, de feuilles et de films empilés ensemble. En plaçant du lithium dans ce sandwich, il produit de l'électricité.

Chaque batterie est une collection dense de cellules lithium-ion, généralement en forme de cylindre ou de poche. Chaque cellule contient une électrode positive appelée cathode et une électrode négative appelée anode.

La cathode contient souvent des oxydes métalliques tels que le nickel, le manganèse, le cobalt étant un choix courant. C'est là que se trouvent les atomes de lithium. Une anode est généralement constituée de graphite qui permet au lithium d'être inséré ou interjecté entre elle.

Entre la cathode et l'anode se trouve une solution liquide appelée électrolyte. C'est celui qui permet au lithium-ion de se déplacer entre les deux électrodes. En d'autres termes, la cellule fonctionne essentiellement en balançant les ions lithium et les électrons dans les deux sens.

Il y a aussi un séparateur poreux au milieu du sandwich pour plus de sécurité. Il empêche les électrodes positives et négatives d'entrer en contact direct les unes avec les autres.

Pendant le cycle de charge, le courant électrique introduit sépare les électrons des atomes de lithium dans la cathode. Les ions lithium s'écoulent vers l'anode via l'électrolyte et se réunissent avec leurs électrons. Pendant ce temps, les électrons se déplacent autour du circuit extérieur allant à l'anode.

Pendant le cycle de décharge, le processus s'inverse simplement. Les atomes de lithium dans l'anode se séparent à nouveau de leurs électrons lorsque les ions traversent l'électrolyte. Pendant tout ce temps, les électrons traversent le circuit extérieur, alimentant le moteur de la voiture ou d'autres appareils électroniques.

Le processus peut être répété d'innombrables fois, ce qui explique pourquoi les batteries lithium-ion sont idéales pour les véhicules électriques. Alors que la capacité de charge de la batterie se dégrade avec le temps, elle peut durer de 10 à 20 ans.

Ces batteries EV peuvent contenir une énorme quantité d'énergie dans des espaces restreints comme le plancher d'une voiture. La voiture électrique peut parcourir plusieurs centaines de kilomètres, environ 100 à 300 miles ou 300 à 500 km. C'est assez long pour voyager sur un seul cycle de charge.

Mais une autre question persiste : la production de lithium pour les batteries est-elle suffisamment durable pour réaliser le rêve de la révolution des véhicules électriques ? Jetons maintenant un coup d'œil au marché et à quel point son avenir s'annonce prometteur.

Selon les prévisions du marché, les véhicules électriques rattraperont plus de50%des ventes de voitures particulières neuves aux États-Unis d'ici 2030.

Remarquablement, le lauréat du prix Nobel M. Stanley Wittingham, qui a jeté les bases des batteries EV utilisées aujourd'hui, a un jour noté que le métal critique restera important à long terme. Il a spécifiquement dit que "ce sera du lithium pour les 10 à 20 prochaines années".

En effet, le marché du lithium évolue rapidement. Le prix d'une batterie au lithium représente40% des coûts de production d'un VE. Pas étonnant que les fabricants de véhicules électriques tels que Tesla, Ford et BYD soient à la recherche d'options meilleures et plus économiques.

Selon S&P Global, les importations américaines de batteries lithium-ion au premier trimestre 2023 ont grimpé de près de66%par rapport à l'année précédente, atteignant un niveau stupéfiant235 386Tonnes métriques.

Ce qui rend les investisseurs optimistes sur le lithium, ce sont ces quatre choses.

L'Agence internationale de l'énergie (AIE), composée principalement de pays riches, s'engage à être zéro net d'ici 2050. Le zéro net signifie équilibrer la quantité de carbone émise avec la même quantité de carbone éliminée ou réduite.

Dans leur tentative de réduire les émissions de carbone, certains pays interdisent la vente de nouveaux véhicules à carburant fossile. Ils sont officiellement appelés ICE - véhicules à moteur à combustion interne.

Par exemple, la Corée du Sud et la Norvège commenceront la première interdiction en 2025. D'autres pays comme le Royaume-Uni, le Japon, l'Inde et les Pays-Bas le feront en 2030. D'autres comme le Canada et la Chine appliqueront l'interdiction de l'ICE une décennie plus tard en 2040.

Fait intéressant, les États-Unis visent à ce que les véhicules électriques représentent plus de20%de ses ventes de véhicules neufs d'ici 2030.

En réponse aux plans d'interdiction des gouvernements, les constructeurs automobiles commencent à éliminer progressivement les ventes de voitures ICE d'ici 2040. Il s'agit notamment de constructeurs automobiles géants comme GM, Mercedes, Ford et BYD, entre autres.

Pour atteindre cet objectif, les constructeurs automobiles doivent dépenser des sommes considérables510+ milliards de dollars sur la fabrication des véhicules électriques et de leurs batteries. D'ici la fin de cette décennie, environ ⅓ de ce montant ira à la fabrication de batteries de VE et à l'achat de leurs composants.

Ce qui est encore plus remarquable, c'est que le constructeur automobile allemand Volkswagen s'engage sur110 milliards de dollars aux véhicules électriques et aux batteries (environ la moitié de l'engagement total des constructeurs automobiles européens). C'est évidemment à cause de l'objectif du constructeur automobile européen de vendre des millions de véhicules électriques au cours de la prochaine décennie.

Pour attirer davantage les acheteurs de véhicules électriques, les pays riches offrent davantage d'incitations. Par exemple, les propriétaires de VE peuvent être exemptés de certaines taxes et peuvent même gagner des rabais énergétiques pour passer au vert.

Ainsi, même au plus fort de la pandémie de COVID-19, les ventes de véhicules électriques continuent d'augmenter, ce qui alimente également la demande de lithium. Les pays qui ont mis en place des politiques sur les véhicules électriques sont ceux dont les ventes de véhicules électriques sont élevées et qui ont battu des records. Ces nations sont la Chine, le Royaume-Uni, les États-Unis, l'Allemagne, la Norvège, la France et la Nouvelle-Zélande.

C'est notamment le cas aux États-Unis lorsque l'administration Biden a signé l'Inflation Reduction Act. Le1 billion de dollars la loi historique soutiendra les secteurs et les initiatives qui promeuvent une économie à faible émission de carbone. En vertu de la loi, les constructeurs de voitures électriques peuvent être éligibles à un crédit d'impôt pour la fabrication de véhicules électriques, la construction de nouvelles installations et la fabrication de batteries de véhicules électriques.

La loi offre également jusqu'à22 milliards de dollars en subventions de prêts pour les installations EV nouvelles et existantes. Il couvre également le transport en commun et la flotte gouvernementale, offrant3+ milliards de dollars acheter des véhicules zéro émission (ZEV). Tous ces chiffres signifient que davantage de matières premières sont nécessaires, dont, bien sûr, notamment le lithium.

Selon BloombergNEF, la capacité mondiale de production de cellules au lithium augmentera pour atteindre plus de 1 760 GWh en 2025. Et la Chine domine toujours le marché avec une part de 63 %, suivie de l'Europe (15 %) et des États-Unis (9 %).

Production mondiale de cellules au lithium, 2020 par rapport à 2025

La Chine produit également la plupart des anodes et cathodes du monde qui sont vitales pour la fabrication de batteries lithium-ion. Et jusqu'en 2030, l'AIE prévoit que la majeure partie de la capacité de production mondiale de batteries pour véhicules électriques proviendra toujours de la Chine.

De plus, les entreprises chinoises représentent plus de la moitié du marché des batteries pour véhicules électriques. La société chinoise Contemporary Amperex Technology Co. Ltd. (CATL), en particulier, est le plus grand fabricant de batteries lithium-ion au monde. Ils fournissent des batteries lithium-ion aux principaux fabricants de véhicules électriques tels que Tesla, BMW, Peugeot et Volkswagen, entre autres.

Selon les données de Bloomberg, représentées par le Visual Capitalist, voici les dix principaux fabricants de batteries EV en 2022.

Alors que le soutien gouvernemental monte en flèche aux États-Unis, en Europe et en Corée du Sud, la Chine restera probablement le leader du marché des batteries lithium-ion pour véhicules électriques.

À ce jour, la plus grande société de lithium Albemarle voit la demande d'or blanc dépasser l'offre, passant à près de 4 millions de tonnes métriques en 2030 contre environ 2 millions de tonnes métriques en 2025. Le géant minier a révélé son intention d'investir1,3 milliard de dollarsdans une usine de traitement du lithium en Caroline du Sud en mars dernier.

Le site Silver Peak de la société au Nevada est actuellement le seul à exploiter une mine de lithium aux États-Unis. Il approvisionne environ6 000 tonnespar an de carbonate de lithium, ne représentant que1%de l'offre mondiale de carbonate de lithium.

L'US Geological Survey a rapporté que les États-Unis ont750,000 tonnesde lithium récupérable en 2021. Cela augmentera à mesure que de nouvelles réserves de lithium seront découvertes et établies.

Comme le montre le graphique ci-dessous, la production mondiale de lithium a augmenté de21%en 2022 par rapport à 2021, dépassant le plus haut niveau de 2018. Le prix du métal mou a bondi1 078 % à partir de 2020, avant d'atteindre un record l'an dernier.

Selon le PDG de Tesla et SpaceX, Elon Musk, le prix moyen du lithium par tonne était à un niveau stupéfiant78 032 $/tonne en 2022 . Mais maintenant que le prix a reculé, il semble que le marché l'emportera sur la crainte d'une offre excédentaire.

Pourtant, comme la majeure partie de la production actuelle de lithium est située dans des endroits connaissant un stress hydrique élevé, les inquiétudes concernant l'approvisionnement demeurent. Mais si ce que Musk a dit est vrai qu'il n'y a pas de pénurie de lithium car on le trouve presque partout, le plus grand défi serait de savoir comment l'extraire et le raffiner.

Si tout est résolu, il ne sera peut-être pas difficile de répondre à la demande croissante de batteries lithium-ion pour véhicules électriques.