À l’intérieur de l’usine de batteries de 2 milliards de dollars qui produit des cellules pour Tesla et Toyota

La gigafactory du géant coréen de l’énergie LG Energy Solution, située à Lansing, dans le Michigan, s’étire sur environ un demi-kilomètre de longueur et un quart de kilomètre de largeur. À l’intérieur, l’installation de 2,8 millions de pieds carrés est traversée par des couloirs éclairés par des lumières blanches intenses qui semblent s’étendre à l’infini. L’ambiance paraît clinique et légèrement inquiétante, avec des robots qui accomplissent la majeure partie du travail, des véhicules guidés automatisés (AGVs) qui transportent les matières premières à travers l’usine, et des humains qui supervisent l’ensemble. Ils collaborent au sein de cette installation d’un coût supérieur à 2 milliards de dollars, travaillant en silence vers un avenir plus propre.

Le site s’étend sur 226 acres et était à l’origine conçu comme une coentreprise Ultium Cells réunissant LGES et General Motors pour la production de batteries de véhicules électriques. Mais après l’expiration des crédits d’impôt fédéraux pour les véhicules électriques et une croissance des ventes plus lente que prévu, GM a vendu sa participation l’an dernier, laissant LGES seul propriétaire de l’usine. Cette dissolution s’inscrivait dans une vague plus large de ruptures et de restructurations de coentreprises qui ont bouleversé l’industrie américaine des véhicules électriques, notamment celles impliquant Ford et SK On, GM et Samsung SDI, ainsi que Stellantis et LGES. L’ensemble de l’industrie est ébranlé par les revers réglementaires aux États‑Unis, qui ont réduit la majorité du soutien gouvernemental aux projets respectueux de l’environnement.

Gallery: LGES Lansing Michigan Battery Plant

Aujourd’hui, la demande pour les systèmes de stockage d’énergie par batterie (ESS) destinés aux centres de données alimentés par l’IA et aux services publics insuffle une nouvelle vie à l’usine, amortissant l’impact d’une demande d’EVD lente. LGES est aussi parmi les premières entreprises à introduire la production de batteries lithium-fer-phosphate (LFP) aux États‑Unis. La Chine domine la technologie LFP et sa commercialisation, mais les fabricants de batteries s’emploient désormais à augmenter cette production sur le sol américain — là où cette chimie a été développée dans les années 1990.

Tandis que l’activité EV de LGES n’est pas au sommet en ce moment, l’entreprise prévoit que sa division ESS en Amérique du Nord, LGES Vertech, devienne rentable d’ici le quatrième trimestre de cette année. Cette croissance est largement portée par l’expansion rapide des centres de données IA et par l’utilisation croissante des batteries ESS dans les réseaux électriques et les projets d’énergies renouvelables.

Fabrication de Batteries pour Tesla et Toyota

L’usine de Lansing a désormais commencé à produire des cellules Pouch LFP destinées aux systèmes de stockage d’énergie de Tesla, dans le cadre d’un accord d’approvisionnement d’un montant de 4,3 milliards de dollars conclu entre les deux entreprises l’année dernière. L’usine approvisionnera également les batteries ESS pour l’énergie de DTE Energy dans le Michigan.

Pourtant, LGES ne renonce pas à la production de batteries pour véhicules électriques. L’entreprise a indiqué qu’elle fabriquait également des cellules nickel-manganèse-cobalt (NMC) sur cette installation pour le Toyota Highlander entièrement électrique à venir et pourrait approvisionner davantage de constructeurs à l’avenir. Il est raisonnable de supposer que ces cellules pourraient aussi alimenter le Subaru Getaway à trois rangées et le Lexus TZ, plus haut de gamme, qui partagent des mécanismes similaires.

Robert Lee, responsable de LGES pour l’Amérique du Nord, a déclaré que convertir l’usine de la production de batteries EV à destination des ESS n’était pas aussi simple qu’il n’y paraît.

« Ce n’est pas facile, » a déclaré Lee lors d’une table ronde donnée aux médias sur le site cette semaine. « Le revêtement des LFP est plus épais et il existe des différences mineures dans le processus de fabrication, il faut donc installer de nouveaux équipements et les valider pour pouvoir fabriquer des batteries. »

Pourtant, LGES estime que l’investissement vaut le coup compte tenu de la demande croissante et rapide de stockage d’énergie.

Selon des recherches de Wood Mackenzie relayées par LGES, les États‑Unis ont ajouté environ 25 gigawattheures de capacité de stockage d’énergie au cours de la dernière décennie. Cette année seulement, le pays aurait ajouté 100 GWh de capacité ESS, selon la société. La taille moyenne des projets est passée d’environ 10 mégawattheures à 1 000 MWh, et les projets eux‑mêmes deviennent plus sûrs, moins coûteux et plus faciles à intégrer dans les réseaux, les projets d’énergies renouvelables et les centres de données IA.

« Il existe beaucoup d’améliorations d’infrastructures importantes dont notre pays a besoin », a déclaré Lee. « Il y a vingt ans, nous avions à peu près le double de la production d’électricité de la Chine. Aujourd’hui, la Chine en produit deux fois et demie plus que les États‑Unis. En tant que nation, nous devons investir dans notre réseau et notre infrastructure énergétique. »

Visite de la Ligne de Production ESS LFP

Une usine de batteries n’a rien à voir avec une usine automobile traditionnelle qui fabrique des moteurs et des carrosseries. Il n’y a pas ce vacarme métallique ni une chaîne de montage où les ouvriers se penchent et se tordent pour assembler les pièces. C’est plus silencieux qu’une usine automobile et largement automatisé. Il n’y a pas une once de poussière et l’usine est pratiquement dépourvue d’odeurs.

Les batteries sont aussi extrêmement sensibles à la contamination, ce qui m’a obligé à porter une robe blanche complète, des lunettes, un filet à cheveux et des couvre-chaussures. Puis nous avons été frappés par un souffle d’air à haute pression pour la décontamination et avons dû changer nos couvre-chaussures à trois reprises entre les différentes sections de l’usine.

Des autocollants ont été apposés sur les caméras de nos téléphones et sur nos appareils. Et les dirigeants de LGES, qui avaient pris l’avion depuis le siège de l’entreprise en Corée, ont surveillé de près les journalistes pour s’assurer que personne n’enlève discrètement les autocollants afin de prendre des photos de propriétés intellectuelles sensibles pendant la visite de la ligne de production.

(Certaines entreprises sont encore plus paranoïques au sujet de leur propriété intellectuelle. Lors d’une récente visite d’usine Jaguar Land Rover en Angleterre, ils ont partagé l’ordre du jour du programme via une application smartphone et ont ensuite mis nos téléphones en consigne pour toute la durée du programme.)

Nous avons ensuite exploré certains procédés clés de la fabrication des batteries LFP, tels que le revêtement, le calandrage (compression des couches), le séchage, la formation et le dégazage. En termes simples, le revêtement applique le matériau actif de la cathode — une pâte humide ressemblant à une pâte à gâteau — sur des feuilles métalliques, le calandrage comprime ces couches pour atteindre l’épaisseur voulue et le séchage élimine l’humidité. La formation correspond au premier chargement et déchargement des cellules pour les activer, tandis que le dégazage élimine les gaz qui s’y accumulent.

Les batteries LFP et NMC s’appuient sur des principes de fabrication des cellules globalement similaires, mais leurs matériaux de cathode proviennent de procédés chimiques différents. Cette différence exige quelques ajustements des paramètres de fabrication, des équipements et des contrôles qualité, même si la ligne de production globale reste largement équivalente. Les divergences apparaissent surtout en amont, puisque leurs chaînes d’approvisionnement diffèrent considérablement: la LFP utilise le fer et le phosphore plutôt que le nickel, le manganèse et le cobalt.

Les cellules en pochette LFP finies sont fines, longues et rectangulaires. Elles sont empilées dans des conteneurs et expédiées vers l’autre grande usine de batteries de LGES à Holland, dans le Michigan, où elles sont assemblées en systèmes ESS complets. Et bien que les cellules LFP elles-mêmes soient entièrement fabriquées aux États‑Unis, les matières premières proviennent de pays tels que l’Indonésie et la Chine.

Qu’en est-il des futures chimies ?

LGES a déclaré travailler avec General Motors pour développer des batteries lithium-manganèse riches (LMR). Ces cellules utiliseront beaucoup moins de nickel et de cobalt, matériaux coûteux et nuisibles à exploiter pour l’environnement, et s’appuieront davantage sur le manganèse, qui peut être traité aux États‑Unis. GM a indiqué que les batteries LMR équiperont ses gros camions et SUV à partir de 2028, offrant plus de 400 miles d’autonomie et coûtant environ le même que les batteries LFP à faible coût.

Mais LGES travaille également sur d’autres technologies de prochaine génération, notamment des batteries lithium-ion plus avancées et des cellules sodium-ion, tout en restant attentif au développement des batteries à état solide.

L’entreprise se prépare à produire ses nouvelles cellules lithium‑ion de série 46 pour les véhicules électriques dans sa future giga-usine de l’Arizona. LGES a déclaré que ces cellules de format plus grand conviennent mieux aux véhicules électriques de nouvelle génération dotés de packs structurels, tandis que de nouvelles avancées pourraient éventuellement permettre des temps de charge de 10 minutes et améliorer la sécurité des packs.

« Nous voulons simplement laisser toutes ces options ouvertes », a déclaré Devon Wilson, vice-président des ventes et du marketing chez LGES Vertech. « Nous continuons d’examiner d’autres chimies [et] le sodium, qui est un gros enjeu pour nous », a-t-il ajouté, précisant que l’entreprise prépare un programme pilote pour les batteries sodium-ion destinées au stockage d’énergie. Le géant chinois des batteries CATL a déjà pris une longueur d’avance dans la commercialisation des batteries sodium-ion, mais les États‑Unis commencent à rattraper leur retard, General Motors annonçant aussi des plans de déployer des batteries ESS sodium-ion d’ici la fin de la décennie.

En ce qui concerne les batteries à état solide pour les VÉ, Lee a souligné que les goulets d’étranglement persistent.

« Le problème avec l’état solide réside dans la production à grande échelle », a déclaré Lee. « Il offre une très bonne densité d’énergie, donc si vous fabriquez une petite forme, vous devriez pouvoir y arriver. Si vous fabriquez des formats très grands, la plupart des entreprises ont du mal », a-t-il ajouté. Lee a ajouté que les VÉ ne seront probablement pas la première application pour les batteries à état solide sur le marché grand public.

« Vous les verrez probablement sur vos smartphones environ dix ans avant de les voir dans les VÉ », a-t-il ajouté. « Je m’attends à des applications spécialisées d’abord avant que nous puissions envisager cela comme adapté aux VÉ ou même aux ESS. »

On retrouve aussi une ironie assez frappante dans tout cela. Des projets d’énergie propre, y compris plusieurs usines de batteries, ont été annulés au cours des dernières années, pour des montants de plusieurs milliards de dollars. Cette perturbation a aussi contraint des acteurs plus importants et mieux établis du secteur des batteries à pivoter et à continuer malgré tout leur production. Les batteries ESS finiront par se retrouver à côté de fermes solaires, à l’extérieur des centres de données IA ou sur le réseau électrique, participant à construire l’infrastructure même qui pourrait alimenter la prochaine vague d’électrification de l’Amérique.