Transport

Les VE pour climats froids pourraient-ils devenir une option de véhicule ?

Publié le 14 janvier 2025

Mis à jour le 30 mai 2026

Par

Jonathan Schramm

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EV Adoption Rate Cooling Off

Electrification is a trend taking over the world. This is true for EVs, as well as for heating and industrial processes. However, not all is perfect yet, as classical lithium-ion batteries suffer a severe drop in performance in cold temperatures. So, while this is not really an issue in California or China, two hot spots of EV adoption, it can be a serious one in northern latitudes.

Malgré ces limites, nous constatons que les taux d’adoption des VE sont élevés dans des pays comme la Norvège (72 % de VE et 14 % d’hybrides), ce qui indique une forte volonté de la population de passer aux VE.

Source: Roland Berger

Cependant, le cas des pays voisins de la Norvège pourrait indiquer que, sans subventions massives similaires à celles de la Norvège, l’adoption pourrait plafonner en dessous de 50 % dans la région.

Si les systèmes de batteries améliorent leurs performances par temps froid, la région et d’autres pays similaires pourraient être parmi les premiers à atteindre 100 % de VEB (véhicules électriques à batterie).

Jusqu’à présent, le principal espoir d’améliorer les performances à basse température reposait sur les batteries sodium‑ion, notamment grâce aux progrès réalisés par l’entreprise chinoise the Chinese company CATL (follow the link for the corresponding report). But a new concept might open the way for lithium-ion batteries that are specifically adapted to cold conditions.

It was investigated by Chinese researchers at the Donghua University (China), Fudan University, Qingdao University, and Inner Mongolia University. They recently published their result in Angewandte Chemie under the title “Negative Thermal Expansion Behavior Enabling Good Electrochemical-Energy-Storage Performance at Low Temperatures¹”.

Problèmes des batteries lithium‑ion par temps froid

Lithium-ion batteries are still the most powerful and energy-dense form of batteries available today at the scale required for EVs. This might change in the future with solid-state batteries. Or maybe improved lithium-ion batteries like honeycomb batteries will be as efficient as solid-state technologies.

But in both cases, the issue of cold weather performance persists. The reason is that cold weather, especially below-freezing temperatures, slows the diffusion of lithium ions within the electrode material. For now, this has been considered a fundamental limit of the technology, driven by the physics of how lithium-ion reacts at cold temperatures.

The only alternatives in EVs have been to use the battery energy to keep it warm (wasting power) or install large enough battery packs that the range loss is acceptable for the user. At least until now.

Électrodes à expansion thermique négative (ETN)

The key concept used by the researchers is to use a characteristic called negative thermal expansion for the electrode material, or NTE. These are materials that expand when they are cooling, going in the opposite direction of most materials, especially metals.

An example in everyday life is water, which expands when freezing, making ice less dense than liquid water.

The tests were conducted using lithium titanium phosphate LiTi2(PO4)3 or “LTP”.

LTP

This material is formed of a crystal structure forming a 3D lattice of TiO6 octahedra and PO4 tetrahedra. This creates an open, flexible structure that contains both “cavities” and “channels,” where lithium ions can lodge.

Source: Angewandte Chemie

When cooled, the crystalline structure stretches along one of its crystal axes. This increases the distances between oxygen atoms, widening the cavities in the lattice.

The larger space in cold crystals facilitates the storage and transport of the lithium ions.

Excellente performance à froid

The increasing size of the cavities does not fully negate the lower mobility of lithium ions, but it helps a lot. The researchers found that at −10 °C, lithium ions’ diffusion rate was still at 84% of the value obtained at 25 °C. They also tested how efficient & stable such a battery would be.

Electrochemical tests on carbon-coated LTP at −10 °C showed good electrochemical performance with high capacity and a high rate capability. The battery durability was also high, with no significant degradation of retention capacity over 1000 charge/discharge cycles (96.8 % capacity retention).

Applications futures

This new type of electrode will need to be investigated for its potential in custom-built cold-climate EVs.

This is likely to be a requirement for EVs that have to operate in regions with harsh winters, like Canada, Scandinavia, Russia, mountainous regions, etc. At least to become the standard, and not just a nice-to-have secondary car for rich enough drivers.

It is also possible that other negative thermal expansion electrode material exists and displays even better electrochemical properties. So most likely, more research is going to be needed to find the ideal cold-weather electrode material.

In the long run, such technology might also have important applications in space exploration, with vehicles and energy storage systems operating in orbit, the Moon, or Mars likely to require strong performance even in brutally cold environments.

Investir dans les technologies de batteries avancées

Batteries are at the center of the trend of electrification, itself a major multi-trillion-dollar endeavor looking to remove fossil fuels from our power sources.

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If you are not interested in picking specific battery companies, you can also look into battery ETFs like Amplify Lithium & Battery Technology ETF (BATT), Global X’s Lithium & Battery Tech ETF (LIT), or the WisdomTree Battery Solutions UCITS ETF (WT ), which will provide a more diversified exposure to capitalize on the growing battery industry.

CATL (300750.SZ)

As discussed, CATL is a technological leader with advanced honeycomb lithium-ion batteries and sodium-ion designs.

The company is the global leader in battery manufacturing, producing more than half of the global battery volume. It is present at every step of the battery manufacturing supply chain.

This is true for lithium-ion batteries, where the company has been a long-established leader for a long time. It is also strong in LFP (lithium-iron-phosphate) battery, with the recently announced improved design that can add 600km of range in just 10 minutes. In total the driving range could be above 1,000 km (600 miles), totally removing all “anxiety range” for future EV owners.

Parallèlement, CATL a également annoncé par le passé des progrès impressionnants sur de nombreux types de batteries :

Source: CATL

CATL a investi 3.25B in battery recycling capacities in China. It has notably achieved a remarkable recovery rate of 99.6% for nickel, cobalt, manganese, and 91% for lithium.

Grâce à son ampleur, son focus et ses réalisations en R&D, CATL est susceptible d’être à la pointe de l’innovation, de la fabrication et du recyclage des batteries.

Cela en fait un partenaire clé pour les fabricants de VE, y compris Tesla (TSLA ), NIO, Ford, Stellantis, etc., Hyundai ayant récemment rejoint la liste croissante d’alliances stratégiques de CATL.

De plus, les leçons tirées d’une chimie peuvent être applicables à une autre. Ainsi, la découverte présentée dans cet article pourrait être à l’origine de combinaisons surprenantes, par exemple, nous pouvons imaginer quelques nouvelles idées :

Électrode à expansion thermique négative construite avec une structure honeycomb.
Application de l’expansion thermique négative à la technologie sodium‑ion pour créer la batterie ultime résistante au froid.
Utilisation de l’expansion thermique négative dans les batteries ultra‑stables à l’échelle utilitaire de CATL, capturant le marché du réseau électrique des pays froids.

Les économies d’échelle liées à la production de la moitié des batteries mondiales sont également susceptibles de s’appliquer à l’ensemble de l’entreprise, quel que soit le type de technologie utilisé dans un produit individuel.

Ainsi, plus les progrès technologiques sur les batteries seront réalisés, plus il est probable que CATL puisse les intégrer à ses conceptions existantes, créant une demande accrue, ce qui augmente à son tour les économies d’échelle, dans une boucle de rétroaction positive.

Enfin, les investisseurs doivent être conscients du fossé croissant entre les États‑Unis et la Chine, CATL pouvant être une victime collatérale potentielle. Elle a été ajoutée à la liste des entreprises militaires chinoises (CMC) du Département de la Défense des États‑Unis.

CATL a déclaré dans un communiqué qu’elle n’avait jamais mené d’activité ou d’affaires liées à l’armée, et que son ajout à la liste CMC était « une erreur ».

L’entreprise a indiqué qu’elle ne s’attendait pas à un impact substantiellement négatif sur son activité, et qu’elle était en contact avec le Département de la Défense des États‑Unis pour résoudre la situation, y compris par des actions juridiques si nécessaire.

Fast Market

Cette décision n’impose aucune sanction immédiate à CATL ou aux autres entreprises de la liste, mais pourrait néanmoins affecter le cours de l’action et les futures exportations de CATL vers les marchés occidentaux.

(Vous pouvez également lire notre rapport plus complet de septembre 2024, entièrement dédié à CATL, pour une analyse approfondie de l’histoire et de la technologie de l’entreprise).

Référence de l’étude:

^{1. Li, Q., Yang, L., Liang, G., Yu, J., Huang, S., Wu, L., Lin, C., & Che, R. (2024). Negative thermal expansion behavior enabling good electrochemical-energy-storage performance at low temperatures. Angewandte Chemie International Edition. https://doi.org/10.1002/anie.202419300}