LA FILIERE DES BATTERIES LITHIUM ION DANS L’INDUSTRIE ......ETAT DE L’ART - AVRIL 2011 ETUDE REALISEE PAR LES AUDITEURS DU MASTERE SPECIALISE « INTELLIGENCE SCIENTIFIQUE, TECHNIQUE

LA FILIERE DES BATTERIES LITHIUM ION DANS L’INDUSTRIE AUTOMOBILE ETAT DE L’ART - AVRIL 2011 ETUDE REALISEE PAR LES AUDITEURS DU MASTERE SPECIALISE « INTELLIGENCE SCIENTIFIQUE, TECHNIQUE ET ECONOMIQUE » (MISTE) D’ESIEE PARIS

www.miste.fr Coordination : Antoine SCHOEN, responsable pédagogique du Miste AJIRENT Jully, BELESCOT Max-Hubert, CHEMIN Ann-Kristin, DEKEYSER Chantal, JAVAY Olivier, LEPERCQ Alexandra, MABIALA-BAMBI Ludh-Cyrck, PANIEZ Marie, RUBINO–DHERBECOURT Timothée, ZENON Jean-Pierre

Structuration filière batteries lithium ion automobile

Etat de l’art en avril 2011

La filière des batteries lithium ion dans l’industrie automobile

État de l’art -‐ avril 2011

Étude réalisée par les auditeurs du Mastère Spécialisé « Intelligence scientifique, technique et économique » (Miste) d’ESIEE Paris

www.miste.fr Coordination : Antoine SCHOEN, responsable pédagogique du Miste

AJIRENT Jully, BELESCOT Max-‐Hubert, CHEMIN Ann-‐Kristin, DEKEYSER Chantal, JAVAY Olivier, LEPERCQ Alexandra, MABIALA-‐BAMBI Ludh-‐Cyrck, PANIEZ Marie, RUBINO–DHERBECOURT Timothée, ZENON Jean-‐Pierre

Remerciements Le Miste tient à exprimer ses chaleureux remerciements à Bernadette Casterot, Christophe Garnier, Serge Matynia de Renault pour les commentaires qu’ils ont pu faire sur ce travail ainsi qu’à René Obam Nlong, Lionel Villard et Leila Zadi d’ESIEE Paris pour l’aide qu’ils ont apportée à l’équipe de projet tout au long de la réalisation de cette étude. Les éventuelles erreurs et les points de vue contenus dans ce rapport n’engagent que les auteurs. Les analyses développées dans cette étude ne sauraient engager la responsabilité d’ESIEE Paris ni celle de la CCIP.



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Résumé

L’analyse de la filière des batteries lithium ion pour véhicules électriques qui est développée dans ce rapport présente un triple intérêt : industriel, technologique et stratégique.

Cette analyse est tout d’abord intéressante industriellement, dans la mesure où les batteries représentent un coût significatif des véhicules électriques, qui devraient eux-‐mêmes constituer à moyen terme un segment important du marché automobile. La batterie n’est pas uniquement un bon marqueur de la croissance de cette niche du marché automobile. C’est aussi un axe autour duquel celui-‐ci structurera son développement. Le marché du véhicule électrique n’a pas encore atteint un régime de croisière établi. Les batteries joueront un rôle important dans son organisation. Quel business model prédominera à terme en matière de propriété de la batterie ? Quelles seront les modalités de recharge qui s’imposeront?

L’analyse de la filière des batteries lithium ion pour véhicules électriques offre de plus la possibilité de suivre en temps réel la cristallisation d’une trajectoire technologique. Le futur de la filière des batteries pour véhicules électriques reste en effet très ouvert. Un des scénarios considéré comme le plus probable : la solution lithium ion émerge comme un standard. Mais plusieurs trajectoires sont possibles pour ce seul scénario du lithium ion, qui correspondent à différentes options technologiques pour les couples cathode anode: Manganèse (Mn), Nickel-‐Manganèse-‐Cobalt (Ni–Mn –Co), Nickel-‐Cobalt-‐Aluminium (Ni-‐Co-‐Al) et Phosphate de Fer (LiFePo). Laquelle de ces options technologiques émergera comme standard pour les batteries des véhicules électriques ? Les constructeurs automobiles suivent avec beaucoup d’attention la structuration technologique de cette filière. Leur préoccupation est d’identifier le plus tôt possible l’émergence du standard afin d’être en mesure d’équiper au plus vite leurs véhicules de la solution la plus intéressante, d’un point de vue du prix et de la performance.

Mais les constructeurs automobiles ne sont en effet pas uniquement des observateurs attentifs de cette construction d’un dominant design. Et c’est dans cette perspective que ce rapport présente un intérêt stratégique : les constructeurs automobiles sont des acteurs stratégiques engagés qui participent, aux cotés d’autres types d’acteurs industriels, à l’organisation de ce champ en tentant d’imposer l’option pour laquelle ils ont opté comme le futur standard.

Les constructeurs automobiles ont fait des choix technologiques, éventuellement multiples. Mais ils cherchent à rester en mesure de rallier une option différente de celle pour laquelle ils ont opté, s’il advenait que leur choix initial n’était pas le bon. Ce qui requiert de leur part de maintenir un certain degré de ductilité dans leurs outils de production, ou dans leurs circuits d’approvisionnement en batteries, de manière à pouvoir opérer, à moindre coût, et le plus rapidement possible, un éventuel saut vers la technologie concurrente qui se serait imposée

La première partie de ce rapport présente tout d’abord les caractéristiques et enjeux des quatre technologies de batteries lithium ion avant de se focaliser sur le Phosphate de Fer en singularisant l’ampleur de l’engagement de la Chine sur ce sujet. Le nombre de brevets déposés dans le domaine du phosphate de Fer reste peu élevé jusqu’en 2006. A partir de cette date, le nombre de brevets déposés autour de cette technologie enregistre une progression spectaculaire, à la faveur du développement des dépôts effectués en Chine. En 2010, près de 80% des brevets dans ce domaine est déposé auprès de S ipo, l’office chinois de brevets. L’analyse des intérêts stratégiques en présence montre, qu’au-‐delà des considérations économiques, la bataille technologique autour des batteries pose le problème de la



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propriété intellectuelle des brevets. Le choix de la technologie ne repose pas seulement sur des points techniques mais prend également en compte des considérations politiques.

La Chine parviendra-‐t-‐elle à développer une industrie du lithium ion Phosphate de Fer de façon autonome ? Ou reconnaitra-‐t-‐elle le caractère bloquant des brevets fondateurs déposés par Hydro Québec, l’université de Montréal et le CNRS ? Au printemps 2011, date de bouclage de cette étude, il est encore trop tôt pour apporter une réponse univoque à cette interrogation. Le dénouement de ce dossier sera riche d’enseignements. Il peut soit signer l’instauration d’un régime conflictuel entre l’Occident et la Chine sur le terrain technologique. Ou il peut annoncer l’insertion de la Chine dans le concert des nations en matière de propriété intellectuelle. Cette dernière perspective a évidemment la faveur des détenteurs des droits d’exploitation de ces brevets, du fait des royalties liés à une concession de droits d’exploitation. Un tel dénouement négocié représenterait une issue heureuse pour les institutions de recherche publique -‐ dont le CNRS -‐ qui ont contribué à cette percée technologique.

La seconde partie de ce rapport étudie la structuration de la filière industrielle des batteries lithium ion pour véhicules électriques à travers le prisme des intérêts des différents types d’acteurs qui y sont impliqués (constructeurs automobiles, fabricants de cellules de batteries, fabricants de packs de batteries, opérateurs d’infrastructures de recharge,…) en distinguant les relations de différentes natures que ceux-‐ci ont nouées entre eux (relations internes, liens capitalistiques, accord de R&D, vente d’équipement,…).

Cette analyse centrée sur les acteurs industriels permet de caractériser un dense tissu d’interconnexions (industrielles et financières) qui est analysé sous la forme d’une carte stratégique conçue comme un graphe relationnel dans lequel les nœuds sont les acteurs de la filière et les liens sont les relations nouées entre ces derniers. L’analyse qualitative et quantitative de ce graphe permet notamment d’identifier les acteurs centraux de cette filière : A123, Daimler et Renault (voir carte sur la page suivante).

Après avoir synthétisé les positions des principaux acteurs du secteur (constructeurs automobiles et fabricants de batteries cette seconde partie détaille la chaine de valeur de deux acteurs importants dans l’univers du véhicule électrique: le Franco-‐Japonais Renault Nissan et le Chinois BYD. Cette analyse de la filière permet également de repérer plusieurs mutations susceptibles de bouleverser le secteur de l’industrie automobile.

Les technologies liées aux batteries et aux moteurs électriques ont en premier lieu déjà permis à de nouveaux entrants -‐ essentiellement asiatiques et américains -‐ de faire irruption dans une industrie mature plus que centenaire, dont le périmètre semblait pourtant bien établi.

L’organisation de la filière fait de plus apparaître une spécialisation géographique marquée : les batteries devraient, pour l’essentiel, être produites en Asie, alors que les véhicules qu’elles équiperont semblent être principalement destinés aux marchés occidentaux.

Enfin, l’ambition manifestée par plusieurs constructeurs de maîtriser l’intégralité de la chaîne de production -‐ selon une logique d’internalisation quelque peu orthogonale à la tendance industrielle contemporaine d’externalisation des opérations -‐ pourrait se traduire par une simplification du paysage par une concentration des acteurs entrainant une disparition de certains d’entre eux.



Carte stratégique de la filière industrielle des batteries lithium ion pour véhicules électriques, focalisée sur les constructeurs automobiles

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Sommaire Introduction................................................................................................................................ 6

Partie 1 : Etat de l’art des technologies lithium ion ..................................................................... 8

Caractéristiques et enjeux des technologies associées aux batteries lithium ion....................................8

Les caractéristiques des véhicules électriques .....................................................................................8

Les principes de fonctionnement d’un accumulateur électrique .........................................................9

Les caractéristiques d’une batterie lithium ion pour véhicule électrique .........................................10

Production de publications scientifiques et de brevets .........................................................................12

Nombre de publications parues par technologie ...............................................................................12

Nombre de brevets déposés par technologie.....................................................................................13

Evolution par pays de 2000 à 2010.....................................................................................................13

Le volume des brevets et publications pour les 4 technologies .........................................................14

Analyse géographique ........................................................................................................................15

Focus sur la technologie Phosphate de Fer ............................................................................................15

Naissance de la filière .........................................................................................................................15

Les publications scientifiques dans le domaine du LiFePO .................................................................16

Les brevets dans le domaine du LiFePO..............................................................................................22

La Chine et le Phosphate de Fer .............................................................................................................23

Partie 2 : Les acteurs industriels .................................................................................................27

Introduction............................................................................................................................................27

Vue d’ensemble de la filière des véhicules électriques ..........................................................................27

Une carte stratégique globale du secteur...........................................................................................27

Un secteur industriel caractérisé par une forte densité d’interconnexions .......................................30

Une seconde carte stratégique, focalisée sur les constructeurs automobiles....................................30

Les acteurs les plus connectés ............................................................................................................32

Le marché chinois comme tremplin vers le marché mondial ? ..........................................................33

Principaux acteurs identifiés ..................................................................................................................34

Les constructeurs automobiles ...........................................................................................................34

Les constructeurs de batteries............................................................................................................35

Focus sur les chaines de valeur de 2 acteurs majeurs (Renault et BYD).................................................36

Renault et le véhicule électrique ........................................................................................................36

Le cas BYD : des batteries aux véhicules électriques ..........................................................................38

Annexes.....................................................................................................................................41



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Introduction La croissance démographique mondiale et l’augmentation du pouvoir d’achat des pays émergents a pour corollaire un accroissement du nombre de véhicules automobiles. Cette hausse s’accompagne d’une demande accrue en énergie, d’une augmentation des émissions de gaz à effet de serre et d’une diminution des ressources pétrolières.

Les véhicules à moteur diesel et à essence, importants responsables d’émissions d’oxydes d'azote (NOx), de dioxyde de carbone (CO2) et de microparticules, ne peuvent, par conséquent, être une réponse durable1 aux besoins de la mobilité par les transports terrestres. Il est donc nécessaire d’imaginer des solutions technologiques permettant de produire des automobiles «propres» et dont l’approvisionnement énergétique soit pérenne.

L’énergie électrique semble répondre à ces impératifs. Elle peut aider à réduire la dépendance au pétrole et répondre favorablement aux préoccupations écologiques -‐ à condition toutefois que l’énergie primaire servant à la produire soit elle aussi respectueuse de l’environnement et que la question du recyclage des batteries soit traitée de façon satisfaisante.

L’industrie automobile, à la recherche d’alternatives au pétrole, se concentre sur un double objectif : proposer des véhicules urbains « éco-‐responsables » qui pourraient être commercialisés, sous différentes versions, sur les différents marchés géographiques.

La batterie est la composante essentielle des véhicules électriques, tant en terme technologique que de coût. La batterie, qui est ainsi devenue un enjeu majeur pour l’industrie automobile, concentre recherches, développements et investissements industriels. Cet équipement est à la fois un indicateur de la progression de cette niche du marché automobile et un axe autour duquel celui-‐ci structurera son développement.

Actuellement, le futur de la filière des batteries pour véhicules électriques reste encore très ouvert. Un des scénarios considéré comme le plus probable s’articule autour de la solution technologique « lithium ion » qui émerge progressivement comme un « standard ». Les batteries lithium ion présentent de nombreux avantages :

-‐ Elles sont peu encombrantes ; -‐ Elles nécessitent peu de maintenance, -‐ Elles ont une faible autodécharge -‐ Elles permettent de stocker trois à quatre fois plus d'énergie par unité de masse que les batteries

classiques.2 -‐ Le lithium est un matériau abondant et son prix ne représente actuellement qu'une faible part

du coût de la batterie3.

1 Rapport 2010 sur le pic pétrolier de L’Agence Internationale de l’Energie (AIE) (World Energy Outlook), 2 Pluchet & Destruel, Rapport « Etat de la R&D dans le domaine des batteries pour véhicules électriques au Japon », oct. 2010 3 Ibid. p.51-‐53



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Mais, pour ce seul scénario lithium ion, plusieurs trajectoires peuvent encore se dessiner à partir de la composition de la cathode en particulier. Il s’agit des options technologiques reposant sur le Manganèse (Mn), sur l’association Nickel-‐Manganèse-‐Cobalt (Ni–Mn–Co), sur l’association Nickel-‐Cobalt-‐Aluminium (Ni-‐Co-‐Al) et enfin sur le Phosphate de Fer (LiFePO).

Les constructeurs automobiles suivent avec beaucoup d’attention la structuration technologique de cette filière, l’enjeu étant d’identifier dès que possible la technologie qui s’imposera comme un standard afin d’être en mesure d’en équiper aussitôt leurs véhicules. Parallèlement, ils tentent d’imposer, en collaborant avec d’autres d’acteurs économiques, politiques et de l’univers de la recherche scientifique et technologique, l’option pour laquelle ils ont opté. Car, face aux acteurs historiques du secteur automobile, sont apparus de nouveaux protagonistes ; asiatiques notamment. Ces nouveaux entrants, souvent issus de secteurs éloignés de celui de l’automobile (chimie notamment), qui ont compris l’enjeu que représente la maitrise des technologies des batteries destinées aux véhicules électriques (EV) ou aux véhicules hybrides (HEV), tentent de se positionner au plus vite, à tous les stades de la chaine de valeur, de la recherche à la commercialisation. Tous les acteurs des cette filière font montre d’une vigilance extrême à l’égard de l’ensemble des concurrents, actuels et potentiels.

Une veille élargie, englobant les agents et les facteurs porteurs de bouleversement pour le secteur automobile, peut tout d’abord contribuer à répondre aux principales questions que se posent les acteurs industriels de ce secteur. Elle peut également détecter les signaux faibles permettant d’anticiper les transformations à venir.

Les étudiants de la promotion 2010-‐2011 du Mastère en Intelligence Scientifique Technique et Economique d’ESIEE Paris ont développé un dispositif de veille visant à répondre à ce double objectif de compréhension des évènements récents et d’anticipation des mutations futures.

Ce rapport présente l’état de l’art qui a été dressé à partir de l’analyse des faits marquants du secteur à la fin de la décennie 2010.

La première partie de ce document présente les caractéristiques et enjeux des technologies citées, une analyse des publications scientifiques et brevets déposés (volumétrie, géographie, acteurs) et propose un focus sur l’activité liée au Phosphate de Fer et à l’engagement de la Chine sur ce sujet.

La seconde partie s’intéresse aux acteurs de ce nouveau marché, les premières tendances et propose une cartographie des acteurs et du type de relations qui se nouent entre eux.

Ce rapport est associé à un second rapport -‐ de diffusion restreinte -‐ qui présente en détail le dispositif de veille ayant, d’une part permis de produire les analyses présentées ici et, d’autre part suivre en flux continu la construction de la filière.



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Partie 1 : Etat de l’art des technologies lithium ion La première section de cette partie étudie les caractéristiques et enjeux associés aux quatre options technologiques retenues. L’étude des brevets et des publications dans le domaine du lithium ion permet ensuite d’identifier les tendances et la recherche et développement développée autour de ces 4 options : le Manganèse (Mn), l’association Nickel Manganèse-‐Cobalt (Ni–Mn–Co), l’association Nickel-‐Cobalt-‐Aluminium (Ni-‐Co-‐Al) et enfin le Phosphate de Fer (LiFePO).

La seconde section analyse les publications scientifiques et les brevets dans le domaine du lithium ion.

La troisième section se concentre sur la technologie Phosphate de Fer. Et enfin, la quatrième section, consacrée à l’engagement de la Chine dans cette voie, montre, qu’au-‐delà des considérations économiques, la bataille technologique autour des batteries pose le problème de la propriété intellectuelle des brevets. Le choix de la technologie ne repose pas seulement sur des points techniques mais prend également en compte des considérations politiques et légales.

Caractéristiques et enjeux des technologies associées aux batteries lithium ion

Les caractéristiques des véhicules électriques

Un véhicule électrique (EV) fonctionne avec un moteur électrique qui transforme en énergie mécanique l’électricité stockée dans un ensemble d’accumulateurs. Il reçoit donc toute son énergie de sa batterie qui doit être rechargée. Les technologies actuelles ne permettent pas d’obtenir des voitures ayant une autonomie de plus de 150 km4.

Les véhicules à motorisation hybride allient un moteur thermique classique et un moteur électrique.

Pour Pluchet & Destruel, 2010, les véhicules électriques présentent une série d’avantages qui peuvent se résumer à :

• Un coût faible au kilomètre (hors coût d’achat du véhicule) • Une efficacité énergétique élevée • Aucune émission de gaz à effet de serre • Véhicule silencieux • Les moteurs électriques sont peu encombrants • Un coût d’entretien plus faible que pour un véhicule thermique

4Pluchet J., Rapport « Etat de la R&D dans le domaine des batteries pour véhicules électriques au Japon », oct-‐2010.



9

A l’opposé, toujours selon Pluchet & Destruel, 2010, les inconvénients sont les suivants :

• Une faible autonomie. • Un coût des batteries élevé. • Les performances du véhicule se dégradent dans les climats très froids lorsque les températures

extérieures diminuent. • L’utilisation du chauffage diminue l’autonomie car il n’y a pas de récupération de chaleur comme

dans un véhicule thermique. • La durée de charge des batteries est longue. • Le silence du véhicule présente un danger potentiel pour les piétons.

Les principes de fonctionnement d’un accumulateur électrique5

Pour comprendre l’enjeu du choix technologique, il importe de connaitre les principes généraux de fonctionnement d’une batterie (ou accumulateur électrique).

Une batterie est un ensemble d’accumulateurs couplés. L’énergie y est stockée sous forme électrochimique et le courant électrique y est généré par une réaction d’oxydoréduction au cours de laquelle se produit un transfert d’électrons (le réducteur cède un électron à l’oxydant). Ce transfert se réalise par l’intermédiaire d’ions au sein d’une cellule élémentaire (l’accumulateur électrique) composée de deux électrodes, l’une positive (la cathode) et l’autre négative (l’anode), baignant dans un électrolyte. La transformation électrochimique, qui est réversible, permet ainsi de charger et de décharger la batterie.6

La composition de l’anode, celle de la cathode et celle de l’électrolyte sont les trois éléments qui déterminent le type de la batterie. Du choix des matériaux et leur bonne association découlent les performances de la batterie.

La fabrication de la batterie mobilise une série d’acteurs, de techniques et de technologies qui s’organisent de la façon suivante :

Chaine de valeur de la production d’une batterie lithium ion

5 Ibid, p.19-‐20 6 Pluchet & Destruel, 2010 et http://voiture-‐tpe.e-‐monsite.com/rubrique,i-‐le-‐moteur-‐electrique,1426150.html



10

Les caractéristiques d’une batterie lithium ion pour véhicule électrique 7

• La durée de vie : Actuellement, elle varie entre 5 et 8 ans. • Le cycle de vie : Il s’exprime en nombre de cycles de charge/décharge et caractérise l’usure due à

l’utilisation. Généralement, on mesure le nombre de cycles pendant lesquels la batterie peut restituer une énergie supérieure à 80% de son énergie nominale. La valeur pour les batteries lithium ion actuelles est de l’ordre de 1000 cycles.

• Le coût : Il exprime le prix de la batterie par Wh. Il est actuellement compris entre 0,90 et 1,8 €/Wh.

• La sécurité : La dangerosité des batteries est un point très important. Il est essentiel d’éviter les réactions chimiques qui libèrent une grande quantité de chaleur susceptibles de provoquer un incendie. Les composants chimiques sujets à l’emballement thermique doivent donc être utilisés dans un boîtier résistant et avec des cellules de contrôle garantissant la sécurité du système8.

• La durée de charge : Le temps nécessaire pour effectuer un plein d’énergie dépend du type de la prise électrique à laquelle le véhicule est connecté. Il est de 8h pour une borne normale et de 30 minutes pour une borne de charge rapide.

Parmi les différentes technologies de batteries expérimentées ou en cours d’expérimentation, la batterie lithium ion semble donner de meilleurs résultats.

Les batteries lithium ion sont peu encombrantes, nécessitent peu de maintenance, ont une faible autodécharge et permettent de stocker trois à quatre fois plus d'énergie par unité de masse que les batteries classiques9.

Le lithium est abondant10 et son prix pour le moment ne représente qu'une faible part du prix de la batterie.

Dans le cadre de cette étude, nous nous limitons aux quatre options de cette technologie que sont le Manganèse (Mn), l’association Nickel Manganèse-‐Cobalt (Ni–Mn–Co), l’association Nickel-‐Cobalt-‐Aluminium (Ni-‐Co-‐Al) et enfin le Phosphate de Fer (LiFePO). Ce choix se justifie par le fait que ce sont les technologies sur lesquelles se concentre la majeure partie des acteurs engagés dans ce secteur.

7 Ibid., ADEME, Le transport électrique en France : un développement nécessaire sous contrainte, 2009. www.ademe.fr 8 Mavier J., Convertisseurs génériques à tolérance de panne : application pour le domaine aéronautique, thèse de doctorat, 2007 9 Ibid. p. 19-‐23 10 http://www.batscap.com/la-‐batterie-‐lithium-‐metal-‐polymere/industrialisation.php



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Comparaison des 4 technologies selon leurs caractéristiques techniques

Comparaison qualitative

Ni-‐Co-‐Al Ni-‐Mn-‐Co Mn LiFePO Energie + + -‐ -‐ Puissance + +/-‐ + + Densité énergétique

++ ++ + -‐

Durée de vie ++ + -‐-‐ -‐ (au dessus de 30°)

Nombre de cycles + + -‐ + Sécurité -‐ -‐ -‐ -‐ + Coût ++ ++ -‐ -‐ Maturité ++ -‐ ++ -‐-‐

Le Nickel Cobalt pose un problème au niveau du coût de ses matériaux. Associé à l’Aluminium (Ni-‐Co-‐Al), la technologie semble répondre à toutes les caractéristiques attendues pour le véhicule électrique.



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Cependant, la sécurité semble compromettre la qualité de ses performances, faiblesse qui affecte de même comme le Nickel Manganèse Cobalt (Ni-‐Co-‐Al).

Si le Manganèse (Mn) semble la technologie la plus mature et la moins coûteuse, il reste cependant peu viable si on tient compte de l’usure de la batterie due à l’utilisation.

La technologie Phosphate de Fer est la technologie la moins mature mais elle présente des avantages importants en matière de coût et de sécurité, critères qui sont reconnus comme très importants. Nombre d’acteurs ont d’ailleurs misé sur cette option technologie émergente (voir troisième et quatrième section).

Production de publications scientifiques et de brevets Une comparaison des volumes de publications scientifiques et de brevets produits entre 2000 et 2010 dans le domaine des batteries lithium ion permet de suivre l’orientation de la recherche scientifique autour des 4 options de cette filière.

Le Web of Science (Thomson Reuters) a servi à repérer une sélection d’articles, d’auteurs et d’institutions de recherche qui ont permis d’analyser l’activité de recherche scientifique et d’identifier les principaux acteurs scientifiques dans ce domaine.

De même, l’analyse des brevets -‐ avec l’outil Matheo Patent® et la base de données Espacenet® de l’OEB (Office Européen des Brevets) – a permis de caractériser l’activité de recherche technologique et d’identifier les principaux acteurs technologiques.

L’analyse des publications et des brevets correspondant aux 4 technologies étudiées permet de caractériser la dynamique générale de la technologie lithium ion entre 2000 et 2010. Le Manganèse (Mn) est l’option qui regroupe le plus grand nombre de brevets et de publications. Mais le Phosphate de Fer (LiFePO) est l’option qui manifeste la progression la plus forte, avec un décollage à partir de 2004.

Nombre de publications parues par technologie

Source : Web of Science. Traitement : Miste



13

Nombre de brevets déposés par technologie

Source : Matheo Patent et Espacenet. Traitement : Miste

Evolution par pays de 2000 à 2010

Une analyse par zone géographique montre que la Chine occupe une place de leader pour la technologie Phosphate de Fer alors que le Japon détient le plus grand nombre de brevets et de publications pour le Manganèse. Les États-‐Unis ont déposé davantage de brevets dans le Manganèse, mais les publications américaines dans le domaine du Phosphate de Fer dépassent légèrement celles consacrées au Manganèse. La France et la Corée publient de façon équilibrée entre ces deux technologies.




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Le volume des brevets et publications pour les 4 technologies

Publications 2000-‐2010 Brevets 2000-‐2010

Source : Web of Science, Matheo Patent et Espacenet. Traitement : Miste

Plus de 60% des demandes de brevets autour du Phosphate de Fer sont déposées auprès de l’office chinois de la propriété industrielle (SIPO). Le Japon totalise 22% des brevets dans le Manganèse. Le nombre de publications entre 2000 et 2010 semble proportionnel au nombre de brevets déposés par pays, à l’exception du Phosphate de Fer. Dans ce domaine, la Chine totalise près de 30% des publications mondiales, se plaçant devant les Etats Unis et le Japon. La France est très active sur le plan des publications, mais elle dépose peu de brevets.



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Analyse géographique


Focus sur la technologie Phosphate de Fer Naissance de la filière

La création de la filière Phosphate de Fer (LiFePO) peut être rattachée à quelques publications scientifiques. Le LiFePO a initialement été identifié comme un matériau de cathode potentiel pour les batteries au lithium par le chercheur John Goodenough, de l'Université du Texas. Le nombre de citations reçues par ces travaux témoigne du caractère exceptionnel de leur publication séminale. L’article fondateur « Phospho-‐olivines as positive-‐electrode materials for rechargeable lithium batteries », publié en 1997 dans la revue « Journal of The Electrochemical Society », a reçu entre 1997 à 2010, un total de 1465 citations. Cette performance est en soi exceptionnelle. Elle signe une très forte visibilité des résultats publiés. De plus, alors que les articles scientifiques atteignent généralement leur pic de citations au bout de 3 à 5 ans, avant d’enregistrer un déclin, cet article séminal de John Goodenough présente un profil de citations singulier : le nombre de citations est encore en croissance, plus de 13 ans après sa publication.

Nombre de citations reçues par J. Goodenough (1997)

Année 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 Nb de citations reçues

1 2 1 11 21 40 48 87 105 132 160 201 241 292

Source Web of Science. Traitement : Miste

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

CN US WO JP KR EP DE CA FR AU

Les brevets déposés par office

NiCoMn

Mn

NiCoAl

FePo



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Courbe des citations reçues par J. Goodenough (1997)

Source Web of science. Traitement : Miste

Les publications scientifiques dans le domaine du LiFePO

Les 10 publications scientifiques les plus cités dans le domaine de la recherche Phosphate de Fer 1991-2010- (liste des 25 en annexe)

Rang Titre Auteurs Source Année de publication

Nbre de citations

1 Phospho-‐olivines as positive-‐electrode materials for rechargeable lithium batteries

Padhi, AK; Nanjundaswamy, KS; Goodenough, JB

JOURNAL OF THE ELECTROCHEMICAL SOCIETY

1997 1465

2 Electronically conductive phospho-‐olivines as lithium storage electrodes

Chung, SY; Bloking, JT; Chiang, YM

NATURE MATERIALS 2002 765

3 Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes

Yamada, A; Chung, SC; Hinokuma, K


2001 660

4 Effect of structure on the Fe3+/Fe2+ redox couple in iron phosphates

Padhi, AK; Nanjundaswamy, KS; Masquelier, C; et al.


1997 385

5 Approaching theoretical capacity of LiFePO4 at room temperature at high rates

Huang, H; Yin, SC; Nazar, LF

ELECTROCHEMICAL AND SOLID STATE LETTERS

2001 369

6 Nano-‐network electronic conduction in iron and nickel olivine phosphates

Herle, PS; Ellis, B; Coombs, N; et al.


7 Lithium Andersson, AS; SOLID STATE IONICS 2000 269



17

extraction/insertion in LiFePO4: an X-‐ray diffraction and Mossbauer spectroscopy study

Kalska, B; Haggstrom, L; et al.

8 Electroactivity of natural and synthetic triphylite

Ravet, N; Chouinard, Y; Magnan, JF; et al.

JOURNAL OF POWER SOURCES

2001 253

9 Hydrothermal synthesis of lithium iron phosphate cathodes

Yang, SF; Zavalij, PY; Whittingham, MS

ELECTROCHEMISTRY COMMUNICATIONS

2001 232

10 The source of first-‐cycle capacity loss in LiFePO4

Andersson, AS; Thomas, JO


2001 224


Les 10 principaux auteurs de publications scientifiques relatives au Phosphate de Fer pendant la période 2000-2010 -‐ (liste des 25 en annexe)

Rang Auteurs Nb de publications

Institutions des signataires

1 WANG, ZX 41

Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter Phys, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China/ Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China / Guilin Univ Technol, Dept Mat & Chem, Guilin 541004, Peoples R China

2 ZAGHIB, K 38

Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada / Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / CNRS, Dept Math Phys Planete & Univers, F-‐75015 Paris, France / Univ Montreal, Dept Chim, Montreal, PQ 3HC 3J7 Canada / Univ Texas, Austin, TX 78712 USA / Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Lab, Environm Energy Technol Div, Berkeley, CA 94720 USA / Phostech Lithium, Boucherville, PQ J4B 7K4 Canada /

3 TARASCON, JM

33 Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

4 JULIEN, CM 31

Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada / CNRS, Dept MPPU, F-‐75015 Paris, France / Warsaw Univ Technol, Fac Phys, PL-‐00662 Warsaw, Poland / Univ Michigan, Dept Geol Sci, Nanosci & Surface Chem Lab, Ann Arbor, MI 48109 USA / Univ Texas, Austin, TX 78712 USA / Univ Montreal, Dept Chim, Montreal, PQ 3HC 3J7 Canada /Phostech Lithium, Boucherville, PQ J4B 7K4 Canada



18

5 MAUGER, A 29


6 GENDRON, F 28


7 GABERSCEK, M

27

Natl Inst Chem, SI-‐1000 Ljubljana, Slovenia / Jozef Stefan Inst, SI-‐1000 Ljubljana, Slovenia /Univ Ljubljana, Fac Chem & Chem Technol, Ljubljana 61000, Slovenia / Fac Chem & Chem Technol, SI-‐1000 Ljubljana, Slovenia / ENSICAEN, UMR 6506, CNRS, Catalyse & Spectrochim Lab, F-‐14050 Caen, France

8 AHN, JH 26

Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea / Chonbuk Natl Univ, Dept Polymer Nano Sci & Technol, Jeonju 561756, South Korea/ Univ Wollongong, Inst Superconducting & Elect Mat, Wollongong, NSW 2522 Australia/ Andong Natl Univ, Dept Mat Engn, Andong 760749, Gyungbuk South Korea

9 GUO, HJ 26 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China

10 LI, XH 26 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China


Les 10 premières institutions signataires de publications scientifiques Phosphate de Fer au cours de la période 2000-2010 -‐ liste des 25 en annexe

Rang Institution Adresse Nombre de publications

1 CHINESE ACAD SCI Chinese Acad Sci, Shanghai Inst Ceram, State Key Lab High Performance Ceram & Superfine, Shanghai 200050, Peoples R China

80



19

2 CENT S UNIV Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China

66

3 UNIV PARIS 06 Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France 38

4 INST RECH HYDRO QUEBEC

Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada 36

5 UNIV CALIF BERKELEY

Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Lab, Environm Energy Technol Div, Berkeley, CA 94720 USA

36

6 UNIV ROMA LA SAPIENZA

Univ Roma La Sapienza, Dept Chem, I-‐00185 Rome, Italy 35

7 CHONNAM NATL UNIV

Chonnam Natl Univ, Fac Appl Chem Engn, Kwangju 500757, South Korea

32

8 MIT MIT, Dept Mat Sci & Engn, Cambridge, MA 02139 USA 32

9 TOKYO INST TECHNOL

Tokyo Inst Technol, Dept Elect Chem, Interdisciplinary Grad Sch Sci & Engn, Midori Ku, Yokohama, Kanagawa 2268502 Japan

32

10 GYEONGSANG NATL UNIV

Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea

29


L’analyse de l’origine géographique des institutions signataires d’articles scientifiques consacrés au LiFePO montre l’intensité de l’activité chinoise dans ce domaine : 9 des 25 premières institutions signataires sont basées en Chine. On peut souligner que trois institutions françaises apparaissent dans le « top 25 » : l’université Paris 6 est en troisième position, l’université Picardie Jules Verne et le CNRS en 16ème position. La suite du classement confirme l’engagement de la Chine dans la filière LiFePO. Ce pays représente un tiers des 100 premières institutions signataires.

Ventilation par pays des 100 premiers signataires d’articles scientifiques consacrés au LiFePO




20




21

Les 10 principaux auteurs français de publications scientifiques relatives au Phosphate de Fer pendant la période 2000-2010 -‐ (liste des 25 en annexe)

Rang Auteur Institutions nbre d'articles

1 TARASCON, JM

Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

33

2 JULIEN, CM


31

3 MAUGER, A


29

4 GENDRON, F


28

5 ZAGHIB, K

Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada / CNRS, Dept MPPU, F-‐75015 Paris, France / Univ Texas, Austin, TX 78712 USA / Univ Montreal, Dept Chim, Montreal, PQ 3HC 3J7 Canada /Phostech Lithium, Boucherville, PQ J4B 7K4 Canada

21

6 MASQUELIER, C

Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France / UMICORE Res & Dev, B-‐2250 Olen, Belgium

19

7 DELACOURT, C Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

15

8 LE CRAS, F CEA, LITEN, F-‐38054 Grenoble, France / Univ Bordeaux, ICMCB CNRS, IPB ENSCBP, F-‐33608 Pessac, France / Univ Bordeaux 1, CNRS, ICMCB, F-‐33608 Pessac, France

14



22

9 ARMAND, M Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France

13

10 CROGUENNEC, L

Univ Bordeaux, ICMCB CNRS, IPB ENSCBP, F-‐33608 Pessac, France / CEA, LITEN, F-‐38054 Grenoble, France

11


Les brevets dans le domaine du LiFePO

Le transfert de la connaissance scientifique correspondant à l’article fondateur de John Goodenough vers l’univers de la technologie peut être schématisé autour de deux groupes de brevets. Le premier, qui protège l’invention dérivée de cet article de John Goodenough, englobe notamment le brevet « Cathode Materials For Secondary (Rechargeable) Lithium Batteries » déposé par l’université du Texas le 23 avril 1996. Le second groupe de brevets concerne un complément de cette première invention pionnière, dans le sens où la nouveauté protégée rend opératoire cette percée scientifique, notamment une méthode, développée notamment par le chercheur français Michel Armand, qui permet d’enrober les grains de LiFePO d’une fine couche de carbone. Cette invention (New electrode materials with high surface conductivity), qui efface les limitations liées à la faible conductivité électronique du matériau, a fait l’objet du dépôt le 30 avril 1999 d’une large famille de brevets, qui comptent Hydro Québec, l’Université de Montréal et le CNRS parmi les déposants. Ces brevets, dont la licence d’exploitation a été cédée à la société canadienne Phostech (détenue à 100% par l’Allemand Süd Chemie depuis 2008) sont considérés comme centraux pour le développement de la filière.

Le nombre de brevets déposés dans le domaine du LiFePO reste peu élevé jusqu’en 2006 ; l’office japonais des brevets apparaissant alors à la première place dans le classement mondial des dépôts en la matière. A partir de 2007, le nombre de brevets déposés autour de cette technologie enregistre une progression spectaculaire, à la faveur du développement des dépôts effectués en Chine. En 2010, près de 80% des brevets dans ce domaine sont déposés auprès de Sipo, l’office chinois de brevets.

Demandes de brevets LiFePO par offices de dépôt en nombre absolu




23

Demandes de brevets LiFePO4 par offices de dépôt en pourcentage


La Chine et le Phosphate de Fer La part conquise par la Chine au cours des dernières années, tant en matière de publications scientifiques que de brevets, reflète une stratégie univoque de ce pays pour ce qui concerne les batteries pour véhicules électriques. Le géant asiatique a misé sur la filière LiFePO. Un choix que suffirait à justifier les avantages (futurs) de cette option en matière de coût qui la rendent particulièrement adaptée au marché local. Le choix du champion national BYD (Build Your Dreams) dans ce secteur (voir partie suivante) est un autre marqueur de cette orientation stratégique.

Les 10 principaux auteurs chinois de publications scientifiques relatives au Phosphate de Fer pendant la période 2000-2010 -‐ (liste des 25 en annexe)

Rang Auteurs Nbre de publications

Institution(s) des signataires

1 WANG, ZX

41




4 HUANG, XJ

23 Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China

5 TANG, ZL

19 Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China



24

6 ZHANG, ZT


7 WANG, L

18

Hebei Univ Technol, Inst Power Source & Ecomat Sci, Tianjin 300130, Peoples R China / Shanghai Jiao Tong Univ, Dept Chem Engn, Shanghai 200240, Peoples R China / MIT, Dept Mat Sci & Engn, Cambridge, MA 02139 USA

8 CHEN, LQ

16 Chinese Acad Sci, Inst Phys, Renewable Energy Lab, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China

9 LI, H 15

Chinese Acad Sci, Inst Phys, Renewable Energy Lab, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China / Brookhaven Natl Lab, Dept Chem, Upton, NY 11973 USA

10 WU, L 15 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China


La Chine a également engagé un vaste programme de développement technologique dans le domaine du LiFePO, comme en témoigne le nombre de demandes de brevets déposées auprès de l’office national de propriété intellectuelle (SIPO) par les principales institutions de recherche du pays.

Les 10 premiers déposants LiFePO auprès de SIPO au cours de la période 2000-2010 (liste des 25 en annexe)

Rang Statut du déposant

Nom du Déposant Nombre de dépôts de brevets Phosphate de Fer

1 Entreprise BYD CO LTD 29

2 Université UNIV TSINGHUA 19

3 Université UNIV CENTRAL SOUTH 18

4 Entreprise SHENZHEN BAK BATTERY C... 13

5 Université UNIV FUJIAN 9

6 Entreprise IRICO GROUP CORP 8

7 Entreprise SHANDONG HAIBA COMM EQ... 8

8 Entreprise HENGDIAN GROUP DMEGC J... 6

9 Université UNIV SHANGHAI JIAOTONG... 6

10 Université UNIV NORTHEAST NORMAL... 5




25




26

Ce pari stratégique de la Chine sur la filière LiFePO soulève une série d’interrogations relatives à la propriété intellectuelle. Ce géant industriel parviendra-‐t-‐il à développer une industrie de façon autonome ? Ou reconnaitra-‐t-‐il le caractère bloquant des brevets fondateurs déposés par Hydro Québec, l’université de Montréal et le CNRS ? Au début du printemps 2011, il est encore trop tôt pour apporter une réponse univoque à cette interrogation.

L’examen des nombreuses pièces de ce dossier, à la fois complexe et potentiellement explosif, permet tout au plus de formuler des analyses conditionnées par des hypothèses.

Il est tout d’abord possible de relever que la Chine a introduit une demande d’invalidation sur son territoire de l’extension dans ce pays des brevets de Michel Armand, précisément ceux relatifs à la méthode du « carbon coating » -‐ protégée notamment par la demande internationale de brevet PCT WO0227824 (Synthesis method for carbon material based on LIXM1-‐YM'(XO4)N). Ce contentieux peut être interprété de 2 façons complémentaires. Il marque, d’une part, une reconnaissance de l’importance de ces titres de propriété industrielle : seuls les brevets importants (ou les copies manifestes) font en effet l’objet de procédures en opposition. Mais ce contentieux, selon un scénario développé par de nombreux experts, peut, d’autre part, être interprété comme le signe d’une « guerre des brevets » à venir dans lequel ce pays aurait choisi de s’engager pour s’assurer l’utilisation de technologies clés contrôlées par des acteurs industriels occidentaux.

Cette hypothèse d’une « guerre des brevets » n’est toutefois pas avérée. Car si un tel affrontement pourrait certes -‐ éventuellement -‐ permettre à la Chine de proposer sur son marché domestique des véhicules électriques équipés de batteries lithium ion au LiFePO qui empiéteraient sur les droits de propriété intellectuelle reconnus dans les autres pays, une telle option lui barrerait certainement la possibilité de fournir aux constructeurs occidentaux de tels équipements litigieux. Il est en effet fort improbable qu’un constructeur automobile européen ou américain commercialise un véhicule intégrant un équipement litigieux susceptible de lui attirer un procès en contrefaçon.

L’autre branche de l’alternative consisterait donc pour la Chine à reconnaître le caractère bloquant des brevets de Michel Armand et de négocier en conséquence une cession de licences.

Le dénouement de ce dossier sera riche d’enseignements. Il peut soit signer l’instauration d’un régime conflictuel entre l’Occident et la Chine sur le terrain technologique. Ou il peut annoncer une insertion de la Chine dans le concert des nations en matière de propriété intellectuelle. Cette dernière perspective a évidemment la faveur des détenteurs des droits d’exploitations de ces brevets, du fait des royalties liés à une cession de droits d’exploitation. Un tel dénouement négocié représenterait une issue heureuse pour les institutions de recherche publique -‐ dont le CNRS -‐ qui ont contribué à cette percée technologique.



27

Partie 2 : Les acteurs industriels Introduction De nombreux États affichent des objectifs ambitieux en matière de développement du véhicule électrique. Ainsi, la France s’est fixé un objectif de 2 millions de véhicules hybrides et électriques en circulation en 2020 et la Chine un objectif de 4 millions de véhicules « nouvelles énergie » par an d’ici cette même date. Ces objectifs s’accompagnent d’investissements massifs dans la filière à travers le financement de recherches, des incitations fiscales à l’achat de véhicules propres ou des investissements dans les infrastructures liées (recharges, smart grid…). Toutefois, bien que les investissements étatiques soient indispensables au développement des véhicules électriques, les constructeurs semblent souvent beaucoup plus mesurés dans leurs objectifs.

Un double constat est largement partagé. D’une part, la filière est encore en phase de construction. D’autre part, le marché des véhicules électriques représentera dans les prochaines années une part significative du marché de l’automobile, et donc un volume de ventes conséquent qui ne laisse personne indifférent.

Cette partie, présente d’abord une vue globale de la filière véhicule électrique (section 1). Elle effectue ensuite un focus sur les acteurs principaux du marché, tant du côté constructeurs automobiles, que fournisseurs de batteries (section 2). Puis elle détaille la chaine de valeur de deux acteurs importants du secteur (section 3).

Vue d’ensemble de la filière des véhicules électriques La fin de la décennie 2010 peut être considérée comme un tournant dans le développement du marché des véhicules électriques. Après des années de balbutiement, la floraison d’initiatives lancées par les constructeurs automobiles et les acteurs du monde du transport routier, comme la multiplication des modèles proposés à la vente ou annoncés dans un futur, marquent le début d’une cristallisation de ce marché. Les volumes concernés n’ont certes encore rien à voir avec ceux des véhicules classiques, c’est-‐à-‐dire à moteur thermique. Mais les perspectives de ce marché suscitent déjà de solides ambitions.

Une carte stratégique globale du secteur Le choix méthodologique retenu dans cette étude a consisté à représenter la filière sous la forme d’un graphe. Ce réseau d’acteurs a été établi à partir de l’analyse des modèles de véhicules électriques de toute nature (EV11, HEV12, PHEV13) qui sont commercialisés en 2011 ou annoncés à la vente avant 2014.

11 EV : « Electric Vehicle » est un véhicule propulsé à 100% par un ou plusieurs moteurs électriques. 12 HEV : « Hybrid Electric Vehicle » est un véhicule propulsé à la fois par un moteur à combustion et un moteur électrique qui fonctionnent en tandem dans le but de diminuer la consommation de carburant. Les batteries se recharges de façon autonome. 13 PHEV : « Plug-‐in Hybrid Electric Vehicle ». C’est un véhicule hybride dont les batteries peuvent être chargées par branchement à une source d´énergie extérieure.



28

Dans la carte stratégique ainsi dressée, les nœuds représentent des acteurs et les liens représentent les relations nouées entre ces acteurs. La taille des nœuds et des liens reflète le nombre de véhicules ou de batteries concernés.

Six catégories d’acteurs ont été distinguées14 :

• les OEM (constructeurs automobiles) ; • les Cell Suppliers (fabricants de batteries) ; • les Pack Suppliers (assembleurs de batteries) ; • les équipementiers automobiles de premier rang concernés par les véhicules électriques ; • les opérateurs lithium ; • d’autres acteurs industriels qui interviennent dans cette filière.

Quatre catégories de liens ont été distinguées :

• les ventes ; • les liens capitalistiques ; • les partenariats de R&D ; • les liens internes unissant différentes entités d’un même groupe.

La première carte stratégique présentée regroupe l’ensemble des acteurs qui ont été identifiés et qui ne sont pas isolés, c’est-‐à-‐dire qui ont noué au moins une relation avec un autre acteur de la filière. Restent après ce filtrage, 162 acteurs dont la ventilation est présentée dans le tableau ci-‐dessous.

Répartition des acteurs par type d’activité

Total Autre industrie

Cell Supplier Equipementier Auto

OEM Operateur lithium

Pack Supplier

162 7 46 7 76 2 28

Ces acteurs sont liés par un total de 162 relations dont la ventilation est présentée dans le tableau ci-‐dessous.

Répartition par type de lien

Total Interne Lien Capitalistique R&D Vente 162 7 49 13 120

Il faut noter que le même nom d’acteur peut être attribué à des nœuds distincts. Cette répétition s’explique par le fait que l’acteur concerné appartient à plusieurs catégories. Ainsi A123 est à la fois Cell Supplier et Pack Supplier. De même, Renault apparaît comme OEM et comme Pack Supplier.

14 Les États qui sont très présents par le biais des soutiens qu’ils apportent à leurs « champions nationaux» n’ont pas été englobés dans l’analyse dans la mesure où celle ci se focalise sur la dimension industrielle de la filière.



29

Carte stratégique globale de la filière industrielle des batteries lithium ion pour véhicules électriques

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30

Un secteur industriel caractérisé par une forte densité d’interconnexions

L’analyse de cette carte stratégique globale permet de caractériser plusieurs faits saillants. La grande majorité des acteurs sont interconnectés dans un réseau au maillage dense. Alors que les constructeurs automobiles ont, sur leurs marchés traditionnels, plutôt tendance à agir de façon autonome, dans le cas des véhicules électriques, ils ont choisi de partager savoirs et compétences. Cette forte interconnexion entre les premiers entrants (first movers) se limitera vraisemblablement à la phase de structuration du marché, pendant laquelle les industriels semblent préférer partager les risques et les coûts. De plus, aucun des acteurs n’est en mesure de peser seul sur la construction des normes de ce marché émergent. Il est possible de repérer des consortiums de fait structurés autour des différentes options technologiques qui sont explorées.

Quelques rares acteurs ont toutefois choisi d’œuvrer de manière individuelle. Trois pôles, respectivement organisés autour de Bolloré, de Coda et de Dassault, font ainsi figure de cavaliers solitaires. Si les deux derniers n’ont pas encore consenti un investissement massif sur le marché du véhicule électrique, Bolloré développe, pour sa part, une approche ambitieuse qui reflète sa volonté de devenir un acteur intégrant en toute autonomie l’ensemble de la chaîne de production des véhicules électriques.

L’étude de la carte des alliances stratégiques apporte un second enseignement : les liens capitalistiques qui unissent les acteurs représentent une fraction significative dans les relations du réseau en construction. Les liens de ce type montrent, d’une part, que les relations nouées ne sont pas uniquement des associations de circonstance et, d’autre part, que les acteurs concernés veulent se mettre en position de conserver un contrôle fort sur les développements de la technologie.

Enfin, la lecture de cette première carte permet d’identifier quelques acteurs prééminents. Soit parce qu’ils sont les plus importants producteurs de véhicules électriques. Soit parce qu’ils se sont placés au centre de la filière, grâce à une palette d’alliances.

Ainsi, chez les constructeurs automobiles, les groupes Renault Nissan et Toyota font figure de leaders, tandis que les mêmes places sont occupées par Panasonic et Nec Tokin du côté des fabricants de batteries et par AESC et PEVE du côté des intégrateurs. A123 pour les fabricants de batteries et Daimler pour les constructeurs automobiles se distinguent également, non pas par le volume de leur production, mais par le positionnement central qu’ils sont parvenus à occuper. Il est notamment intéressant de noter le nombre important d’engagements capitalistiques contractés par Daimler.

Autre trait distinctif du secteur des véhicules électriques : les constructeurs automobiles qui ont rationnalisé et sous-‐traité une grande partie de leur production depuis la fin des années 90, adoptent des stratégies opposées pour les véhicules électriques. Bien loin d’externaliser les productions de batteries, ils investissent au contraire massivement, montent des joint-‐ventures et entrent au capital de fabricants de batteries.

Une seconde carte stratégique, focalisée sur les constructeurs automobiles

Après avoir analysé l’intégralité des acteurs et des liens qui constituent la filière des batteries lithium ion, il est apparu intéressant de resserrer l’analyse sur les constructeurs automobiles et les acteurs auxquels ceux-‐ci sont directement liés. Tel est l’objet de la seconde carte stratégique présentée ci-‐dessous. La méthodologie est la même que précédemment : les nœuds représentent des acteurs ; les liens des relations entre ces acteurs. Ici, les acteurs se sont vus attribuer un statut unique. Renault est ainsi considéré uniquement comme un comme OEM et A123 comme un Cell Supplier.



31

Carte stratégique de la filière industrielle des batteries lithium ion pour véhicules électriques, focalisée sur les constructeurs automobiles

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32

PAGE \* MERGEFORMATErreur ! Argument de commutateur

Les acteurs les plus connectés

L’analyse de cette carte simplifiée permet une lecture intéressante du positionnement des différents acteurs. On constate ainsi que certains constructeurs automobiles, fabricants de batteries et de packs ont déjà noué d’avantage de partenariats que leurs concurrents.

Daimler et SAIC, qui aujourd’hui ne comptent pourtant pas aujourd’hui parmi les principaux producteurs de véhicules électriques, semblent occuper des positions favorables au cœur de la filière. Renault, qui reste discret sur ses objectifs pourtant ambitieux, est d’ores et déjà également bien positionné. Fiat, qui se lance dans le véhicule électrique à reculons au travers de Chrysler, n’est pas en reste. Le constructeur italien a établi bien plus de relations stratégiques au sein de la filière que son concurrent Toyota, le grand leader actuel sur le marché.

A123, fabricant de batteries, qui bénéficie de vigoureux soutiens de la part du gouvernement fédéral américain, a noué de multiples relations commerciales. Après avoir implanté une unité de production en Chine, A123 a établi une nouvelle usine dans le Michigan dont la fonction semble être de sécuriser l’avancée technologique acquise en partenariat avec le MIT et jugée trop exposée en Chine. Comme Toyota (dans la catégorie des constructeurs automobiles), le fabricant de batteries Panasonic reste discret sur nombre de ses clients. Johnson Saft, qui pour sa part, réalise déjà de belles ventes a construit un portefeuille de clients diversifié.

L’analyse quantitative du graphe permet de d’identifier les acteurs qui occupent aujourd’hui des places centrales dans le réseau. Les deux mesures de centralité qui sont le plus couramment mobilisées sont, d’une part, le nombre de relations nouées par les acteurs (appelé le degré d’un nœud) et, d’autre part, la capacité d’un nœud à connecter entre eux les autres nœuds du réseau (qualifiée de beetweenness centrality). Ces deux mesures font apparaître des résultats convergents, qui placent Daimler, A123 et Renault dans le trio de tête des deux classements.

Classement des acteurs en terme de Degré

Source et traitement : Miste



33

Classement des acteurs en terme de Betweenness Centrality

Source et traitement : Miste

Le marché chinois comme tremplin vers le marché mondial ? Les estimations de marché les plus courantes évoquent des volumes de vente de quelque 5 millions de véhicules en 2015 pour un prix unitaire de l’ordre de 22 000 €, contre 30 000 € en 2011. Le prix de la batterie avoisine 10 000 € en 2010 ; il est probable que le prix de revient sera de l’ordre de 4 000 € d’ici 4 ans. Ces perspectives de développement des ventes de véhicules électriques correspondent donc à un marché de quelque 110 milliards €, dont 20 milliards pour les seules batteries.

Plusieurs inconnues pèsent toutefois sur ce secteur. L’équivalent électrique des énergies fossiles utilisées par kilomètre parcouru semble aujourd’hui promettre un bel avenir aux véhicules électriques. Mais qu’en serait-‐il si les États diminuaient leurs investissements dans le nucléaire, contribuant ainsi à augmenter le prix du kilo watt électrique ?

Le cas de la Chine est intéressant à analyser dans cette perspective prospective. La seule ville de Shanghai compte déjà un total 4 millions de véhicules de tous types. Or, l’État chinois entend imposer des contraintes plus strictes que n’importe quel autre État dans le Monde en matière de respect de l’environnement. Ce pays est à même de soutenir fortement le développement d’un marché national du véhicule électrique. Le socle des ventes locales que peuvent constituer les fabricants chinois pourrait constituer un atout formidable pour conquérir les marchés occidentaux. Ces ventes quasi captives offriraient des possibilités d’économie d’échelle appréciables. Elles pourraient leur permettre produire des véhicules à des coûts inférieurs à ceux des constructeurs occidentaux. Si Pékin, Shanghai et Ganzhou imposaient simultanément l’émission zéro carbone pour les véhicules à horizon 2020, la Chine prendrait un avantage qui pourrait s’avérer décisif pour le contrôle de la filière des véhicules électriques.



34

Principaux acteurs identifiés Les constructeurs automobiles

Estimations Miste

Parmi les constructeurs les plus engagés dans la filière véhicules électriques, on trouve en tête Toyota, qui a popularisé la voiture hybride avec son modèle Prius, vendue à plus de deux millions d’exemplaires dans le monde depuis son lancement en 1997. Toyota devrait garder le leadership dans les prochaines années dans les hybrides (HEV et PHEV) mais reste aujourd’hui en retrait sur les modèles 100% électriques (EV).

A l’inverse, Renault et Nissan, pas et peu présents sur le créneau des HEV et PHEV, investissent beaucoup dans les EV et affichent leur ambition de devenir les leaders dans cette catégorie. Nissan a privilégié très tôt les EV. La firme japonaise travaille depuis 1992 sur les batteries lithium ion et a présenté, dès 1996, la Nissan « Prairie Joy EV ». Elle compte tout de même sortir plusieurs modèles hybrides équipées comme la « Fuga » (sortie en novembre 2010 au Japon) de batteries lithium ion. Certaines versions de la Toyota Prius devraient également en être équipées à partir de 2011.

General Motors (GM), qui pourrait reprendre à Toyota en 2011 la première place au palmarès mondial des constructeurs automobiles est un acteur historique de la voiture électrique. Il investit ce champ avec notamment la Chevrolet Volt sortie en 2010.

Nissan affiche une prévision de production de modèles EV qui devraient couvrir à elle seule plus du tiers des volumes annoncés pour l’ensemble de la production mondiale pour la période 2010-‐2013.

L’analyse du marché selon un angle géographique fait apparaître les traits suivants :

• En Asie, si les constructeurs japonais sont très présents (Toyota dans l’hybride, Mitsubishi et Nissan dans les EV), les constructeurs coréens sont plus discrets. Alors qu’ils semblent maîtriser les technologies des batteries, Kia et Hyundai affichent des ambitions très modestes d’ici à 2013, date de vente au public du modèle EV la BlueOn. Ces chiffres restent modestes en regard des annonces gouvernementales, par exemple plus d’un million de véhicules propres en Corée du Sud d’ici 2015. Et si la Chine affiche de grosses ambitions, les ventes de véhicules électriques de BYD sont encore aujourd’hui marginales.

• En Europe, qui devrait être à terme le premier marché mondial pour les véhicules électriques, la situation est contrastée.

Toyota 66%

Nissan 10%

Chevrolet 5%

Renault 4%

BYD Auto 3%

Autres 12%

EsNmaNon des parts de marché, tout type de motorisaNon électrique, des

constructeurs automobiles (2010-‐2013)

Nissan 34%

Chevrolet 15%

Renault 13%

Mitsubishi 3%

Bollore 3%

Autres 32%

EsNmaNon des parts de marché EV des constructeurs automobiles (2010-‐2013)



35

En France, PSA commercialise déjà deux EV utilisant la technologie de la Mitsubishi i-‐MiEV avec des ambitions qui restent mesurées (objectif de vente de 7000 unités en 2011 et de 30 000 en 2015). Des objectifs bien modestes en regard de ceux de Renault qui ambitionne de vendre 200 000 véhicules électriques en 2015.

En Allemagne, les groupes Daimler et BMW sont déjà présents dans les EV avec la Smart et la Mini EV et entendent développer leur offre EV petites citadines avec la classe A E-‐cell et une offre hybride sur les modèles supérieurs. Enfin, Volkswagen n’a pris le virage électrique qu’en 2009 en recrutant notamment début 2010 Karl-‐Thomas Neumann, ancien patron de Continental (très engagé dans le moteur électrique). Présent sur l'hybride via ses modèles hauts de gamme (Volkswagen Touareg et futurs modèles Audi hybride), le constructeur de Wolfsburg n'entend pas se laisser distancer sur l'EV par Renault et espère devenir leader dans l'électromobilité en 2018.

• Aux Etats-‐Unis, outre GM qui est un acteur historique de l’EV (avec l’EV1 commercialisée dès 1996) et Ford, on constate l’arrivée de plusieurs nouveaux entrants arrivés dans l’automobile par le biais du véhicule électrique comme Coda, Fisker et Tesla Motors.

Estimations Miste

Les constructeurs de batteries Parts de marché des Cell Suppliers*

Estimations MISTE * Pour éviter des doubles comptes, ces données n’englobent pas les Pack Suppliers comme AESC ou PEVE.

Pana-‐sonic 67%

Nec Tokin 14%

LG Chem 5%

BYD 3%

GS Yuasa 2%

Autres 9%

EsNmaNon des parts de marché des constructeurs de ba[eries, tout types de véhicules électriques (2010-‐2013)

Nec Tokin 47%

LG Chem 16%

GS Yuasa 6%

Autres 31%

EsNmaNon des parts de marché des constructeurs de ba[eries pour

véhicules EV (2010-‐2013)



36

Pour prendre virage du véhicule électrique, les constructeurs automobiles ont du s’associer avec des groupes venant de l’électronique grand public pour fabriquer les batteries destinées à équiper leurs véhicules. Ces associations ont pris le plus souvent la forme de Joint-‐Ventures. On peut citer, par exemple, Nec qui s’est allié à Nissan via une société commune (AESC).

Panasonic et Nec Tokin sont ainsi devenus des acteurs dominants sur le marché des batteries pour les véhicules électriques.

Les fabricants japonais sont les plus présents, avec en tête Panasonic qui devance Nec. Le premier équipe surtout les véhicules hybrides alors que le second équipera des véhicules 100% électriques. Le troisième acteur de premier plan est le coréen LG Chem qui devrait fournir notamment Renault et Chevrolet.

Les fabricants chinois sont également présents, notamment par le biais de BYD qui était à l’origine fabricant de batteries avant de devenir également un constructeur automobile.

Les Japonais et les Coréens ont opté pour l’option Manganèse tandis que les Chinois privilégient l’option Phosphate de Fer (LiFePO). Le premier groupe européen est SB Limotive qui est une compagnie associant le Coréen Samsung et l’équipementier allemand Bosch. Enfin, si les Etats-‐Unis (A123 Systems, Johnson Saft, Tesla Motors) sont bien représentés, les volumes annoncés restent limités.

Focus sur les chaines de valeur de 2 acteurs majeurs (Renault et BYD)

Renault et le véhicule électrique Carlos Ghosn affirmait en mai 2010 que l’alliance Renault Nissan est "de loin le constructeur le plus engagé et de facto le leader des voitures électriques". Jusqu’à présent absent du secteur des véhicules hybrides, le groupe a décidé de miser directement sur les véhicules 100% électriques (EV) pour lesquels le PDG de Renault Nissan annonçait avoir déjà investi 4 milliards d’euros en 201015.

Carlos Ghosn n’a pas cru au développement du marché du véhicule hybride16 bien que les deux constructeurs maîtrisent la technologie.

En effet, Renault a démontré sa maîtrise de la technologie en présentant le concept car Next qui était équipé d’une batterie Cadmium Nickel. Ce concept car a été présenté en 1995, soit la même année que la Toyota Prius qui a été commercialisée en décembre 1997.

De même, Nissan a privilégié très tôt les EV. La firme japonaise travaille depuis 1992 sur les batteries lithium ion et a présenté dès 1996 la Nissan « Prairie Joy EV ». Elle compte tout de même sortir plusieurs modèles hybrides équipés de batteries lithium ion, comme la « Fuga », sortie en novembre 2010 au Japon. La Toyota Prius devrait également être équipée de ce type de batteries en 2011.

Malgré ce récent changement de cap concernant les hybrides, priorité est donc donnée au sein de l’alliance Renault Nissan aux véhicules 100% électriques, comme en atteste la Nissan « Leaf », premier EV du groupe, commercialisé en décembre 2010 aux Etats-‐Unis et au Japon.

15 Conférence de presse de Carlos Ghosn au siège de Nissan, Yokohama, 13 mai 2010. 16 Extraits de « réponses aux actionnaires », assemblée générale de Renault, 4 mai 2006



37

De son côté, Renault lancera quatre EV entre 2011 et 2012 : la « Fluence Z.E. », la « Kangoo Express Z.E. », la « Twizy » (biplace) et la « Zoe ».

Cependant les deux constructeurs ne partent pas sur un pied d’égalité dans ces projets EV : la technologie électrique de ces véhicules est aujourd’hui japonaise. Nissan produit en effet les batteries lithium ion de ses véhicules via une Joint-‐Venture commune avec NEC créée en 2007 : AESC (Automotive Energy Supply Corporation).

Renault équipera ses véhicules avec des batteries AESC importées du Japon mais également avec des batteries produites par le Coréen LG Chem. Il faudra attendre 2012 avant que Renault produise ses propres batteries en France dans son usine de Flins.

Deux autres usines Nissan actuellement en construction produiront des batteries en Europe : à Sunderland au Royaume-‐Uni et à Cacia au Portugal. L’usine de Flins assemblera dans un premier temps les packs de batteries dont les cellules seront importées du Japon. Mais à terme, le constructeur -‐ poussé notamment par l’Etat17 -‐ produira ses propres batteries développées en partenariat avec le CEA et avec le soutien du FSI (Fonds Stratégique d’Investissement) en s’appuyant sur la plateforme Steeve (Stockage d’Énergie Électrochimique pour Véhicules Électriques) développée par l’antenne du CEA-‐Liten basée à Grenoble.

Ce centre de recherches espère pouvoir doubler l’autonomie des batteries d’ici à 2015 et travaille sur deux types de batteries lithium ion, à base de Manganèse et de Phosphate de Fer.

Selon une logique similaire d’internalisation, Renault espère également assurer la production de ses moteurs électriques. Ceux-‐ci seront d’abord fournis par l’équipementier allemand Continental, avant que Renault produise ses propres moteurs électriques à Cléon à partir de 2013.

Renault imiterait ainsi Nissan et la plupart des grands constructeurs automobiles, qui souhaitent maitriser, à court ou moyen terme, l’intégralité de la chaîne de valeur dans le domaine des EV.

17 L’Etat pousse Renault à défendre « la mère batterie », Libération du 10 février 2011



38

Source : Miste -‐ Esiee Paris Le cas BYD : des batteries aux véhicules électriques Le Chinois BYD, fabricant de batteries devenu constructeur automobile, est l’acteur qui a poussé le plus loin la logique du contrôle de l’intégralité de la chaîne de production de véhicule électrique.

Créée en 1995 par Wang Chuanfu, BYD (Build Your Dreams) était initialement un fabricant de batteries pour ordinateurs portables et mobiles. Grâce au reverse engineering et à des coûts de fabrication plus faibles que ses concurrents japonais et coréens, BYD est devenu le premier fournisseur de batteries lithium ion de Motorola en 2000, avant de réaliser la même performance auprès de Nokia en 2002.

Loin de se contenter d’être un des leaders mondiaux dans ce domaine de la téléphonie, BYD se lance dans l’industrie automobile en 2003 en rachetant Tsinchuan Automobile Company Limited qui devient BYD Auto Company Limited.

En 2005, BYD lance la F3 qui était, en 2010, le modèle le plus vendu de sa catégorie.

Fort de son expérience dans les batteries, BYD se lance dans les véhicules électriques en décembre 2008 avec la F3DM (premier véhicule hybride rechargeable au monde) puis avec la E6 (tout électrique).

La diffusion de ces modèles reste néanmoins pour l’instant confidentielle. Seules 33 E6 ont été livrées en 2010 (pour équiper une flotte de taxis test à Shenzhen) et la commercialisation à grande échelle a été repoussée à septembre 2011. Quant à la F3DM, seulement 417 exemplaires ont été vendus en 2010.

En dépit de ces chiffres modestes, les véhicules électriques représentent un axe stratégique pour BYD, notamment en vue de la conquête des marchés extérieurs à la Chine.



39

Il faut noter que BYD a toutefois connu une année décevante sur le marché chinois avec ses véhicules thermiques. Il a vendu « seulement » 519 806 exemplaires contre une prévision initiale de 800 000 unités avec une hausse des ventes limitée à 16% en 2010, dans un marché chinois en hausse de près de 30%.

Pour réussir son pari électrique, BYD mise sur la mise en place d’une filière intégrée (ou intégration verticale) en essayant de contrôler toutes les étapes de la chaîne de production (ou chaîne de valeur). BYD est en effet l’un des rares constructeurs, à l’instar de Nissan Renault et General Motors, à fabriquer ses propres batteries.

Outre la production de ses batteries lithium ion avec la technologie Phosphate de Fer, BYD entend maîtriser la matière première grâce à un investissement dans la compagnie minière d’extraction de lithium Tibet Shigatse Zhabuye Lithium High-‐Tech Corporation, dont elle a acquis 18% des parts en septembre 2010.

En aval, BYD entend également être présent dans les infrastructures électriques comme en témoigne son accord datant de septembre 2010 avec l’énergéticien allemand RWE dont l’objectif est de proposer un package électrique (voiture + électricité) et de travailler à l’élaboration de normes pour les infrastructures communes à l’Europe et à la Chine.

Source : Miste -‐ Esiee Paris



40

Conclusion Si l’Etat japonais n’affiche pas d’objectifs ambitieux dans le domaine du véhicule électrique, les constructeurs japonais s’avèrent eux très présents dans le secteur, que ce soit dans l’hybride avec Toyota ou dans les EV avec Nissan et Mitsubishi. De même les fabricants de batteries japonais devraient s’octroyer une grande partie de la production mondiale, suivis de près par le Coréen LG Chem.

Reste à savoir quelle sera la technologie qui va s’imposer dans la filière des batteries lithium ion. Les modèles les plus répandus sont aujourd’hui sont à base de Manganèse (Japon et Corée) et de Phosphate de Fer (Chine). L’évolution de la situation pourrait bouleverser les rapports de forces actuels tels qu’ils se dessinent dans la carte des acteurs. Les nombreux partenariats qui ont été noués constituent un environnement complexe. Mais la volonté exprimée par un grand nombre de constructeurs de maîtriser toute la chaîne de production pourrait entrainer une simplification du paysage par concentrations des acteurs et la disparition de certains d’entre eux.

Quelques constructeurs comme Renault ou Nissan misent sur un essor rapide se préparent à lancer de nombreux modèles sur le marché dès 2012. Mais la plupart se montrent encore prudents et tablent sur des volumes de ventes d’EV limités au cours des prochaines années ; certains n’annonçant pas de lancement de modèle avant 2013-‐2015.

Le véhicule électrique reste, dans tous les cas, un facteur majeur d’évolution pour l’industrie automobile. Les technologies liées aux batteries et moteurs électriques ont en effet d’ores et déjà permis à de nouveaux entrants -‐ essentiellement asiatiques ou américains -‐ de faire irruption dans une industrie mature plus que centenaire, dont le périmètre semblait pourtant bien établi. L’organisation de la filière fait de plus apparaître une spécialisation géographique marquée : les batteries devraient être pour l’essentiel produites en Asie, alors que les véhicules qu’elles équiperont semblent principalement être destinés aux marchés occidentaux.

L’ampleur de la transformation induite par l’irruption du véhicule électrique reste encore difficile à prévoir. Elle peut se limiter à une simple mutation du secteur ou entrainer son profond bouleversement.

L’analyse développée dans ce rapport a cherché à identifier les faits saillants relatifs à la structuration de la filière des batteries lithium ion pour véhicules électriques. A l’issue de ce travail, Il faut souligner que plusieurs interrogations importantes demeurent auxquelles il n’est pas possible de répondre aujourd’hui:

-‐ Se dirige-‐t-‐on vers un modèle standard des batteries ? -‐ L’émergence d’un tel standard (dominant design) rendra-‐t-‐il technologiquement obsolètes

les batteries des premières générations de véhicules électriques ?

D’autres technologies, concurrentes de la solution lithium ion, peuvent également émerger. Ces « technologies post lithium ion », qui correspondent notamment à des accumulateurs à électrolyte solide, à des accumulateurs lithium souffre (Li-‐S) ou à des accumulateurs lithium air, n’ont pas été analysées dans cette étude car elles ne sont pas considérées aujourd’hui comme matures. Mais ces technologies peuvent néanmoins être porteuses d’une rupture.

Le futur technologique du secteur reste à décrypter. L’histoire a montré que les trajectoires technologiques peuvent se développer dans des directions inattendues. Ce travail a modestement cherché à en esquisser certaines lignes de force probables.



41

Annexes



42

Annexes de la partie 1 : les classements complets Les principaux déposants de brevets chinois dans le domaine Phosphate de Fer

Statut du déposant Nom du Déposant Nombre de dépôts de brevets

Phosphate de Fer

Entreprise BYD CO LTD 29

Université UNIV TSINGHUA 19

Université UNIV CENTRAL SOUTH 18

Entreprise SHENZHEN BAK BATTERY C... 13

Université UNIV FUJIAN 9

Entreprise IRICO GROUP CORP 8

Entreprise SHANDONG HAIBA COMM EQ... 8

Entreprise HENGDIAN GROUP DMEGC J... 6

Université UNIV SHANGHAI JIAOTONG... 6

Université UNIV NORTHEAST NORMAL... 5

Université UNIV SHANGHAI ELECTRIC... 5

Chercheur QI SUN 4

Université UNIV HEBEI TECHNOLOGY... 4

Université UNIV SOUTH CHINA TECH... 4

Chercheur WEIJIE YU 4

Entreprise SHENZHEN BEITERUI NEW... 4

Entreprise SHENZHEN CITY MOTTCELL... 4

Institut de recherche BEIJING INST TECHNOLOG... 3

Entreprise GUANGZHOU FULLRIVER BA... 3

Entreprise HEFEI GUOXUAN HIGH TEC... 3

Entreprise SHENZHEN DYNANONIC CO... 3

Chercheur SIYUAN GONG 3

Université UNIV BEIJING TECHNOLOG... 3

Université UNIV CHONGQING 3



43

Université UNIV KUNMING SCIENCE a... 3

Université UNIV NANJING 3

Université UNIV NANKAI 3

Université UNIV SHANGHAI 3

Université UNIV TIANJIN 3

Entreprise BEIJING COMENS CHEMICA... 2

Chercheur BING ZHAO 2

Chercheur BOLIN GONG 2

Entreprise CHANGSHA SHANSHAN POWE... 2

Chercheur CHENGYUN YANG 2

Entreprise CHERY AUTOMOBILE CO LT... 2

Entreprise DONGGUAN MCNAIR TECHNO... 2

Entreprise DONGGUAN TIANQIU ELECT... 2

Entreprise GUANGZHOU GREAT POWER... 2

Entreprise GUANGZHOU RONGJIE MATE... 2

Entreprise HUNAN DENLI NEW MATERI... 2

Entreprise HUNAN RUIXIANG NEW MAT... 2

Entreprise JIANGSU SHUANGDENG GRO... 2

Chercheur JIANMIN DING 2

Institut de recherche NINGBO INST OF MATERIA... 2

Institut de recherche NO 18 RES INST OF CHIN... 2

Entreprise SHANGHAI DLG BATTERY C... 2

Entreprise SHENZHEN OPTIMUM BATTE... 2

Chercheur SHIDA GENG 2

Université UNIV ANHUI TECHNOLOGY... 2

Université UNIV FUDAN 2




44

Top 25 des auteurs Phosphate de Fer (monde) 2000-2010

Rang Auteurs Nombre de publications (total 1504)

Institutions (par ordre de nombre d'articles si supérieur à 2)

1 WANG, ZX 41


2 ZAGHIB, K 38

Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada / Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / CNRS, Dept Math Phys Planete & Univers, F-‐75015 Paris, France / Univ Montreal, Dept Chim, Montreal, PQ 3HC 3J7 Canada / Univ Texas, Austin, TX 78712 USA / Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Lab, Environm Energy Technol Div, Berkeley, CA 94720 USA / Phostech Lithium, Boucherville, PQ J4B 7K4 Canada /

3 TARASCON, JM

33 Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

4 JULIEN, CM 31


5 MAUGER, A 29




45

6 GENDRON, F 28


7 GABERSCEK, M

27


8 AHN, JH 26

Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea / Chonbuk Natl Univ, Dept Polymer Nano Sci & Technol, Jeonju 561756, South Korea/ Univ Wollongong, Inst Superconducting & Elect Mat, Wollongong, NSW 2522 Australia/ Andong Natl Univ, Dept Mat Engn, Andong 760749, Gyungbuk South Korea



11 JAMNIK, J 24


12 HUANG, XJ 23 Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China

13 SCROSATI, B 23 Univ Roma La Sapienza, Dept Chem, I-‐00185 Rome, Italy / Univ G DAnnunzio, Dept Pharmacol Sci, I-‐66013 Chieti, Italy



46

14 DOMINKO, R 22


15 WANG, GX 22

Univ Wollongong, Inst Superconducting & Elect Mat, Sch Mech Mat & Mechatron Engn, Wollongong, NSW 2500 Australia / Natl Taiwan Univ, Dept Chem, Taipei 106, Taiwan / Andong Natl Univ, Dept Mat Engn, Andong 760749, Gyungbuk South Korea

16 LIU, HK 20

Univ Wollongong, Inst Superconducting & Elect Mat, Sch Mech Mat & Mechatron Engn, Wollongong, NSW 2500 Australia / Natl Taiwan Univ, Dept Chem, Taipei 106, Taiwan / Andong Natl Univ, Dept Mat Engn, Andong 760749, Gyungbuk South Korea

17 WANG, L 20


18 YAMADA, A 20

Tokyo Inst Technol, Dept Elect Chem, Interdisciplinary Grad Sch Sci & Engn, Midori Ku, Yokohama, Kanagawa 2268502 Japan / Sony Corp, Mat Labs, Yokohama, Kanagawa 2400036 Japan / Univ Tokyo, Sch Engn, Dept Chem Syst Engn, Bunkyo Ku, Tokyo 1138656, Japan

19 MASQUELIER, C

19


20 TANG, ZL 19 Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China

21 ZHANG, ZT 19 Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China

22 ARMAND, M 18 Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Montreal, Dept Chem, Int Lab Electroact Mat, Montreal, PQ H3C 3J7 Canada / Inst Rech



47

Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada

23 KIM, JK 17 Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea

24 AHN, HJ 16 Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea

25 CEDER, G 16 MIT, Dept Mat Sci & Engn, Cambridge, MA 02139 USA


Top 25 des institutions signataires articles Phosphate de Fer 2000-2010

Rang Institution Adresse Nombre de publications

1 CHINESE ACAD SCI Chinese Acad Sci, Shanghai Inst Ceram, State Key Lab High Performance Ceram & Superfine, Shanghai 200050, Peoples R China

80

2 CENT S UNIV Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China

66

3 UNIV PARIS 06 Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France 38

4 INST RECH HYDRO QUEBEC Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada

36

5 UNIV CALIF BERKELEY Univ Calif Berkeley, Lawrence Berkeley Lab, Environm Energy Technol Div, Berkeley, CA 94720 USA

36

6 UNIV ROMA LA SAPIENZA Univ Roma La Sapienza, Dept Chem, I-‐00185 Rome, Italy

35

7 CHONNAM NATL UNIV Chonnam Natl Univ, Fac Appl Chem Engn, Kwangju 500757, South Korea

32

8 MIT MIT, Dept Mat Sci & Engn, Cambridge, MA 02139 USA

32



48

9 TOKYO INST TECHNOL Tokyo Inst Technol, Dept Elect Chem, Interdisciplinary Grad Sch Sci & Engn, Midori Ku, Yokohama, Kanagawa 2268502 Japan

32

10 GYEONGSANG NATL UNIV Gyeongsang Natl Univ, Dept Chem & Biol Engn, Jinju 660701, South Korea

29

11 NATL INST CHEM Natl Inst Chem, SI-‐1000 Ljubljana, Slovenia 29

12 TSING HUA UNIV Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China

29

13 UNIV WOLLONGONG Univ Wollongong, Inst Superconducting & Elect Mat, Sch Mech Mat & Mechatron Engn, Wollongong, NSW 2500 Australia

26

14 UNIV PICARDIE JULES VERNE

Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France

25

15 S CHINA UNIV TECHNOL S China Univ Technol, Coll Mat Sci & Engn, Guangzhou 510640, Guangdong Peoples R China

24

16 CNRS CNRS, Dept MPPU, F-‐75015 Paris, France 23

17 FUDAN UNIV Fudan Univ, Shanghai Key Lab Mol Catalysis & Innovat Mat, Inst New Energy, Dept Chem, Shanghai 200433, Peoples R China

22

18 ZHEJIANG UNIV Zhejiang Univ, State Key Lab Silicon Mat, Hangzhou 310027, Peoples R China

21

19 HANYANG UNIV Hanyang Univ, Dept WCU Energy Engn, Seoul 133791, South Korea

20

20 TIANJIN UNIV Tianjin Univ, Sch Chem Engn & Technol, Minist Educ, Key Lab Green Chem Technol, Tianjin 300072, Peoples R China

20

21 NATL TAIWAN UNIV Natl Taiwan Univ, Dept Chem, Taipei 106, Taiwan 18

22 UNIV PICARDIE Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

18



49

23 WUHAN UNIV Wuhan Univ, Dept Chem, Wuhan 430072, Peoples R China

18

24 NANKAI UNIV Nankai Univ, Minist Educ, Inst New Energy Mat Chem, Engn Res Ctr Energy Storage & Convers, Tianjin 300071, Peoples R China

17

25 DALHOUSIE UNIV Dalhousie Univ, Dept Phys & Atmospher Sci, Halifax, NS B3H 3J5 Canada

16


Les articles les plus cités 1991-2011

Titre Auteurs Source année de publication

Nbre de citations

1 Phospho-‐olivines as positive-‐electrode materials for rechargeable lithium batteries

Padhi, AK; Nanjundaswamy, KS; Goodenough, JB


1997 1465

2 Electronically conductive phospho-‐olivines as lithium storage electrodes

Chung, SY; Bloking, JT; Chiang, YM


3 Optimized LiFePO4 for lithium battery cathodes

Yamada, A; Chung, SC; Hinokuma, K


2001 660

4 Effect of structure on the Fe3+/Fe2+ redox couple in iron phosphates

Padhi, AK; Nanjundaswamy, KS; Masquelier, C; et al.


1997 385

5 Approaching theoretical capacity of LiFePO4 at room temperature at high rates

Huang, H; Yin, SC; Nazar, LF


2001 369

6 Nano-‐network electronic conduction in iron and nickel olivine phosphates

Herle, PS; Ellis, B; Coombs, N; et al.


7 Lithium extraction/insertion in LiFePO4: an X-‐ray diffraction and Mossbauer

Andersson, AS; Kalska, B; Haggstrom, L; et al.

SOLID STATE IONICS 2000 269



50

spectroscopy study

8 Electroactivity of natural and synthetic triphylite

Ravet, N; Chouinard, Y; Magnan, JF; et al.


2001 253

9 Hydrothermal synthesis of lithium iron phosphate cathodes

Yang, SF; Zavalij, PY; Whittingham, MS


2001 232

10 The source of first-‐cycle capacity loss in LiFePO4

Andersson, AS; Thomas, JO


2001 224

11 Lithium-‐ion intercalation into TiO2-‐B nanowires

Armstrong, AR; Armstrong, G; Canales, J; et al.

ADVANCED MATERIALS

2005 222

12 Reducing carbon in LiFePO4/C composite electrodes to maximize specific energy

Chen, ZH; Dahn, JR


2002 219

13 Li conductivity in LixMPO4 (M = Mn

Morgan, D; Van der Ven, A; Ceder, G


2002 199

14 A novel concept for the synthesis of an improved LiFePO4 lithium battery cathode

Croce, F; Epifanio, AD; Hassoun, J; et al.


2002 198

15 Improved electrochemical performance of a LiFePO4-‐based composite cathode

Prosini, PP; Zane, D; Pasquali, M

ELECTROCHIMICA ACTA

2001 188

16 Battery materials for ultrafast charging and discharging

Kang, B; Ceder, G NATURE 2009 183

17 Reactivity stability and electrochemical behavior of lithium iron phosphates

Yang SF, Song YN, Zavalij PY, Whittingham MS


2002 199

18 Fine-‐particle lithium iron phosphate LiFePO4 synthesized by a new low-‐cost aqueous precipitation technique

Arnold, G; Garche, J; Hemmer, R; et al.


2003 158



51

19 Determination of the chemical diffusion coefficient of lithium in LiFePO4

Prosini, PP; Lisi, M; Zane, D; et al.


20 Atomic-‐scale investigation of defects

Islam, MS; Driscoll, DJ; Fisher, CAJ; et al.

CHEMISTRY OF MATERIALS

2005 148

21 Comparison between different LiFePO4 synthesis routes and their influence on its physico-‐chemical properties

Franger, S; Le Cras, F; Bourbon, C; et al.


2003 144

22 Reaction behavior of LiFePO4 as a cathode material for rechargeable lithium batteries

Takahashi, M; Tobishima, S; Takei, K; et al.


23 Size effects on carbon-‐free LiFePO4 powders

Delacourt, C; Poizot, P; Levasseur, S; et al.


2006 139

24 The existence of a temperature-‐driven solid solution in LixFePO4 for 0 <= x <= 1

Delacourt, C; Poizot, P; Tarascon, JM; et al.


25 Thermal stability of LiFePO4-‐based cathodes

Andersson, AS; Thomas, JO; Kalska, B; et al.


2000 131




52

Les 20 premiers auteurs français Phosphate de Fer 2000-2010

Auteur Institutions Nbre d'articles

1 TARASCON, JM Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

33

2 JULIEN, CM


31

3 MAUGER, A


29

4 GENDRON, F


28

5 ZAGHIB, K

Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada / CNRS, Dept MPPU, F-‐75015 Paris, France / Univ Texas, Austin, TX 78712 USA / Univ Montreal, Dept Chim, Montreal, PQ 3HC 3J7 Canada /Phostech Lithium, Boucherville, PQ J4B 7K4 Canada

21

6 MASQUELIER, C


19



53

7 DELACOURT, C Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

15

8 LE CRAS, F CEA, LITEN, F-‐38054 Grenoble, France / Univ Bordeaux, ICMCB CNRS, IPB ENSCBP, F-‐33608 Pessac, France / Univ Bordeaux 1, CNRS, ICMCB, F-‐33608 Pessac, France

14

9 ARMAND, M Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France

13

10 CROGUENNEC, L Univ Bordeaux, ICMCB CNRS, IPB ENSCBP, F-‐33608 Pessac, France / CEA, LITEN, F-‐38054 Grenoble, France

11

11 DELMAS, C Univ Bordeaux, ICMCB CNRS, IPB ENSCBP, F-‐33608 Pessac, France / CEA, LITEN, F-‐38054 Grenoble, France / Fac Sci Monastir, UR Mat Inorgan, Monastir 5019, Tunisia

11

12 FRANGER, S

Univ Paris 11, CNRS, UMR 8182, Lab Phys Chim Etat Solide, ICMMO, F-‐91405 Orsay, France / Univ Cordoba, Dept Quim Inorgan & Ingn Quim, E-‐14071 Cordoba, Spain / Univ Malaga, Dept Quim Inorgan, E-‐29071 Malaga, Spain

11

13 GUYOMARD, D

Univ Nantes, CNRS, Inst Mat Jean Rouxel, F-‐44322 Nantes 3, France / CEA, Lab Composants Energie, F-‐38054 Grenoble, France / Tokyo Inst Technol, Dept Elect Chem, Interdisciplinary Grad Sch Sci & Engn, Midori Ku, Yokohama, Kanagawa 2268502 Japan

11

14 RECHAM, N Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France

11

15 MORCRETTE, M Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

10

16 AIT-‐SALAH, A

Univ Paris 06, IMPMC, F-‐75015 Paris, France / CNRS, Dept Math Phys Planete & Univers, F-‐75015 Paris, France / Univ Michigan, Dept Geol Sci, Nanosci & Surface Chem Lab, Ann Arbor, MI 48109 USA / Inst Rech Hydro Quebec, Varennes, PQ J3X 1S1 Canada

8

17 BAUDRIN, E Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

8

18 LAFFONT, L Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

8

19 DUPONT, L Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France

7



54

20 SAUVAGE, F Univ Picardie Jules Verne, CNRS UMR 6007, LRCS, F-‐80039 Amiens, France / Univ Picardie, Lab React & Chim Solides, CNRS, UMR 6007, F-‐80039 Amiens, France

7


Les 20 premiers auteurs chinois 2000-2010

Auteurs Nbre de publications (total 152)

Institution(s)

1 WANG, ZX

41




4 HUANG, XJ

23 Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China

5 TANG, ZL 19 Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China

6 ZHANG, ZT


7 WANG, L 18


8 CHEN, LQ 16 Chinese Acad Sci, Inst Phys, Renewable Energy Lab, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China

9 LI, H 15

Chinese Acad Sci, Inst Phys, Renewable Energy Lab, Beijing 100190, Peoples R China / Jiangxi Normal Univ, Dept Phys, Nanchang 330027, Peoples R China / Brookhaven Natl Lab, Dept Chem, Upton, NY 11973 USA



55

10 WU, L 15 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China

11 HU, GR 14 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China

12 PENG, ZD 14 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China

13 LI, LJ 13 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China

14 LU, JB 13 Tsing Hua Univ, Dept Mat Sci & Engn, State Key Lab New Ceram & Fine Proc, Beijing 100084, Peoples R China

15 TANG, ZY 13 Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China / Great Power Battery Co Ltd, Guangzhou 511483, Guangdong Peoples R China

16 LIU, H 12 Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Fudan Univ, Dept Chem, Shanghai 200433, Peoples R China

17 SHI, SQ 12

Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China / Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Zhejiang Sci Tech Univ, Dept Phys, Ctr Optoelect Mat & Devices, Hangzhou 310018, Zhejiang Peoples R China

18 ZHAO, XB 12

Zhejiang Sci Tech Univ, Dept Phys, Ctr Optoelect Mat & Devices, Hangzhou 310018, Zhejiang Peoples R China / Nanjing Univ Aeronaut & Astronaut, Coll Mat Sci & Technol, Nanjing 210016, Peoples R China

19 ZHENG, JC

12 Cent S Univ, Sch Met Sci & Engn, Changsha 410083, Hunan Peoples R China / Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China

20 OUYANG, CY

11

Jiangxi Univ Sci & Technol, Sch Mat & Chem Engn, Ganzhou 341000, Peoples R China / Chinese Acad Sci, Beijing Natl Lab Condensed Matter, Inst Phys, Beijing 100190, Peoples R China / Zhejiang Sci Tech Univ, Dept Phys, Ctr Optoelect Mat & Devices, Hangzhou 310018, Zhejiang Peoples R China




56

Annexes de la partie 2

Estimations MISTE

Estimations MISTE



57

Estimations MISTE

Documents

LA FILIERE DES BATTERIES LITHIUM ION DANS L’INDUSTRIE ......ETAT DE L’ART - AVRIL 2011 ETUDE REALISEE PAR LES AUDITEURS DU MASTERE SPECIALISE « INTELLIGENCE SCIENTIFIQUE, TECHNIQUE