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Dec 28, 2023

Pénurie de batteries EV : le marché se réchauffe

Alors que le monde passe à la vitesse supérieure dans sa transition vers les véhicules électriques, le

Alors que le monde change passe à la vitesse supérieure dans sa transition vers les véhicules électriques, la demande de batteries a explosé sur les principaux marchés automobiles en Europe et aux États-Unis. Les fabricants d'automobiles et de batteries sont confrontés à une période d'incertitude difficile dans la chaîne d'approvisionnement des batteries, et beaucoup se tournent vers la construction de leurs propres giga-usines de batteries ou forment des coentreprises pour faire face à la pénurie d'approvisionnement.

La demande devrait augmenter d'environ 30 %, avoisinant les 4 500 gigawattheures (GWh) par an dans le monde d'ici 2030, et la chaîne de valeur des batteries devrait être multipliée par dix entre 2020 et 2030 pour atteindre un chiffre d'affaires annuel aussi élevé. 410 milliards de dollars.1 Nicolò Campagnol, Alexander Pfeiffer et Christer Tryggestad, "Capturing the battery value-chain opportunity", McKinsey, 7 janvier 2022. En 2030, 40 % de la demande de batteries lithium-ion devrait provenir de la Chine ( Pièce 1). Les prévisions indiquent une répartition égale entre les deux chimies les plus courantes : le phosphate de fer au lithium (LFP) et l'oxyde de lithium nickel manganèse cobalt (NMC). Environ 90 % de la demande proviendra des applications de mobilité, et surtout des véhicules électriques (VE). Dans l'ensemble, la croissance a catalysé un niveau d'investissement sans précédent que les fabricants de batteries doivent obtenir pour rester compétitifs tandis que d'autres industries recherchent les mêmes ressources rares.

Cette vitesse de mise à l'échelle des nouvelles technologies entraîne des défis notables : pénuries de main-d'œuvre et de matériaux, retards dans la construction de giga-usines pour produire des batteries à grande échelle et concurrence pour les ressources dans la chaîne d'approvisionnement, entre autres. En fait, la chaîne d'approvisionnement des batteries risque d'être confrontée à une situation similaire à la pénurie actuelle de puces semi-conductrices, où la croissance de la demande a dépassé les investissements en capital dans la nouvelle offre. De plus, les facteurs environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) joueront un rôle plus important, soulevant un autre ensemble de problèmes auxquels les entreprises doivent répondre.

La situation est difficile et inédite. Pourtant, il présente d'importantes opportunités de croissance tout au long de la chaîne de valeur pour ceux qui choisissent de résoudre les problèmes actuels et d'accélérer leur entrée sur le marché des batteries pour véhicules électriques. Ces acteurs sont de trois types principaux : les fabricants de batteries historiques qui étendent leurs activités, les équipementiers automobiles qui entrent dans l'espace pour soutenir leurs ambitions en matière de véhicules électriques et les nouveaux entrants plus petits utilisant des technologies perturbatrices.

Cet article se concentre sur trois mesures clés pour prévenir ou répondre aux pénuries de batteries de véhicules électriques : l'industrialisation et la mise à l'échelle des gigafactories, les stratégies pour trouver et retenir les talents, et la mise en place d'une chaîne d'approvisionnement robuste et efficace.

La plupart des équipementiers et des fabricants de batteries ont construit ou prévoient de construire des gigafactories pour produire des batteries lithium-ion à grande échelle, soit indépendamment, soit par le biais de coentreprises, mais le développement de gigafactories est un défi. Même les fabricants de batteries les plus expérimentés sont souvent confrontés à des retards de démarrage de production de neuf mois ou plus. Cela a un effet significatif sur l'économie d'un projet. Par exemple, chaque jour de production perdue pour une installation de 50 GWh a un impact immédiat sur les coûts d'environ 4 millions de dollars. Une perte de production d'un mois peut réduire les bénéfices d'environ 120 millions de dollars, réduisant la marge annuelle de la première année de 2,5 points de pourcentage, soit un impact de 220 dollars par véhicule.2Russell Hensley, Kevin Laczkowski, Timo Möller et Dennis Schwedhelm, "Can the automotive industry évoluer assez vite ? » McKinsey, 12 mai 2022.

Une fois les installations mises en ligne, les rendements de la première année ne représentent souvent qu'environ 60 % de la capacité nominale, les pertes étant réparties équitablement entre les pertes de rendement plus élevées que prévu et les temps d'arrêt des machines. Les problèmes de qualité lors de la fabrication des batteries présentent également un défi en termes de réputation et de financement ; par exemple, le rappel de batteries pour 100 000 véhicules pourrait transformer un bénéfice de 5 % en une perte nette de plus de 150 %, en raison des ventes perdues et des coûts de remboursement.

Les meilleures pratiques pour relever ces défis se concentrent sur trois éléments essentiels : la conception de l'usine, l'optimisation du calendrier de construction et les structures de gouvernance et de gestion des performances.

Pour intégrer la flexibilité, les entreprises pourraient envisager des conceptions d'usine aussi modulaires que possible, y compris des composants d'usine complexes préfabriqués. Les entreprises pourraient également ajuster la conception standard de l'usine conformément aux normes de conception des usines de batteries locales et optimiser l'espace (tel que le volume de la salle blanche) et le coût.

L'agencement de l'usine basé sur un flux de processus simple, combiné à une réduction importante du transport de matériaux, pourrait encore réduire les dépenses d'exploitation et le temps de production. Reconsidérer les différents processus de production non pas comme des zones distinctes mais comme des pièces qui s'emboîtent parfaitement pourrait également contribuer à améliorer l'efficacité de la conception. Laisser suffisamment d'espace pour une capacité supplémentaire éviterait une refonte complète de l'usine.

Une fois la conception finalisée, un calendrier de construction robuste et entièrement optimisé doit être élaboré pour que l'usine soit construite sans retards ni dépenses supplémentaires. Un rôle fondamental de l'équipe de construction ou de livraison de projet est d'éviter d'entraver les chemins critiques de la production d'équipements; par rapport aux environnements de fabrication conventionnels, les équipements de production de batteries sont beaucoup plus complexes à livrer et à mettre en place. La demande de main-d'œuvre pourrait être prévue par étape de projet par rapport à l'offre locale pour prévoir les pénuries et ajuster le calendrier en conséquence, limitant ainsi le degré et l'impact de la réduction de l'offre de main-d'œuvre. Un logiciel de planification de pointe et basé sur l'IA pourrait aider à déterminer les chemins optimaux, tels que la capacité d'équilibrage de charge des différents métiers sur le chantier de construction, et pourrait planifier des mises à jour dès que de nouvelles informations deviennent disponibles.

La coordination entre les ingénieurs concepteurs d'usine et les travailleurs de la construction de base, en utilisant un jumeau numérique intégré de l'usine pour soutenir l'idéation et l'action, est la clé d'une planification de construction efficace. Les longueurs de chemin critique pourraient être réduites en exécutant autant d'étapes de construction en parallèle que possible, tandis que les outils de construction numériques et allégés pourraient être exploités pour améliorer la productivité des travailleurs inexpérimentés.

Des procédures de gouvernance détaillées et une gestion de la performance sont essentielles à la réussite de la construction et au respect des dates de début de production prévues. Les entreprises pourraient créer les systèmes de gestion des capacités et des performances nécessaires, tels que des KPI de taux de mise au rebut, au siège social et au niveau local. Ils pourraient également envisager de travailler avec des sociétés d'ingénierie ou de conception pour mettre en place des centres de compétences afin de garantir que la main-d'œuvre est utilisée efficacement avec tous les systèmes d'ingénierie, d'approvisionnement et de gestion de la construction (EPCM) disponibles. Par la suite, un modèle de coordination entre l'établissement local, le siège social et le centre de compétence pourrait être établi pour assurer une communication en boucle fermée et une synchronisation entre les intervenants.

Tous les employés devraient être formés le plus tôt possible, en s'appuyant sur les experts de l'entreprise et de l'industrie. La présence de dirigeants peut éviter les goulots d'étranglement dans la prise de décision. Des principes tels que la propriété et la flexibilité de pivoter sur les décisions peuvent fournir la base de la formation et de la culture d'entreprise.

Un projet de giga-usine réussi a besoin d'une main-d'œuvre hautement compétente et productive, à la fois pendant la construction et lors de l'exploitation ultérieure de l'usine. L'une des pratiques les plus importantes ici consiste à faire du marché du travail local un facteur clé dans la sélection du site afin d'assurer une offre suffisante des ensembles de compétences nécessaires par rapport à l'activité industrielle dans la région. Les facteurs de décision pourraient inclure la main-d'œuvre disponible dans la construction et l'exploitation, l'attrait de la région dans un rayon de navettage raisonnable et les bassins de main-d'œuvre régionaux qui pourraient être exploités, par exemple, pour les métiers dont la capacité locale est limitée. Une autre pratique exemplaire consiste à investir dans l'infrastructure locale pour faciliter une base d'approvisionnement localisée en composants cellulaires.

Les entreprises pourraient envisager d'offrir une formation aux superviseurs locaux dans les installations existantes pour transférer les meilleures pratiques et gérer les différences culturelles. Ils peuvent également avoir besoin de regarder au-delà du marché du travail local pour répondre à la demande de techniciens et de spécialistes techniques des batteries.

Pour éviter les retards et les dépassements de coûts, les entreprises doivent envisager de s'approvisionner, en particulier les équipements de fabrication de batteries et les matières premières, pendant les opérations de construction et de production. Tous les aspects de la chaîne de valeur des batteries devraient croître rapidement jusqu'en 2030, la production de cellules et l'extraction de matériaux étant les marchés les plus importants (Figure 2). Cette croissance créera probablement des défis permanents au niveau de la chaîne d'approvisionnement.

Pour les équipements spécifiques aux batteries, des délais d'un an et demi entre la commande et la mise en service sont courants en raison de la croissance rapide de la construction de giga-usines. En fait, certains équipementiers commencent maintenant à sécuriser les équipements critiques pour la construction prévue pour 2025.

Pour les équipements spécifiques aux batteries, des délais d'un an et demi entre la commande et la mise en service sont courants en raison de la croissance rapide de la construction de giga-usines.

Pour sécuriser l'approvisionnement en équipements de fabrication de batteries, les entreprises peuvent choisir entre quatre approches. Le scénario idéal consiste à sécuriser l'approvisionnement auprès de fournisseurs d'équipements disposant d'une expertise existante en matière de batteries ; la meilleure option suivante serait de trouver ceux qui ont une expertise similaire. Quelques équipementiers pourraient également tirer parti de leur propre expertise en équipement d'autres industries pour révolutionner la production d'équipements de fabrication de batteries ou, dans le scénario le plus perturbateur, repenser le processus de fabrication des cellules grâce à l'innovation technologique.

Développer une stratégie solide d'approvisionnement en matières premières peut aider les entreprises à contrôler les coûts et à sécuriser la montée en puissance de l'usine. Les matières premières proviennent soit de métaux nouvellement extraits et raffinés, soit de batteries recyclées en fin de vie ou de rebuts de production.

Les matériaux nouvellement extraits présentent des défis. Ils devraient représenter la grande majorité de l'offre totale jusqu'en 2030, de sorte que les fabricants de batteries dépendent fortement des prix des matières premières. Et les récentes perturbations de la chaîne d'approvisionnement ont considérablement augmenté le prix des matériaux clés de plus de 20 %, ce qui a entraîné une augmentation des coûts des batteries lithium-ion en 2021, la première fois depuis de nombreuses années.

À plus long terme, les contraintes géopolitiques et de main-d'œuvre limiteront probablement l'approvisionnement en matériaux. Par exemple, alors que le lithium est largement abondant, environ 70 % de la production mondiale actuelle se trouve en Australie et au Chili, ces pays ont donc un impact démesuré sur l'offre. de nouvelles technologies de production pourraient alimenter la révolution mondiale des véhicules électriques », McKinsey, 12 avril 2022. De même, la majorité de la production mondiale de cobalt se trouve en République démocratique du Congo, où son extraction a été une source de controverse.

De nouvelles pressions à la hausse sur les prix des matières premières proviendront probablement d'augmentations importantes de la demande. Par exemple, la demande de lithium de l'industrie des batteries devrait croître à un taux de croissance annuel composé de 25 % de 2020 à 2030, tandis que la demande de nickel pourrait se multiplier à mesure que la demande de batteries se déplacera vers les produits riches en nickel.4Marcelo Azevedo, Magdalena Baczyńska, Ken Hoffman et Aleksandra Krauze, "L'extraction du lithium : comment les nouvelles technologies de production pourraient alimenter la révolution mondiale des véhicules électriques", McKinsey, 12 avril 2022.

Au moment d'écrire ces lignes, le nickel semble être le plus exposé aux pénuries, causées par la concurrence d'autres industries et les longs délais d'approvisionnement pour de nouvelles sources. Environ 65 % de la demande de nickel de classe 1 (contenant un minimum de 99,8 % de nickel) provient d'autres industries, en particulier de l'acier inoxydable. Ces industries devraient continuer à représenter un pourcentage élevé de la demande mondiale de nickel de classe 1 en 2030.5 "Le défi des matières premières : comment le secteur des métaux et des mines sera au cœur de la transition énergétique", McKinsey, 10 janvier , 2022.

Renforcement de l'approvisionnement en matières premières. A court terme, les fabricants de batteries pourraient envisager de signer des contrats d'approvisionnement pluriannuels avec les sociétés minières pour limiter l'effet des fluctuations de prix. À plus long terme, à mesure que de plus en plus de batteries arrivent en fin de vie, le recyclage des batteries pourrait fournir des matériaux provenant à la fois des batteries des fabricants et d'autres sources. Les fabricants pourraient inclure un accord de recyclage dans la vente de la batterie d'origine, ce qui élargirait encore l'offre potentielle. Les grands fabricants pourraient également envisager d'investir directement dans l'extraction et le raffinage des matières premières pour sécuriser l'approvisionnement et s'exposer au pool de valeur en croissance rapide des matériaux.

Localisation de la chaîne d'approvisionnement. Alors que des investissements importants dans la chaîne de valeur des batteries sont attendus à l'échelle mondiale, il existe une tendance croissante à localiser la fabrication de batteries à proximité des installations de fabrication de VE. Cela dit, la chaîne d'approvisionnement pour la fabrication de batteries n'a pas encore fusionné autour de cette tendance.

Par exemple, plus de 70 % des principaux fournisseurs d'équipements, à la fois pour les équipements de revêtement et d'assemblage de cellules générales, sont basés en Asie, le reste étant réparti à parts égales entre l'Amérique du Nord et l'Europe.6 "Libérer l'opportunité de croissance dans les équipements de fabrication de batteries." McKinsey, 3 mai 2022. Par conséquent, les entreprises d'Amérique du Nord et d'Europe devront peut-être envisager de développer de solides relations d'approvisionnement internationales.

De même, le raffinage des matières premières pour batteries a lieu principalement en Asie, avec potentiellement moins de perspectives de localisation que la fabrication de batteries et d'équipements. Étant donné que les matières premières non raffinées ont généralement des fractions inférieures du matériau cible, les installations de raffinage sont préférentiellement basées à proximité des sources de matières premières, plutôt que de leurs marchés finaux. Une autre complication est que le raffinage des métaux est un processus énergivore, ce qui fait de la compétitivité des coûts énergétiques un autre facteur critique lors du choix des emplacements des raffineries.

Acheter des batteries auprès d'autres fournisseurs. Les défis décrits ci-dessus, ainsi que le coût en capital élevé des gigafactories, laissent certains acteurs du VE acheter des batteries auprès de grands fournisseurs plutôt que d'investir dans leurs propres gigafactories. Il s'agit souvent d'une décision tactiquement défendable pour les petits acteurs qui ne prévoient qu'une entrée limitée dans l'espace des véhicules électriques, ainsi que pour les entreprises souhaitant conserver une flexibilité stratégique. Par exemple, les start-ups peuvent ne pas disposer des actifs nécessaires pour construire une giga-usine ou du temps nécessaire pour attendre la fin de la construction.

Les grandes entreprises entrant dans les sous-secteurs les plus naissants des marchés des véhicules électriques, tels que les camions ou les bus électriques, peuvent envisager d'acheter des batteries en raison de la faible demande attendue pour ces applications spécialisées dans un avenir prévisible. Et les entreprises qui préfèrent être des suiveurs rapides peuvent choisir d'acheter des batteries dans un premier temps pour savoir quelles technologies deviendront dominantes et pour déterminer leurs besoins anticipés en batteries avant de faire d'importants investissements en capital.

À mesure que l'industrie se développe et mûrit, le recyclage et la réutilisation des batteries deviendront vitaux pour la chaîne d'approvisionnement et la responsabilité ESG. Trois voies potentielles de fin de vie ont émergé pour relever ce défi, chacune avec une étape de traitement différente. La solution la plus simple sur le plan conceptuel est probablement la réparation des batteries à utiliser dans les véhicules électriques, ce qui prolonge leur durée de vie. Une deuxième option, la réutilisation des batteries dans d'autres applications de seconde vie (telles que le stockage sur réseau), pourrait offrir des avantages significatifs à la fois aux services publics et aux utilisateurs d'électricité. Enfin, l'utilisation de matériaux de batteries recyclés comme intrants pour la fabrication de nouvelles batteries atténuerait les pressions de la demande sur les principaux produits de base et réduirait l'empreinte des ressources des batteries.

La transition vers les véhicules électriques entraîne une accélération rapide de la fabrication de batteries, ouvrant d'importantes opportunités de croissance tout au long de la chaîne de valeur. Cependant, saisir cette opportunité nécessitera d'importants investissements et créera un risque pour le cœur de métier des fabricants. Les acteurs de l'industrie des batteries et de l'automobile qui agissent dans trois domaines clés peuvent saisir l'occasion d'augmenter leurs revenus et leur rentabilité tout en répondant à la demande des propriétaires de véhicules pour les véhicules électriques.