La technologie des piles au lithium remonte aux années 1970, lorsque les premières avancées ont jeté les bases des piles rechargeables.1 . La première batterie lithium-ion (LiB) commerciale n'est apparue qu'en 1991, lorsque Sony l'a lancée pour les appareils électroniques portables2 . La croissance à l'échelle industrielle est venue beaucoup plus tard, s'accélérant au milieu et à la fin des années 2000, lorsque les véhicules électriques (VE) et le stockage d'énergie ont commencé à prendre leur essor. C'est également à cette époque que la logistique des LiB a commencé à se développer de manière plus industrielle.
« Au milieu des années 2010, le principal défi en matière d'emballage consistait à rester conforme à la réglementation des Nations Unies sur les marchandises dangereuses (UNDG) et à garantir que les expéditions puissent circuler en toute sécurité sur des itinéraires internationaux complexes », a déclaré Amaury Fruchaud, directeur mondial du segment LiB chez Nefab Group. « Les solutions d'emballage étaient conçues pour être robustes, privilégiant la sécurité et la conformité plutôt que la rentabilité, l'automatisation ou la durabilité. »
Quels sont les facteurs qui influencent aujourd'hui les décisions en matière d'emballage des batteries lithium-ion ?
Si vous achetez aujourd'hui des emballages pour batteries lithium-ion, vous évoluez dans un monde différent de celui d'il y a cinq ou dix ans.
Les volumes de batteries augmentent rapidement, sous l'effet de la croissance exponentielle des véhicules électriques et du stockage d'énergie3 . Parallèlement, la production est de plus en plus automatisée et les exigences en matière de durabilité sont de plus en plus strictes.
Pour les équipes chargées des achats et de la chaîne d'approvisionnement, l'accent a été mis non plus sur la protection de base, mais sur la précision, la durabilité et l'efficacité du cycle de vie.
Plusieurs tendances claires influencent les décisions en matière d'emballage :
- L'automatisation devient la norme
De plus en plus d'usines de batteries s'orientent vers la manutention automatisée4 , ce qui signifie que l'emballage doit être cohérent. Si les plateaux se déforment, s'écartent des tolérances dimensionnelles définies ou ne s'empilent pas correctement, cela peut perturber une ligne ou ralentir le flux de matériaux. - Durabilité et circularité
Les exigences en matière de durabilité deviennent de plus en plus strictes à travers le monde. Les choix d'emballage sont de plus en plus évalués en fonction de leur recyclabilité, de leur réutilisabilité et de leur impact global sur l'environnement.5 . - Croissance rapide du volume
La production de batteries augmente souvent plus rapidement que prévu. Les choix d'emballage effectués dès le début peuvent soit soutenir cette croissance, soit entraîner des modifications coûteuses par la suite.
La production de batteries lithium-ion est de plus en plus automatisée.
Solutions précoces : plateaux en mousse
Au départ, les modules de batterie et les expéditions de cellules reposaient largement sur des plateaux en mousse de polyéthylène expansé (EPE). Ces plateaux étaient peu coûteux à mouler, légers et offraient une protection efficace aux composants sensibles des batteries.
Cependant, à mesure que la production de batteries augmentait, les inconvénients de la mousse sont devenus plus difficiles à ignorer. Au fil du temps, de nombreuses entreprises ont rencontré des problèmes :
- Les plateaux ont perdu leur forme et se sont déformés.
- Ils ne résistent pas toujours bien et ont tendance à se dégrader après plusieurs cycles de réutilisation.
- Les grandes variations dimensionnelles ont rendu la manipulation automatisée plus difficile.
- Le recyclage s'est avéré difficile, irrégulier et dépendant des systèmes locaux de gestion des déchets.
Ce qui fonctionnait bien à faible volume devenait souvent un obstacle à grande échelle.
Les plateaux automatisés Nefab, fabriqués à partir de matériaux de haute qualité, sont durables et conservent leur intégrité même après une utilisation répétée.
Le passage aux emballages en plastique technique
Avec l'augmentation des volumes de production et la généralisation de l'automatisation dans les usines de batteries, les emballages devaient désormais remplir d'autres fonctions que la simple protection des pièces pendant le transport. L'accent a été mis sur des solutions capables de conserver leur forme, de durer plus longtemps dans les cycles de réutilisation et de continuer à fonctionner de manière fiable, voyage après voyage.
C'est pourquoi de plus en plus d'entreprises se sont tournées vers les emballages en plastique rigide, en particulier les solutions thermoformées et moulées par injection.
Plateaux en plastique thermoformé : une étape transitoire
Le thermoformage est un procédé qui consiste à chauffer une feuille de plastique et à lui donner une forme, par exemple celle d'un plateau. Pour les entreprises, il s'agit d'une option intéressante car :
- Meilleure tenue que la mousse, ce qui favorise la réutilisation
- Généralement assorti de délais de livraison plus courts par rapport à des outils plus complexes.
- Réduit l'utilisation de matériaux grâce à son contenu recyclé et à sa recyclabilité. Souvent, le matériau peut être broyé à nouveau... à la fin de sa durée de vie pour produire de nouveaux plateaux (dans le cadre des « systèmes de reprise »6 »)
Cela dit, les barquettes thermoformées présentent encore des inconvénients. Comparées aux modèles moulés par injection, elles sont généralement moins précises et offrent moins d'options de conception. Selon la configuration, le thermoformage peut également être plus manuel et offrir un rendement inférieur à celui des processus de moulage à grande vitesse.
Par conséquent, le thermoformage convient souvent aux programmes de volume moyen ou comme solution transitoire pendant la montée en puissance de la production.
Le thermoformage (également appelé formage sous vide) désigne le processus consistant à chauffer une feuille de plastique. Une feuille de plastique est chauffée jusqu'à ce qu'elle devienne souple, puis mise en forme à l'aide d'un moule par aspiration. Une fois refroidie, l'excédent de plastique est découpé pour obtenir la pièce finale.
Emballages moulés par injection : conçus pour la production à grande échelle et l'automatisation
Pour la production à grande échelle de batteries lithium-ion, les emballages en plastique moulés par injection sont devenus la solution incontournable.
Le moulage par injection permet de produire des plateaux hautement précis et durables qui conservent leur forme et offrent des performances constantes. Il s'agit là d'exigences essentielles pour l'automatisation et les opérations à haut débit, où même de légères variations peuvent ralentir le processus.
Du point de vue du fabricant, les avantages sont évidents :
- Tolérances dimensionnelles strictes qui permettent une manipulation automatisée
- Haute durabilité sur plusieurs cycles de réutilisation
- Plus grande flexibilité de conception, y compris pour les formes et les caractéristiques complexes
- Facile à nettoyer, ce qui le rend parfaitement adapté à la logistique en circuit fermé7
Le principal inconvénient réside dans les coûts initiaux plus élevés. Cependant, lorsqu'on les évalue sous l'angle du coût total de possession, les solutions moulées par injection offrent souvent un excellent retour sur investissement dans les environnements à haut volume, car elles réduisent les dommages, les temps d'arrêt et la variabilité opérationnelle.
À ce stade, la décision dépend moins du coût unitaire que de la fiabilité et de l'efficacité à long terme.
Pourquoi le choix de l'emballage devient une décision stratégique
« Il n'existe pas de solution d'emballage « idéale » pour tous les envois de batteries lithium-ion. La solution adéquate dépend de l'état actuel de la production et de la rapidité avec laquelle elle doit évoluer », explique Amaury. « Les programmes en phase initiale privilégient souvent la flexibilité et un faible investissement initial, tandis que les opérations à plus grande échelle ont tendance à se concentrer davantage sur la durabilité, la répétabilité pour l'automatisation et l'efficacité logistique. »
Une bonne stratégie d'emballage réduit les risques dès le départ, facilite le bon déroulement des opérations au quotidien et évite des modifications coûteuses à l'avenir.
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