Une étude révèle les facteurs clés de la longévité des batteries lithium-ion

Alors que les véhicules électriques, les smartphones et autres appareils exigent une autonomie de batterie plus longue, la longévité des cycles des batteries au lithium est devenue une préoccupation majeure pour les consommateurs. Derrière les affirmations marketing comme « 3 000 cycles de charge » se cache une réalité technique complexe. Cet article examine les facteurs qui affectent la durée de vie des batteries au lithium et comment optimiser leurs performances.

Une idée fausse courante interprète « 3 000 cycles » comme signifiant que la batterie peut être chargée 3 000 fois. En réalité, cela fait référence à des cycles de charge-décharge complets. Un cycle complet se produit lorsqu'une batterie passe de complètement chargée à complètement déchargée, puis de nouveau à complètement chargée. Utiliser seulement la moitié de la capacité de la batterie chaque jour avant de la recharger nécessiterait deux sessions de charge pour compter comme un cycle complet.

Par exemple, si une batterie au lithium utilise 50 % de sa capacité par jour, deux sessions de charge constitueraient un cycle complet. Par conséquent, plusieurs charges peuvent être nécessaires pour compléter un seul cycle.

Chaque cycle complet réduit légèrement la capacité de la batterie. Cette dégradation naturelle ne peut être évitée, bien que les batteries de haute qualité conservent généralement plus de 80 % de leur capacité d'origine après des milliers de cycles. Cela explique pourquoi de nombreux appareils alimentés par batterie au lithium restent fonctionnels après des années d'utilisation. Finalement, le remplacement de la batterie devient nécessaire.

Les fabricants mesurent généralement la durée de vie du cycle à des profondeurs de décharge (DOD) constantes. Par exemple, à 80 % de DOD, une batterie peut effectuer environ 3 750 charges partielles pour atteindre 3 000 cycles complets. L'utilisation réelle avec des schémas de décharge variables fait de l'affirmation « 3 000 cycles » une référence plutôt qu'une garantie.

La durée de vie des batteries au lithium est corrélée aux cycles de charge complétés plutôt qu'aux simples comptages de charge. Les décharges profondes sollicitent davantage les batteries que les décharges peu profondes. Le maintien de niveaux de charge intermédiaires prolonge généralement la durée de vie de la batterie.

À titre d'illustration, une batterie au phosphate de fer et de lithium (LiFePO4) de capacité Q dure généralement 2 000 à 3 000 cycles, ce qui signifie qu'elle peut fournir une énergie totale de 2 000 Q à 3 000 Q au cours de sa durée de vie. L'utilisation de la moitié de la capacité par cycle permet 4 000 à 6 000 charges ; l'utilisation d'un tiers de la capacité permet 6 000 à 9 000 charges. La production totale d'énergie reste constante, quels que soient les schémas de charge.

La température a un impact significatif sur la longévité des batteries au lithium. Les températures élevées accélèrent les réactions chimiques internes, entraînant une perte de capacité plus rapide. Une exposition prolongée au-dessus de 30 °C ou des tensions de cellule dépassant 4,10 V accélère le vieillissement. Une exposition continue à haute température tout en étant complètement chargée est plus dommageable que des cycles de charge fréquents.

L'utilisation de batteries lithium-ion au-dessus de 35 °C entraîne une réduction progressive de la puissance et une autonomie plus courte. La charge dans de telles conditions cause encore plus de dommages. Même le stockage à haute température endommage les batteries. Le maintien de températures de fonctionnement normales optimise la durée de vie.

Inversement, les températures inférieures à 4 °C réduisent également la durée de vie de la batterie. Certaines anciennes batteries de téléphone ne pouvaient pas se charger par temps froid. Contrairement aux dommages causés par la chaleur, les effets du froid sont souvent réversibles lorsque les températures reviennent à la normale.

Les batteries au lithium spécialisées peuvent fonctionner dans des plages de température plus larges, bien qu'à un coût généralement plus élevé.

Les batteries lithium-ion dominent l'électronique portable et les véhicules électriques en raison de leur haute densité d'énergie, de leurs performances de puissance et de leur durée de vie relativement longue. Pour maximiser la durée de vie :

• Évitez la charge/décharge à courant élevé : La minimisation des impulsions de courant élevé réduit le stress de la batterie.
• Maintenez des températures optimales : La plage de fonctionnement idéale est de 22 à 25 °C.
• Adoptez des habitudes de charge partielle : Les cycles de charge-décharge peu profonds surpassent les cycles à profondeur totale.

Grâce à une gestion attentive et à des schémas d'utilisation optimisés, les utilisateurs peuvent prolonger considérablement la durée de vie des batteries au lithium, réduisant ainsi la fréquence de remplacement et l'impact environnemental.