Facteurs influençant le vieillissement des batteries lithium-ion
Les principaux facteurs influençant le vieillissement des batteries lithium-ion sont :
Le nombre de cycles (charge/décharge)
C'est le facteur le plus couramment utilisé pour choisir une batterie, car il permet d'estimer le retour sur investissement lié à l'utilisation d'un véhicule électrique. Pendant la charge et la décharge, les ions lithium s'insèrent et se déplacent à partir des matériaux actifs (voir TechLetter « Histoire et avenir des batteries »). Les matériaux actifs se gonflent lorsque les ions s'insèrent et se dégonflent lors du phénomène inverse, ce qui endommage progressivement la structure électrochimique de la cellule.
Charge rapide
Les batteries lithium-ion peuvent généralement être rechargées en 5 heures sans aucun problème, voire en 2 heures pour certaines compositions chimiques. Une recharge plus rapide réduit généralement la durée de vie de la batterie. La vitesse de recharge varie en fonction de chaque cellule électrochimique. Selon la vitesse de recharge, la durée de vie de la batterie peut être divisée par 10 ou plus en cas de recharge inappropriée (voir le livre blanc de Madeleine Eckera, Pouyan Shafiei Sabet et Dirk Uwe Sauer). WATTALPS a vérifié lors de ses tests de vieillissement que la charge rapide réduisait la durée de vie de 15 à 30 % pour ses cellules « longue durée », tandis qu'elle la divisait par 7 pour ses cellules « haute énergie ». Lors d'une charge rapide, les ions lithium s'insèrent dans le matériau actif avec beaucoup plus d'énergie, causant plus de dommages que lors d'un processus de charge lente. Dans certains cas, la charge rapide peut également entraîner un dépôt de lithium à la surface de l'électrode négative.
Température
Souvent oubliée, la température est l'un des facteurs qui influencent le plus la durée de vie des batteries lithium-ion. Une utilisation à haute température accélère le vieillissement, en raison d'une augmentation de la cinétique des réactions parasites (loi d'Arrhenius). Une utilisation à basse température, et en particulier la charge, endommage également rapidement la structure de la plupart des batteries lithium-ion (voir le livre blanc de Madelein Eckera cité ci-dessus). De nombreuses études montrent que le vieillissement d'une batterie est divisé par 2 à 3 entre une utilisation à 25 °C et la même utilisation à 45 °C (par exemple : Elsevier – Transportation Research Part B 103 (2017) 158–187 ou la thèse de doctorat d'Arnaud Devie http://www.theses.fr/2012LYO10231 ).
Vieillissement de la batterie du calendrier en fonction de la température
Calendrier de vieillissement de la batterie par rapport à la température
État de charge
Le temps passé par la batterie dans des états de charge extrêmes (charge maximale ou décharge profonde) a une grande influence sur sa durée de vie. Il est conseillé aux utilisateurs d'éviter les charges complètes ou les décharges complètes afin d'augmenter la durée de vie de la batterie.
Facteurs importants pour garantir une longue durée de vie aux batteries lithium-ion
Tests de vieillissement
Chaque cellule lithium-ion réagit différemment aux facteurs énumérés ci-dessus. Il est donc nécessaire de réaliser des tests de vieillissement proches de l'application afin d'estimer la durée de vie de votre batterie. WATTALPS teste ses batteries selon 9 scénarios de cyclage et 8 scénarios de vieillissement calendaire (état de charge, température) afin d'estimer la durée de vie de ses batteries en fonction de l'utilisation du client.
Maintenez la batterie dans la plage de fonctionnement appropriée.
Si la batterie est utilisée à haute température (35 °C ou plus) ou à basse température (5 °C ou moins), il peut être nécessaire d'ajouter un système de conditionnement thermique afin d'augmenter sa durée de vie. Grâce à leur système de conditionnement thermique innovant, les batteries WATTALPS peuvent s'adapter à un grand nombre d'applications.
Il est également important de respecter toutes les exigences d'utilisation du fabricant de cellules afin de maintenir la batterie dans sa plage de fonctionnement optimale en termes de courant, de tension et de température. L'électronique WATTALPS surveille en permanence et communique à l'application les valeurs de fonctionnement autorisées. Elle est équipée de 3 niveaux d'alarme programmables pour répondre à tous les besoins.
Fin de vie
Il est généralement admis que les batteries lithium-ion arrivent en fin de vie lorsqu'elles ont perdu 20 à 25 % de leur capacité initiale. Pour certaines applications, une perte de capacité plus importante peut être acceptable. Certaines cellules de référence peuvent être utilisées jusqu'à ce qu'elles aient perdu 40 % de leur capacité. Au-delà de la limite fixée par le fabricant, la capacité peut chuter très rapidement et l'utilisation peut devenir dangereuse dans certains cas.
Si vous souhaitez obtenir plus d'informations sur le vieillissement des batteries au lithium, vous pouvez consulter le lien ci-dessous qui renvoie vers un article simple et intéressant sur le vieillissement des batteries. Cet article présente les résultats d'une étude sur le vieillissement réalisée sur plus de 6 000 voitures électriques en conditions réelles d'utilisation.
https://www.geotab.com/blog/ev-battery-health/
