1. Qu'est-ce que l'hystérésis de tension ?
L'hystérésis de tension désigne le phénomène par lequel les courbes d'évolution du potentiel des électrodes en fonction de la capacité ne coïncident pas lors des cycles de charge et de décharge, formant ainsi une boucle d'hystérésis. Cette hystérésis entraîne une dissipation d'énergie et une réduction du rendement de charge/décharge des batteries lithium-ion.
Le point d'équilibre de la courbe de charge est inférieur à la tension aux bornes, tandis que celui de la courbe de décharge est supérieur. Ce phénomène s'explique principalement par les processus de charge, de décharge et de transfert de masse de la double couche.
Un cycle complet de charge-décharge (charge et décharge complètes) de la batterie produit la boucle d'hystérésis primaire ; un cycle incomplet (charge et décharge partielles) produit la boucle d'hystérésis secondaire. Les deux courbes constituant la boucle d'hystérésis primaire sont les courbes limites de toutes les boucles d'hystérésis, formant ainsi la plus grande boucle fermée. Les courbes de charge-décharge de la boucle d'hystérésis secondaire se situent à l'intérieur des courbes limites et tendent à converger vers celles-ci.
2. Causes de l'hystérésis de tension dans les batteries lithium-ion
Les principales causes de l'hystérésis de tension dans les batteries lithium-ion sont l'effet entropique, les contraintes mécaniques et les distorsions microscopiques au sein du matériau de l'électrode active lors de l'insertion et de l'extraction du lithium. La lithiation et la délithiation présentent des constantes de réseau différentes, générant des contraintes mécaniques au niveau de la barrière de phase et provoquant ainsi une chute de potentiel au sein d'une particule lors de la charge et de la décharge.
Les effets thermodynamiques sont également un facteur qu'il ne faut pas négliger.
3. Quels aspects sont affectés par l'effet d'hystérésis ?
Selon le principe de l'effet de relaxation, la tension après charge et décharge devrait converger vers la valeur réelle de la tension en circuit ouvert (OCV) à ce niveau de charge (SOC). Cependant, en raison de l'hystérésis, la tension après décharge tend toujours vers une valeur inférieure à l'OCV réelle, tandis que la tension après charge tend vers une valeur supérieure. Ceci introduit une erreur significative dans la mesure et le calcul de la tension de polarisation, affectant ainsi la prédiction de la tension et de la puissance de la batterie.
