La durée de vie d'une cellule est un indicateur technique complet qui détermine le temps ou le nombre de cycles qu'une cellule peut subir pour se dégrader jusqu'à un seuil spécifié dans des conditions spécifiques.
Le vieillissement des cellules de batterie se divise principalement en deux types fondamentaux : le vieillissement cyclique et le vieillissement calendaire.
Vieillissement cyclique : Cela correspond au nombre de cycles complets de charge-décharge qu'une batterie subit lors d'une utilisation répétée, réduisant progressivement sa capacité à environ 80 % de sa capacité initiale. La durée de vie des batteries au lithium varie selon leur type. Ses principaux mécanismes incluent la perte de lithium actif et de matériaux actifs. La perte de lithium actif provient principalement de la croissance et de la réparation continues du film SEI à la surface de l'électrode négative, un processus qui consomme irréversiblement les ions lithium dans l'électrolyte. De plus, dans des conditions défavorables telles que les basses températures et les charges rapides, les ions lithium peuvent précipiter du lithium métallique à la surface de l'électrode négative, formant du “ lithium mort ” irréversible. La perte de matériaux actifs correspond à la défaillance des matériaux actifs des électrodes positive et négative due à des dommages structurels ou à une perte de contact électrique.
Vieillissement calendaire : Cela correspond au temps nécessaire à une batterie pour atteindre la fin de sa durée de vie, même lorsqu'elle n'est pas utilisée (circuit ouvert). Il s'agit d'un processus de dégradation lent, dépendant du temps et influencé par les conditions environnementales (notamment la température). Ce processus implique essentiellement des réactions secondaires continues et faibles au sein de la batterie, telles que l'épaississement extrêmement lent du film SEI, qui consomme une petite quantité de lithium actif ; une légère décomposition de l'électrolyte ; et des réactions lentes à l'interface entre le matériau de l'électrode positive et l'électrolyte. Les températures élevées peuvent accélérer considérablement ces réactions secondaires.
Le taux de vieillissement des cellules de batterie n'est pas constant ; il est fortement influencé par diverses contraintes externes.
Température: Il s'agit du facteur environnemental le plus important. Les températures élevées accélèrent considérablement la croissance du film SEI, la décomposition de l'électrolyte et toutes les autres réactions secondaires, réduisant ainsi la durée de vie de la batterie. Cependant, les basses températures (surtout pendant la charge) augmentent le risque de dépôt de lithium, provoquant également une dégradation irréversible de la capacité.
Taux de charge/décharge : Un courant de charge/décharge excessif engendre de multiples contraintes. Lors de la charge, un courant élevé peut provoquer le dépôt d'ions lithium avant leur incorporation dans la couche de graphite ; lors de la décharge, un courant élevé peut altérer la structure du matériau d'électrode et potentiellement endommager le film SEI, accélérant ainsi sa réparation et la consommation de lithium.
Plage de déformation et de contrainte : Les cycles fréquents de charge/décharge profonde (par exemple, entre 0% et 100%) dégradent la batterie plus rapidement que les cycles de charge/décharge superficielle (par exemple, entre 40% et 80%). Maintenir la batterie à pleine charge ou à haute tension pendant des périodes prolongées accélère également le vieillissement des matériaux et la décomposition de l'électrolyte.
Les différences mécaniques entre les batteries NMC/NCA et les batteries LFP entraînent directement des différences dans leurs performances réelles :
Différences de durée de vie du cycle : Grâce à leurs matériaux de cathode robustes et stables, les batteries LFP présentent généralement une durée de vie plus longue (plus de 2 000 cycles), ce qui les rend plus adaptées aux applications nécessitant des cycles de charge-décharge fréquents et une utilisation prolongée. Les batteries NMC/NCA ont une durée de vie relativement plus courte (environ 500 à 1 500 cycles), mais leur densité énergétique est supérieure.
Différences de performance liées au vieillissement : Le vieillissement des batteries NMC/NCA se manifeste souvent par une diminution significative et simultanée de leur capacité et par une augmentation de leur résistance interne, car la destruction de la structure de la cathode réduit le nombre d'ions lithium et accroît la résistance à leur migration. Le vieillissement des batteries LFP se manifeste initialement par une lente diminution de leur capacité grâce à la stabilité de leur structure cathodique ; par la suite, l'augmentation de la résistance interne peut devenir importante, principalement en raison de l'épaississement du film SEI sur l'anode.
Différences de stratégie d'utilisation : Pour les batteries NMC/NCA : évitez de les stocker complètement chargées, surtout à température ambiante élevée. Pour une utilisation quotidienne, il est recommandé de limiter la charge entre 80% et 90% afin de réduire les contraintes sur le matériau de la cathode. Pour les batteries LFP : bien que relativement moins sensibles à la charge complète, un stockage prolongé à pleine charge doit tout de même être évité, en particulier à haute température.
