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Durée de vie des batteries Lithium
Durée de vie calendaire - Durée de vie en cyclage
Il existe 2 types de durée de vie qu'il faut prendre en compte lors de l'achat d'une batterie lithium. La durée de vie en cyclage et la durée de vie calendaire.
La durée de vie en cyclage est souvent plus prise en compte lors de l'achat d'une batterie, car le nombre de cycle d'une batterie lithium est très grand, et donc très attirant. Cependant, la durée de vie calendaire (durée de vie en année), est aussi un paramètre très important à prendre en compte. Cette durée de vie peut être diminué par différent paramètre que nous allons voir ci-dessous.
Mécanismes de dégradation (par la SEI)
Il existe pour les batteries lithium de nombreux mécanismes de dégradation. Il y a par exemple la présence de la SEI. Lors de la croissance de la couche de passivation, à l'interface de l'électrode négative (Carbone), du lithium est consommé ce qui diminue la capacité initiale de la batterie.
Cette croissance est lié à des réactions chimiques impliquant des composés de l'électrolyte avec le lithium contenu dans l'électrode carbone organique (Ethymine carbonate, dimethyl carbonate) s'effectuant en charge ou décharge, mais aussi en état inactif.
La croissance de la SEI est accélérée:
- À haute température (>30°C) car les réactions chimique sont toujours accéléré à haute température
- Quand les batterie sont stockés à haute tension (environ chargé à 100%, reste sous tension élevé) pendant trop longtemps. L'électrode négative lithiée va progressivement perdre le lithium qu'elle contient pour que celui ci réagisse avec l'électrolyte.
On peut constater ici l'augmentation de l'épaisseur de la couche de passivation après que la batterie ai été stockée longtemps en étant chargé. L'épaisseur augmente fortement la résistance de la batterie.
La croissance de cette couche limite la diffusion des ions lithium et augmente ainsi la résistance interne (la batterie perd peu à peu ses capacités à délivrer de la puissance). Cette couche de passivation peut aller jusqu'à bloquer la diffusion d'ion lithium vers l'électrode négative.
Le piégeage du lithium par la couche de passivation est la première des dégradations des batteries lithium lors de leur stockage (vieillissement calendaire).
D'une façon similaire, quand les batteries sont stockés totalement déchargé, l'électrolyte s'oxyde à l'électrode positive et crée ainsi un film isolant. Ce phénomène est aussi accéléré à haute température.
Charge à basse température
La température de charge des batteries lithium est un facteur très important pour conserver sa batterie. Comme vu ci-dessus, à haute température, les batteries s'abiment plus facilement. A basse température, les capacité de la batterie sont également diminué.
Quand la température diminue, la vitesse de diffusion des lithium dans l'anode (l'électrode négative) diminue. La résistance interne de la batterie augmente quand la température diminue. Ceci limite la vitesse de charge quand la température baisse. Dans beaucoup de modèles de batterie LiFePO4, la batterie ne doit pas être chargée si la température est inférieure à 0°C.
Dans le cas contraire, du lithium métallique se dispose de façon permanente à l'électrode négative. Ceci diminue la capacité disponible et peut provoquer le défaut de la batterie (court circuit lié aux dendrites).
Il faut aussi éviter la charge quand des appareils électriques sont en fonctionnement.
Le courant qui est soutenu de la batterie empêche d'atteindre le courant de coupure lors de la phase "plateau de tension". La batterie reste alors en charge sous une tension élevée.
Surcharge
C'est lorsque la tension est trop élevée (Ecart de 0.1 / valeur du seuil par élément), et que le courant de coupure est trop faible.
Lithium métallique à électrode Carbone
Perte de stabilité de l'anode au fil du vieillissement de la batterie. Produit des oxydants produit du CO.
La pression augmente.
Charging Lithium-Ion (Bot.University)
La SEI pratique l'électrode négatuve d'une possible corrosionet l'électrolyte d'une possible réduction.
Aliant EA Series : 2000 cycles @ 80% D.o.d. 3000 cycles @ 70% D.o.d. 5 - 7 ans
Trojan trillium : 5,000 Cycles @ 80% DOD, garantie en applications stationnaire : 8 ans
Relion : 5,000 Cycles @ 80% DOD, garantie en applications stationnaire : 7 ans
https://www.geotab.com/blog/ev-battery-health/