Combien de temps durent réellement les batteries au lithium ? La vérité révélée

Les batteries lithium-ion sont un type de batterie utilisant du lithium métallique ou des alliages de lithium comme matériau d'électrode négative et une solution d'électrolyte non aqueuse. La première batterie au lithium métallique a été proposée et étudiée par Gilbert N. Lewis en 1912. Dans les années 1970, M.S. Whittingham a proposé et commencé à rechercher les batteries lithium-ion. En raison des propriétés chimiques très réactives du lithium métallique, sa transformation, son stockage et son utilisation exigent des contrôles environnementaux très stricts. Par conséquent, les batteries lithium-ion n'ont pas été largement utilisées pendant longtemps. Avec le développement de la science et de la technologie, les batteries lithium-ion sont désormais devenues dominantes.

Les batteries au lithium peuvent être classées en deux grandes catégories : les batteries au lithium métal et les batteries lithium-ion. Les batteries lithium-ion ne contiennent pas de lithium métallique et sont rechargeables. La cinquième génération de batteries rechargeables, les batteries au lithium métal, a été développée en 1996. Elles offrent une sécurité, une capacité spécifique, un taux d'auto-décharge et un rapport qualité-prix supérieurs par rapport aux batteries lithium-ion. En raison de leurs exigences technologiques élevées, seules des entreprises situées dans quelques pays produisent actuellement des batteries au lithium métal.

Les batteries lithium-ion ne peuvent être chargées et déchargées que 500 fois ?

La plupart des consommateurs ont probablement entendu dire que les batteries au lithium ont une durée de vie de « 500 cycles », ce qui signifie 500 cycles de charge-décharge. Au-delà, la batterie est considérée comme « morte ». Beaucoup de gens essaient d'allonger la durée de vie de la batterie en ne la rechargeant que lorsqu'elle est complètement déchargée. Mais cela prolonge-t-il réellement la durée de vie de la batterie ?

❌ La réponse est non. La durée de vie d'une batterie au lithium de « 500 fois » ne fait pas référence au nombre de recharges effectuées, mais bien à un cycle complet de charge-décharge.

Un cycle de charge correspond au processus par lequel une batterie passe d'un état complètement chargée à vide, puis revient à pleine charge ; cela ne signifie pas simplement charger une fois. Par exemple, si une batterie au lithium est utilisée jusqu'à la moitié de sa capacité le premier jour, puis rechargée complètement, et que la même chose est faite le deuxième jour, cela compte uniquement comme un cycle de charge, et non deux. Ainsi, plusieurs charges sont généralement nécessaires pour compléter un seul cycle. À chaque fois qu'un cycle de charge est terminé, la capacité de la batterie diminue légèrement. Toutefois, cette diminution est très faible : les batteries de haute qualité conservent environ 80 % de leur capacité initiale après de nombreux cycles de charge, et de nombreux produits fonctionnant avec des batteries lithium-ion continuent de fonctionner normalement après deux ou trois ans. Bien sûr, les batteries lithium-ion doivent tout de même être remplacées lorsqu'elles atteignent la fin de leur durée de vie.

Les soi-disant 500 cycles font référence au fait que le fabricant atteint environ 625 cycles de recharge à une profondeur de décharge constante (par exemple, 80 %), ce qui correspond à 500 cycles de charge. (80 % * 625 = 500) (en ignorant des facteurs tels que la réduction de la capacité de la batterie au lithium).

Cependant, en raison de divers facteurs dans la vie réelle, notamment le fait que la profondeur de décharge lors de la recharge n'est pas constante, les « 500 cycles de charge » ne peuvent être utilisés qu'à titre de référence pour la durée de vie de la batterie.

L'affirmation correcte est : la durée de vie d'une batterie au lithium est liée au nombre de cycles de charge complets effectués, mais n'est pas directement liée au nombre de recharges.

Pour le dire simplement, par exemple, si une batterie au lithium n'est utilisée qu'à moitié de sa capacité le premier jour, puis rechargée complètement, et que la même chose est faite le deuxième jour, cela ne compte que comme un cycle de charge, et non deux. Par conséquent, il faut généralement plusieurs charges pour compléter un cycle. À chaque fois qu'un cycle de charge est terminé, la capacité de la batterie diminue légèrement. Toutefois, cette diminution est très faible ; les batteries de haute qualité conservent encore 80 % de leur capacité initiale après de nombreux cycles de charge. C'est pourquoi de nombreux produits fonctionnant avec des batteries lithium-ion continuent de fonctionner normalement après deux ou trois ans. Bien sûr, les batteries lithium-ion doivent finalement être remplacées lorsque leur durée de vie est épuisée.

La durée de vie d'une batterie au lithium est généralement de 300 à 500 cycles de charge. En supposant qu'une décharge complète fournit Q unités d'électricité, et sans tenir compte de la réduction de capacité après chaque cycle de charge, une batterie au lithium peut fournir ou recharger un total de 300Q à 500Q unités d'électricité au cours de sa durée de vie. Par conséquent, si vous rechargez après avoir utilisé la moitié de la capacité de la batterie à chaque fois, elle peut être chargée 600 à 1000 fois ; si vous rechargez après avoir utilisé un tiers de la capacité de la batterie à chaque fois, elle peut être chargée 900 à 1500 fois. Et ainsi de suite. Si vous effectuez des charges aléatoires, le nombre de charges est indéterminé. En résumé, quelle que soit la manière dont vous chargez, la quantité totale d'électricité rechargée reste constante, entre 300Q et 500Q. On peut donc aussi comprendre cela ainsi : la durée de vie d'une batterie au lithium dépend de la quantité totale d'électricité qu'elle peut recevoir en charge, et non du nombre de cycles de charge. Une charge profonde/décharge profonde et une charge partielle/décharge partielle ont peu d'impact différent sur la durée de vie d'une batterie au lithium.

En réalité, les décharges et charges partielles sont plus bénéfiques pour les batteries au lithium. Les décharges et charges profondes ne sont nécessaires que lorsque le module de puissance du produit effectue un étalonnage de la batterie au lithium. Par conséquent, les produits alimentés par des batteries au lithium n'ont pas besoin d'être trop pointilleux quant au processus ; la commodité doit primer. Chargez-les à tout moment sans vous soucier de l'impact sur leur durée de vie.

Si les batteries au lithium sont utilisées dans des environnements dont la température dépasse la plage de fonctionnement spécifiée (au-dessus de 35 °C), la capacité de la batterie diminuera continuellement, ce qui signifie que la durée d'alimentation de la batterie ne sera pas aussi longue qu'à l'accoutumée. Charger des appareils à de telles températures causera des dommages encore plus importants à la batterie. Même le stockage des batteries dans des environnements relativement chauds entraînera inévitablement une détérioration de leur qualité. Par conséquent, maintenir une température de fonctionnement appropriée est un bon moyen d'allonger la durée de vie des batteries au lithium.

Si vous utilisez des batteries au lithium dans des environnements à basse température, c'est-à-dire en dessous de 4 °C, vous constaterez également une réduction de la durée de vie de la batterie, et certaines batteries au lithium d'origine dans les téléphones portables ne peuvent même pas se charger dans des environnements à basse température. Mais ne vous inquiétez pas trop, il s'agit seulement d'une situation temporaire. Contrairement à une utilisation dans des environnements à haute température, dès que la température remonte, les molécules à l'intérieur de la batterie se réchauffent et retrouvent immédiatement leur capacité précédente.

Pour optimiser les performances d'une batterie lithium-ion, il est nécessaire de l'utiliser fréquemment afin de maintenir un flux constant des électrons à l'intérieur. Si vous n'utilisez pas souvent votre batterie au lithium, pensez à effectuer un cycle complet de charge chaque mois et à réaliser une calibration de charge, c'est-à-dire une décharge profonde suivie d'une charge complète.

Le terme correct est « cycle de charge-décharge », et non « nombre de charges ». Un cycle correspond à la période pendant laquelle une batterie passe d'un état complètement chargée à un état complètement déchargée. Si votre batterie est pleinement chargée, utilisée jusqu'à un dixième de sa capacité, puis à nouveau entièrement rechargée, cela représente un dixième de cycle. Il faut charger et décharger la batterie 10 fois pour compléter un cycle. De même, si vous partez d'une charge complète, utilisez la moitié de la capacité, rechargez entièrement, puis utilisez à nouveau la moitié de la capacité avant de recharger complètement, c'est également un cycle — vous avez chargé deux fois. Par conséquent, un cycle dépend uniquement de « la quantité totale d'électricité déchargée depuis la batterie » et n'a pas de relation directe avec « le nombre de charges ».

En outre, ce nombre nominal de cycles de charge-décharge ne signifie pas que la batterie devient inutilisable une fois ce nombre atteint. Cela indique simplement qu'après ce nombre de cycles, la capacité de la batterie à stocker de l'énergie électrique diminue jusqu'à un certain niveau.

Par exemple, une certaine batterie au lithium a un cycle nominal de charge-décharge de « pas moins de 60 % de sa capacité nominale après 500 cycles ».

En d'autres termes, après 500 cycles, cette batterie ne peut retenir qu'environ 60 % de la capacité qu'elle avait à neuf. Ses performances ont diminué dans une certaine mesure. Voilà l'idée générale.

Les batteries au lithium n'ont pas de limite fixe en nombre de cycles de charge. Les batteries provenant de fabricants réputés peuvent généralement supporter au moins 500 cycles de charge-décharge tout en conservant plus de 80 % de leur capacité initiale, ce qui signifie qu'elles peuvent durer deux ans avec une seule charge. Généralement, les batteries de téléphone portable subissent une dégradation importante de leur autonomie après 1000 cycles de charge.

Méthodes d'entretien de la batterie de téléphone portable :

1. N'utilisez la batterie que lorsqu'elle est complètement chargée à chaque fois afin de réduire le nombre de cycles de charge et prolonger la durée de vie de la batterie.
2. Vous n'avez pas besoin de décharger complètement la batterie ; elle doit généralement être rechargée lorsque le niveau de charge descend en dessous de 10 %.
3. Utilisez le chargeur d'origine pour charger ; n'utilisez pas un chargeur universel.
4. N'utilisez pas votre téléphone pendant qu'il est en charge.
5. Ne surchargez pas la batterie ; arrêtez la charge une fois que la batterie est complètement chargée.

Oui, selon les résultats expérimentaux, la durée de vie des batteries au lithium diminue avec l'augmentation du nombre de cycles de charge. Généralement, les batteries au lithium ne peuvent supporter que 2000 à 3000 cycles de charge.

Le terme « cycle » fait référence à l'utilisation. Nous utilisons des batteries et nous intéressons à la durée d'utilisation. Pour mesurer les performances d'une batterie rechargeable, on établit la définition de la durée de vie en cycles. Les expériences réelles des utilisateurs varient considérablement, et les tests effectués dans des conditions différentes ne sont pas comparables. Pour permettre des comparaisons, la définition de la durée de vie en cycles doit être standardisée.

La norme nationale spécifie les conditions et exigences suivantes pour le test de durée de vie en cycles des batteries au lithium : à une température ambiante de 20 °C ± 5 °C, charger à 1C. Lorsque la tension aux bornes de la batterie atteint la tension limite de charge de 4,2 V, passer à un chargement à tension constante jusqu'à ce que le courant de charge soit inférieur ou égal à 1/20C. Arrêter le chargement et laisser reposer pendant 0,5 h à 1 h. Ensuite, décharger à un courant de 1C jusqu'à la tension de fin de décharge de 2,75 V. Une fois la décharge terminée, laisser reposer pendant 0,5 h à 1 h avant de commencer le cycle de charge-décharge suivant. La durée de vie en cycles est considérée comme terminée lorsque deux durées de décharge consécutives sont inférieures à 36 min. Le nombre de cycles doit être supérieur à 300.

Explication de la norme nationale :

1. Cette définition précise que les essais de durée de vie en cycles sont effectués selon une méthode de charge complète-suivie d'une décharge complète ;
2. La réglementation stipule que, selon ce modèle, la durée de vie en cycles des batteries au lithium doit encore conserver plus de 60 % de leur capacité après ≥300 cycles .

Cependant, différents régimes de cyclage donnent des nombres de cycles radicalement différents. Par exemple, toutes autres conditions inchangées, il suffit de modifier la tension constante de 4,2 V à 4,1 V pour le même modèle de batterie lors du test de durée de vie en cycles pour que la batterie ne soit plus chargée en profondeur, et les résultats finaux du test montrent une augmentation d'environ 60 % de la durée de vie en cycles. Par conséquent, si la tension de coupure est augmentée à 3,9 V, le nombre de cycles devrait augmenter plusieurs fois.

Il est important de bien comprendre l'affirmation selon laquelle chaque cycle de charge-décharge réduit la durée de vie de la batterie. Un cycle de charge d'une batterie au lithium est défini comme le processus au cours duquel une batterie au lithium passe d'un état complètement chargé à un état complètement vide, puis est à nouveau entièrement rechargée. Ceci n'est pas la même chose qu'une seule charge. En outre, lorsqu'on parle du nombre de cycles, il faut tenir compte des conditions dans lesquelles le cycle est effectué. Parler du nombre de cycles sans considérer ces conditions est sans signification, car le nombre de cycles est un moyen d'évaluer la durée de vie de la batterie, pas l'objectif final !