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Qu'est-ce que la dégradation d'une batterie ?

Joséphine Desjuzeur

Quel est le mécanisme de la dégradation ?

Lorsqu’une batterie fonctionne, les ions lithium circulent entre les électrodes à travers l’électrolyte. Pour qu’une charge électrique soit stockée, ces ions doivent se lier aux électrodes. Ce phénomène s’appelle l’intercalation, et il modifie les structures chimique et physique des électrodes.

Schéma des mécanismes de dégradation dans une cellule lithium-ion : formation et croissance de la couche SEI, dépôt de lithium métallique, fissuration des particules, désordre structurel et perte de contact électrique aux deux électrodes.

Mécanismes de dégradation des batteries lithium-ion

À chaque entrée ou sortie d’ion, l’électrode se dilate et se contracte, de façon hétérogène. Des défauts micro et macroscopiques s’accumulent dans les électrodes, réduisant la conductivité ionique et augmentant la résistance.

La dégradation peut aussi être chimique : des réactions produisent des sous-produits qui perturbent le fonctionnement de la cellule. La cathode peut également se dissoudre dans l’électrolyte, qui se dégrade au fil des réactions.

Ces mécanismes se produisent à chaque cycle, mais certains facteurs les accélèrent :

  • Le fonctionnement avec une cellule très chargée ou très déchargée

  • Les cycles de décharge profonde : plus le cycle est profond, plus la dégradation est forte

  • Une tension maintenue au-dessus ou en dessous de sa valeur nominale pendant une durée prolongée

  • Des températures très hautes ou très basses

  • La présence d’humidité.

Courbes de durée de vie de l’état de santé en fonction du nombre de cycles pour cinq profondeurs de décharge, à 1C et 25 degrés Celsius : à 20 % de profondeur la batterie reste au-dessus de 95 % après 8 000 cycles, à 100 % elle descend à environ 50 %.

Perte de capacité de la batterie au fil des cycles, selon la profondeur de décharge

Quels sont les effets de la dégradation ?

On pourrait croire que l’état interne d’une batterie importe peu, du moment qu’elle fonctionne. Mais utiliser une batterie dégradée a des conséquences.

Une capacité réduite

La capacité d’une batterie diminue à mesure qu’elle se détériore : il faut la recharger plus souvent pour le même usage.

Pour un usage professionnel, cela entraîne deux conséquences principales :

  • Le temps de charge augmente, ce qui réduit mécaniquement les périodes où la batterie est disponible ;

  • Vos coûts d’électricité et de logistique augmentent, puisqu’il faut recharger plus souvent.

Perte de capacité en fonction du nombre de cycles entre 65 et 85 % d’état de charge, par cause : la perte de lithium actif domine, devant le matériau d’anode puis celui de cathode.

Perte de capacité de la cellule au fil des cycles de charge

Une résistance interne accrue

Le courant ne traverse pas une batterie sans résistance : les électrodes, l’électrolyte et l’ensemble des circuits et accessoires forment une impédance, qui augmente à mesure que la batterie se détériore.

Une résistance trop élevée est nuisible pour plusieurs raisons :

  • Production de chaleur : plus la dégradation est avancée, plus la chaleur produite est importante, et plus la batterie se dégrade. Cette chaleur est dangereuse, et les batteries endommagées qui chauffent doivent être stockées dans des conditions particulières

  • Rendement dégradé : l’énergie perdue sous forme de chaleur fait consommer davantage d’électricité à l’usage comme à la recharge

  • Tension affaiblie : la résistance réduit la tension aux bornes de la cellule ; si elle devient trop faible, les performances de certains équipements peuvent se dégrader.

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En résumé, utiliser une batterie dégradée devient de plus en plus coûteux, difficile et dangereux, même si cela reste techniquement possible.

Pour voir ce qui peut arriver à une batterie qui ne peut plus servir à son usage d’origine, lisez notre article Que faire d’une batterie défaillante et écrivez-nous à contact@bib-batteries.fr !

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