Le rôle méconnu de la décharge dans l'usure des batteries 🔋

Les batteries lithium-ion pourraient voir leur durée de vie prolongée grâce à une découverte majeure. Une équipe de chercheurs a identifié un mécanisme de dégradation inédit lié à la décharge profonde.


Les scientifiques de l'Université POSTECH et de l'Université Sungkyunkwan ont mis en lumière un phénomène appelé 'réaction quasi-conversion'. Ce processus, qui se produit lors de la décharge, entraîne la formation d'oxyde de lithium et accélère l'usure des batteries, particulièrement celles avec des cathodes riches en nickel.

Les batteries lithium-ion utilisent souvent des cathodes nickel-manganèse-cobalt (NMC). L'industrie a augmenté la teneur en nickel pour réduire les coûts, mais cela réduit aussi la longévité des batteries. La nouvelle étude révèle que la décharge profonde est un facteur clé de cette dégradation.

Contrairement aux idées reçues, ce n'est pas la surcharge mais la décharge qui cause une perte d'oxygène à la surface de la cathode. Cette perte réagit avec le lithium pour former de l'oxyde de lithium, ce qui génère des gaz et endommage la batterie. Les tests ont montré que les batteries riches en nickel sont plus sensibles à ce phénomène.

La solution proposée est simple: éviter les décharges complètes. Des batteries testées avec cette méthode ont conservé 73,4% de leur capacité après 300 cycles, contre seulement 3,8% pour celles déchargées profondément.

Cette découverte ouvre la voie à des batteries plus durables. Les chercheurs soulignent l'importance de considérer la décharge dans le développement des futures batteries lithium-ion.

Pourquoi les cathodes riches en nickel sont-elles plus sensibles à la dégradation ?

Les cathodes riches en nickel sont privilégiées pour leur haute capacité énergétique et leur coût réduit par rapport aux cathodes contenant du cobalt. Cependant, leur structure les rend plus vulnérables à la dégradation lors de la décharge.

La haute teneur en nickel favorise la perte d'oxygène à la surface de la cathode, un phénomène qui s'intensifie avec la décharge profonde. Cette perte d'oxygène conduit à la formation d'oxyde de lithium et à des réactions secondaires avec l'électrolyte.

Ces réactions entraînent non seulement une diminution de la capacité de la batterie mais aussi un gonflement et une dégradation accélérée. Les chercheurs ont constaté que ces effets sont nettement moins prononcés lorsque la batterie n'est pas déchargée complètement.

Cette sensibilité accrue des cathodes riches en nickel à la décharge profonde souligne l'importance de développer des stratégies d'utilisation optimisées pour maximiser leur durée de vie.