L'habitude de vider la batterie de votre smartphone jusqu'à 0 % pourrait la tuer silencieusement, avertit une nouvelle étude

Attendre que la batterie de votre smartphone atteigne 1 % avant de chercher un chargeur. Utiliser votre ordinateur portable jusqu'à ce qu'il s'éteigne complètement avant de le rebrancher. Vider l'autonomie de votre véhicule électrique jusqu'à la dernière goutte avant de le recharger.

Pour beaucoup, ce comportement n'est pas si rare. Certains se souviennent peut-être de l'époque où il était conseillé de vider complètement les batteries avant de les recharger. Cependant, avec les batteries lithium-ion actuelles, cette habitude pourrait contribuer à réduire leur durée de vie.

Les causes souvent évoquées de la dégradation des batteries incluent les températures élevées, la charge rapide, le maintien à pleine charge et les tensions de charge élevées. Il est vrai que les batteries sont sensibles à la chaleur. Les laisser à 100 % pendant de longues périodes peut également être préjudiciable. La chaleur et le stress chimique générés par la charge rapide ne peuvent pas être ignorés.

Cependant, une nouvelle étude menée par une équipe de chercheurs coréens met en lumière un autre point aveugle. Non seulement la "surcharge" des batteries, mais aussi leur "décharge excessive" pourrait causer des dommages internes silencieux.

Le problème n'est pas le "0 %" en soi, mais la décharge profonde

L'étude s'est concentrée sur les matériaux de cathode NMC des batteries lithium-ion. NMC désigne des oxydes en couches contenant du nickel, du manganèse et du cobalt, largement utilisés dans les véhicules électriques. Les matériaux comme le NMC811, avec une haute teneur en nickel, offrent une densité énergétique élevée, mais posent des problèmes de dégradation et de stabilité.

Les chercheurs ont utilisé des matériaux de cathode pratiques comme le NMC622 et le NMC811 pour étudier comment la profondeur de décharge, c'est-à-dire la tension de coupure de décharge, affecte la dégradation. La tension de coupure de décharge est la tension minimale à laquelle la batterie est autorisée à se décharger.

Intuitivement, utiliser la batterie jusqu'à une tension basse semble permettre d'extraire plus d'énergie. Ainsi, pour maximiser l'autonomie ou le temps d'utilisation, on pourrait être tenté de régler la limite inférieure plus bas. Cependant, l'expérience a montré que plus la tension de coupure de décharge est basse, plus la dégradation est rapide. De plus, la capacité supplémentaire obtenue dans les basses tensions est minime, alors que l'impact négatif sur la durée de vie est significatif.

En d'autres termes, extraire les derniers pourcentages pourrait causer des dommages considérables à la structure interne de la batterie.

La "désintégration de surface" à l'intérieur des batteries

Dans une batterie lithium-ion, les ions lithium se déplacent entre l'anode et la cathode lors de la charge et de la décharge. À l'état neuf, ce déplacement est relativement fluide. Mais avec le temps, la surface et l'interface des électrodes se dégradent, obstruant le passage des ions lithium, réduisant la capacité et augmentant la résistance.

Jusqu'à présent, la dégradation des cathodes NMC était principalement attribuée à la libération d'oxygène et à la désintégration structurelle à haute tension. Une extraction excessive de lithium de la cathode lors de la charge rend le matériau instable, provoquant une perte d'oxygène et transformant la structure en un état désordonné proche de celui du sel gemme.

L'important dans cette nouvelle étude est que ces changements structurels peuvent également se produire lors de la décharge, en particulier dans les régions de décharge profonde en dessous de 3,0 V, où la surface de la cathode perd de l'oxygène, formant des oxydes de lithium et des défauts d'oxygène. Cela favorise la transformation de la structure en une forme de sel gemme, entravant le mouvement des ions lithium.

Les chercheurs décrivent ce phénomène comme une "réaction de pseudo-conversion". Bien que moins destructrice qu'une réaction de conversion complète, la dégradation progresse localement mais sûrement à la surface de la cathode. Le problème est que même si cela semble se produire sur une petite surface de la batterie, cela se manifeste clairement à long terme par une baisse de capacité et une augmentation de la résistance.

La décharge profonde augmente également la production de gaz

La dégradation ne se limite pas aux changements structurels. La perte d'oxygène à la surface de la cathode facilite également les réactions secondaires avec l'électrolyte. L'étude a confirmé une augmentation significative des sous-produits gazeux dans les cellules profondément déchargées.

La production de gaz peut entraîner un gonflement de la batterie et une augmentation de la résistance interne. Les batteries de smartphones peuvent gonfler, les boîtiers de PC portables peuvent se déformer, et la santé des cellules dans les véhicules électriques ou les systèmes de stockage d'énergie peut se détériorer. Ces phénomènes ne peuvent être réduits à un simple "vieillissement".

Ce problème est particulièrement prononcé avec les cathodes à haute teneur en nickel. Bien que l'augmentation du nickel améliore la densité énergétique, elle peut compromettre la stabilité structurelle. L'étude a montré que les cellules à haute teneur en nickel soumises à des décharges profondes répétées perdaient rapidement leur capacité, tandis que celles avec une limite de décharge plus élevée maintenaient mieux leur capacité.

L'important ici est que prolonger la durée de vie ne nécessite pas nécessairement de nouveaux matériaux ou des technologies de fabrication coûteuses. En ajustant légèrement la limite de décharge, c'est-à-dire en révisant les paramètres du logiciel de gestion de la batterie, on pourrait réduire la dégradation.

Mesures que les fabricants et les utilisateurs peuvent prendre

La mesure la plus simple suggérée par cette étude est d'augmenter la tension de coupure de décharge. Ne pas laisser la batterie se vider complètement avant de la recharger. Dans les smartphones, même si l'affichage indique 0 %, il reste souvent une marge de sécurité. Dans les véhicules électriques, la distance d'autonomie et le taux de charge affichés incluent souvent un tampon défini par le fabricant.

Cependant, la taille de ce tampon dépend de la philosophie de conception. Pour les produits qui veulent maximiser l'autonomie ou le temps d'utilisation, on pourrait être tenté de permettre une plus grande capacité utilisable. Mais pour privilégier la durée de vie, il est nécessaire de laisser une marge plus large pour éviter les zones chimiquement stressantes.

C'est un compromis difficile pour les fabricants. Les utilisateurs se concentrent sur "combien de temps peut-on utiliser avec une seule charge". Les chiffres d'autonomie et de temps d'utilisation en continu influencent directement les décisions d'achat. Cependant, pour la satisfaction à long terme, la valeur d'une batterie saine après plusieurs années est significative.

Pour les utilisateurs, les mesures pratiques sont plus simples. Pour les smartphones et les ordinateurs portables, recharger lorsque la batterie atteint environ 20 à 30 %. Éviter de vider complètement la batterie. Éviter également de laisser les appareils dans des environnements chauds pendant de longues périodes ou à 100 %. Pour les véhicules électriques, éviter les charges complètes ou les décharges profondes excessives lors de l'utilisation quotidienne, et utiliser les paramètres de limite de charge du véhicule.

Bien sûr, utiliser la batterie jusqu'à presque 0 % en cas d'urgence ne la détruira pas immédiatement. Le problème est la répétition quotidienne de décharges profondes. La dégradation des batteries ne se produit pas soudainement à cause d'une seule erreur, mais s'accumule progressivement avec de petites charges.

Cela ne s'applique pas à toutes les batteries lithium-ion

Il est important de noter que ces découvertes ne s'appliquent pas de la même manière à toutes les batteries lithium-ion. L'étude s'est concentrée sur les cathodes en oxydes en couches NMC, particulièrement celles à haute teneur en nickel.

Récemment, les batteries LFP (lithium-fer-phosphate) ont gagné en popularité dans les véhicules électriques. Bien que moins denses en énergie que les NMC, elles offrent des avantages en termes de coût, de sécurité, de durée de vie et de ressources. Selon l'Agence internationale de l'énergie, les batteries LFP devraient représenter plus de la moitié des batteries installées dans les véhicules électriques d'ici 2025.

Ainsi, il n'est pas exact de supposer que "tous les smartphones et tous les véhicules électriques subiront la même dégradation au même degré". Les batteries de smartphones varient dans leur conception, et les véhicules électriques diffèrent selon le modèle, le fabricant, la chimie de la batterie et le système de gestion de la batterie.

Néanmoins, l'idée que "vider la batterie jusqu'à 0 % est bénéfique" ne s'applique pas aux batteries lithium-ion modernes. Éviter les décharges profondes est une mesure de longévité à faible risque pour de nombreux utilisateurs.

Réactions des lecteurs et des réseaux sociaux : entre "compréhension" et "critiques"

Les commentaires sur l'article original montrent comment les lecteurs perçoivent la dégradation des batteries.

La première réaction est que "le problème n'est pas tant la haute tension, mais le courant ou la puissance, et la chaleur qui en résulte lors de la charge rapide". C'est une question que beaucoup se posent. Les chargeurs de smartphones affichent des tensions de 5V, 9V, 20V, et la puissance est mise en avant pour la charge rapide. Pour les utilisateurs, il est naturel de percevoir une confusion entre "tension", "courant" et "chaleur".

En réalité, il est nécessaire de distinguer la tension du chargeur et le potentiel de l'électrode interne de la cellule lorsqu'on parle de dégradation des batteries. Cette distinction peut être difficile à comprendre pour le grand public. C'est pourquoi les articles scientifiques doivent expliquer clairement à quelle partie de la tension ils se réfèrent.

La deuxième réaction est que "le problème réside finalement dans la chaleur générée par la charge à haute tension". C'est un point de vue important. La chaleur joue un rôle majeur dans la dégradation des batteries. Cependant, ce qui rend cette étude intéressante, c'est qu'elle se concentre sur les changements chimiques à la surface de la cathode en fin de décharge, qui ne peuvent être expliqués uniquement par la chaleur ou la charge rapide.

La troisième réaction est une vue sceptique : "ceci est connu depuis longtemps". En effet, parmi les utilisateurs de smartphones et d'ordinateurs portables, il est déjà répandu de ne pas vider complètement les batteries et de les utiliser entre 20 et 80 %. Pour ceux qui sont familiers avec la gestion des batteries, la conclusion peut sembler peu novatrice.

Cependant, la valeur de cette étude réside non pas dans le conseil de ne pas vider jusqu'à 0 %, mais dans la démonstration du mécanisme au niveau des matériaux. En fournissant une base scientifique aux règles empiriques, les fabricants peuvent rationaliser la conception des systèmes de gestion des batteries. Cela élargit la portée de simples conseils pratiques à des directives de conception industrielle.

La quatrième réaction est un témoignage d'utilisateur de smartphone de longue date. Un lecteur mentionne que son appareil Samsung, utilisé depuis 2016, fonctionne toujours et qu'il n'a presque jamais été complètement déchargé. Bien sûr, une seule expérience ne permet pas de tirer des conclusions scientifiques. Cependant, l'idée que l'évitement des décharges profondes pourrait être bénéfique pour une utilisation à long terme est compréhensible pour de nombreux utilisateurs.

Si ce sujet se propage sur les réseaux sociaux, les réactions se diviseront probablement en trois groupes. D'abord, ceux qui se diront "je savais qu'il ne fallait pas vider jusqu'à 0 %". Ensuite, ceux qui penseront "c'est juste une confirmation de ce qui a toujours été dit". Enfin, ceux qui liront prudemment en pensant "cela varie selon le modèle et le type de batterie".

Chaque réaction a sa part de vérité. L'important est de ne pas réduire la conclusion à un simple conseil de vie. Il n'est pas nécessaire de craindre le "0 %", mais il est préférable d'éviter l'habitude de toujours vider complètement avant de recharger.

La durée de vie des batteries est déterminée par une "conception avec marge", pas par une "compétition d'endurance"

Nous avons tendance à considérer les batteries comme des réservoirs de carburant : les remplir, les vider, puis les remplir à nouveau. Cependant, les batteries lithium-ion ne sont pas de simples contenants. Les ions se déplacent à l'intérieur, des réactions secondaires se produisent à la surface des électrodes, et l'état change progressivement en fonction de la température, de la tension et de l'historique d'utilisation.

Ainsi, le secret pour prolonger la durée de vie des batteries n'est pas de "tout utiliser", mais d'"éviter les zones critiques". Ne pas laisser les batteries à 100 % dans des environnements chauds. Ne pas les vider fréquemment jusqu'à près de 0 %. Utiliser la charge rapide uniquement lorsque nécessaire. Ces petites habitudes peuvent faire une grande différence dans les performances des batteries après plusieurs années.

Cette étude montre que la réponse pour prolonger la durée de vie des batteries ne réside pas uniquement dans de nouveaux matériaux ou des batteries de nouvelle génération. Même avec les batteries lithium-ion existantes, revoir les contrôles sur l'utilisation et la coupure peut prolonger leur durée de vie.

Pour les smartphones, recharger lorsque la batterie atteint 20 à 30 %. Pour les véhicules électriques, éviter les charges complètes ou les décharges profondes excessives lors de l'utilisation quotidienne. Les fabricants devraient se concentrer non seulement sur la capacité visible et l'autonomie, mais aussi sur la conception de tampons pour réduire la dégradation à long terme.

Vider la batterie jusqu'à la dernière goutte peut sembler avantageux à court terme. Cependant, ce petit gain pourrait se transformer en une grande perte à long terme.

Le moyen le plus simple d'allonger la durée de vie des batteries est de chercher le chargeur un peu plus tôt. Ne pas attendre d'être à 0 % pour se précipiter, mais se connecter lorsqu'il reste encore de la marge. Cette petite marge peut faire une grande différence à l'intérieur de la batterie.

Source URL

ZME Science. Article explicatif sur la dégradation par décharge profonde des batteries lithium-ion NMC par une équipe de recherche coréenne.
https://www.zmescience.com/future/battery-killer-how-to-protect-it-rep/

Article publié dans Advanced Energy Materials. Rapport sur la "réaction de pseudo-conversion" causée par la perte d'oxygène et la structuration en sel gemme à la surface des cathodes NMC en fin de décharge.
https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202404193

Page de l'article