La charge rapide générale pour les batteries au lithium haute puissance en courant continu (CC) permet d'atteindre 80 % de la puissance en une demi-heure. La tension de charge CC est généralement supérieure à celle de la batterie. Quels sont donc les risques liés à la charge rapide des batteries au lithium ?
Quels sont les risques associés à la charge rapide des batteries au lithium ?
Les trois principales méthodes de charge rapide sont : maintenir la tension constante et augmenter le courant ; maintenir le courant constant et augmenter la tension ; et augmenter simultanément le courant et la tension. Cependant, pour une charge rapide optimale, il ne suffit pas d'améliorer le courant et la tension. La technologie de charge rapide requiert un ensemble complet de systèmes, incluant un adaptateur de charge rapide et un système intelligent de gestion de l'énergie.
La charge rapide à long terme affecte la durée de vie des batteries au lithium, la charge rapide des batteries au lithium se fait au détriment de la durée de vie du cycle de la batterie, car la batterie est un appareil qui génère de l'électricité par des réactions électrochimiques, la charge est l'occurrence d'une réaction chimique inverse, et la charge rapide se fera dans l'entrée instantanée de courant élevé dans la batterie, l'utilisation fréquente du mode de charge rapide réduira la capacité de réduction de la batterie, réduira le nombre de cycles de charge et de décharge de la batterie.
La charge rapide des batteries au lithium apporte trois effets : l'effet thermique, la précipitation du lithium et l'effet mécanique
1. Une charge rapide fréquente accélère la polarisation de la cellule de la batterie
Lorsque le courant de charge continu est important, la concentration ionique à l'électrode augmente, la polarisation s'accentue et la tension aux bornes de la batterie ne peut plus correspondre directement et linéairement à la quantité d'électricité chargée. Parallèlement, la charge à courant élevé et l'augmentation de la résistance interne entraînent un échauffement accru par effet Joule, induit par des effets secondaires tels que la décomposition de l'électrolyte, la production de gaz et divers problèmes. Le facteur de risque augmente soudainement, impactant la sécurité des batteries et réduisant considérablement leur durée de vie.
2. Une charge rapide fréquente peut entraîner une cristallisation du noyau de la batterie
La charge rapide d'une batterie au lithium implique que les ions lithium se déchargent rapidement et « nagent » vers l'anode. Le matériau de l'anode doit donc posséder une capacité d'enrobage rapide du lithium. Le potentiel d'enrobage et le potentiel de précipitation du lithium étant quasiment identiques, lors d'une charge rapide ou à basse température, les ions lithium peuvent précipiter à la surface, formant ainsi du lithium dendritique. Ce dernier perce le diaphragme et provoque une perte secondaire, réduisant ainsi la capacité de la batterie. Lorsque les cristaux de lithium atteignent une certaine quantité, ils se développent de l'électrode négative au diaphragme, ce qui présente un risque de court-circuit.
3. Une charge rapide fréquente réduira la durée de vie de la batterie
Les charges fréquentes ont également tendance à accélérer l'épuisement de la batterie, voire à entraîner des problèmes tels qu'une baisse de son activité et une réduction de sa durée de vie. Surtout depuis l'arrivée de la technologie de charge rapide, bien que la vitesse de charge initiale soit très rapide, elle n'atteint pas 100 % au débranchement, ce qui entraîne des charges multiples et augmente le nombre de cycles de charge. Une utilisation prolongée de cette méthode réduit l'activité de la batterie et accélère son vieillissement.
Les températures élevées sont le principal facteur de vieillissement des batteries au lithium. Une charge rapide à haute puissance entraîne un échauffement rapide de la batterie. Une charge non rapide, même si la puissance est faible, produit peu de chaleur par unité de temps, mais nécessite une durée de fonctionnement plus longue. De ce fait, la chaleur de la batterie s'accumule au fil du temps, et la différence de chaleur générée pendant la charge n'est pas suffisante pour ralentir le vieillissement de la batterie.
En résumé, la charge rapide exige une qualité de batterie élevée, entraîne une perte de durée de vie plus importante et réduit considérablement le facteur de sécurité. Il est donc conseillé de la limiter au maximum lorsque cela n'est pas nécessaire. Des charges rapides fréquentes peuvent endommager la batterie, mais en raison des différences de densité des cellules, de matériaux, de température ambiante et de système de gestion de la batterie, la batterie subit des dommages plus ou moins importants lors d'une charge rapide.
Date de publication : 26 octobre 2023