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Les batteries rechargeables subissent de légères dégradations après chaque cycle de charge en raison du mouvement des ions à l'intérieur et de l'expansion des électrodes pendant la charge. Lorsque les cellules au lithium-ion fonctionnent à des niveaux extrêmes, soit presque vides, soit complètement pleines, elles exercent une contrainte supplémentaire sur l'anode de la batterie. Selon une étude du National Renewable Energy Lab datant de 2020, ce type d'utilisation peut réduire la capacité de la batterie jusqu'à 24 % par an par rapport à un fonctionnement équilibré. Le problème s'aggrave lorsque les appareils sont régulièrement chargés au-delà de 90 %, car cela provoque un phénomène appelé dépôt de lithium (lithium plating), l'une des principales raisons pour lesquelles les batteries perdent de leur efficacité avec le temps.
Garder les batteries au lithium-ion chargées entre environ 30 % et 70 % permet d'éviter la formation de cristaux gênants sur les électrodes, réduisant ces formations d'environ 40 % par rapport à une décharge complète de 0 à 100 %. Le Département de l'énergie a mené des recherches à ce sujet en 2019 et a découvert un résultat intéressant : leurs tests ont montré que lorsque ces batteries ne se déchargent qu'à moitié (environ 50 %), elles supportent entre 1 200 et 1 500 cycles de charge avant de n'atteindre plus que 80 % de leur capacité initiale. C'est une nette amélioration par rapport aux seuls 500 cycles observés lorsque les batteries subissent régulièrement des cycles de décharge complets. Les constructeurs automobiles ont également pris note de ce phénomène. De nombreux véhicules électriques limitent désormais la charge rapide à 80 % dans le cadre de leur stratégie visant à préserver la santé à long terme de ces packs de batteries coûteux. Tesla, Nissan et d'autres utilisent tous des approches similaires dans la conception de leurs véhicules électriques.
| Profondeur de Décharge | Durée de vie moyenne en cycles | Rétention de capacité après 3 ans |
|---|---|---|
| 100 % (complet) | 500 cycles | 65 % - 70 % |
| 50% | 1 200 cycles | 85 % à 88 % |
Lorsque nous parlons d'un cycle de batterie, nous considérons essentiellement l'utilisation de 100 % de la charge totale de la batterie, que cela se produise d'un seul coup lorsque l'appareil est complètement déchargé ou par le biais de plusieurs charges partielles au cours de la journée. La manière dont les batteries modernes suivent cette usure permet d'expliquer pourquoi les utilisateurs peuvent avoir des expériences très différentes concernant l'autonomie de la batterie de leur appareil, même s'ils possèdent exactement le même modèle. Les personnes qui ont tendance à recharger leur appareil par petits apports trouvent généralement que leur batterie conserve environ 92 % de sa puissance initiale après environ 500 cycles de charge complets. En comparaison, ceux qui laissent régulièrement leur batterie se vider complètement voient souvent la capacité de leur appareil chuter à seulement 76 % après une utilisation similaire, selon certains tests réalisés par Consumer Reports en 2022.
Garder les batteries lithium-ion entre 20 % et 80 % d'état de charge réduit considérablement les contraintes électrochimiques qu'elles subissent au fil du temps. Selon certaines recherches récentes de Battery University en 2023, en limitant la tension de charge à environ 3,92 volts par cellule, ce qui correspond à environ 65 % d'état de charge (SOC), ces batteries durent beaucoup plus longtemps avant d'être remplacées. Plutôt que les 300 à 500 cycles habituels obtenus avec une charge complète de 4,2 volts par cellule, cette méthode permet d'atteindre environ 2 400 cycles. Pourquoi cela fonctionne-t-il si bien ? Cela permet d'éviter deux problèmes majeurs qui réduisent la durée de vie des batteries : le plaquage de lithium sur l'anode et l'oxydation du matériau de la cathode. Ce sont précisément ces phénomènes qui provoquent la dégradation de la plupart des batteries avec le vieillissement.
| Niveau de charge (V/cellule) | Plage de durée de vie en cycles | Rétention de capacité |
|---|---|---|
| 4,20 (100 % SOC) | 300–500 | 100% |
| 3,92 (65 % SOC) | 1 200–2 000 | 65% |
Les personnes qui accordent plus d'importance à la durée de vie de la batterie qu'à l'exploitation maximale du temps de fonctionnement de leurs appareils pourraient envisager de maintenir leur niveau de charge entre 25 % et 75 %. Cette approche réduit d'environ 35 % les fluctuations quotidiennes de tension, ce qui contribue à ralentir la croissance de la couche SEI sur les cellules de la batterie. La couche SEI est essentiellement ce qui provoque la dégradation des batteries au fil du temps. Certes, cette méthode implique de renoncer à environ 15 à 20 % de la capacité disponible à tout moment, mais pour des équipements qui ne sont pas utilisés toute la journée, comme les systèmes d'alimentation de secours ou les équipements saisonniers, les avantages sont considérables. Certaines études montrent que ces batteries peuvent fournir trois fois plus d'énergie totale sur l'ensemble de leur durée de vie lorsqu'elles fonctionnent dans cette plage plus restreinte.
Lorsque les batteries au lithium restent à un niveau de charge supérieur à 80 % pendant de longues périodes, elles ont tendance à se dégrader beaucoup plus rapidement car leur résistance interne augmente, tout comme l'accumulation de chaleur à l'intérieur des cellules. La science derrière ce phénomène montre qu'une charge complète jusqu'à 100 %, soit 4,2 volts par cellule, réduit de moitié la durée de vie de la batterie par rapport à un maintien autour de 4,0 volts. En observant des appareils réels comme les smartphones, une personne qui charge son téléphone chaque jour jusqu'à 100 % pourrait constater qu'après seulement douze mois, la batterie ne conserve plus que 73 % environ de sa capacité initiale. En revanche, si une autre personne a l'habitude de s'arrêter à 80 %, la batterie de son téléphone conservera probablement plus de 90 % de son efficacité même après une année entière d'utilisation régulière.
Les décharges partielles réduisent la contrainte sur les matériaux de la batterie en diminuant les contraintes mécaniques pendant les cycles de charge-décharge. Une utilisation superficielle (par exemple, 20 à 40 % de décharge avant rechargement) limite l'expansion et la contraction des électrodes, tandis que les cycles profonds entraînent des changements structurels plus extrêmes qui favorisent la fissuration des cathodes et l'instabilité aux interfaces de l'électrolyte.
Des études montrent que les batteries soumises à une profondeur de décharge de 100 % (DoD) perdent leur capacité trois fois plus rapidement que celles utilisées à 50 % de profondeur de décharge. Les meilleures pratiques industrielles reflètent ce constat, en privilégiant les décharges partielles afin d'éviter la dégradation du réseau cristallin des matériaux actifs.
La relation entre la profondeur de décharge et la durée de vie en cycles suit une tendance logarithmique :
| Profondeur de Décharge (DOD) | Durée de vie moyenne (Li-ion) |
|---|---|
| 100% | 300 à 500 cycles |
| 80% | 600 à 1 000 cycles |
| 50% | 1 200 à 2 000 cycles |
| 20% | 3 000+ cycles |
Garder les décharges de la batterie autour d'une profondeur de décharge de 50 % protège en réalité la structure cristalline à l'intérieur des cathodes au nickel-manganèse-cobalt et maintient la stabilité au niveau ionique. Des recherches de l'année dernière ont également montré des résultats intéressants. Lorsque les batteries étaient utilisées à environ la moitié de leur capacité, elles conservaient environ 92 % de leur puissance initiale, même après 1 000 cycles de charge. Mais lorsque les utilisateurs les laissaient se vider complètement à chaque fois, les mêmes batteries perdaient près de 40 % de leur capacité dès le cycle 400. Cela fait une grande différence. Pour les applications où la fiabilité est primordiale, comme les équipements médicaux vitaux ou le stockage de l'énergie solaire, cette approche de cyclage superficiel s'avère très avantageuse à long terme.
Les batteries au lithium-ion s'usent plus rapidement lorsqu'elles sont maintenues à un niveau de tension élevé, en particulier autour de la marque de 4,2 volts par cellule. Selon certaines études récentes, maintenir la charge de la batterie entre 20 % et 80 % réduit d'environ deux tiers les contraintes chimiques à l'intérieur des cellules par rapport à une charge complète allant du vide total au plein (comme indiqué dans l'étude industrielle sur les batteries de Jefferson WI datant de 2023). Même de courtes périodes de surcharge peuvent provoquer une montée dangereuse de la température interne, augmentant ainsi le risque d'un phénomène grave appelé emballement thermique. Bien que de nombreux chargeurs récents passent effectivement à un mode de charge plus lent dès qu'ils atteignent environ 80 %, laisser les batteries branchées trop longtemps lorsqu'elles sont complètement chargées entraîne tout de même la dégradation de la solution électrolytique à l'intérieur. C'est pourquoi les utilisateurs avertis débranchent souvent leurs appareils avant que l'indicateur n'affiche une charge complète.
La chaleur est un facteur majeur de dégradation des batteries. Pour chaque augmentation de 8 °C (15 °F) au-dessus de 35 °C (95 °F), le taux de vieillissement double. Une étude du laboratoire national d'Idaho (2022) a montré que les batteries lithium-ion fonctionnant à 40 °C perdaient 50 % de leur capacité en la moitié du nombre de cycles par rapport à celles utilisées à 20 °C. De simples précautions peuvent aider :
Les chargeurs de mauvaise qualité n'ont souvent pas de régulation appropriée de la tension, exposant ainsi les batteries à des fluctuations dommageables. Un rapport industriel de 2024 a révélé que 78 % des chargeurs USB-C non certifiés dépassaient les limites de tension sûres de plus de 10 %. Pour protéger l'état de la batterie, choisissez des chargeurs dotés de :
Cette idée fausse provient des anciennes batteries au nickel-cadmium, qui souffraient de l'« effet mémoire ». Les batteries lithium-ion modernes fonctionnent mieux avec des charges fréquentes et partielles. Les décharges profondes augmentent la contrainte électrochimique et accélèrent la perte de capacité. Par exemple, un cycle entre 40 % et 80 % de charge réduit la dégradation de 30 % par rapport à des cycles complets de 0 % à 100 %.
Les systèmes modernes de gestion des batteries empêchent effectivement la surcharge, mais maintenir une batterie à 100 % pendant de longues périodes, notamment lors d'une charge nocturne, exerce tout de même une pression supplémentaire sur les composants chimiques internes. Des tests récents par imagerie thermique réalisés en 2023 ont également révélé un résultat intéressant : les batteries restées branchées toute la nuit ont atteint en interne une température environ 8 degrés Celsius plus élevée que celles chargées par courtes impulsions durant la journée. La plupart des utilisateurs constatent qu'il est préférable de débrancher l'appareil lorsque la charge atteint environ 80 à 90 %. Cette pratique réduit le temps pendant lequel les cellules de la batterie sont soumises à une tension élevée, ce qui contribue à prolonger leur durée de vie.
Les décharges partielles prolongent considérablement la durée de vie de la batterie : une profondeur de décharge de 50 % permet d'obtenir environ deux fois plus de cycles qu'une décharge complète. Adoptez ces habitudes :
Le chargement rapide génère jusqu'à 40 % de chaleur en plus par rapport au chargement standard, augmentant ainsi la contrainte thermique sur les matériaux de l'anode. Des tests d'en vieillissement accéléré montrent que cela peut dégrader les composants 2,3 fois plus rapidement. Utilisez le chargement rapide uniquement lorsque nécessaire, et retirez les coques de protection pendant les sessions à haute vitesse afin d'améliorer la dissipation de la chaleur et préserver l'intégrité de la batterie.