Raisons de l'autodécharge des batteries lithium-ion

L'autodécharge des batteries lithium-ion se caractérise par une diminution naturelle de la charge/tension de la batterie lorsqu'elle est déconnectée d'un circuit externe (c'est-à-dire en circuit ouvert). Il s'agit d'une caractéristique inhérente à toutes les batteries, bien que son intensité varie. Les batteries lithium-ion présentent un taux d'autodécharge relativement faible, mais elles sont néanmoins affectées. Les principales causes peuvent être classées comme suit :

1. Réactions chimiques secondaires inévitables (autodécharge normale)

(1) Croissance et dissolution de la couche SEI :

L'anode (généralement en graphite) est recouverte d'une couche d'interphase d'électrolyte solide (SEI) formée lors de la charge/décharge initiale, essentielle au fonctionnement de la batterie. Cependant, cette couche n'est pas parfaitement stable. Pendant le stockage, notamment à température élevée, elle subit une lente dissolution et reformation. Cette reformation consomme les ions lithium et l'électrolyte, entraînant une perte de capacité et une chute de tension, facteurs majeurs d'autodécharge.

(2) Oxydation/Réduction des électrolytes :

Les matériaux de cathode chargés (par exemple, LiCoO₂, NCM, LiFePO₄) sont très oxydants. Les solvants électrolytiques (par exemple, EC, DMC) et les additifs se décomposent progressivement par oxydation en cas de contact prolongé avec la cathode à haut potentiel. De même, à l'anode, malgré la protection SEI, de légères réactions de réduction de l'électrolyte peuvent se produire. Ces réactions parasites épuisent les ions lithium actifs, entraînant une perte de capacité.

(3) Réactions d'impuretés :

Les traces d'impuretés (par exemple, les ions Fe, Cu, Zn) dans les matériaux d'électrodes ou les collecteurs de courant peuvent créer des micro-courts-circuits ou participer à des réactions secondaires, consommant ainsi de la charge.

2. Micro-courts-circuits internes (causés par des défauts de fabrication ou le vieillissement)

(1) Défauts du séparateur :

Des micro-trous, des impuretés ou des points faibles dans le séparateur peuvent permettre une conduction électronique (micro-courts-circuits) entre les électrodes après un cycle ou un stockage prolongé, entraînant une fuite directe de charge. Il s'agit d'une cause principale d'autodécharge anormalement élevée. Alors que les séparateurs bloquent macroscopiquement les électrons, des fuites d'électrons microscopiques peuvent se former via des réseaux conducteurs ou l'électrolyte.

(2) Pénétration des dendrites :

Des dendrites de lithium peuvent se former de manière irrégulière sur l'anode en raison d'une surcharge, d'une charge à basse température ou du vieillissement. Des dendrites pointues peuvent pénétrer le séparateur, créer des ponts entre les électrodes et provoquer des courts-circuits internes.

(3) Contamination par la poussière métallique :

Les poussières métalliques résiduelles (issues par exemple du coupage) emprisonnées entre les électrodes ou les séparateurs peuvent provoquer des micro-courts-circuits. Bien qu'une absence totale de poussière soit impossible, une faible quantité de poussière a un impact négligeable. Cependant, une poussière dépassant le seuil de perforation du séparateur accélère considérablement l'autodécharge. Pour des solutions de séparation de haute qualité, consultez notre Équipement de ligne de production de batteries .

3. Effets de la température

La température est un facteur critique. Des températures élevées accélèrent de manière exponentielle toutes les réactions d'autodécharge (évolution de l'électrolyte, décomposition de l'électrolyte, réactions d'impuretés). Par conséquent, les batteries doivent être stockées à basse température (en évitant le gel) pour un stockage à long terme.

4. Impacts de l'autodécharge

• Perte de capacité : capacité utilisable réduite.

• Chute de tension : diminution de la tension en circuit ouvert (OCV) au fil du temps.

• Vieillissement accéléré : les réactions secondaires (par exemple, la croissance du SEI) consomment du lithium/électrolyte actif, accélérant ainsi le vieillissement.

• Défis d'estimation de l'état de charge (SOC) : l'autodécharge complique l'estimation précise de l'état de charge (SOC) via la tension.

• Risques pour la sécurité : des micro-courts-circuits graves peuvent provoquer un échauffement localisé ou un emballement thermique.

5. Stratégies d'atténuation

(1) Optimiser la conception et les matériaux :

Améliorez la stabilité du SEI, développez des électrolytes résistants à l'oxydation, utilisez des matériaux de haute pureté et améliorez la qualité des séparateurs. Découvrez nos équipements de batteries sur mesure pour des solutions sur mesure.

(2) Conditions de stockage de contrôle :

• Température : Conserver entre 10 °C et 25 °C (éviter < 0 °C).

• SOC : Maintenez un SOC de 40 à 60 % pour un stockage à long terme. Une charge complète accélère l'oxydation de l'électrolyte ; une décharge profonde risque d'endommager l'anode.

(3) Recharge périodique :

Pour les batteries inactives, surveillez la tension/SOC et rechargez à environ 50 % lorsqu'elle est faible pour éviter une décharge profonde.

(4) Contrôle strict de la fabrication :

Minimiser les impuretés/poussières métalliques et garantir l'intégrité du séparateur. Approvisionnement en matériaux de batterie propose des matériaux de haute pureté pour réduire les risques de contamination.

Conclusion