Toutes les batteries lithium-ion perdent de la capacité, et aucune habitude d’utilisation n’y change quoi que ce soit sur le fond. En revanche, la vitesse à laquelle cette perte se produit varie du simple au triple selon la façon dont on traite la cellule. Comprendre le mécanisme permet de trier les conseils utiles des légendes recopiées depuis vingt ans.
Deux vieillissements coexistent. Le vieillissement par cycles, lié au nombre de charges et décharges. Et le vieillissement calendaire, qui se produit même si la batterie ne sert pas. Le second dépend surtout de deux facteurs : la température et le niveau de charge auquel on laisse la cellule.
Ce qui se passe réellement à l’intérieur
Une cellule lithium-ion contient deux électrodes séparées par un électrolyte liquide. À la charge, les ions lithium quittent l’électrode positive, traversent l’électrolyte et viennent s’insérer entre les feuillets de graphite de l’électrode négative. À la décharge, ils font le trajet inverse. Rien ne se consomme dans l’opération : le lithium fait des allers-retours.
Le problème vient d’un effet secondaire. À la première charge, l’électrolyte se décompose partiellement au contact du graphite et forme un film solide à sa surface, appelé interphase d’électrolyte solide. Ce film est indispensable : sans lui, l’électrolyte continuerait de se décomposer sans fin. Mais sa formation consomme du lithium, et il ne cesse jamais complètement de s’épaissir.
Chaque molécule de lithium piégée dans ce film est définitivement perdue pour le stockage d’énergie. Le film augmente aussi la résistance interne de la cellule, ce qui explique un symptôme bien connu : une batterie vieillie ne perd pas seulement de l’autonomie, elle chute brutalement en tension dès qu’on lui demande un effort, d’où les extinctions à 20% affichés par temps froid.
La croissance de ce film s’accélère avec deux facteurs
La température, d’abord, parce qu’il s’agit d’une réaction chimique. La règle générale de la cinétique veut qu’une élévation de dix degrés multiplie environ par deux la vitesse d’une réaction. Une batterie maintenue à 40°C vieillit donc beaucoup plus vite qu’à 25°C, sans rien faire d’autre.
Le potentiel de l’électrode négative, ensuite, qui dépend directement de l’état de charge. Plus la cellule est chargée, plus ce potentiel favorise la décomposition de l’électrolyte. Une cellule stockée à 100% se dégrade nettement plus vite que la même cellule stockée à 50%, à température identique.
Les travaux sur le vieillissement calendaire montrent des écarts considérables. Une cellule laissée à pleine charge à 40°C peut descendre sous 80% de sa capacité initiale en quelques mois, là où la même cellule à charge partielle et à température ambiante mettra des années. Le point important est que le niveau de charge au repos pèse au moins autant que la température.
Ce qui use une batterie, par ordre d’importance
| Facteur | Effet | Marge de manœuvre réelle |
|---|---|---|
| Chaleur | Accélère toutes les réactions parasites | Grande : éviter le soleil, la charge sous la couette, le boîtier fermé |
| Séjour prolongé à 100% | Favorise la décomposition de l’électrolyte | Grande : c’est le levier le plus efficace au quotidien |
| Décharges très profondes | Contraint mécaniquement les électrodes | Moyenne : éviter de descendre régulièrement sous 10% |
| Charge rapide | Produit de la chaleur, favorise le dépôt de lithium métal | Moyenne : utile en dépannage, à éviter en routine |
| Nombre de cycles | Usure mécanique inévitable des électrodes | Faible : c’est le prix de l’usage |
| Charge à froid | Sous 0°C, dépôt de lithium métallique, dommage irréversible | Grande, et souvent ignorée |
Le cas particulier de la charge par temps froid
C’est le seul point de cette liste qui peut provoquer un dommage immédiat plutôt qu’une usure progressive. Sous zéro degré, les ions lithium n’arrivent plus à s’insérer assez vite dans le graphite. Ils s’accumulent alors en surface sous forme de lithium métallique, qui forme des dépôts en aiguilles.
Ces dépôts sont perdus pour la chimie, et dans les cas sévères ils peuvent finir par traverser le séparateur et créer un court-circuit interne. Les appareils récents refusent d’ailleurs de charger en dessous d’un certain seuil, ce qui explique le comportement d’un téléphone laissé dans une voiture en hiver qui refuse de monter en charge tant qu’il n’est pas revenu à température.
Ce qui ne sert à rien, et qui circule toujours
- Décharger complètement avant de recharger. Cette pratique venait des accumulateurs nickel-cadmium, qui souffraient d’un effet mémoire. Le lithium-ion n’a rien de tel, et les décharges profondes lui font du mal.
- Faire un cycle complet pour calibrer. Cela ne recharge rien, cela recale seulement l’estimation du pourcentage affiché, qui est une extrapolation logicielle. Utile une fois de temps en temps si l’indicateur déraille, sans effet sur la santé de la cellule.
- Débrancher dès 100% pour éviter la surcharge. Le circuit de protection coupe la charge de lui-même. Le problème n’est pas la surcharge, c’est le maintien prolongé à pleine tension, ce qui n’est pas la même chose.
- Ranger une batterie déchargée. Une cellule stockée à 0% pendant des mois peut descendre sous le seuil de sécurité et devenir définitivement inutilisable. Le stockage se fait autour de 50%.
Les habitudes qui changent quelque chose
- Limiter la charge autour de 80% au quotidien. La plupart des appareils récents proposent ce réglage. On perd un peu d’autonomie journalière, on gagne beaucoup sur la durée de vie. La charge complète reste disponible pour les jours où vous en avez besoin.
- Éviter la chaleur pendant la charge. C’est le moment où la cellule chauffe le plus. Un téléphone en charge sous un oreiller ou derrière une vitre au soleil cumule les deux sources.
- Privilégier des recharges partielles fréquentes plutôt que des cycles complets. Le compteur de cycles compte en capacité cumulée, pas en nombre de branchements : deux charges de 40% comptent pour environ un cycle.
- Réserver la charge rapide aux situations qui l’exigent. Une charge lente pendant la nuit sollicite bien moins la cellule.
- Pour un stockage long, viser la moitié de la charge et un endroit frais. C’est vrai pour un vieux téléphone, une batterie externe ou un outil sans fil rangé pour l’hiver.
Et les nouvelles chimies ?
Les anodes contenant du silicium se généralisent depuis quelques années. Le silicium accueille beaucoup plus de lithium que le graphite, ce qui augmente la densité d’énergie, mais il gonfle fortement pendant la charge. Les formulations actuelles n’en incorporent qu’une fraction, précisément pour contenir cette dilatation qui fissure les particules et régénère sans arrêt le film de surface.
Le lithium fer phosphate, de son côté, occupe le terrain du stockage stationnaire et d’une partie de l’automobile. Il offre une durée de vie en cycles nettement supérieure et supporte mieux la charge à 100%, au prix d’une densité d’énergie plus faible, ce qui le rend peu adapté aux appareils portables où le volume compte.
Aucune de ces évolutions ne supprime le mécanisme de fond. Le film d’interface continuera de croître tant que la chimie reposera sur l’insertion d’ions lithium dans un électrolyte liquide.
Si vous ne devez retenir qu’une chose : ce n’est pas l’usage qui tue une batterie, c’est le temps passé chaude et pleine. Une batterie qui vit entre 20 et 80% à température ambiante peut tenir deux à trois fois plus longtemps que la même cellule maintenue en permanence à 100% près d’une source de chaleur.