Quelle température est mauvaise pour les piles au lithium ?

La température a un impact majeur sur les performances et la longévité des batteries au lithium. Les conditions chaudes et froides peuvent créer des risques pour la sécurité, accélérer la dégradation des piles ou limiter leur capacité et leur efficacité. Comment les températures extrêmes affectent-elles les piles au lithium et à partir de quel moment les conditions chaudes ou froides deviennent-elles préjudiciables ? En tant que fabricant de batteries au lithiumJe vais l'étudier dans cet article.

Plage de température optimale pour le fonctionnement et le stockage des piles au lithium

Idéalement, les piles au lithium doivent être stockées et utilisées dans une plage de température spécifique, en fonction de la composition de la pile et des directives du fabricant. En règle générale, la plage de température optimale est la suivante

• Charge : 32°F à 113°F (0°C à 45°C)
• Décharge : De -20°C à 60°C (-4°F à 140°F)

Bien entendu, certaines batteries de haute qualité destinées à des applications industrielles ou extrêmes peuvent fonctionner en toute sécurité à des températures encore plus froides, proches de -40°F (-40°C). Toutefois, pour la plupart des piles au lithium commerciales utilisées dans l'électronique grand public ou les véhicules électriques, il est risqué de les charger à des températures inférieures au point de congélation, ce qui les endommagerait de façon permanente. Les exposer à des températures très élevées, supérieures à 140°F, peut également compromettre la sécurité.

Pour une durée de vie optimale et un fonctionnement sûr, des températures comprises entre 10°C et 35°C sont généralement recommandées. Plus la température est proche de la température ambiante, plus la batterie est performante. Les précautions à prendre pour manipuler les batteries en hiver ou en été permettent d'éviter les problèmes.

Quelle température est mauvaise pour les piles au lithium ?

Lithium batteries are sensitive to temperature extremes, which can severely impact their performance, safety, and lifespan. Here’s a breakdown of temperature ranges to avoid and their effects:

1. En dessous du point de congélation (32°F/0°C ou moins)

Effets:

Gel de l'électrolyte (en dessous de -4°F/-20°C)136.

Perte de capacité permanente et augmentation de la résistance interne27.

La charge n'est pas sûre en dessous de 0°C (32°F)58.

Atténuation: Préchauffez les piles avant de les utiliser dans des climats froids23.

2. Chaleur élevée (supérieure à 113°F/45°C)

Effets:

Vieillissement accéléré et durée de vie réduite126.

Risque d'emballement thermique (au-dessus de 140°F/60°C), pouvant provoquer des incendies ou des explosions346.

Une charge à plus de 45°C (113°F) n'est pas sûre et peut provoquer un gonflement458.

Atténuation: Utiliser des systèmes de refroidissement et éviter la lumière directe du soleil26.

3. Principaux risques par température

Que se passe-t-il lorsque les piles au lithium deviennent trop froides ?

Les températures glaciales réduisent la capacité et l'efficacité des piles au lithium. Les réactions chimiques de la batterie, vitales pour son fonctionnement, se produisent beaucoup plus lentement dans les environnements froids en raison d'une baisse de la mobilité des ions. Cela réduit la capacité utilisable de la batterie, limitant la production d'énergie et l'autonomie.

En outre, il est extrêmement risqué d'essayer de charger des piles au lithium en dessous du point de congélation, et plus particulièrement en dessous de -7°C (20°F). Les températures glaciales altèrent la structure des anodes en graphite, provoquant un placage de lithium où les ions se déposent sur la surface de l'anode au lieu de s'y insérer correctement. Des dommages permanents en résultent.

Principaux effets des températures de congélation

• Capacité et durée d'utilisation réduites
• La tension de la batterie chute plus rapidement
• Problèmes de charge et risques liés au placage au lithium
• Perte permanente de capacité au fil du temps

Certaines batteries avancées sont dotées d'éléments chauffants intégrés qui permettent de résoudre les problèmes liés à la charge en dessous de 32°F. Mais en général, pour charger des batteries au lithium dans des conditions inférieures à zéro, il faut réduire le courant à environ 0,1C ou moins pour éviter tout dommage. Il faut également ramener les batteries à la température ambiante avant de les charger.

La chaleur élevée endommage aussi les piles au lithium

Alors que le froid réduit la capacité utilisable, la chaleur accélère le vieillissement des batteries au lithium et peut provoquer des problèmes de sécurité par des déclenchements d'emballement thermique. L'exposition des batteries au lithium à la chaleur ambiante de l'été, le fait de les laisser à l'intérieur de véhicules chauds, ou même la suralimentation rapide par temps chaud font grimper la température interne des batteries à un niveau dangereux.

Risques majeurs liés aux fortes chaleurs

• Perte plus rapide de la capacité de la batterie au cours des cycles de charge
• Risque accru d'incendie ou d'explosion
• Chute de l'efficacité et de la tension de sortie
• Emballement thermique entraînant une défaillance complète

Comment la température affecte-t-elle la durée de vie des piles ?
Les températures extrêmes réduisent la durée de vie des piles de différentes manières. Les conditions de gel entravent temporairement les performances. La chaleur est plus dommageable de manière permanente sur de nombreux cycles.

Selon une étude, une augmentation de la température des piles de seulement 10 °C accélère les effets du vieillissement par un facteur de deux. Plus il fait chaud, plus les réactions chimiques destructrices dégradent rapidement les piles au lithium. Les températures élevées provoquent également des défaillances plus volatiles en raison d'un dangereux emballement thermique.

En revanche, une brève exposition au froid extrême réduit principalement les performances à court terme. Le stockage des piles au lithium autour du point de congélation ne réduit pas nécessairement leur durée de vie à long terme si elles sont chargées à des températures plus chaudes. Cependant, elles peuvent subir des dommages permanents lorsqu'elles sont chargées à froid. Les températures ambiantes comprises entre 15°C et 35°C (59°F et 95°F) offrent une longévité maximale.

Meilleures pratiques en matière de sécurité thermique des piles au lithium

Pour protéger les piles au lithium contre les dommages, il faut comprendre les limites de température de sécurité et suivre des directives pratiques de manipulation.

Manipuler correctement les piles

Évitez de frapper, de bosseler ou de secouer les piles afin de limiter les contraintes mécaniques. Les dommages physiques associés aux contraintes thermiques accélèrent le vieillissement de la batterie. Protégez également les bornes et évitez de décharger complètement les batteries.

Stocker les piles à des températures modérées

L'idéal est de stocker les piles au lithium à une température d'environ 73°F/23°C dans un endroit sec et ventilé, à l'écart de toute source de chaleur, d'humidité ou d'ignition. Les précautions saisonnières de stockage des piles permettent de préserver leur durée de vie et de maintenir des températures optimales.

Ne pas exposer les piles à une chaleur extrême

Les températures supérieures à 45°C présentent des risques pour la sécurité et la longévité. Évitez l'exposition directe aux rayons du soleil ou les endroits où la chaleur rayonne, comme les véhicules chauds. Les températures du moteur ou du compartiment de la batterie dépassent souvent 150°F.

Limiter la charge rapide par temps chaud

Des taux supérieurs à 1C sollicitent la chimie de la batterie, accélérant son vieillissement. Le courant de charge génère également de la chaleur interne, qui s'ajoute aux températures ambiantes élevées. La charge lente permet d'éviter cette combinaison destructrice dans la mesure du possible.

Le bilan

Les piles au lithium voient leur capacité réduite et leur vieillissement accéléré en cas de températures extrêmes, en particulier en cas de forte chaleur ambiante. Stockez les piles à température ambiante, évitez de les charger à moins de 32°F et manipulez-les avec précaution. Avec les précautions nécessaires, les piles au lithium fournissent de l'énergie en toute fiabilité, que ce soit pendant les hivers froids ou les étés chauds.