¿La descarga completa de una batería de litio reduce su vida útil?

Para una versión TLDR, vaya al último párrafo.

Dado que AccuBattery se vincula a otro artículo que no sea el que en realidad citaron, tuve ganas de verificar dos veces si representaban el artículo correctamente... y lo hacen. Aquí está el resumen de Choi y Lim, (quienes declararon su afiliación como Samsung) "Factores que afectan el ciclo de vida y los posibles mecanismos de degradación de una celda de iones de litio basada en LiCoO2" (2003):

Se ha realizado una prueba exhaustiva en una celda de iones de litio (Li-ion) en una variedad de condiciones de ciclo para evaluar los factores que afectan su ciclo de vida. El estudio se realiza en una celda prismática enrollada de 900 mAh que contiene un electrodo positivo de LiCoO2 (cátodo) y un electrodo negativo de grafito sintético (ánodo). El ciclo de vida está muy influenciado por las condiciones de carga, pero es relativamente insensible a las condiciones de descarga . Los altos voltajes de corte de carga y un largo período de carga flotante a 4,2 V o más tienen los efectos más severos en el ciclo de vida. Otra condición dañina son las altas tasas de carga por encima de la tasa de 1C, pero la reducción en la profundidad de descarga no mejora el ciclo de vida a diferencia de la situación con otras baterías recargables como las alcalinas y las de plomo-ácido.. La dependencia de la tasa de degradación del voltaje de carga y el período de alto voltaje de carga sugiere que la causa puede ser una oxidación electroquímica.

Y con más detalle en el texto completo del artículo:

Para estimar el efecto DoD en el rendimiento del ciclo, en la Fig. 5 se muestra el cambio en la capacidad para un régimen en el que la descarga se cortó a varios voltajes que oscilaron entre 2,75 y 3,55 V después de cargar completamente la celda a la velocidad de 1C. No Se observa una dependencia notable de la tasa de disminución de la capacidad con el ciclismo en el DoD dentro de los 500 ciclos.

Su conclusión probablemente se derive del hecho de que las pendientes de todas las líneas del gráfico anterior parecen ser las mismas, por lo que la degradación parece ser independiente del DoD (profundidad de descarga). (Por otro lado, el voltaje de descarga más bajo produce una capacidad [utilizable] más alta).

La pregunta más difícil es si todas las baterías de iones de litio son como estas, porque el estudio de Choi y Lim tiene un alcance bastante limitado.

Un poco más de búsqueda encontró un artículo de 2006 de Avestor Boffins que encuentra efectos DoD significativos en el ciclo de vida de las baterías LMP (polímero de metal de litio) que usan cátodo de óxido de vanadio. Sin embargo, que yo sepa, este tipo de batería no se usa mucho en la electrónica de consumo. Y Avestor cerró no muy tarde después de eso...

También encontré algunas diapositivas de un proyecto de la Universidad de Aachen llamado Batteries2020 , que muestra una degradación menor con DoD (pérdida de capacidad del 2,5 % después de ~1000 ciclos a una temperatura de funcionamiento de 25 °C y un 15 % a 45 °C):

Desafortunadamente, no especifican en esas diapositivas la química exacta de las células analizadas (además de "Li-ion" en el título de la presentación). Es posible que tengan un documento en algún lugar donde se detalla eso.

Así que creo que, a la luz de esto último, la afirmación de Choi & Lim (y AccuBattery) es más o menos cierta, a menos que le importe ese 2,5-15 % extra después de mil ciclos. Por el contrario, si tiene la intención de lograr millones de ciclos en lugar de miles (como este último suele estar diseñado en la electrónica de consumo), entonces DoD sería un problema importante.

Y un artículo que trata sobre las baterías 18650 minoristas encontró un comportamiento inconsistente con la teoría en algunas celdas:

La Fig. 4 también muestra cómo envejecen las células con ciclo parcial en comparación con las células con ciclo completo. Para las celdas de Sanyo y Panasonic, existe una clara tendencia a que las celdas parcialmente cicladas envejezcan menos con cada ciclo en comparación con los ciclos completos, como se esperaba. Sin embargo, debido a que las celdas parcialmente cicladas absorben y suministran menos carga y energía en cada ciclo que las celdas completamente cicladas, una comparación basada en ciclos es algo menos significativa que una comparación basada en el rendimiento de energía acumulada, como se muestra en la Fig. 5. La comparación de las celdas mediante el ajuste de curvas lineales a las mediciones de rendimiento de energía arroja un resultado no concluyente, como se muestra en la Tabla IV. Mientras que para ambos tipos de celdas Panasonic y las celdas UF4900, los ciclos parciales conducen a una degradación promedio más baja por producción de energía que los ciclos completos, las celdas San2600 y UF4200 encuentran que los ciclos parciales conducen a una mayor degradación. Este resultado inconsistente sugiere que el tamaño de muestra de dos celdas por tipo y ciclo de descarga es insuficiente para estudios concluyentes del impacto de ligeras variaciones de ciclo sobre el envejecimiento.

Y otro documento con un resultado extraño, en lo que respecta al efecto del DOD:

El voltaje de corte de la etapa de descarga (V2) varía de 3,0 V a 2,4 V. La Fig. 9 muestra que la capacidad se desvanece más rápido cuando el voltaje está en su nivel medio (2,5 V). Este resultado difiere de la Fig. 5 del estudio de Choi [28] en que el DOD tiene poco efecto sobre el envejecimiento dentro de los 500 ciclos. La razón del fenómeno de que las células envejecen más rápido a V2 = 2,5 V que a V2 = 2,4 V no se comprende del todo.

Sus principales hallazgos/resumen (para explicar mejor la figura):

La tasa de envejecimiento en condiciones de ciclo para las celdas de iones de litio se ve afectada por muchos factores. Siete factores principales se examinan sistemáticamente usando un diseño ortogonal de experimentos, y se usó un análisis estadístico para identificar el orden de los factores principales en términos de fuerza para causar el desvanecimiento de la capacidad. Estos siete factores principales son: las corrientes de carga y descarga (i1, i2) durante el régimen de corriente constante, los voltajes de corte de carga y descarga (V1, V2) y las duraciones correspondientes (t1, t2) durante el régimen de voltaje constante, y la temperatura ambiente (T). Se seleccionó una matriz ortogonal con 18 unidades de prueba para los experimentos. Los resultados de la prueba muestran que (1) durante el período inicial de desvanecimiento de capacidad del 10 %, la capacidad se desvaneció linealmente con el rendimiento de Wh para todas las condiciones de prueba; (2) después del período inicial, ciertas condiciones cíclicas exacerbaron las tasas de envejecimiento, mientras que las demás permanecieron igual. Los resultados estadísticos muestran que: (1) a excepción de t1, los otros seis factores principales afectan significativamente la tasa de envejecimiento; (2) la fuerza de los factores principales se clasificó como: i1 > V1 > T > t2 > V2 > i2 > t1.

Un estudio más realizado en los Países Bajos como parte de una tesis doctoral de 2017 sobre baterías LFP por Li D. encontró resultados (págs. 139-140) algo similares a Batteries2020 (esperemos que no sean los mismos datos). Una vez más, al descargar a una temperatura ambiente de 20 °C, el DoD tuvo un efecto general pequeño (menos del 5 %), pero esto se vuelve más pronunciado a temperaturas más altas... una ventana de estado de carga más pequeña extrae menos energía por ciclo de la batería. En términos de pérdida de producción de energía, la descarga del 0 % al 100 % del DoD fue menos perjudicial que la descarga del 70 % al 100 % por encima de la temperatura ambiente de 40 °C. A una temperatura ambiente de 60 °C, a todas las descargas parciales les fue peor que a una descarga total en términos de pérdida de producción de energía.

De las figs. 6.20b y c, se deduce que la tasa de disminución de [carga máxima / carga inicial máxima] para SoC = 0-100 % es menor que el ciclo en el rango de SoC = 70-100 % a 40 [grados] C (Fig. 6.20 b) y es pequeño en comparación con otras ventanas SoC de ciclos parciales a 60 °C (Fig. 6.20c).

Entonces, para sacar una conclusión de todo esto, parece que el efecto de descargar completamente una batería de iones de litio (de varias químicas) es bastante insignificante para la electrónica de consumo. BU es técnicamente correcto en cuanto a que las baterías de iones de litio (como la mayoría de las recargables) perderán menos capacidad por ciclo cuando no se descargan por completo, pero esta pérdida es bastante pequeña para las baterías de iones de litio a la temperatura ambiente habitual para la electrónica de consumo, que es la esencia de el artículo citado por AccuBattery; este último sitio exagera su hallazgo al afirmar que el efecto es cero, lo que parece no ser el caso según los datos de los estudios que permiten una mejor estimación del efecto pequeño. Además, un ciclo con una ventana de estado de carga más pequeña también produce menos energía,