Колко дълго наистина траят литиевите батерии? Разкрита е истината

Литиево-йонните батерии са тип батерии, които използват литиев метал или литиеви сплави като материал за отрицателния електрод и неводен електролитен разтвор. Първата литиева метална батерия е предложена и изследвана от Джилбърт Н. Луис през 1912 г. През 70-те години на миналия век М. С. Уитингам предложи и започна да изследва литиево-йонни батерии. Поради високата химическа реактивност на литиевия метал, неговата обработка, съхранение и използване изискват много строги контроли на околната среда. Поради това литиево-йонните батерии дълго време не са били широко разпространени. С развитието на науката и технологиите, литиево-йонните батерии днес са станали основен стандарт.

Литиевите батерии могат условно да се разделят на два вида: литиево-метални батерии и литиево-йонни батерии. Литиево-йонните батерии не съдържат метално литий и могат да се презареждат. Петото поколение презареждащи се батерии – литиево-металните батерии, е разработено през 1996 г. Те предлагат по-висока безопасност, по-голяма специфична мощност, по-нисък ток за саморазряд и по-добро съотношение цена-качество в сравнение с литиево-йонните батерии. Поради високите технологични изисквания, в момента само компании в няколко страни произвеждат литиево-метални батерии.

Литиево-йонните батерии могат да се зареждат и разреждат само 500 пъти?

Повечето потребители вероятно са чували, че животът на литиевите батерии е "500 цикъла", което означава 500 цикъла на зареждане и разреждане. След това батерията се счита за „използвана напълно“. Много хора се опитват да удължат живота на батерията, като я зареждат едва когато е напълно изчерпана. Но наистина ли това удължава живота на батерията?

❌ Отговорът е не. Продължителността на живота на литиев батерия е „500 пъти“, което не се отнася за броя на зарежданията, а за един цикъл на зареждане и разреждане.

Цикъл на зареждане означава процеса, при който батерията преминава от напълно заредена до изпразнена и след това отново до напълно заредена, което не е същото като еднократно зареждане. Например, ако литиева батерия се използва до половината от капацитета си първия ден и след това се зареди напълно, и същото се направи на втория ден, това се счита само за един цикъл на зареждане, а не за два. Следователно обикновено са необходими няколко пълни зареждания, за да се завърши един цикъл. Всеки път, когато се завърши цикъл на зареждане, капацитетът на батерията намалява леко. Въпреки това това намаление е много малко; висококачествените батерии запазват около 80% от първоначалния си капацитет след много цикли на зареждане, а много продукти, работещи с литиево-йонни батерии, продължават да функционират нормално след две или три години. Разбира се, литиево-йонните батерии все пак трябва да се подменят, когато достигнат края на своя живот.

Т.нар. 500 цикъла се отнася до производителя, постигащ приблизително 625 презареждания при постоянна дълбочина на разряд (например 80%), достигайки 500 цикъла на зареждане. (80% * 625 = 500) (игнорирайки фактори като намаляване на капацитета на литиевата батерия).

Въпреки това, поради различни фактори в реалния живот, особено факта, че дълбочината на разряд по време на зареждане не е постоянна, "500 цикъла на зареждане" могат да се използват само като ориентир за живота на батерията.

Правилното твърдение е: продължителността на живот на литиева батерия е свързана с броя на завършените цикли на зареждане, но не е пряко свързана с броя на зарежданията.

С други думи, например, ако литиев батерия се използва само на половината от капацитета си първия ден, след което се зарежда напълно, и същото се прави и втория ден, това се счита само за един заряден цикъл, а не за два. Следователно обикновено са необходими няколко зареждания, за да се завърши един цикъл. Всеки път, когато се завърши заряден цикъл, капацитетът на батерията намалява леко. Въпреки това намалението е много малко; висококачествените батерии все още запазват 80% от първоначалния си капацитет след много зарядни цикли. Затова много продукти, работещи с литиево-йонни батерии, продължават да функционират нормално след две или три години. Разбира се, литиево-йонните батерии в крайна сметка трябва да бъдат заменени, когато достигнат края на своя живот.

Срокът на живот на литиев батерейен акумулатор обикновено е 300-500 цикъла на зареждане. Приемайки, че един пълен разряд осигурява Q единици електроенергия и пренебрегвайки намаляването на капацитета след всеки цикъл на зареждане, литиевата батерия може да осигури или да възстанови общо 300Q–500Q единици електроенергия през целия си живот. Следователно, ако зареждате след използване на половината от капацитета на батерията всеки път, тя може да се зарежда 600–1000 пъти; ако зареждате след използване на една трета от капацитета на батерията всеки път, тя може да се зарежда 900–1500 пъти. И така нататък. Ако зареждането е случайно, броят на зарежданията е неопределен. Накратко, независимо как зареждате, общото количество електроенергия, което се възстановява, е постоянно и съставлява 300Q–500Q. Следователно можем да го разбираме по следния начин: продължителността на живота на литиевата батерия е свързана с общото количество електроенергия, което може да се зареди, а не с броя на циклите на зареждане. Дълбокият разряд/пълно зареждане и частичният разряд/частично зареждане имат малка разлика във влиянието си върху срока на живот на литиевата батерия.

Всъщност лекото разреждане и лекото зареждане са по-полезни за литиевите батерии. Пълното разреждане и пълното зареждане са необходими само когато модулът за захранване на продукта калибрира литиевата батерия. Следователно продуктите, захранвани от литиеви батерии, не трябва да са твърде придирчиви към процеса; приоритет трябва да бъде удобството. Зареждайте ги по всяко време, без да се притеснявате, че това ще повлияе на тяхния живот.

Ако литиевите батерии се използват в среди, надвишаващи предвидената работна температура (над 35°C), капацитетът на батерията постоянно ще намалява, което означава, че времето на захранване на батерията няма да е толкова дълго, колкото обикновено. Зареждането на устройствата при такива температури ще причини още по-голяма повреда на батерията. Дори съхранението на батерии в сравнително горещи среди неизбежно ще нанесе някаква повреда на тяхното качество. Поради това поддържането на подходяща работна температура е добър начин за удължаване на живота на литиевите батерии.

Ако използвате литиеви батерии в среди с ниска температура, т.е. под 4°C, ще забележите, че животът на батерията е намален, а някои оригинални литиеви батерии в мобилни телефони може дори да не се зареждат при ниски температури. Но не се притеснявайте твърде много – това е временна ситуация. За разлика от употребата в среди с висока температура, когато температурата се повиши, молекулите в батерията се нагряват и веднага възстановяват предишния си капацитет.

За да използвате максимално възможностите на литиево-йонна батерия, тя трябва да се използва често, за да се поддържа постоянен поток на електроните вътре в нея. Ако не използвате често литиевата си батерия, запомнете да извършвате пълен цикъл на зареждане всеки месец и да правите калибриране на заряда, т.е. дълбоко разреждане, последвано от дълбоко зареждане.

Правилният термин е „цикъл на зареждане-разреждане“, а не „брой на зарежданията“. Цикъл се отнася до периода, през който батерията преминава от напълно заредена до напълно изчерпана. Ако батерията ви е напълно заредена, използвана до една десета от капацитета ѝ и след това отново напълно заредена, това е една десета от цикъл. Трябва да я зареждате и разреждате 10 пъти, за да завършите един цял цикъл. По същия начин, ако започнете с пълен заряд, използвате половината от капацитета, заредите я напълно, след това я използвате отново до половината капацитет и я заредите отново напълно, това също е един цикъл — зареждали сте я два пъти. Следователно, един цикъл зависи изключително от „общото количество електричество, изведено от батерията“ и няма пряка връзка с „броя на зарежданията“.

Освен това, този номинален брой цикли на зареждане-разреждане не означава, че батерията става негодна за употреба след изчерпването им. Напротив, той означава, че след толкова цикъла способността на батерията да съхранява електрическа енергия ще намалее до определено ниво.

Например, определен литиев акумулатор има номинален живот при зарядно-разряден цикъл "не по-малко от 60% от номиналния му капацитет след 500 цикъла".

С други думи, след 500 цикъла този акумулатор може да съхрани около 60% от капацитета, който е имал като нов. Неговата производителност е намаляла до известна степен. Това е основното.

Литиевите батерии нямат фиксиран лимит за броя на циклите на зареждане. Батериите от проверени производители обикновено издържат поне 500 зарядно-разрядни цикъла, като запазват повече от 80% от първоначалния си капацитет, което означава, че могат да служат две години при единично зареждане. Обикновено батериите на мобилните телефони значително се влошават след 1000 цикъла на зареждане.

Методи за поддържане на батерията на мобилен телефон:

1. Използвайте батерията само когато е напълно заредена всеки път, за да се намали броят на циклите на зареждане и да се удължи животът ѝ.
2. Не е необходимо да изтощавате напълно батерията; обикновено трябва да се зарежда, когато нивото на заряд падне под 10%.
3. Използвайте оригиналното зарядно устройство за зареждане; не използвайте универсално зарядно устройство.
4. Не използвайте телефона си по време на зареждане.
5. Не прекарявайте заряд; спрете зареждането, след като батерията се зареди напълно.

Да, според експерименталните резултати животът на литиевите батерии намалява с увеличаването на броя на циклите на зареждане. Обикновено литиевите батерии издържат само 2000-3000 цикъла на зареждане.

Циклирането се отнася до употребата. Използваме батерии и се интересуваме от продължителността на употреба. За да се измери производителността на презареждаема батерия, е установено определение за живот на цикъл. Всъщност потребителските преживявания варират значително, а тестовете при различни условия не са сравними. За да се направят сравнения, определението за живот на цикъл трябва да бъде стандартизирано.

Националният стандарт специфицира следните условия за изпитване и изисквания за цикличния живот на литиеви батерии: При околна температура 20℃±5℃, зареждане с ток 1C. Когато напрежението на клемите на батерията достигне граничното напрежение за зареждане от 4,2 V, се преминава към зареждане при постоянно напрежение, докато токът за зареждане стане по-малък или равен на 1/20C. Завършете зареждането и оставете батерията да почива в продължение на 0,5–1 час. След това разреждайте с ток 1C до крайното напрежение от 2,75 V. След приключване на разреждането оставете батерията да почива в продължение на 0,5–1 час, преди да започне следващия цикъл на зареждане и разреждане. Цикличният живот се счита за приключен, когато две последователни времена на разреждане са по-малки от 36 минути. Броят на циклите трябва да е по-голям от 300.

Обяснение на националния стандарт:

1. Това определение уточнява, че изпитването на цикличния живот се извършва чрез метода пълно зареждане – пълно разреждане ;
2. Нормативните изисквания предвиждат, че според този модел цикличният живот на литиевите батерии трябва да запази повече от 60% от капацитета си след ≥300 цикъла .

Въпреки това, различните режими на циклиране водят до значително различен брой цикли. Например при запазване на всички останали условия непроменени, просто променянето на постоянното напрежение от 4,2 V на 4,1 V за един и същ модел батерия по време на теста за цикличен живот означава, че батерията вече не се зарежда напълно, а крайните резултати от теста показват почти 60% увеличение на цикличния живот. Следователно, ако граничното напрежение се повиши до 3,9 V, броят на циклите би следвало да нарасне многократно.

Важно е да се разбере твърдението, че всеки цикъл на зареждане и разреждане намалява живота на батерията. Цикълът на зареждане на литиева батерия се дефинира като процеса, при който литиевата батерия преминава от напълно заредено до напълно изпразнено състояние и след това отново напълно се зарежда. Това не е същото като еднократно зареждане. Освен това, когато се говори за брой цикли, трябва да се имат предвид условията, при които се извършва цикълът. Разискването на броя цикли без да се вземат предвид тези условия е безсмислено, тъй като броят на циклите е средство за оценка на живота на батерията, а не крайната цел!