Jak dlouho vlastně lithiové baterie vydrží? Odhalená pravda

Lithiové iontové baterie jsou typem baterií, které jako materiál negativní elektrody používají lithiový kov nebo lithiové slitiny a nevodný elektrolyt. První lithiovou kovovou baterii navrhl a studoval Gilbert N. Lewis v roce 1912. Ve 70. letech 20. století M.S. Whittingham navrhl a začal výzkum lithiových iontových baterií. Vzhledem k vysoce reaktivním chemickým vlastnostem lithia vyžaduje jeho zpracování, skladování a použití velmi přísné environmentální podmínky. Proto se lithiové iontové baterie dlouhou dobu nešířily. Díky rozvoji vědy a techniky se však dnes staly standardem.

Lithiové baterie lze obecně rozdělit do dvou kategorií: lithiové články a lithio-iontové baterie. Lithio-iontové baterie neobsahují kovový lithium a jsou dobíjitelné. Pátá generace dobíjecích baterií, lithiové články, byla vyvinuta v roce 1996. Nabízejí lepší bezpečnost, měrnou kapacitu, nižší samo vybíjení a lepší poměr ceny a výkonu ve srovnání s lithio-iontovými bateriemi. Vzhledem ke svým vysokým technologickým nárokům jsou lithiové články v současnosti vyráběny pouze společnostmi v několika zemích.

Lithio-iontové baterie lze nabít a vybít pouze 500krát?

Většina spotřebitelů pravděpodobně slyšela, že životnost lithiových baterií je „500 cyklů“, což znamená 500 nabíjecích a vybíjecích cyklů. Po tomto počtu je baterie považována za „mrtvou“. Mnoho lidí se snaží prodloužit životnost baterie tím, že ji nabíjí až ve chvíli, kdy je zcela vybitá. Ale opravdu to životnost baterie prodlužuje?

❌ Odpověď je ne. Životnost lithiové baterie „500 krát“ se nevztahuje na počet nabíjení, ale na jeden cyklus nabití a vybití.

Cyklus nabíjení znamená proces, při kterém baterie přejde od plně nabitého stavu do úplně vybitého a poté zpět k plnému nabití, což není totéž jako jedno nabíjení. Například pokud je lithiová baterie první den vybita na polovinu své kapacity a následně plně nabita, a druhý den se stane totéž, počítá se to pouze jako jeden cyklus nabíjení, nikoli dva. Obvykle tedy k dokončení jednoho cyklu dochází až po několika nabíjecích operacích. Po každém dokončeném cyklu nabíjení se kapacita baterie mírně sníží. Tento pokles je však velmi malý; kvalitní baterie si po mnoha cyklech nabíjení zachovají přibližně 80 % původní kapacity a mnohé výrobky s lithium-iontovými bateriemi normálně fungují i po dvou nebo třech letech. Samozřejmě však musí být lithiové iontové baterie na konci své životnosti nahrazeny.

Takzvaných 500 cyklů odkazuje na výrobce, který dosahuje přibližně 625 dobíjecích cyklů při konstantní hloubce vybíjení (např. 80 %), což odpovídá 500 dobíjecím cyklům. (80 % * 625 = 500) (bez ohledu na faktory, jako je snížení kapacity lithiové baterie).

Vzhledem k různým faktorům ve skutečném provozu, zejména skutečnosti, že hloubka vybíjení při dobíjení není konstantní, lze "500 dobíjecích cyklů" použít pouze jako orientační hodnotu pro životnost baterie.

Správné znění je: životnost lithiové baterie souvisí s počtem dokončených dobíjecích cyklů, ale není přímo spojena s počtem dobíjení.

Jinými slovy například, pokud je lithiová baterie první den využita pouze z poloviny své kapacity a následně plně nabita, a druhý den se udělá totéž, počítá se to pouze jako jeden nabíjecí cyklus, nikoli dva. Obvykle tedy k dokončení jednoho cyklu dochází až po několika nabíjeních. Po každém dokončeném nabíjecím cyklu se kapacita baterie mírně snižuje. Toto snížení je však velmi malé; kvalitní baterie si po mnoha nabíjecích cyklech stále udrží 80 % původní kapacity. Proto mnohé výrobky s lithium-iontovými bateriemi normálně fungují i po dvou nebo třech letech. Samozřejmě však lithiové iontové baterie nakonec musí být po dosažení své životnosti vyměněny.

Životnost lithiové baterie je obecně 300 až 500 nabíjecích cyklů. Předpokládejme, že jedno úplné vybití poskytne Q jednotek elektřiny, a neuvažujeme-li pokles kapacity po každém nabíjecím cyklu, může lithiová baterie během své životnosti dodat nebo doplnit celkem 300Q až 500Q jednotek elektřiny. Pokud tedy budete nabíjet po využití poloviny kapacity baterie, lze ji nabít 600 až 1000krát; pokud budete nabíjet po využití jedné třetiny kapacity baterie, lze ji nabít 900 až 1500krát. A tak dále. Pokud budete nabíjet náhodně, počet nabíjení není určený. Stručně řečeno, bez ohledu na způsob nabíjení zůstává celkové množství doplněné elektřiny konstantní a činí 300Q až 500Q. Můžeme to tedy chápat takto: životnost lithiové baterie souvisí s celkovým množstvím elektřiny, které lze do ní naladit, nikoli s počtem nabíjecích cyklů. Hluboké vybíjení/hluboké nabíjení a mělké vybíjení/mělké nabíjení mají minimální rozdíl ve svém vlivu na životnost lithiové baterie.

Ve skutečnosti jsou pro lithiové baterie výhodnější mělké vybíjení a mělké nabíjení. Hluboké vybíjení a hluboké nabíjení jsou nutné pouze v případě, kdy kalibruje lithiovou baterii napájecí modul produktu. Proto u produktů napájených lithiovými bateriemi není třeba proces příliš upřesňovat; na prvním místě by měla být pohodlnost. Nabíjejte je kdykoli chcete, aniž byste se obávali ovlivnění jejich životnosti.

Pokud jsou lithiové baterie používány v prostředích s teplotou vyšší než stanovená provozní teplota (nad 35 °C), bude kapacita baterie neustále klesat, což znamená, že doba napájení baterie nebude tak dlouhá jako obvykle. Nabíjení zařízení při takovýchto teplotách způsobí baterii ještě větší poškození. I skladování baterií v relativně horkém prostředí nevyhnutelně poškodí jejich kvalitu. Udržování vhodné provozní teploty je proto dobrým způsobem, jak prodloužit životnost lithiových baterií.

Pokud používáte lithiové baterie v nízkých teplotách, tj. pod 4 °C, zjistíte, že se snižuje doba života baterie, a některé původní lithiové baterie v mobilních telefonech se v nízkých teplotách nemusí ani nabíjet. Ale nemusíte se příliš znepokojovat, jedná se pouze o dočasnou situaci. Na rozdíl od použití v horkém prostředí, jakmile teplota stoupne, molekuly v baterii se ohřejí a okamžitě obnoví svou předchozí kapacitu.

Pro dosažení maximálního výkonu lithium-iontové baterie je třeba ji často používat, aby elektrony uvnitř baterie neustále proudily. Pokud svou lithiovou baterii nepoužíváte často, pamatujte na to, že je každý měsíc nutné provést jeden úplný nabíjecí cyklus a kalibraci nabití, tj. hluboké vybití následované hlubokým nabitím.

Správný termín je „cyklus nabíjení a vybíjení“, nikoli „počet nabíjecích cyklů“. Cyklus označuje dobu, po kterou baterie přejde od plně nabitého stavu až k úplnému vybití. Pokud je baterie plně nabitá, využije se jedna desetina její kapacity a poté je opět plně nabitá, jedná se o jednu desetinu cyklu. K dokončení jednoho celého cyklu je třeba tento proces opakovat desetkrát. Obdobně, pokud začnete s plně nabitou baterií, využijete polovinu její kapacity, opět ji plně nabití, pak znovu využijete polovinu kapacity a opět ji plně nabití, jde také o jeden cyklus – nabíjeli jste ji dvakrát. Počet cyklů tedy závisí výhradně na „celkovém množství vybité energie z baterie“ a není přímo spojen s „počtem nabíjení“.

Navíc tento nominální počet cyklů nabíjení a vybíjení neznamená, že baterie po jejich vyčerpání již není použitelná. Znamená to pouze, že po tomto počtu cyklů klesne schopnost baterie uchovávat elektrickou energii na určitou úroveň.

Například určitá lithiová baterie má jmenovitou životnost nabíjecích cyklů „po 500 cyklech nejméně 60 % jmenovité kapacity“.

Jinými slovy, po 500 cyklech bude mít tato baterie pouze přibližně 60 % kapacity, kterou měla jako nová. Její výkon se tedy do určité míry snížil. To je celé vysvětlení.

Lithiové baterie nemají pevně stanovený limit počtu nabíjecích cyklů. Baterie od renomovaných výrobců obvykle vydrží alespoň 500 nabíjecích cyklů při zachování více než 80 % původní kapacity, což znamená, že mohou sloužit dva roky na jedno nabití. Obvykle mobilní telefony po 1000 nabíjecích cyklech zažijí výrazné snížení životnosti baterie.

Metody údržby baterie mobilního telefonu:

1. Baterii používejte až po plném nabití, abyste snížili počet nabíjecích cyklů a prodloužili životnost baterie.
2. Není třeba baterii zcela vybít; obvykle je třeba nabíjet, když úroveň nabití klesne pod 10 %.
3. Používejte originální nabíječku; nepoužívejte univerzální nabíječku.
4. Nepoužívejte telefon během nabíjení.
5. Nenabíjejte nad rámec potřeby; po úplném nabití baterie nabíjení ukončete.

Ano, podle výsledků experimentů se životnost lithiových baterií snižuje s rostoucím počtem nabíjecích cyklů. Obecně lithiové baterie vydrží pouze 2000 až 3000 nabíjecích cyklů.

Cyklování odkazuje na používání. Používáme baterie a zajímá nás doba jejich využití. Pro měření výkonu dobíjecí baterie bylo stanoveno definice životnosti cyklu. Skutečné zkušenosti uživatelů se velmi liší a testy za různých podmínek nejsou srovnatelné. Pro možnost srovnání musí být definice životnosti cyklu standardizována.

Národní norma stanoví následující podmínky a požadavky pro životnost cyklu lithiových baterií: Při okolní teplotě 20 °C ± 5 °C nabíjejte proudem 1C. Jakmile napětí na svorkách baterie dosáhne mezního nabíjecího napětí 4,2 V, přepněte na konstantní napětí, dokud nebude nabíjecí proud menší nebo roven 1/20C. Poté nabíjení ukončete a nechte baterii odpočívat 0,5–1 hodinu. Následně vybijte proudem 1C na konečné napětí 2,75 V. Po dokončení vybíjení nechte baterii opět odpočívat 0,5–1 hodinu, než zahájíte další nabíjecí a vybíjecí cyklus. Životnost cyklu se považuje za ukončenou, když jsou dvě po sobě jdoucí doby vybíjení kratší než 36 minut. Počet cyklů musí být větší než 300.

Vysvětlení národní normy:

1. Tato definice stanoví, že zkouška životnosti cyklu se provádí metodou hlubokého nabití a hlubokého vybíjení ;
2. Nařízení stanoví, že podle tohoto modelu by cyklovací životnost lithiových baterií měla po ≥300 cyklech stále udržet více než 60 % jejich kapacity .

Různé režimy cyklování však vedou k velmi odlišným počtům cyklů. Například při zachování všech ostatních podmínek beze změny znamená pouhé snížení konstantního napětí ze 4,2 V na 4,1 V u stejného typu baterie při testování životnosti, že baterie již není nabíjena do plné kapacity, a konečné výsledky testu ukazují téměř 60% nárůst životnosti. Zvýší-li se tedy mezní napětí na 3,9 V, měl by se počet cyklů několikanásobně zvýšit.

Je důležité si uvědomit tvrzení, že každý cyklus nabíjení a vybíjení snižuje životnost baterie. Cyklus nabíjení lithiové baterie je definován jako proces, při kterém lithiová baterie projde od plně nabitýho stavu až k úplnému vybití a následně opět k plnému nabití. Tohle není totéž jako jednorázové nabití. Navíc při diskusi o počtu cyklů je třeba brát v úvahu podmínky, za kterých je cyklus prováděn. Mluvit o počtu cyklů bez zohlednění těchto podmínek nemá smysl, protože počet cyklů je prostředkem hodnocení životnosti baterie, nikoli cílem samotným!