Hvor længe holder lithiumbatterier egentlig? Sandheden afsløret

Lithium-ionbatterier er en type batteri, der bruger lithiummetal eller lithiumlegeringer som negativ elektrode og en ikke-vandbaseret elektrolyt. Det første lithiummetalbatteri blev foreslået og undersøgt af Gilbert N. Lewis i 1912. I 1970'erne foreslog og begyndte M.S. Whittingham at forskes i lithium-ionbatterier. På grund af det højt reaktive kemiske stof lithium kræver dets bearbejdning, opbevaring og anvendelse meget strenge miljøkrav. Derfor blev lithium-ionbatterier ikke bredt anvendt i lang tid. Med udviklingen inden for videnskab og teknologi er lithium-ionbatterier nu blevet standard.

Lithiumbatterier kan groft opdeles i to kategorier: lithiummetallbatterier og lithium-ionbatterier. Lithium-ionbatterier indeholder ikke metallisk lithium og er genopladelige. Den femte generation af genopladelige batterier, lithiummetallbatterier, blev udviklet i 1996. De tilbyder bedre sikkerhed, specifik kapacitet, selvudladningsrate og pris-ydelsesforhold sammenlignet med lithium-ionbatterier. På grund af deres høje teknologiske krav produceres lithiummetallbatterier i øjeblikket kun af virksomheder i et fåtal lande.

Kan lithium-ionbatterier kun oplades og aflades 500 gange?

De fleste forbrugere har sandsynligvis hørt, at lithiumbatterier har en levetid på "500 cyklusser", hvilket betyder 500 opladnings- og afladningscyklusser. Når man overstiger dette antal, anses batteriet for "dødt". Mange mennesker forsøger at forlænge batteriets levetid ved kun at oplade det, når det er helt tømt. Men forlænger det virkelig batterilevetiden?

❌ Svaret er nej. Levetiden for en lithiumbatteri er "500 gange", hvilket ikke henviser til antallet af opladninger, men til én opladnings- og afladningscyklus.

En opladningscyklus betyder processen, hvor en batteri går fra fuldt opladet til helt tomt og derefter tilbage til fuldt opladet, hvilket ikke er det samme som at oplade én gang. For eksempel, hvis et lithiumbatteri anvendes til halvdelen af sin kapacitet den første dag og derefter oplades fuldt, og det samme sker den anden dag, tæller dette kun som én opladningscyklus, ikke to. Derfor kræves der typisk flere opladninger for at fuldføre én cyklus. Hver gang en opladningscyklus er gennemført, mindskes batterikapaciteten lidt. Men denne nedgang er meget lille; højkvalitetsbatterier bevarer omkring 80 % af deres oprindelige kapacitet efter mange opladningscykluser, og mange produkter drevet af lithium-ion-batterier fungerer stadig normalt efter to eller tre år. Selvfølgelig skal lithium-ion-batterier alligevel udskiftes, når de har nået slutningen af deres levetid.

De såkaldte 500 cyklusser henviser til, at producenten opnår ca. 625 genopladelige cyklusser ved en konstant afladningsdybde (f.eks. 80 %), hvilket svarer til 500 opladningscyklusser. (80 % * 625 = 500) (med udelukkelse af faktorer som reduktion i lithiumbatteriets kapacitet).

På grund af forskellige faktorer i det virkelige liv, især at afladningsdybden under opladning ikke er konstant, kan »500 opladningscyklusser« kun anvendes som et referencepunkt for batterilevetid.

Den korrekte formulering er: levetiden for et lithiumbatteri er relateret til antallet af gennemførte opladningscyklusser, men ikke direkte relateret til antallet af opladninger.

For at gøre det enkelt, tæller det kun som en opladningscyklus og ikke to, hvis en lithiumbatteri for eksempel den første dag kun bruges halvt ud og derefter oplades fuldt, og det samme gentages den anden dag. Derfor kræves der typisk flere opladninger for at fuldføre én cyklus. Hver gang en opladningscyklus er fuldført, falder batterikapaciteten lidt. Men faldet er meget lille; højkvalitetsbatterier vil stadig bevare 80 % af deres oprindelige kapacitet efter mange opladningscykluser. Derfor fungerer mange produkter drevet af lithium-ion-batterier stadig normalt efter to eller tre år. Selvfølgelig skal lithium-ion-batterier til sidst udskiftes, når deres levetid er udløbet.

Levetiden for en lithiumbatteri er generelt 300-500 opladningscyklusser. Hvis man antager, at en enkelt fuld afladning giver Q enheder strøm, og ser bort fra kapacitetsnedgangen efter hver opladningscyklus, kan et lithiumbatteri levere eller genopfylde i alt 300Q-500Q enheder strøm i løbet af sin levetid. Hvis du derfor oplader efter at have brugt halvdelen af batterikapaciteten hver gang, kan det oplades 600-1000 gange; hvis du oplader efter at have brugt en tredjedel af batterikapaciteten hver gang, kan det oplades 900-1500 gange. Og så videre. Hvis du oplader tilfældigt, er antallet af opladninger usikkert. Kort sagt, uanset hvordan du oplader, er den samlede mængde genopfyldt strøm konstant på 300Q-500Q. Derfor kan vi også forstå det sådan her: Levetiden for et lithiumbatteri afhænger af den samlede mængde strøm, det kan oplades med, og ikke antallet af opladningscyklusser. Dyb afladning/dyb opladning og let afladning/let opladning har ringe forskel i deres indvirkning på levetiden for et lithiumbatteri.

Faktisk er let afladning og let opladning mere fordelagtigt for lithiumbatterier. Dyb afladning og dyb opladning er kun nødvendig, når produktets strømmodul kalibrerer lithiumbatteriet. Derfor behøver produkter drevet af lithiumbatterier ikke være alt for kræsne med opladningsprocessen; bekvemmelighed bør have prioritet. Oplad dem når som helst uden at bekymre dig om, at det påvirker deres levetid.

Hvis lithiumbatterier anvendes i miljøer, der overstiger den angivne driftstemperatur (over 35°C), vil batterikapaciteten løbende aftage, hvilket betyder, at batteriets strømforsynings tid ikke vil vare lige så længe som normalt. At oplade enheder ved sådanne temperaturer vil forårsage endnu større skade på batteriet. Selv opbevaring af batterier i relativt varme miljøer vil uundgåeligt forårsage nogle skader på deres kvalitet. Derfor er det en god måde at forlænge levetiden for lithiumbatterier at opretholde en passende driftstemperatur.

Hvis du bruger lithiumbatterier i lavtemperaturmiljøer, dvs. under 4 °C, vil du også opleve, at batterilevetiden nedsættes, og nogle originale lithiumbatterier i mobiltelefoner kan måske slet ikke oplades i lavtemperaturmiljøer. Men vær ikke for bekymret, da dette kun er en midlertidig situation. I modsætning til brug i højtemperaturmiljøer gendanner batteriets molekyler sig straks og returnerer til deres tidligere kapacitet, så snart temperaturen stiger.

For at maksimere ydeevnen af et lithium-ion-batteri, skal det bruges ofte for at holde elektronerne indeni i konstant bevægelse. Hvis du ikke bruger dit lithiumbatteri ofte, skal du huske at udføre en fuld opladningscyklus hver måned og foretage en opladningskalibrering, dvs. en dyb urladning efterfulgt af en dyb opladning.

Det korrekte udtryk er "oplade-udlade cyklus", ikke "antal opladninger". En cyklus henviser til den tid, hvor et batteri går fra fuldt opladet til helt tømt. Hvis dit batteri er fuldt opladet, bruges op til en tiendedel af dets kapacitet og derefter igen fuldt opladet, udgør det en tiendedel af en cyklus. Du skal oplade og aflade det 10 gange for at fuldføre én cyklus. På samme måde, hvis du starter med en fuld opladning, bruger halvdelen af kapaciteten, fuldt oplader det, bruger det igen ned til halvdelen af kapaciteten og derefter fuldt oplader det igen, udgør det også én cyklus – du har opladet det to gange. Derfor afhænger en cyklus udelukkende af "den samlede mængde strøm, der er blevet afladet fra batteriet", og har ingen direkte relation til "antal opladninger".

Desuden betyder dette nominelle antal oplade-udlade cykluser ikke, at batteriet er ubrugeligt, når det er udtømt. Det betyder snarere, at efter så mange cykluser vil batteriets evne til at gemme elektrisk energi aftage til et bestemt niveau.

For eksempel har et bestemt litiumbatteri en nominel opladnings-udladningscyklus levetid på "ikke mindre end 60 % af sin nominelle kapacitet efter 500 cyklusser".

Med andre ord kan dette batteri efter 500 cyklusser kun rumme cirka 60 % af den kapacitet, det havde, da det var nyt. Dets ydelse er aftaget til en vis grad. Det er kernebudskabet.

Litiumbatterier har ikke en fast grænse for antallet af opladningscyklusser. Batterier fra anerkendte producenter kan generelt klare mindst 500 opladnings- og udladningscyklusser, mens de stadig bevarer mere end 80 % af deres oprindelige kapacitet, hvilket betyder, at de kan holde to år på en enkelt opladning. Typisk vil mobiltelefonbatterier opleve en markant nedgang i batterilevetid efter 1000 opladningscyklusser.

Vedligeholdelsesmetoder for mobiltelefonbatteri:

1. Brug kun batteriet, når det er fuldt opladet hver gang, for at reducere antallet af opladningscyklusser og forlænge batteriets levetid.
2. Du behøver ikke at tømme batteriet helt; det skal typisk oplades, når ladningsniveauet falder under 10 %.
3. Brug den originale oplader til opladning; brug ikke en universaloplader.
4. Undlad at bruge din telefon, mens den er tilsluttet opladning.
5. Undlad at overoplade; stop opladningen, når batteriet er fuldt opladet.

Ja, ifølge eksperimentelle resultater aftager levetiden for lithiumbatterier med stigende antal opladningscykler. Generelt kan lithiumbatterier kun klare 2000-3000 opladningscykler.

Cyklus henviser til brug. Vi bruger batterier og er bekymret for brugsvarigheden. For at måle ydeevnen af et genopladeligt batteri er definitionen af cykluslevetid blevet fastlagt. Faktiske brugeroplevelser varierer meget, og tests under forskellige betingelser kan ikke sammenlignes. For at kunne foretage sammenligninger, skal definitionen af cykluslevetid standardiseres.

Den nationale standard specificerer følgende testbetingelser og krav til cykluslevetid for lithiumbatterier: Under en omgivelsestemperatur på 20 ℃±5 ℃ oplades med 1C. Når batteriets polspænding når den maksimale opladningsspænding på 4,2 V, skiftes der til konstant spændingsopladning, indtil opladningsstrømmen er mindre end eller lig med 1/20C. Opladningen standses, og batteriet hviler i 0,5–1 time. Derefter aflades det med 1C-strøm til afslutningsspændingen 2,75 V. Når afladningen er afsluttet, hviler batteriet i 0,5–1 time, før den næste opladnings- og afladningscyklus påbegyndes. Cykluslevetiden anses for afsluttet, når to på hinanden følgende afladningstider er under 36 minutter. Antallet af cykluser skal være større end 300.

Forklaring af den nationale standard:

1. Denne definition specificerer, at test af cykluslevetid udføres ved hjælp af en metode med dyb opladning og dyb afladning ;
2. Regulativerne fastslår, at ifølge dette model skal cykluslevetiden for lithiumbatterier stadig bevare mere end 60 % af deres kapacitet efter ≥300 cyklusser .

Forskellige cyklusregimer giver dog drastisk forskellige antal cyklusser. For eksempel betyder det, hvis alle andre betingelser forbliver uændrede, at ændring af konstant spænding fra 4,2 V til 4,1 V for samme batterimodel under test af cykluslevetid, at batteriet ikke længere oplades fuldt ud, og de endelige testresultater viser en stigning i cykluslevetid på næsten 60 %. Hvis derfor afkrydsningsspændingen øges til 3,9 V, bør antallet af cyklusser stige med flere gange.

Påstanden om, at hver opladnings- og afladningscyklus reducerer batteriets levetid, er vigtig at forstå. En opladningscyklus for et lithiumbatteri defineres som processen, hvor et lithiumbatteri går fra fuldt opladet til helt tomt og derefter igen fuldt opladet. Dette er ikke det samme som at oplade én gang. Desuden skal betingelserne for, hvordan cyklussen udføres, tages i betragtning, når man taler om antal cyklusser. At diskutere antal cyklusser uden at overveje disse betingelser er meningsløst, da antal cyklusser er et middel til at vurdere batterilevetiden, ikke målet i sig selv!