Wie lange halten Lithium-Batterien wirklich? Die Wahrheit enthüllt

Lithium-Ionen-Batterien sind eine Art Batterie, die Lithiummetall oder Lithiumlegierungen als Material für die negative Elektrode und eine wasserfreie Elektrolytlösung verwendet. Die früheste Lithium-Metall-Batterie wurde 1912 von Gilbert N. Lewis vorgeschlagen und erforscht. In den 1970er Jahren schlug M.S. Whittingham die Lithium-Ionen-Batterie vor und begann damit zu forschen. Aufgrund der hohen chemischen Reaktivität von Lithiummetall erfordern dessen Verarbeitung, Lagerung und Einsatz sehr strenge Umgebungsbedingungen. Daher wurden Lithium-Ionen-Batterien lange Zeit nicht weit verbreitet. Mit der Entwicklung von Wissenschaft und Technik sind Lithium-Ionen-Batterien heute zum Standard geworden.

Lithiumbatterien können grob in zwei Kategorien unterteilt werden: Lithium-Metall-Batterien und Lithium-Ionen-Batterien. Lithium-Ionen-Batterien enthalten kein metallisches Lithium und sind wiederaufladbar. Die fünfte Generation der wiederaufladbaren Batterien, die Lithium-Metall-Batterien, wurde 1996 entwickelt. Sie bieten im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien eine überlegene Sicherheit, spezifische Kapazität, geringere Selbstentladungsrate und ein besseres Preis-Leistungs-Verhältnis. Aufgrund ihrer hohen technologischen Anforderungen werden Lithium-Metall-Batterien derzeit nur von Unternehmen in wenigen Ländern hergestellt.

Können Lithium-Ionen-Batterien nur 500 Mal aufgeladen werden?

Die meisten Verbraucher haben vermutlich schon einmal gehört, dass Lithiumbatterien eine Lebensdauer von "500 Zyklen" haben, was 500 Lade-Entlade-Zyklen bedeutet. Danach gilt die Batterie als "tot". Viele Menschen versuchen daher, die Lebensdauer der Batterie zu verlängern, indem sie diese erst dann aufladen, wenn sie vollständig entladen ist. Doch verlängert dies tatsächlich die Lebensdauer der Batterie?

❌ Die Antwort ist nein. Die Lebensdauer einer Lithiumbatterie beträgt „500 Zyklen“, was sich nicht auf die Anzahl der Ladevorgänge bezieht, sondern auf einen kompletten Lade-Entlade-Zyklus.

Ein Ladezyklus beschreibt den Vorgang, bei dem eine Batterie von vollständig geladen über leer bis wieder vollständig geladen entladen wird. Dies ist nicht dasselbe wie einmaliges Aufladen. Zum Beispiel zählt es nur als ein Ladezyklus – und nicht als zwei –, wenn eine Lithiumbatterie am ersten Tag zur Hälfte ihrer Kapazität entladen und anschließend vollständig aufgeladen wird, und am zweiten Tag dasselbe geschieht. Daher sind normalerweise mehrere Ladevorgänge erforderlich, um einen vollständigen Zyklus abzuschließen. Nach jedem abgeschlossenen Ladezyklus verringert sich die Batteriekapazität geringfügig. Diese Verringerung ist jedoch sehr gering: Hochwertige Batterien behalten nach vielen Ladezyklen etwa 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität bei, und viele Produkte mit Lithium-Ionen-Akkus funktionieren noch zwei oder drei Jahre lang normal. Natürlich müssen Lithium-Ionen-Akkus am Ende ihrer Lebensdauer dennoch ausgetauscht werden.

Die sogenannten 500 Zyklen beziehen sich darauf, dass der Hersteller bei einer konstanten Entlade Tiefe (z. B. 80 %) etwa 625 wiederaufladbare Zyklen erreicht, was 500 Ladezyklen entspricht. (80 % * 625 = 500) (ohne Berücksichtigung von Faktoren wie der Abnahme der Lithiumbatterie-Kapazität).

Aufgrund verschiedener Faktoren im Alltag, insbesondere der Tatsache, dass die Entlade Tiefe beim Aufladen nicht konstant ist, können „500 Ladezyklen“ nur als Referenz für die Batterielebensdauer herangezogen werden.

Die korrekte Aussage lautet: Die Lebensdauer einer Lithiumbatterie hängt mit der Anzahl der abgeschlossenen Ladezyklen zusammen, jedoch nicht direkt mit der Anzahl der Ladevorgänge.

Einfach ausgedrückt, zählt zum Beispiel, wenn ein Lithium-Akku am ersten Tag nur zur Hälfte seiner Kapazität genutzt und dann vollständig aufgeladen wird, und am zweiten Tag dasselbe geschieht, lediglich als ein Ladezyklus, nicht als zwei. Daher sind normalerweise mehrere Ladevorgänge erforderlich, um einen kompletten Zyklus abzuschließen. Jedes Mal, wenn ein Ladezyklus abgeschlossen ist, nimmt die Akkukapazität geringfügig ab. Der Rückgang ist jedoch sehr klein; hochwertige Akkus behalten nach vielen Ladezyklen immer noch 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität bei. Deshalb funktionieren viele Produkte mit Lithium-Ionen-Akkus auch nach zwei oder drei Jahren noch normal. Natürlich müssen Lithium-Ionen-Akkus letztendlich ausgetauscht werden, wenn ihre Lebensdauer erschöpft ist.

Die Lebensdauer einer Lithiumbatterie beträgt im Allgemeinen 300 bis 500 Ladezyklen. Unter der Annahme, dass eine vollständige Entladung Q Einheiten Strom liefert, und unter Vernachlässigung der Kapazitätsabnahme nach jedem Ladevorgang, kann eine Lithiumbatterie während ihrer Lebensdauer insgesamt 300Q–500Q Einheiten Strom bereitstellen oder auffüllen. Wenn Sie also jedes Mal nach der Nutzung der halben Batteriekapazität aufladen, kann sie 600 bis 1000 Mal geladen werden; wenn Sie jedes Mal nach der Nutzung eines Drittels der Batteriekapazität aufladen, kann sie 900 bis 1500 Mal geladen werden. Und so weiter. Bei zufälligem Laden ist die Anzahl der Ladevorgänge ungewiss. Kurz gesagt: Unabhängig davon, wie Sie laden, bleibt die insgesamt nachgefüllte Energiemenge konstant bei 300Q–500Q. Daher können wir dies auch folgendermaßen verstehen: Die Lebensdauer einer Lithiumbatterie hängt von der Gesamtmenge des zugeführten Stroms ab, nicht von der Anzahl der Ladezyklen. Tiefentladung/Tiefenladung und Schalendentladung/Schalenladung unterscheiden sich kaum in ihrer Auswirkung auf die Lebensdauer einer Lithiumbatterie.

Tatsächlich sind flache Entladung und flache Aufladung für Lithiumbatterien vorteilhafter. Tiefe Entladung und volles Aufladen sind nur erforderlich, wenn das Leistungsmodul des Geräts die Kalibrierung der Lithiumbatterie durchführt. Daher muss bei lithiumbetriebenen Produkten nicht allzu viel Wert auf den Ladevorgang gelegt werden; Bequemlichkeit sollte Priorität haben. Laden Sie sie jederzeit nach Belieben auf, ohne sich Gedanken über die Auswirkungen auf die Lebensdauer machen zu müssen.

Wenn Lithiumbatterien in Umgebungen mit Temperaturen über dem angegebenen Betriebsbereich (über 35 °C) verwendet werden, nimmt die Batteriekapazität kontinuierlich ab, was bedeutet, dass die Stromversorgungsdauer nicht mehr so lang wie gewöhnlich sein wird. Das Laden von Geräten bei solchen Temperaturen verursacht noch größere Schäden an der Batterie. Selbst die Lagerung von Batterien in relativ warmen Umgebungen führt zwangsläufig zu einer gewissen Qualitätsminderung. Daher ist die Aufrechterhaltung einer geeigneten Betriebstemperatur eine gute Methode, um die Lebensdauer von Lithiumbatterien zu verlängern.

Wenn Sie Lithiumbatterien in Umgebungen mit niedrigen Temperaturen, also unter 4 °C, verwenden, werden Sie feststellen, dass die Batterielebensdauer verkürzt ist, und einige originale Lithiumbatterien in Mobiltelefonen laden sich in kalten Umgebungen möglicherweise gar nicht. Machen Sie sich jedoch keine allzu großen Sorgen – dies ist nur eine vorübergehende Situation. Im Gegensatz zur Nutzung bei hohen Temperaturen stellen sich die Moleküle in der Batterie wieder ein, sobald die Temperatur ansteigt, und die Kapazität kehrt sofort zu ihrem vorherigen Wert zurück.

Um die Leistung einer Lithium-Ionen-Batterie optimal zu nutzen, muss sie regelmäßig verwendet werden, damit die Elektronen im Inneren stets in Bewegung bleiben. Wenn Sie Ihre Lithiumbatterie nicht oft benutzen, denken Sie daran, jeden Monat einen vollen Ladezyklus durchzuführen und eine Ladekalibrierung vorzunehmen, das heißt eine Tiefentladung gefolgt von einer Vollladung.

Der korrekte Begriff lautet „Lade-Entlade-Zyklus“, nicht „Anzahl der Ladevorgänge“. Ein Zyklus bezeichnet den Zeitraum, in dem eine Batterie von vollständig geladen bis vollständig entladen wird. Wenn Ihre Batterie vollständig aufgeladen ist, ein Zehntel ihrer Kapazität verbraucht und dann wieder vollständig aufgeladen wird, entspricht dies einem Zehntel eines Zyklus. Sie müssen die Batterie zehnmal laden und entladen, um einen vollen Zyklus abzuschließen. Ebenso, wenn Sie von einer vollen Ladung ausgehen, die Hälfte der Kapazität verbrauchen, die Batterie wieder vollständig aufladen, dann erneut bis zur Hälfte entladen und wieder vollständig aufladen, ergibt das ebenfalls einen Zyklus – Sie haben dabei zweimal geladen. Ein Zyklus hängt daher ausschließlich von der „gesamten aus der Batterie entnommenen elektrischen Energiemenge“ ab und hat keinen direkten Bezug zur „Anzahl der Ladevorgänge“.

Darüber hinaus bedeutet diese nominelle Anzahl an Lade-Entlade-Zyklen nicht, dass die Batterie danach unbrauchbar ist. Vielmehr besagt sie, dass nach dieser Anzahl an Zyklen die Fähigkeit der Batterie, elektrische Energie zu speichern, auf ein bestimmtes Niveau abgenommen hat.

Zum Beispiel hat eine bestimmte Lithiumbatterie eine nominelle Lade-Entlade-Zykluslebensdauer von „nicht weniger als 60 % ihrer Nennkapazität nach 500 Zyklen“.

Mit anderen Worten: Nach 500 Zyklen kann diese Batterie nur noch etwa 60 % der Kapazität halten, die sie neu hatte. Ihre Leistung hat sich damit gewissenmaßen verringert. Das ist im Wesentlichen alles.

Lithiumbatterien haben keine feste Obergrenze bei der Anzahl der Ladezyklen. Batterien namhafter Hersteller halten in der Regel mindestens 500 Lade- und Entladezyklen stand, während sie mehr als 80 % ihrer Anfangskapazität behalten, was bedeutet, dass sie zwei Jahre lang bei einmaligem Aufladen funktionieren können. Typischerweise zeigt sich bei Mobiltelefonbatterien nach 1000 Ladezyklen eine deutliche Alterung der Batterieleistung.

Methoden zur Pflege der Handybatterie:

1. Verwenden Sie die Batterie erst, wenn sie jedes Mal vollständig aufgeladen ist, um die Anzahl der Ladevorgänge zu reduzieren und die Lebensdauer der Batterie zu verlängern.
2. Sie müssen die Batterie nicht vollständig entladen; normalerweise muss sie geladen werden, wenn der Ladezustand unter 10 % fällt.
3. Verwenden Sie das Original-Ladegerät zum Aufladen; verwenden Sie kein Universal-Ladegerät.
4. Benutzen Sie Ihr Telefon nicht, während es aufgeladen wird.
5. Überladen Sie nicht; beenden Sie das Laden, sobald die Batterie vollständig aufgeladen ist.

Ja, laut Versuchsergebnissen nimmt die Lebensdauer von Lithiumbatterien mit steigender Anzahl von Ladezyklen ab. Im Allgemeinen halten Lithiumbatterien nur 2000 bis 3000 Ladezyklen stand.

Ein Zyklus bezieht sich auf die Nutzung. Wir verwenden Batterien und interessieren uns für die Nutzungsdauer. Um die Leistung einer wiederaufladbaren Batterie zu bewerten, wurde die Definition der Zyklenlebensdauer eingeführt. Die tatsächlichen Erfahrungen der Benutzer variieren stark, und Tests unter unterschiedlichen Bedingungen sind nicht vergleichbar. Um Vergleiche anzustellen, muss die Definition der Zyklenlebensdauer standardisiert sein.

Die nationale Norm legt folgende Prüfbedingungen und Anforderungen für die Zyklenlebensdauer von Lithiumbatterien fest: Bei einer Umgebungstemperatur von 20 °C ± 5 °C mit 1C laden. Wenn die Batterieklemmenspannung die Ladeschlussspannung von 4,2 V erreicht, auf konstante Spannung umschalten, bis der Ladestrom kleiner oder gleich 1/20C ist. Das Laden beenden und die Batterie 0,5 h bis 1 h ruhen lassen. Danach mit 1C entladen, bis die Endspannung von 2,75 V erreicht ist. Nach Beendigung der Entladung die Batterie erneut 0,5 h bis 1 h ruhen lassen, bevor der nächste Lade-Entlade-Zyklus beginnt. Die Zyklenlebensdauer gilt als beendet, wenn zwei aufeinanderfolgende Entladezeiten weniger als 36 Minuten betragen. Die Anzahl der Zyklen muss größer als 300 sein.

Erläuterung der nationalen Norm:

1. Diese Definition legt fest, dass die Prüfung der Zyklenlebensdauer nach dem Verfahren des tiefen Ladens und tiefen Entladens erfolgt ;
2. Die Vorschriften schreiben vor, dass die Zyklenlebensdauer von Lithiumbatterien gemäß diesem Modell nach ≥300 Zyklen noch mehr als 60 % ihrer Kapazität behalten sollte .

Allerdings führen unterschiedliche Zyklenbedingungen zu erheblich verschiedenen Zyklenzahlen. Wenn beispielsweise alle anderen Bedingungen unverändert bleiben und lediglich die konstante Spannung bei derselben Batteriemodellprüfung von 4,2 V auf 4,1 V geändert wird, wird die Batterie nicht mehr vollständig aufgeladen, und die endgültigen Testergebnisse zeigen eine nahezu 60-prozentige Steigerung der Zyklenlebensdauer. Wenn daher die Abschaltspannung auf 3,9 V erhöht wird, sollte sich die Anzahl der Zyklen um ein Vielfaches erhöhen.

Die Aussage, dass jeder Lade- und Entladezyklus die Lebensdauer der Batterie verringert, ist wichtig zu verstehen. Ein Ladezyklus einer Lithiumbatterie wird definiert als der Prozess, bei dem eine Lithiumbatterie von vollständig geladen über komplett entladen wieder hin zu vollständig geladen durchläuft. Dies ist nicht dasselbe wie einmaliges Laden. Außerdem müssen bei der Betrachtung der Ladezyklen die Bedingungen berücksichtigt werden, unter denen der Zyklus durchgeführt wird. Die Erwähnung der Anzahl der Ladezyklen ohne Berücksichtigung dieser Bedingungen ist sinnlos, da die Zyklenanzahl ein Mittel zur Beurteilung der Batterielebensdauer ist, nicht das Endziel!