Πόσο Διαρκούν Πραγματικά Οι Μπαταρίες Λιθίου; Αποκαλύπτεται Η Αλήθεια

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι ένας τύπος μπαταρίας που χρησιμοποιεί λίθιο ή κράματα λιθίου ως υλικό στην αρνητική ηλεκτρώδιο και μη υδατικό ηλεκτρολύτη. Η πρώτη μπαταρία λιθίου προτάθηκε και μελετήθηκε από τον Gilbert N. Lewis το 1912. Τη δεκαετία του 1970, ο M.S. Whittingham πρότεινε και άρχισε να μελετά τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Λόγω των ιδιαίτερα αντιδραστικών χημικών ιδιοτήτων του λιθίου, η επεξεργασία, αποθήκευση και χρήση του απαιτούν πολύ αυστηρό έλεγχο του περιβάλλοντος. Ως εκ τούτου, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν χρησιμοποιήθηκαν ευρέως για μεγάλο χρονικό διάστημα. Με την ανάπτυξη της επιστήμης και της τεχνολογίας, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν γίνει πλέον η κυρίαρχη λύση.

Οι μπαταρίες λιθίου μπορούν να ταξινομηθούν ευρέως σε δύο κατηγορίες: μπαταρίες μεταλλικού λιθίου και μπαταρίες ιόντων λιθίου. Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου δεν περιέχουν μεταλλικό λίθιο και είναι επαναφορτιζόμενες. Η πέμπτη γενιά επαναφορτιζόμενων μπαταριών, οι μπαταρίες μεταλλικού λιθίου, αναπτύχθηκε το 1996. Προσφέρουν ανώτερη ασφάλεια, ειδική χωρητικότητα, ρυθμό αυτοεκφόρτισης και αναλογία τιμής-απόδοσης σε σύγκριση με τις μπαταρίες ιόντων λιθίου. Λόγω των υψηλών τεχνολογικών απαιτήσεων, μόνο εταιρείες σε λίγες χώρες παράγουν επί του παρόντος μπαταρίες μεταλλικού λιθίου.

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου μπορούν να φορτιστούν και εκφορτιστούν μόνο 500 φορές;

Η πλειονότητα των καταναλωτών έχει ακούσει πιθανόν ότι οι μπαταρίες λιθίου έχουν διάρκεια ζωής "500 κύκλων", δηλαδή 500 κύκλους φόρτισης-εκφόρτισης. Μετά από αυτό, η μπαταρία θεωρείται "νεκρή". Πολλοί άνθρωποι προσπαθούν να επεκτείνουν τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας φορτίζοντάς τη μόνο όταν είναι εντελώς αδειασμένη. Αλλά τούτο πραγματικά επεκτείνει τη διάρκεια ζωής της;

❌ Η απάντηση είναι όχι. Το χρονικό διάστημα ζωής μιας μπαταρίας λιθίου είναι «500 φορές», το οποίο δεν αναφέρεται στον αριθμό των φορτίσεων, αλλά σε έναν κύκλο φόρτισης-αποφόρτισης.

Ένας κύκλος φόρτισης αναφέρεται στη διαδικασία μιας μπαταρίας να εξαντληθεί πλήρως από την πλήρη φόρτιση και στη συνέχεια να επανέλθει ξανά σε πλήρη φόρτιση, γεγονός που δεν είναι το ίδιο με το να φορτιστεί μία φορά. Για παράδειγμα, αν μια λιθιοϊονική μπαταρία χρησιμοποιηθεί μέχρι το μισό της χωρητικότητάς της την πρώτη μέρα και στη συνέχεια φορτιστεί πλήρως, και το ίδιο γίνεται τη δεύτερη μέρα, αυτό μετράει ως ένας μόνο κύκλος φόρτισης, όχι δύο. Ως εκ τούτου, συνήθως απαιτούνται αρκετοί κύκλοι φόρτισης για να ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος. Κάθε φορά που ολοκληρώνεται ένας κύκλος φόρτισης, η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται ελαφρώς. Ωστόσο, αυτή η μείωση είναι πολύ μικρή· οι υψηλής ποιότητας μπαταρίες διατηρούν περίπου το 80% της αρχικής τους χωρητικότητας μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης, και πολλά προϊόντα που λειτουργούν με λιθιοϊονικές μπαταρίες συνεχίζουν να λειτουργούν κανονικά και μετά από δύο ή τρία χρόνια. Φυσικά, οι λιθιοϊονικές μπαταρίες πρέπει να αντικαθίστανται όταν φτάσουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους.

Οι λεγόμενοι 500 κύκλοι αναφέρονται στο γεγονός ότι ο κατασκευαστής επιτυγχάνει περίπου 625 επαναφορτιζόμενους κύκλους σε σταθερό βάθος εκκένωσης (π.χ. 80%), φτάνοντας τους 500 κύκλους φόρτισης. (80% * 625 = 500) (αγνοώντας παράγοντες όπως η μείωση της χωρητικότητας της μπαταρίας λιθίου).

Ωστόσο, λόγω διαφόρων παραγόντων στην πραγματική ζωή, και ειδικά του γεγονότος ότι το βάθος εκκένωσης κατά τη φόρτιση δεν είναι σταθερό, οι «500 κύκλοι φόρτισης» μπορούν να χρησιμοποιηθούν μόνο ως αναφορά για τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας.

Η σωστή διατύπωση είναι: η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας λιθίου σχετίζεται με τον αριθμό των ολοκληρωμένων κύκλων φόρτισης, αλλά δεν σχετίζεται άμεσα με τον αριθμό των φορτίσεων.

Με απλά λόγια, για παράδειγμα, αν μια μπαταρία λιθίου χρησιμοποιείται μόνο στο μισό της χωρητικότητάς της την πρώτη μέρα και στη συνέχεια φορτίζεται πλήρως, και το ίδιο γίνεται τη δεύτερη μέρα, αυτό μετράει ως ένας κύκλος φόρτισης, όχι δύο. Επομένως, συνήθως απαιτούνται αρκετοί κύκλοι φόρτισης για να ολοκληρωθεί ένας πλήρης κύκλος. Κάθε φορά που ολοκληρώνεται ένας κύκλος φόρτισης, η χωρητικότητα της μπαταρίας μειώνεται ελαφρώς. Ωστόσο, η μείωση είναι πολύ μικρή· οι υψηλής ποιότητας μπαταρίες διατηρούν ακόμα το 80% της αρχικής τους χωρητικότητας μετά από πολλούς κύκλους φόρτισης. Γι' αυτόν τον λόγο πολλά προϊόντα που λειτουργούν με μπαταρίες ιόντων λιθίου λειτουργούν κανονικά ακόμα και μετά από δύο ή τρία χρόνια. Φυσικά, οι μπαταρίες ιόντων λιθίου τελικά πρέπει να αντικατασταθούν όταν φτάσουν στο τέλος του κύκλου ζωής τους.

Η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας λιθίου είναι συνήθως 300-500 κύκλους φόρτισης. Υποθέτοντας ότι μια πλήρης εκφόρτιση παρέχει Q μονάδες ηλεκτρικής ενέργειας, και αγνοώντας τη μείωση της χωρητικότητας μετά από κάθε κύκλο φόρτισης, μια μπαταρία λιθίου μπορεί να παρέχει ή να αναπληρώσει συνολικά 300Q-500Q μονάδες ηλεκτρικής ενέργειας κατά τη διάρκεια της ζωής της. Επομένως, αν φορτίζετε τη μπαταρία αφού χρησιμοποιήσετε το μισό της χωρητικότητας κάθε φορά, μπορεί να φορτιστεί 600-1000 φορές· αν φορτίζετε αφού χρησιμοποιήσετε το ένα τρίτο της χωρητικότητας κάθε φορά, μπορεί να φορτιστεί 900-1500 φορές. Και ούτω καθεξής. Αν φορτίζετε τυχαία, ο αριθμός των φορτίσεων είναι αβέβαιος. Συνοπτικά, ανεξάρτητα από τον τρόπο φόρτισης, η συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που αναπληρώνεται παραμένει σταθερή και ισούται με 300Q-500Q. Ως εκ τούτου, μπορούμε να το καταλάβουμε και ως εξής: η διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας λιθίου σχετίζεται με τη συνολική ποσότητα ηλεκτρικής ενέργειας που μπορεί να φορτιστεί, όχι με τον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Οι βαθιές εκφορτίσεις/βαθιές φορτίσεις και οι επιφανειακές εκφορτίσεις/επιφανειακές φορτίσεις έχουν μικρή διαφορά ως προς την επίδρασή τους στη διάρκεια ζωής μιας μπαταρίας λιθίου.

Στην πραγματικότητα, η επιφανειακή εκφόρτιση και φόρτιση είναι περισσότερο ευεργετικές για τα λιθιοϊονικά μπαταρίες. Η βαθιά εκφόρτιση και φόρτιση απαιτείται μόνο όταν το μοντέλο ισχύος του προϊόντος βαθμονομεί τη λιθιοϊονική μπαταρία. Ως εκ τούτου, τα προϊόντα που λειτουργούν με λιθιοϊονικές μπαταρίες δεν χρειάζεται να είναι ιδιαίτερα επιμελής στη διαδικασία· η ευκολία πρέπει να είναι προτεραιότητα. Φορτίζετέ τα όποτε θέλετε, χωρίς να ανησυχείτε για την επίδραση στη διάρκεια ζωής τους.

Αν οι λιθιοϊονικές μπαταρίες χρησιμοποιούνται σε περιβάλλοντα που υπερβαίνουν την καθορισμένη θερμοκρασία λειτουργίας (πάνω από 35°C), η χωρητικότητα της μπαταρίας θα μειώνεται συνεχώς, πράγμα που σημαίνει ότι ο χρόνος παροχής ενέργειας της μπαταρίας δεν θα είναι τόσο μεγάλος όσο συνήθως. Η φόρτιση συσκευών σε τέτοιες θερμοκρασίες θα προκαλέσει ακόμη μεγαλύτερη ζημιά στη μπαταρία. Ακόμη και η αποθήκευση μπαταριών σε σχετικά ζεστά περιβάλλοντα θα προκαλέσει αναπόφευκτα κάποια ζημιά στην ποιότητά τους. Ως εκ τούτου, η διατήρηση μιας κατάλληλης θερμοκρασίας λειτουργίας είναι ένας καλός τρόπος για να επεκταθεί η διάρκεια ζωής των λιθιοϊονικών μπαταριών.

Αν χρησιμοποιείτε μπαταρίες λιθίου σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας, δηλαδή κάτω από 4°C, θα διαπιστώσετε επίσης ότι η διάρκεια ζωής της μπαταρίας μειώνεται, ενώ ορισμένες αρχικές μπαταρίες λιθίου σε κινητά τηλέφωνα ενδέχεται να μην φορτίζονται καν σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας. Αλλά μην ανησυχείτε υπερβολικά, αυτή είναι μόνο μια προσωρινή κατάσταση. Σε αντίθεση με τη χρήση σε περιβάλλοντα υψηλής θερμοκρασίας, μόλις η θερμοκρασία αυξηθεί, τα μόρια στη μπαταρία θερμαίνονται και ανακτούν αμέσως την προηγούμενη χωρητικότητά τους.

Για να εκμεταλλευτείτε πλήρως την απόδοση μιας μπαταρίας ιόντων λιθίου, πρέπει να τη χρησιμοποιείτε συχνά, ώστε τα ηλεκτρόνια μέσα σε αυτή να διατηρούνται σε συνεχή ροή. Αν δεν χρησιμοποιείτε συχνά τη μπαταρία λιθίου, θυμηθείτε να ολοκληρώνετε ένα πλήρες κύκλο φόρτισης κάθε μήνα και να πραγματοποιείτε βαθμονόμηση φόρτισης, δηλαδή μια βαθιά εκφόρτιση ακολουθούμενη από μια βαθιά φόρτιση.

Ο σωστός όρος είναι «κύκλος φόρτισης-αποφόρτισης», όχι «αριθμός φορτίσεων». Ένας κύκλος αναφέρεται στο χρονικό διάστημα που μια μπαταρία μεταβαίνει από πλήρως φορτισμένη σε πλήρως αδειασμένη. Αν η μπαταρία σας είναι πλήρως φορτισμένη, χρησιμοποιηθεί μέχρι το ένα δέκατο της χωρητικότητάς της και στη συνέχεια φορτιστεί πλήρως ξανά, αυτό αντιστοιχεί στο ένα δέκατο ενός κύκλου. Χρειάζεται να φορτώσετε και να αποφορτώσετε τη μπαταρία 10 φορές για να ολοκληρωθεί ένας κύκλος. Παρόμοια, αν ξεκινήσετε από πλήρη φόρτιση, χρησιμοποιήσετε τη μισή χωρητικότητα, τη φορτίσετε πλήρως, στη συνέχεια τη χρησιμοποιήσετε ξανά μέχρι τη μισή χωρητικότητα και μετά τη φορτίσετε πάλι πλήρως, αυτό αντιστοιχεί επίσης σε έναν κύκλο—έχετε φορτίσει δύο φορές. Ως εκ τούτου, ένας κύκλος εξαρτάται αποκλειστικά από «τη συνολική ποσότητα ηλεκτρικού ρεύματος που αποδίδεται από τη μπαταρία» και δεν έχει άμεση σχέση με «τον αριθμό των φορτίσεων».

Επιπλέον, αυτός ο ονομαστικός αριθμός κύκλων φόρτισης-αποφόρτισης δεν σημαίνει ότι η μπαταρία γίνεται ακατάλληλη για χρήση μόλις εξαντληθεί. Αντίθετα, σημαίνει ότι μετά από τόσους κύκλους, η ικανότητα της μπαταρίας να αποθηκεύει ηλεκτρική ενέργεια θα μειωθεί σε ένα συγκεκριμένο επίπεδο.

Για παράδειγμα, μια συγκεκριμένη μπαταρία λιθίου έχει ονομαστική διάρκεια κύκλου φόρτισης-αποφόρτισης «όχι λιγότερο από το 60% της ονομαστικής της χωρητικότητας μετά από 500 κύκλους».

Με άλλα λόγια, μετά από 500 κύκλους, αυτή η μπαταρία μπορεί να διατηρεί περίπου το 60% της χωρητικότητας που είχε όταν ήταν καινούρια. Η απόδοσή της έχει μειωθεί σε κάποιο βαθμό. Αυτό είναι το νόημα.

Οι μπαταρίες λιθίου δεν έχουν ένα σταθερό όριο στον αριθμό των κύκλων φόρτισης. Οι μπαταρίες από αξιόπιστους κατασκευαστές γενικά αντέχουν τουλάχιστον 500 κύκλους φόρτισης-αποφόρτισης διατηρώντας πάνω από το 80% της αρχικής τους χωρητικότητας, πράγμα που σημαίνει ότι μπορούν να διαρκέσουν δύο χρόνια με μία φόρτιση. Συνήθως, οι μπαταρίες κινητών τηλεφώνων υφίστανται σημαντική εξασθένηση της διάρκειας ζωής μετά από 1000 κύκλους φόρτισης.

Μέθοδοι συντήρησης της μπαταρίας κινητού τηλεφώνου:

1. Χρησιμοποιείτε τη μπαταρία μόνο όταν είναι πλήρως φορτισμένη κάθε φορά, για να μειώσετε τον αριθμό των κύκλων φόρτισης και να επεκτείνετε τη διάρκεια ζωής της.
2. Δεν χρειάζεται να αποφορτίσετε πλήρως τη μπαταρία· συνήθως χρειάζεται να φορτιστεί όταν η στάθμη φόρτισης πέσει κάτω από 10%.
3. Χρησιμοποιείτε το αρχικό φορτιστή για τη φόρτιση· μη χρησιμοποιείτε καθολικό φορτιστή.
4. Μη χρησιμοποιείτε το τηλέφωνό σας ενώ φορτίζεται.
5. Μην υπερφορτώνετε· σταματήστε τη φόρτιση μόλις η μπαταρία φορτιστεί πλήρως.

Ναι, σύμφωνα με τα αποτελέσματα πειραμάτων, η διάρκεια ζωής των μπαταριών λιθίου μειώνεται με την αύξηση του αριθμού των κύκλων φόρτισης. Γενικά, οι μπαταρίες λιθίου αντέχουν μόνο 2000-3000 κύκλους φόρτισης.

Ο κύκλος αναφέρεται στη χρήση. Χρησιμοποιούμε μπαταρίες και μας ενδιαφέρει η διάρκεια χρήσης. Για να μετρηθεί η απόδοση μιας επαναφορτιζόμενης μπαταρίας, έχει καθιερωθεί ο ορισμός της διάρκειας κύκλου. Οι πραγματικές εμπειρίες των χρηστών διαφέρουν σημαντικά, και οι δοκιμές υπό διαφορετικές συνθήκες δεν είναι συγκρίσιμες. Για να γίνουν συγκρίσεις, ο ορισμός της διάρκειας κύκλου πρέπει να είναι τυποποιημένος.

Το εθνικό πρότυπο καθορίζει τις ακόλουθες συνθήκες δοκιμής και απαιτήσεις για τη διάρκεια ζωής κύκλου των μπαταριών λιθίου: Σε περιβαλλοντική θερμοκρασία 20℃±5℃, φορτίστε με 1C. Όταν η τάση στους ακροδέκτες της μπαταρίας φτάσει την οριακή τάση φόρτισης των 4,2V, μεταβείτε σε φόρτιση σταθερής τάσης μέχρι η ένταση φόρτισης να γίνει μικρότερη ή ίση με 1/20C. Σταματήστε τη φόρτιση και αφήστε τη μπαταρία να ηρεμήσει για 0,5 ώρα έως 1 ώρα. Στη συνέχεια, αποφορτίστε με ρεύμα 1C μέχρι την τάση λήξης των 2,75V. Μετά την ολοκλήρωση της αποφόρτισης, αφήστε τη μπαταρία να ηρεμήσει για 0,5 ώρα έως 1 ώρα πριν ξεκινήσετε τον επόμενο κύκλο φόρτισης-αποφόρτισης. Η διάρκεια ζωής κύκλου θεωρείται ότι έχει τελειώσει όταν δύο διαδοχικοί χρόνοι αποφόρτισης είναι λιγότεροι από 36 λεπτά. Ο αριθμός των κύκλων πρέπει να είναι μεγαλύτερος από 300.

Επεξήγηση του εθνικού προτύπου:

1. Ο ορισμός αυτός καθορίζει ότι η δοκιμή διάρκειας ζωής κύκλου πραγματοποιείται με τη μέθοδο βαθιάς φόρτισης-βαθιάς αποφόρτισης ;
2. Οι ρυθμίσεις προβλέπουν ότι, σύμφωνα με αυτό το μοντέλο, η διάρκεια ζωής των λιθιοϊονικών μπαταριών θα πρέπει να διατηρεί περισσότερο από 60% της χωρητικότητάς τους μετά από ≥300 κύκλους .

Ωστόσο, διαφορετικά προγράμματα φόρτισης-εκφόρτισης οδηγούν σε ριζικά διαφορετικούς αριθμούς κύκλων. Για παράδειγμα, διατηρώντας όλες τις άλλες συνθήκες αμετάβλητες, η απλή αλλαγή της σταθερής τάσης από 4,2 V σε 4,1 V για το ίδιο μοντέλο μπαταρίας κατά τη δοκιμή διάρκειας ζωής σημαίνει ότι η μπαταρία δεν φορτίζεται πλέον πλήρως, και τα τελικά αποτελέσματα της δοκιμής δείχνουν αύξηση περίπου 60% στη διάρκεια ζωής. Επομένως, αν η τάση αποκοπής αυξηθεί στα 3,9 V, ο αριθμός των κύκλων θα πρέπει να αυξηθεί πολλαπλάσιος.

Είναι σημαντικό να κατανοηθεί ο ισχυρισμός ότι κάθε κύκλος φόρτισης-εκφόρτισης μειώνει τη διάρκεια ζωής της μπαταρίας. Ένας κύκλος φόρτισης λιθιοϊονικής μπαταρίας ορίζεται ως η διαδικασία κατά την οποία η μπαταρία φορτίζεται πλήρως, εκφορτώνεται πλήρως και στη συνέχεια φορτίζεται ξανά πλήρως. Αυτό δεν είναι το ίδιο με τη φόρτιση μία φορά. Επιπλέον, όταν συζητάμε για αριθμό κύκλων, πρέπει να λαμβάνονται υπόψη οι συνθήκες υπό τις οποίες εκτελείται ο κύκλος. Η συζήτηση για τον αριθμό κύκλων χωρίς να λαμβάνονται υπόψη αυτές οι συνθήκες είναι άνευ νοήματος, αφού ο αριθμός κύκλων είναι ένα μέσο αξιολόγησης της διάρκειας ζωής της μπαταρίας, όχι ο τελικός στόχος!