Kuinka kauan litiumakut todella kestävät? Totuus paljastetaan

Litiumioniakut ovat akkuja, jotka käyttävät litiumia tai litiumseoksia negatiivisena elektrodimateriaalina ja ei-vesipohjaista elektrolyyttiliuosta. Gilbert N. Lewis esitti ja tutki ensimmäistä litiumakkuja vuonna 1912. 1970-luvulla M.S. Whittingham ehdotti ja alkoi tutkia litiumioniakkujen käyttöä. Koska litiumin kemialliset ominaisuudet ovat erittäin reaktiivisia, sen käsittelyyn, varastointiin ja käyttöön tarvitaan erittäin tiukkoja ympäristövaatimuksia. Siksi litiumioniakkujen käyttö ei ollut pitkään aikaan yleistä. Tieteen ja teknologian kehityksen myötä litiumioniakut ovat nykyisin tulleet vallitsevaksi ratkaisuksi.

Litiumakut voidaan karkeasti jakaa kahteen luokkaan: litiummetallia sisältäviin akkuihin ja litiumioniakkuihin. Litiumioniakut eivät sisällä metallista litiumia, ja ne ovat uudelleenladattavia. Viidennessä sukupolvessa uudelleenladattavissa litiummetallia sisältävissä akkuissa, jotka kehitettiin vuonna 1996, on parempi turvallisuus, ominaiskapasiteetti, itsepuristusnopeus ja hinta-suorituskyky-suhde verrattuna litiumioniakkuihin. Korkeiden teknologisten vaatimusten vuoksi vain muutaman maan yritykset pystyvät tällä hetkellä tuottamaan litiummetallia sisältäviä akkuja.

Voidaanko litiumioniakkuja ladata ja purkaa vain 500 kertaa?

Useimmat kuluttajat ovat todennäköisesti kuulleet, että litiumakun elinaika on "500 sykliä", mikä tarkoittaa 500 lataus- ja purkukertaa. Tämän jälkeen akku katsotaan "kuolleeksi". Monet ihmiset yrittävät pidentää akun elinikää lataamalla sitä vasta silloin, kun se on täysin tyhjentynyt. Mutta pidentääkö tämä todella akun elinikää?

❌ Vastaus on ei. Litiumakun käyttöikä on "500 kertaa", mikä ei tarkoita latauskertojen määrää, vaan yhtä latauspurkukierrosta.

Lataussykli tarkoittaa akun prosessia, jossa se tyhjenee täydestä lataustilasta ja ladataan uudelleen täyteen, mikä ei ole sama kuin yksi lataus. Esimerkiksi jos litiumakku käytetään puoleen kapasiteettiinsa ensimmäisenä päivänä ja sen jälkeen ladataan täyteen, ja sama toistuu toisena päivänä, tämä lasketaan vain yhdeksi lataussyklillä, ei kahdeksi. Siksi yhden syklin suorittaminen kestää yleensä useita latauksia. Jokaista lataussykliä kohden akun kapasiteetti vähenee hieman. Tämä väheneminen on kuitenkin erittäin pieni; korkealaatuiset akut säilyttävät noin 80 % alkuperäisestä kapasiteetistaan monien lataussyklien jälkeen, ja monet litium-ionia käyttävät laitteet toimivat edelleen normaalisti kahden tai kolmen vuoden jälkeen. Tietysti litium-ionia käyttävät akut on vaihdettava, kun ne saavuttavat elinkaarensa loppuvaiheen.

Niin sanottu 500 kierrosta tarkoittaa, että valmistaja saavuttaa noin 625 uudelleenladattavaa kierrosta vakiona purkamissyvyydessä (esim. 80 %), mikä vastaa 500 latauskierrosta. (80 % * 625 = 500) (huomiotta jätetään tekijät, kuten litiumakun kapasiteetin väheneminen).

Koska todellisessa käytössä on olemassa monia eri tekijöitä, erityisesti se, että latauksen yhteydessä purkamissyvyys ei ole vakio, "500 latauskierrosta" voidaan käyttää vain viitteenä akun eliniälle.

Oikea lausuma on: litiumakun kestoikä liittyy suoritettujen latauskierrosten määrään, mutta ei suoraan latausten määrään.

Yksinkertaisesti sanottuna esimerkiksi, jos litiumakku käytetään vain puoleen kapasiteettiinsa ensimmäisenä päivänä ja sen jälkeen täyden latauksen, ja sama toistuu toisena päivänä, tämä lasketaan vain yhdeksi latauskaudeksi, ei kahteen. Siksi yhden kierroksen suorittaminen kestää yleensä useita latauskertoja. Joka kerta kun latausjakso on valmis, akun kapasiteetti vähenee hieman. Kuitenkin väheneminen on hyvin pieni; korkealaatuiset akut säilyttävät edelleen 80 % alkuperäisestä kapasiteetistaan monien latausjaksojen jälkeen. Siksi monet litium-ionia käyttävät tuotteet toimivat edelleen normaalisti kahden tai kolmen vuoden jälkeen. Tietysti litium-ionia käyttävät akut on lopulta vaihdettava, kun niiden elinkaari on päättynyt.

Litiumpariston käyttöikä on yleensä 300–500 lataussykliä. Oletetaan, että yksi täysi purkaus tuottaa Q yksikköä sähköä, ja jättämällä huomiotta kapasiteetin vähenemisen jokaisen lataussyklin jälkeen, litiumparisto voi toimittaa tai täydentää yhteensä 300Q–500Q yksikköä sähköä koko käyttöikänsä ajan. Siksi, jos lataat paristoa sen puolivälissä käytön jälkeen, sitä voidaan ladata 600–1000 kertaa; jos lataat sitä kolmanneksen käytön jälkeen, sitä voidaan ladata 900–1500 kertaa. Näin edeten. Jos lataat satunnaisesti, latausten määrä on epävarma. Lyhyesti sanottuna, riippumatta siitä, miten lataat, täydennetyn sähkön kokonaismäärä pysyy vakiona arvossa 300Q–500Q. Voimme siis ymmärtää asian myös näin: litiumpariston käyttöikä liittyy siihen kokonaismäärään sähköä, jonka se voi vastaanottaa, ei latauskertojen määrään. Syvä purkaus/syvä lataus ja kevyt purkaus/kevyt lataus eivät juurikaan eroa vaikutuksiltaan litiumpariston käyttöikään.

Itse asiassa kevyt purku ja lataus ovat suotuisampia litiumakulle. Syvä purku ja lataus tarvitaan vain, kun tuotteen virtamoduuli kalibroi litiumakun. Siksi litiumakulla toimivien tuotteiden kohdalla ei tarvitse olla erityisen huolellinen latausprosessin suhteen; tärkeintä on käytännöllisyys. Voit ladata ne milloin tahansa ilman, että se vaikuttaa niiden käyttöikään.

Jos litiumakkua käytetään yli määritetyn käyttölämpötilan (yli 35 °C) olevissa olosuhteissa, akun kapasiteetti vähenee jatkuvasti, mikä tarkoittaa, että akun toiminta-aika ei ole enää tavallista pidempi. Laitteiden lataaminen tällaisissa lämpötiloissa aiheuttaa vielä suurempaa vahinkoa akulle. Jopa akkujen säilyttäminen suhteellisen kuumissa olosuhteissa aiheuttaa väistämättä jonkinlaista vahinkoa niiden laadulle. Siksi sopivan käyttölämpötilan ylläpitäminen on hyvä tapa pidentää litiumakun käyttöikää.

Jos käytät litiumakkuja alhaisissa lämpötiloissa, eli alle 4 °C, huomaat myös, että akun kesto lyhenee, ja jotkut alkuperäiset litiumakut älypuhelimissa eivät ehkä edes lataudu alhaisissa lämpötiloissa. Älä kuitenkaan turhautua, tämä on vain väliaikainen tilanne. Toisin kuin korkeissa lämpötiloissa käytettäessä, kun lämpötila nousee, akun molekyylit lämpenevät ja palauttavat välittömästi aiemman kapasiteettinsa.

Lithiumioniakun suorituskyvyn maksimoimiseksi sitä tulee käyttää säännöllisesti pitääkseen sisällä olevat elektronit jatkuvasti liikkumassa. Jos et käytä litiumakkua usein, muista tehdä täysi latausjakso joka kuukausi ja suorita latauskalibrointi, eli syvä purkaukset ja sen jälkeen syvä lataus.

Oikea termi on "lataus-purkussykli", ei "latausten määrä". Sykli viittaa ajanjaksoon, jolloin akku tyhjenee täydestä varauksesta täysin tyhjään. Jos akku on täyteen ladattu, käytetään kymmenesosa sen kapasiteetista ja sitten ladataan uudelleen täyteen, tämä on kymmenesosa syklissä. Tarvitset 10 latausta ja purkua yhden täyden syklin suorittamiseen. Samoin, jos aloitat täydestä varauksesta, käytät puolet kapasiteetista, lataat täyteen, käytät taas puolet kapasiteetista ja lataat uudelleen täyteen, tämä on myös yksi sykli – olet ladannut kahdesti. Siksi sykli riippuu ainoastaan "akusta puretun sähköenergian kokonaismäärästä" eikä sillä ole suoraa yhteyttä "latausten määrään".

Lisäksi tämä nimellinen lataus-purkussyklien määrä ei tarkoita, että akku on käyttökelvoton, kun se on saavutettu. Sen sijaan se tarkoittaa, että tämän monen syklin jälkeen akun kyky varastoida sähköenergiaa heikkenee tiettyyn tasoon.

Esimerkiksi tietyllä litiumakulla on nimellinen latauspurkukertojen kesto: "ei vähemmän kuin 60 % nimelliskapasiteetistaan 500 syklin jälkeen".

Toisin sanoen tämä akku pystyy 500 syklin jälkeen pitämään noin 60 prosenttia alkuperäisestä kapasiteetistaan. Sen suorituskyky on heikentynyt tietyssä määrin. Siinä kaikki ytimessään.

Litiumakulla ei ole kiinteää rajoitusta latauskertojen määrään. Luotettavien valmistajien akut kestävät yleensä vähintään 500 lataus- ja purkussykliä säilyttäen yli 80 % alkuperäisestä kapasiteetistaan, mikä tarkoittaa, että ne kestävät yhdellä ladatulla varauksella kaksi vuotta. Yleensä matkapuhelinakun käyttöikä heikkenee huomattavasti 1000 lataussyklin jälkeen.

Matkapuhelinakun hoitomenetelmät:

1. Käytä akkua vain silloin, kun se on täysin ladattu joka kerta, jotta vähennät latauskertojen määrää ja pidentät akun elinikää.
2. Sinun ei tarvitse tyhjentää akkua täysin; se yleensä pitää ladata, kun varaus laskee alle 10 %.
3. Käytä alkuperäistä laturia lataamiseen; älä käytä yleiskäyttöistä laturia.
4. Älä käytä puhelinta latauksen aikana.
5. Älä ylilataa; lopeta lataus, kun akku on täyteen ladattu.

Kyllä, kokeellisten tulosten mukaan litiumakkujen käyttöikä lyhenee latauskertojen määrän kasvaessa. Yleensä litiumakut kestävät vain 2000–3000 latauskierrosta.

Kiertokäyttö viittaa käyttöön. Käytämme akkuja ja olemme kiinnostuneita käyttökeston pituudesta. Uudelleenladattavan akun suorituskyvyn mittaamiseksi on määritelty kierroksen elinkaaren käsite. Todelliset käyttäjäkokemukset vaihtelevat huomattavasti, eivätkä eri olosuhteissa tehdyt testit ole vertailukelpoisia. Vertailun mahdollistamiseksi kierroksen elinkaaren määritelmä on standardoitu.

Kansallinen standardi määrittelee seuraavat testiolosuhteet ja vaatimukset litiumakkujen syklin kestolle: Ympäristön lämpötilassa 20 ℃ ± 5 ℃, lataa 1C:llä. Kun akun napojen välinen jännite saavuttaa latauksen ylärajan 4,2 V, vaihda vakiovirtalatauksesta vakiojännitelataukseen, kunnes latausvirta on pienempi tai yhtä suuri kuin 1/20C. Lopeta lataus ja anna akun lepoa 0,5–1 tuntia. Purista sen jälkeen 1C-virralla lopetusjännitteeseen 2,75 V asti. Purkamisen jälkeen anna akun lepoa 0,5–1 tuntia ennen seuraavan lataus-purkussyklin aloittamista. Syklin kesto päättyy, kun kaksi peräkkäistä purkamisaikaa on alle 36 minuuttia. Syklien lukumäärän on oltava yli 300.

Kansallisen standardin selitys:

1. Tämä määritelmä määrittelee, että syklin keston testaus suoritetaan syvällä latauksella ja syvällä purkamisella ;
2. Määräykset edellyttävät, että tämän mallin mukaan litiumakkujen sykliselkä on yli 60 % kapasiteetistaan ≥300 syklin jälkeen .

Erilaiset sykli-olosuhteet tuottavat kuitenkin hyvin erilaisia syklimääriä. Esimerkiksi kaikkien muiden ehtojen pysyessä samoina, pelkästään vakiovirran muuttaminen 4,2 V:sta 4,1 V:aan saman akkomallin syklielinkaatesta tarkoittaa, ettei akku enää lataudu syvälatauksena, ja lopulliset testitulokset osoittavat lähes 60 %:n lisääntymisen sykliiässä. Siksi, jos katkaisujännite nostetaan 3,9 V:iin, syklimäärän tulisi kasvaa useita kertoimia.

On tärkeää ymmärtää väite, jonka mukaan jokainen latauspurkukierros vähentää akun elinikää. Litiumakun lataussykli määritellään prosessiksi, jossa litiumakku siirtyy täyteen ladattuna tilasta täysin tyhjäksi ja takaisin täyteen ladatuksi. Tämä ei ole sama kuin yksi lataus. Lisäksi, kun puhutaan syklien määrästä, on otettava huomioon ne olosuhteet, joissa sykli suoritetaan. Syklien määrää ei voida järkevästi käsitellä ilman näiden olosuhteiden huomioimista, sillä syklimäärä on keino arvioida akun elinikää, ei tavoite sinänsä!