Koliko dugo litij-ionske baterije zapravo traju? Istina otkrivena

Litij-ionske baterije su vrsta baterije koja koristi litij metal ili litijeve legure kao materijal negativne elektrode i nevodenu elektrolitsku otopinu. Najranija litijeva metalna baterija predložio je i proučavao Gilbert N. Lewis 1912. godine. U 1970-ima, M.S. Whittingham predložio je i započeo istraživanje litij-ionskih baterija. Zbog vrlo reaktivnih kemijskih svojstava litija, obrada, skladištenje i uporaba litija zahtijevaju vrlo stroge kontrolirane uvjete okoline. Stoga su litij-ionske baterije dugo vrijeme bile ograničene u uporabi. S razvojem znanosti i tehnologije, litij-ionske baterije sada su postale glavni trend.

Litij-ionske baterije se u širem smislu mogu podijeliti u dvije kategorije: litij-metalne baterije i litij-ionske baterije. Litij-ionske baterije ne sadrže metalni litij i ponovno su punjive. Petom generacijom ponovno punjivih baterija, litij-metalnim baterijama, razvijenim je 1996. godine. One nude bolju sigurnost, specifični kapacitet, stopu samopražnjenja i odnos cijene i performansi u usporedbi s litij-ionskim baterijama. Zbog visokih tehnoloških zahtjeva, trenutačno ih proizvode samo tvrtke u nekoliko zemalja.

Litij-ionske baterije mogu se napuniti i isprazniti samo 500 puta?

Većina potrošača vjerojatno je čula da životni vijek litij-ionskih baterija iznosi "500 ciklusa", što znači 500 punjenja i pražnjenja. Nakon toga, baterija se smatra "mrtvom". Mnogi pokušavaju produljiti vijek trajanja baterije tako da je pune tek kada je potpuno ispražnjena. Ali postiže li se time zaista duži vijek trajanja?

❌ Odgovor je ne. Životni vijek litij-ionske baterije od "500 puta" ne odnosi se na broj punjenja, već na jedan ciklus punjenja i pražnjenja.

Ciklus punjenja označava proces u kojem baterija ode od potpuno napunjene do prazne, a zatim se ponovno napuni do punog kapaciteta, što nije isto što i jedno punjenje. Na primjer, ako se litij-ionska baterija prvog dana iskoristi do pola svog kapaciteta, a zatim potpuno napuni, te se isti postupak ponovi drugog dana, to se računa kao jedan ciklus punjenja, a ne dva. Stoga je potrebno više punjenja da bi se dovršio jedan ciklus. Svaki put kada se dovrši ciklus punjenja, kapacitet baterije se neznatno smanji. Međutim, ovo smanjenje je vrlo malo; visokokvalitetne baterije zadrže oko 80% svog izvornog kapaciteta nakon mnogo ciklusa punjenja, a mnogi proizvodi koji koriste litij-ionske baterije i dalje normalno rade nakon dvije ili tri godine. Naravno, litij-ionske baterije na kraju moraju biti zamijenjene kada dosegnu kraj svog vijeka trajanja.

Takozvanih 500 ciklusa odnosi se na proizvođača koji postiže približno 625 punjenja pri konstantnoj dubini pražnjenja (npr. 80%), što iznosi 500 ciklusa punjenja. (80% * 625 = 500) (zanemarujući čimbenike kao što je smanjenje kapaciteta litij-ionske baterije).

Međutim, zbog različitih čimbenika u stvarnom životu, posebno činjenice da dubina pražnjenja tijekom punjenja nije konstantna, "500 ciklusa punjenja" može poslužiti samo kao referenca za vijek trajanja baterije.

Ispravna izjava glasi: vijek trajanja litij-ionske baterije povezan je s brojem završenih ciklusa punjenja, ali nije izravno povezan s brojem punjenja.

Jednostavno rečeno, na primjer, ako se litijeva baterija prvog dana iskoristi samo do pola svoje kapacitije, a zatim potpuno napuni, te se isto ponovi drugog dana, to se računa kao jedan ciklus punjenja, a ne dva. Stoga je obično potrebno nekoliko punjenja da bi se dovršio jedan ciklus. Svaki put kada se dovrši ciklus punjenja, kapacitet baterije se neznatno smanji. Međutim, smanjenje je vrlo malo; visokokvalitetne baterije i dalje zadržavaju 80% svog izvornog kapaciteta nakon mnogo ciklusa punjenja. Zbog toga mnogi proizvodi koji koriste litij-ionske baterije i dalje normalno rade nakon dvije ili tri godine. Naravno, litij-ionske baterije na kraju treba zamijeniti kada dosegnu kraj svog vijeka trajanja.

Vijek trajanja litij-ionske baterije općenito iznosi 300-500 ciklusa punjenja. Pretpostavimo da jedno potpuno pražnjenje osigurava Q jedinica električne energije, i zanemarimo smanjenje kapaciteta nakon svakog ciklusa punjenja, litij-ionska baterija može ukupno isporučiti ili nadoknaditi 300Q-500Q jedinica električne energije tijekom svog vijeka trajanja. Stoga, ako punite nakon što svaki put iskoristite polovinu kapaciteta baterije, može se puniti 600-1000 puta; ako punite nakon što svaki put iskoristite jednu trećinu kapaciteta baterije, može se puniti 900-1500 puta. I tako dalje. Ako punite nasumično, broj ciklusa punjenja je neodređen. Ukratko, bez obzira na način punjenja, ukupna količina nadoknadene električne energije konstantna je i iznosi 300Q-500Q. Stoga to možemo shvatiti i ovako: vijek trajanja litij-ionske baterije ovisi o ukupnoj količini električne energije koja joj se može dopuniti, a ne o broju ciklusa punjenja. Duboko pražnjenje/duboko punjenje i plitko pražnjenje/plitko punjenje imaju malu razliku u utjecaju na vijek trajanja litij-ionske baterije.

Zapravo, plitko pražnjenje i punjenje korisnije su za litij-ionske baterije. Duboko pražnjenje i punjenje potrebni su jedino kada proizvodov modul za napajanje obavlja kalibraciju litij-ionske baterije. Stoga za proizvode koji koriste litij-ionske baterije nije potrebno previše mariti se o postupku; prije svega treba voditi računa o udobnosti. Punite ih kad god želite, bez brige da to utječe na njihov vijek trajanja.

Ako se litij-ionske baterije koriste u uvjetima koji premašuju navedenu radnu temperaturu (iznad 35°C), kapacitet baterije će se kontinuirano smanjivati, što znači da će vrijeme napajanja uređaja biti kraće nego inače. Punjenje uređaja pri takvim temperaturama uzrokovat će još veće oštećenje baterije. Čak i skladištenje baterija u relativno vrućim okruženjima neizbježno će prouzročiti određeno oštećenje njihove kvalitete. Stoga je održavanje odgovarajuće radne temperature dobar način za produljenje vijeka trajanja litij-ionskih baterija.

Ako koristite litij-ionske baterije na niskim temperaturama, tj. ispod 4°C, primijetit ćete da je vek trajanja baterije smanjen, a neke originalne litij-ionske baterije u mobilnim telefonima se možda čak i neće puniti na niskim temperaturama. Međutim, nemojte previše brinuti, to je privremena situacija. Za razliku od korištenja na visokim temperaturama, čim temperatura poraste, molekule unutar baterije se zagrijavaju i odmah vraćaju prethodni kapacitet.

Kako biste maksimalizirali performanse litij-ionske baterije, potrebno ju je često koristiti kako bi se elektroni unutar nje stalno kretali. Ako ne koristite svoju litij-ionsku bateriju često, sjetite se da svakog mjeseca obavite jedan puni ciklus punjenja i izvršite kalibraciju punjenja, tj. dubinsko pražnjenje nakon kojeg slijedi dubinsko punjenje.

Ispravan izraz je "ciklus punjenja-ispunjavanja", a ne "broj punjenja". Ciklus se odnosi na vrijeme koje baterija provede od potpunog punjenja do potpunog ispuštanja. Ako je vaša baterija potpuno napunjena, iskorištena do jedne desetine svog kapaciteta, a zatim ponovno potpuno napunjena, to je jedna desetina ciklusa. Morate ju puniti i ispuštati 10 puta kako biste dovršili jedan ciklus. Slično tome, ako krenete od potpunog punjenja, iskoristite pola kapaciteta, potpuno je napunite, zatim ponovno iskoristite do pola kapaciteta i opet potpuno napunite, to je također jedan ciklus — putili ste je dvaput. Stoga ciklus ovisi isključivo o "ukupnoj količini električne energije ispuštenoj iz baterije", a nema izravne veze s "brojem punjenja".

Osim toga, ovaj nazivni broj ciklusa punjenja-ispunjavanja ne znači da baterija više nije upotrebljiva nakon što se taj broj iscrpi. To zapravo znači da će nakon toliko ciklusa sposobnost baterije da pohranjuje električnu energiju opasti na određenu razinu.

Na primjer, određena litijeva baterija ima nazivni vijek trajanja ciklusa punjenja i pražnjenja "ne manje od 60% svojeg nazivnog kapaciteta nakon 500 ciklusa".

Drugim riječima, nakon 500 ciklusa, ova baterija može zadržati otprilike 60% kapaciteta koji je imala u novom stanju. Njena performansa se do određene mjere smanjila. To je suština.

Litijeve baterije nemaju fiksno ograničenje broja ciklusa punjenja. Baterije poznatih proizvođača općenito mogu izdržati najmanje 500 ciklusa punjenja i pražnjenja uz održavanje više od 80% početnog kapaciteta, što znači da mogu trajati dvije godine na jednom punjenju. Tipično, baterije mobilnih telefona će doživjeti značajno pogoršanje vijeka baterije nakon 1000 ciklusa punjenja.

Metode održavanja baterije mobilnog telefona:

1. Koristite bateriju samo kada je potpuno napunjena svaki put kako biste smanjili broj ciklusa punjenja i produžili vijek trajanja baterije.
2. Nije potrebno potpuno isprazniti bateriju; obično je potrebno puniti kada razina punjenja padne ispod 10%.
3. Koristite originalni punjač za punjenje; nemojte koristiti univerzalni punjač.
4. Nemojte koristiti telefon dok se puni.
5. Nemojte prekomjerno puniti; prestanite s punjenjem čim se baterija u potpunosti napuni.

Da, prema eksperimentalnim rezultatima, vijek trajanja litij-ionskih baterija smanjuje se s povećanjem broja ciklusa punjenja. Općenito, litij-ionske baterije podnose samo 2000-3000 ciklusa punjenja.

Cikliranje se odnosi na upotrebu. Mi koristimo baterije i brinemo se o trajanju njihove upotrebe. Kako bi se mjerila učinkovitost punjive baterije, utvrđena je definicija vijeka trajanja ciklusa. Stvarna iskustva korisnika znatno variraju, a testovi pod različitim uvjetima nisu usporedivi. Kako bi usporedba bila moguća, definicija vijeka trajanja ciklusa mora biti standardizirana.

Državni standard specificira sljedeće uvjete i zahtjeve za ispitivanje trajanja ciklusa litij-ionskih baterija: Pri okolišnoj temperaturi od 20℃±5℃, punjenje strujom od 1C. Kada napon na terminalima baterije dostigne granični napon punjenja od 4,2 V, prebaciti na punjenje konstantnim naponom sve dok struja punjenja ne bude manja ili jednaka 1/20C. Zatim prestati s punjenjem i ostaviti bateriju u mirovanju 0,5–1 h. Nakon toga, ispuštati strujom od 1C do konačnog napona od 2,75 V. Po završetku pražnjenja, ostaviti bateriju u mirovanju 0,5–1 h prije nego što započne sljedeći ciklus punjenja i pražnjenja. Trajanje ciklusa smatra se završenim kada su dvije uzastopne dužine pražnjenja kraće od 36 minuta. Broj ciklusa mora biti veći od 300.

Objašnjenje državnog standarda:

1. Ova definicija specificira da se ispitivanje trajanja ciklusa provodi metodom dubokog punjenja i dubokog pražnjenja ;
2. Propisi predviđaju da, prema ovom modelu, vijek trajanja ciklusa litij-ionskih baterija treba i dalje zadržati više od 60% njihovog kapaciteta nakon ≥300 ciklusa .

Međutim, različiti režimi cikliranja daju drastično različite brojke ciklusa. Na primjer, uz sve ostale uvjete nepromijenjene, jednostavna promjena konstantnog napona s 4,2 V na 4,1 V za isti model baterije tijekom testiranja vijeka trajanja znači da se baterija više ne puni do maksimuma, a konačni rezultati testa pokazuju povećanje vijeka trajanja ciklusa za gotovo 60%. Stoga, ako se napon isključenja poveća na 3,9 V, broj ciklusa bi se trebao povećati višestruko.

Važno je razumjeti tvrdnju da svaki ciklus punjenja i pražnjenja smanjuje vijek trajanja baterije. Ciklus punjenja litij-ionske baterije definira se kao proces u kojem litij-ionska baterija prijeđe od potpuno napunjene do potpuno prazne, a zatim ponovno potpuno napuni. Ovo nije isto kao i jedno punjenje. Štoviše, kada se govori o broju ciklusa, moraju se uzeti u obzir uvjeti pod kojima se ciklus izvodi. Raspravljati o broju ciklusa bez uzimanja u obzir tih uvjeta besmisleno je, jer je broj ciklusa sredstvo za procjenu vijeka baterije, a ne konačni cilj!