Quanto Durano Davvero le Batterie al Litio? La Verità Svelata

Le batterie agli ioni di litio sono un tipo di batteria che utilizza litio metallico o leghe di litio come materiale dell'elettrodo negativo e una soluzione elettrolitica non acquosa. La prima batteria al litio metallico fu proposta e studiata da Gilbert N. Lewis nel 1912. Negli anni '70, M.S. Whittingham propose e iniziò a ricercare le batterie agli ioni di litio. A causa delle proprietà chimiche altamente reattive del litio metallico, la sua lavorazione, conservazione e uso richiedono controlli ambientali molto rigorosi. Per questo motivo, le batterie agli ioni di litio non sono state ampiamente utilizzate per molto tempo. Con lo sviluppo della scienza e della tecnologia, le batterie agli ioni di litio sono ora diventate lo standard principale.

Le batterie al litio possono essere classificate in due categorie principali: batterie a litio metallico e batterie agli ioni di litio. Le batterie agli ioni di litio non contengono litio metallico ed sono ricaricabili. La quinta generazione di batterie ricaricabili, le batterie a litio metallico, è stata sviluppata nel 1996. Offrono una sicurezza superiore, capacità specifica, tasso di autoscarica e rapporto prezzo-prestazioni rispetto alle batterie agli ioni di litio. A causa dei requisiti tecnologici elevati, solo aziende di alcuni paesi attualmente producono batterie a litio metallico.

Le batterie agli ioni di litio possono essere caricate e scaricate solo 500 volte?

Molti consumatori hanno probabilmente sentito dire che la durata delle batterie al litio è di "500 cicli", ovvero 500 cicli di carica e scarica. Dopo questo limite, la batteria è considerata "esaurita". Molte persone cercano di prolungare la vita della batteria ricaricandola solo quando è completamente scarica. Ma questo approccio allunga effettivamente la vita della batteria?

❌ La risposta è no. La durata di una batteria al litio è "500 volte", il che non si riferisce al numero di ricariche, ma piuttosto a un ciclo completo di carica e scarica.

Un ciclo di carica indica il processo in cui una batteria passa da completamente carica a scarica e poi nuovamente a completamente carica, il che non equivale a una singola ricarica. Ad esempio, se una batteria al litio viene utilizzata fino alla metà della sua capacità nel primo giorno e poi viene completamente ricaricata, e lo stesso avviene nel secondo giorno, ciò conta come un solo ciclo di carica, non due. Pertanto, di solito sono necessari diversi cicli di carica per completarne uno completo. Ogni volta che un ciclo di carica viene completato, la capacità della batteria diminuisce leggermente. Tuttavia, questa riduzione è molto piccola; le batterie di alta qualità mantengono circa l'80% della loro capacità originale dopo numerosi cicli di carica, e molti prodotti alimentati da batterie agli ioni di litio continuano a funzionare normalmente anche dopo due o tre anni. Ovviamente, le batterie agli ioni di litio devono comunque essere sostituite quando raggiungono la fine della loro vita utile.

I cosiddetti 500 cicli si riferiscono al fatto che il produttore raggiunge circa 625 cicli di ricarica a una profondità di scarica costante (ad esempio, 80%), arrivando così a 500 cicli di carica. (80% * 625 = 500) (ignorando fattori come la riduzione della capacità della batteria al litio).

Tuttavia, a causa di vari fattori nella vita reale, specialmente il fatto che la profondità di scarica durante la ricarica non è costante, i "500 cicli di carica" possono essere utilizzati solo come riferimento per la durata della batteria.

L'affermazione corretta è: la durata di una batteria al litio è legata al numero di cicli di carica completati, ma non è direttamente correlata al numero di ricariche.

Per spiegarlo semplicemente, ad esempio, se una batteria al litio viene utilizzata solo per metà della sua capacità nel primo giorno e poi completamente ricaricata, e la stessa cosa viene fatta il secondo giorno, ciò conta come un solo ciclo di carica, non due. Pertanto, di solito sono necessari diversi cicli di carica per completarne uno completo. Ogni volta che un ciclo di carica è completato, la capacità della batteria diminuisce leggermente. Tuttavia, la riduzione è molto piccola; le batterie di alta qualità conservano ancora l'80% della loro capacità originale dopo numerosi cicli di carica. È per questo motivo che molti prodotti alimentati da batterie agli ioni di litio continuano a funzionare normalmente anche dopo due o tre anni. Ovviamente, le batterie agli ioni di litio dovranno alla fine essere sostituite quando raggiungono la fine della loro vita utile.

La durata di vita di una batteria al litio è generalmente compresa tra 300 e 500 cicli di carica. Supponendo che una singola scarica completa fornisca Q unità di energia elettrica, e trascurando la riduzione della capacità dopo ogni ciclo di carica, una batteria al litio può fornire o ricaricare un totale di 300Q-500Q unità di energia elettrica nel corso della sua vita utile. Pertanto, se si effettua la carica dopo aver utilizzato metà della capacità della batteria ogni volta, essa potrà essere caricata da 600 a 1000 volte; se si carica dopo aver utilizzato un terzo della capacità ogni volta, potrà essere caricata da 900 a 1500 volte. E così via. Se si effettua la carica in modo casuale, il numero di cariche risulterà incerto. In sintesi, indipendentemente dal metodo di carica, la quantità totale di energia elettrica ricaricata rimane costante e pari a 300Q-500Q. Possiamo quindi interpretare questo concetto nel seguente modo: la durata di vita di una batteria al litio è legata alla quantità totale di energia elettrica che può essere ricaricata, non al numero di cicli di carica. La scarica profonda/carica profonda e la scarica parziale/carica parziale hanno un impatto pressoché analogo sulla durata di vita della batteria al litio.

In effetti, le scariche e le ricariche superficiali sono più vantaggiose per le batterie al litio. Le scariche e le ricariche profonde sono necessarie solo quando il modulo di alimentazione del prodotto sta calibrando la batteria al litio. Pertanto, per i prodotti alimentati da batterie al litio non è necessario essere troppo rigorosi sul processo; la priorità dovrebbe essere la comodità. Ricaricateli ogni volta che volete senza preoccuparvi di influenzarne la durata.

Se le batterie al litio vengono utilizzate in ambienti con temperature superiori a quelle operative specificate (oltre 35°C), la capacità della batteria diminuirà continuamente, il che significa che il tempo di alimentazione della batteria non sarà più lungo come al solito. Ricaricare dispositivi a tali temperature provocherà danni ancora maggiori alla batteria. Anche conservare le batterie in ambienti relativamente caldi causerà inevitabilmente un certo deterioramento della loro qualità. Pertanto, mantenere una temperatura operativa adeguata è un buon modo per prolungare la vita delle batterie al litio.

Se utilizzi batterie al litio in ambienti a bassa temperatura, ovvero sotto i 4°C, noterai anche una riduzione della durata della batteria e alcune batterie al litio originali nei telefoni cellulari potrebbero non caricarsi affatto in tali condizioni. Tuttavia, non preoccuparti troppo: si tratta solo di una situazione temporanea. A differenza dell'uso in ambienti ad alta temperatura, quando la temperatura aumenta, le molecole all'interno della batteria si riscaldano e ripristinano immediatamente la loro capacità precedente.

Per massimizzare le prestazioni di una batteria agli ioni di litio, è necessario utilizzarla frequentemente in modo che gli elettroni al suo interno continuino a fluire costantemente. Se non utilizzi spesso la tua batteria al litio, ricorda di effettuare un ciclo completo di carica ogni mese ed eseguire una calibrazione della carica, ovvero una scarica completa seguita da una ricarica completa.

Il termine corretto è "ciclo di carica-scarica", non "numero di ricariche". Un ciclo si riferisce al periodo in cui una batteria passa da completamente carica a completamente scarica. Se la batteria è completamente carica, viene utilizzata fino a un decimo della sua capacità e poi nuovamente completamente ricaricata, ciò rappresenta un decimo di ciclo. È necessario ricaricare e scaricare la batteria 10 volte per completare un ciclo. Analogamente, se si parte da una carica completa, si utilizza metà della capacità, si ricarica completamente, quindi si utilizza nuovamente fino a metà capacità e infine si ricarica di nuovo, si ha comunque un ciclo completo—la batteria è stata ricaricata due volte. Pertanto, un ciclo dipende esclusivamente dalla "quantità totale di energia elettrica erogata dalla batteria" e non ha alcuna relazione diretta con il "numero di ricariche".

Inoltre, questo numero nominale di cicli di carica-scarica non significa che la batteria diventi inutilizzabile una volta raggiunto tale limite. Significa piuttosto che dopo questo numero di cicli, la capacità della batteria di immagazzinare energia elettrica diminuirà fino a un determinato livello.

Ad esempio, una determinata batteria al litio ha un ciclo di carica-scarica nominale di "non inferiore al 60% della sua capacità nominale dopo 500 cicli".

In altre parole, dopo 500 cicli, questa batteria può mantenere solo circa il 60% della capacità che aveva quando era nuova. Le sue prestazioni sono quindi diminuite in una certa misura. Questo è il concetto fondamentale.

Le batterie al litio non hanno un limite fisso sul numero di cicli di carica. Le batterie prodotte da marchi affidabili possono generalmente sopportare almeno 500 cicli di carica-scarica mantenendo più dell'80% della capacità iniziale, il che significa che possono durare due anni con una singola carica. Di norma, le batterie degli smartphone subiscono un degrado significativo della durata dopo 1000 cicli di carica.

Metodi di manutenzione della batteria dello smartphone:

1. Utilizzare la batteria solo quando è completamente carica ogni volta, riducendo così il numero di cicli di carica e prolungandone la durata.
2. Non è necessario scaricare completamente la batteria; di solito è necessario ricaricarla quando il livello della carica scende sotto il 10%.
3. Utilizzare il caricabatterie originale per la ricarica; non utilizzare un caricabatterie universale.
4. Non utilizzare il telefono mentre è in fase di ricarica.
5. Non sovraccaricare; interrompere la ricarica una volta che la batteria è completamente carica.

Sì, secondo i risultati sperimentali, la durata delle batterie al litio diminuisce con l'aumentare del numero di cicli di ricarica. In generale, le batterie al litio possono resistere solo a 2000-3000 cicli di ricarica.

Il termine 'ciclo' si riferisce all'utilizzo. Stiamo usando batterie e siamo interessati alla durata dell'uso. Per misurare le prestazioni di una batteria ricaricabile, viene stabilita la definizione di ciclo di vita. Le esperienze reali degli utenti variano notevolmente, e i test effettuati in condizioni diverse non sono comparabili. Per poter effettuare confronti, la definizione di ciclo di vita deve essere standardizzata.

Lo standard nazionale specifica le seguenti condizioni di prova e requisiti per la durata in cicli delle batterie al litio: a una temperatura ambiente di 20℃±5℃, caricare a 1C. Quando la tensione ai terminali della batteria raggiunge il limite di tensione di carica di 4,2 V, passare alla carica a tensione costante fino a quando la corrente di carica è minore o uguale a 1/20C. Interrompere la carica e lasciare riposare per 0,5-1 h. Quindi scaricare con corrente 1C fino alla tensione finale di 2,75 V. Al termine della scarica, lasciare riposare per 0,5-1 h prima di avviare il ciclo successivo di carica-scarica. La durata in cicli si considera terminata quando due tempi di scarica consecutivi sono inferiori a 36 minuti. Il numero di cicli deve essere superiore a 300.

Spiegazione dello standard nazionale:

1. Questa definizione specifica che i test sulla durata in cicli devono essere eseguiti mediante un metodo di carica completa e scarica completa ;
2. Le normative stabiliscono che, secondo questo modello, la durata ciclica delle batterie al litio dovrebbe mantenere ancora più del 60% della loro capacità dopo ≥300 cicli .

Tuttavia, diversi regimi di ciclo producono conteggi ciclici drasticamente differenti. Ad esempio, mantenendo invariate tutte le altre condizioni, modificando semplicemente la tensione costante da 4,2 V a 4,1 V per lo stesso modello di batteria durante il test di durata ciclica, significa che la batteria non viene più completamente caricata, e i risultati finali del test mostrano un aumento di quasi il 60% della durata ciclica. Pertanto, se la tensione di cutoff viene aumentata a 3,9 V, il numero di cicli dovrebbe aumentare di diverse volte.

È importante comprendere l'affermazione secondo cui ogni ciclo di carica-scarica riduce la vita della batteria. Un ciclo di carica di una batteria al litio è definito come il processo attraverso il quale una batteria al litio passa da completamente carica a completamente scarica e poi nuovamente completamente carica. Questo non è la stessa cosa di una singola ricarica. Inoltre, quando si discute del numero di cicli, è necessario considerare le condizioni in cui il ciclo viene effettuato. Parlare del numero di cicli senza considerare queste condizioni è privo di significato, poiché il numero di cicli è un mezzo per valutare la durata della batteria, non l'obiettivo finale!