Berapa Lama Bateri Litium Benar-Benar Tahan? Fakta yang Didedahkan

Bateri ion litium adalah sejenis bateri yang menggunakan logam litium atau aloi litium sebagai bahan elektrod negatif dan larutan elektrolit bukan akueus. Bateri logam litium awal pertama kali dicadangkan dan dikaji oleh Gilbert N. Lewis pada tahun 1912. Pada tahun 1970-an, M.S. Whittingham mencadangkan dan mula menyelidik bateri ion litium. Disebabkan sifat kimia litium yang sangat reaktif, pemprosesan, penyimpanan, dan penggunaannya memerlukan kawalan alam sekitar yang sangat ketat. Oleh itu, bateri ion litium tidak digunakan secara meluas dalam jangka masa yang lama. Dengan perkembangan sains dan teknologi, bateri ion litium kini telah menjadi arus perdana.

Bateri litium secara umum boleh diklasifikasikan kepada dua kategori: bateri litium logam dan bateri litium-ion. Bateri litium-ion tidak mengandungi litium logam dan boleh dicas semula. Generasi kelima bateri boleh dicas, iaitu bateri litium logam, telah dibangunkan pada tahun 1996. Ia menawarkan keselamatan, kapasiti tentu, kadar pelucutan sendiri, dan nisbah harga prestasi yang lebih baik berbanding bateri litium-ion. Disebabkan keperluan teknologi yang tinggi, hanya syarikat-syarikat di beberapa buah negara sahaja yang mampu menghasilkan bateri litium logam pada masa ini.

Adakah bateri litium-ion hanya boleh dicas dan dinyahcas sebanyak 500 kali?

Kebanyakan pengguna berkemungkinan besar pernah mendengar bahawa bateri litium mempunyai jangka hayat "500 kitaran", yang bermaksud 500 kitaran cas dan nyahcas. Selepas itu, bateri dianggap "mati". Ramai orang cuba memanjangkan jangka hayat bateri dengan hanya mengecasnya apabila bateri benar-benar kosong. Tetapi adakah ini benar-benar memanjangkan jangka hayat bateri?

❌ Jawapannya tidak. Jangka hayat bateri litium "500 kali" itu bukan merujuk kepada bilangan kali ia dicaskan, tetapi kepada satu kitaran cas-nyahcas penuh.

Kitaran pengecasan merujuk kepada proses bateri yang bermula dari keadaan penuh, digunakan sehingga kosong, kemudian dicas semula hingga penuh lagi, dan ini tidak sama dengan sekadar sebahagian pengecasan. Sebagai contoh, jika bateri litium digunakan hingga separuh daripada kapasitinya pada hari pertama dan kemudian dicas penuh, dan perkara yang sama berlaku pada hari kedua, ini hanya dikira sebagai satu kitaran pengecasan, bukan dua. Oleh itu, biasanya diperlukan beberapa sesi pengecasan untuk melengkapkan satu kitaran. Setiap kali satu kitaran pengecasan selesai, kapasiti bateri akan berkurang sedikit. Namun, pengurangan ini sangat kecil; bateri berkualiti tinggi kekal mempertahankan kira-kira 80% daripada kapasiti asalnya walaupun selepas banyak kitaran pengecasan, dan banyak produk berasaskan bateri ion litium masih berfungsi secara normal selepas dua atau tiga tahun. Sudah tentu, bateri ion litium perlu diganti apabila sampai ke hujung jangka hayatnya.

Kitaran 500 yang dikatakan merujuk kepada pengeluar yang mencapai kira-kira 625 kitaran pengecasan semula pada kedalaman pelepasan yang malar (contohnya, 80%), mencapai 500 kitaran pengecasan. (80% * 625 = 500) (mengabaikan faktor-faktor seperti pengurangan kapasiti bateri litium).

Namun begitu, disebabkan oleh pelbagai faktor dalam kehidupan sebenar, terutamanya hakikat bahawa kedalaman pelepasan semasa pengecasan tidak malar, "500 kitaran pengecasan" hanya boleh digunakan sebagai rujukan untuk jangka hayat bateri.

Pernyataan yang betul ialah: jangka hayat bateri litium berkaitan dengan bilangan kitaran pengecasan yang selesai, tetapi tidak secara langsung berkaitan dengan bilangan pengecasan.

Secara ringkasnya, sebagai contoh, jika bateri litium digunakan hanya separuh kapasitinya pada hari pertama dan kemudian dicas penuh, dan perkara yang sama dilakukan pada hari kedua, ini hanya dikira sebagai satu kitaran pengecasan, bukan dua. Oleh itu, biasanya diperlukan beberapa sesi pengecasan untuk melengkapkan satu kitaran. Setiap kali satu kitaran pengecasan selesai, kapasiti bateri berkurang sedikit. Namun, pengurangan tersebut sangat kecil; bateri berkualiti tinggi masih akan mengekalkan 80% daripada kapasiti asalnya walaupun setelah banyak kitaran pengecasan. Inilah sebabnya mengapa banyak produk bertenaga bateri litium masih berfungsi dengan normal selepas dua atau tiga tahun. Sudah tentu, bateri litium akhirnya perlu diganti apabila hayatnya tamat.

Jangka hayat bateri litium biasanya adalah 300-500 kitaran pengecasan. Anggapkan satu pelepasan cas penuh memberikan Q unit tenaga elektrik, dan tanpa mengambil kira pengurangan kapasiti selepas setiap kitaran pengecasan, bateri litium boleh membekalkan atau menggantikan jumlah keseluruhan 300Q-500Q unit tenaga elektrik sepanjang jangka hayatnya. Oleh itu, jika anda mengecas selepas menggunakan separuh daripada kapasiti bateri setiap kali, ia boleh dicas sebanyak 600-1000 kali; jika anda mengecas selepas menggunakan satu-per tiga kapasiti bateri setiap kali, ia boleh dicas sebanyak 900-1500 kali. Dan seterusnya. Jika pengecasan dilakukan secara rawak, bilangan pengecasan tidak dapat ditentukan. Secara ringkasnya, tidak kira bagaimana cara pengecasan dilakukan, jumlah keseluruhan tenaga elektrik yang digantikan adalah malar iaitu 300Q-500Q. Oleh itu, kita juga boleh memahaminya sedemikian: jangka hayat bateri litium berkaitan dengan jumlah keseluruhan tenaga elektrik yang boleh dicas, bukan bilangan kitaran pengecasan. Pelepasan cas dalam/pengecasan penuh dan pelepasan cas rendah/pengecasan separa mempunyai perbezaan yang kecil dari segi kesannya terhadap jangka hayat bateri litium.

Sebenarnya, pengecasan dan pelepasan cas yang cetek lebih bermanfaat bagi bateri litium. Pelepasan cas dan pengecasan yang dalam hanya diperlukan apabila modul kuasa produk sedang melakukan kalibrasi terhadap bateri litium tersebut. Oleh itu, produk yang menggunakan bateri litium tidak perlu terlalu khusus mengenai proses ini; kemudahan harus diutamakan. Caslah pada bila-bila masa tanpa perlu risaukan kesannya terhadap jangka hayat bateri.

Jika bateri litium digunakan dalam persekitaran yang melebihi suhu pengendalian yang ditetapkan (melebihi 35°C), kapasiti bateri akan berkurangan secara berterusan, bermakna tempoh bekalan kuasa bateri tidak akan sepanjang biasa. Mengecas peranti pada suhu sedemikian akan menyebabkan kerosakan yang lebih besar kepada bateri. Malah, menyimpan bateri dalam persekitaran yang agak panas pun pasti akan menyebabkan sebahagian daripada kualitinya terjejas. Oleh itu, mengekalkan suhu pengendalian yang sesuai merupakan cara yang baik untuk memperpanjang jangka hayat bateri litium.

Jika anda menggunakan bateri litium dalam persekitaran suhu rendah, iaitu di bawah 4°C, anda juga akan mendapati hayat bateri berkurang, dan sesetengah bateri litium asal dalam telefon bimbit mungkin tidak dapat dicas langsung dalam persekitaran suhu rendah. Namun, jangan terlalu bimbang, ini hanyalah situasi sementara. Berbeza dengan penggunaan dalam persekitaran suhu tinggi, apabila suhu meningkat, molekul dalam bateri akan dipanaskan dan serta-merta kembali kepada kapasiti sebelumnya.

Untuk memaksimumkan prestasi bateri ion litium, ia perlu digunakan secara kerap bagi mengekalkan aliran elektron di dalamnya sentiasa mengalir. Jika anda tidak kerap menggunakan bateri litium anda, ingatlah untuk melengkapkan satu kitaran pengecasan penuh setiap bulan dan melakukan kalibrasi cas, iaitu nyahcas dalam diikuti dengan pengecasan dalam.

Istilah yang betul ialah "kitaran cas-nyahcas," bukan "bilangan kali pengecasan." Satu kitaran merujuk kepada masa apabila bateri bergerak daripada keadaan penuh dicaskan hingga habis dinyahcas sepenuhnya. Jika bateri anda dicaskan penuh, digunakan sehingga satu persepuluh daripada kapasitinya, kemudian dicaskan semula secara penuh, itu merupakan satu persepuluh daripada satu kitaran. Anda perlu mengecas dan menyahcas sebanyak 10 kali untuk melengkapkan satu kitaran. Begitu juga, jika anda bermula dengan cas penuh, gunakan separuh daripada kapasiti, dicaskan penuh semula, kemudian gunakan lagi hingga separuh kapasiti, dan dicaskan penuh sekali lagi, itu juga merupakan satu kitaran—anda telah mengecas sebanyak dua kali. Oleh itu, satu kitaran bergantung semata-mata kepada "jumlah keseluruhan elektrik yang dikeluarkan daripada bateri," dan tidak berkait secara langsung dengan "bilangan kali pengecasan."

Selain itu, bilangan kitaran cas-nyahcas nominal ini tidak bermaksud bateri tersebut tidak boleh digunakan lagi setelah mencapai hadnya. Sebaliknya, ia bermaksud bahawa selepas bilangan kitaran ini, keupayaan bateri untuk menyimpan tenaga elektrik akan berkurang kepada tahap tertentu.

Sebagai contoh, bateri litium tertentu mempunyai kitaran cas-dicas nominal sebanyak "tidak kurang daripada 60% daripada kapasiti nominalnya selepas 500 kitaran".

Dengan kata lain, selepas 500 kitaran, bateri ini hanya mampu mengekalkan kira-kira 60% daripada kapasiti asalnya. Prestasinya telah berkurang hingga tahap tertentu. Itulah intipati utamanya.

Bateri litium tidak mempunyai had tetap dari segi bilangan kitaran pengecasan. Bateri daripada pengeluar terkenal biasanya boleh menahan sekurang-kurangnya 500 kitaran cas-dicas sambil mengekalkan lebih daripada 80% daripada kapasiti awal, yang bermaksud ia boleh bertahan selama dua tahun dengan satu kali pengecasan. Kebiasaannya, bateri telefon mudah alih akan mengalami penurunan prestasi yang ketara selepas 1000 kitaran pengecasan.

Kaedah penyelenggaraan bateri telefon mudah alih:

1. Gunakan bateri hanya apabila ia telah dicas penuh setiap kali untuk mengurangkan bilangan kitaran pengecasan dan memperpanjang jangka hayat bateri.
2. Anda tidak perlu melucutkan cas bateri sepenuhnya; ia biasanya perlu dicas apabila tahap cas menurun di bawah 10%.
3. Gunakan pengecas asal untuk mengecas; jangan gunakan pengecas universal.
4. Jangan gunakan telefon anda semasa sedang mengecas.
5. Jangan terlebih cas; hentikan pengecasan sebaik sahaja bateri penuh dicaskan.

Ya, berdasarkan keputusan eksperimen, jangka hayat bateri litium berkurang dengan peningkatan bilangan kitaran pengecasan. Secara amnya, bateri litium hanya boleh menahan 2000-3000 kitaran pengecasan.

Kitaran merujuk kepada penggunaan. Kita menggunakan bateri dan memberi tumpuan kepada tempoh penggunaan. Untuk mengukur prestasi bateri boleh dicas, takrifan jangka hayat kitaran ditubuhkan. Pengalaman pengguna sebenar berbeza secara meluas, dan ujian di bawah keadaan yang berbeza tidak boleh diperbandingkan. Untuk membuat perbandingan, takrifan jangka hayat kitaran mesti distandardkan.

Standard kebangsaan menentukan syarat ujian dan keperluan berikut untuk jangka hayat kitaran bateri litium: Di bawah suhu persekitaran 20℃±5℃, cas pada kadar 1C. Apabila voltan terminal bateri mencapai had voltan pengecasan iaitu 4.2V, tukar kepada pengecasan voltan malar sehingga arus pengecasan kurang daripada atau sama dengan 1/20C. Hentikan pengecasan dan biarkan rehat selama 0.5j~1j. Kemudian nyahcas pada arus 1C hingga voltan tamat nyahcas iaitu 2.75V. Selepas nyahcas selesai, biarkan rehat selama 0.5j~1j sebelum memulakan kitaran cas-nyahcas seterusnya. Jangka hayat kitaran dianggap berakhir apabila dua masa nyahcas berturut-turut kurang daripada 36 minit. Bilangan kitaran mesti melebihi 300.

Penerangan mengenai standard kebangsaan:

1. Takrifan ini menyatakan bahawa pengujian jangka hayat kitaran dilakukan menggunakan kaedah cas penuh-nyahcas penuh ;
2. Peraturan menyatakan bahawa, mengikut model ini, hayat kitaran bateri litium masih perlu mengekalkan lebih daripada 60% kapasitinya selepas ≥300 kitaran .

Walau bagaimanapun, regime kitaran yang berbeza memberikan jumlah kitaran yang sangat berbeza. Sebagai contoh, dengan mengekalkan semua keadaan lain tidak berubah, hanya mengubah voltan malar daripada 4.2V kepada 4.1V untuk model bateri yang sama semasa pengujian hayat kitaran bermakna bateri tersebut tidak lagi dicas secara penuh, dan keputusan akhir ujian menunjukkan peningkatan hampir 60% dalam hayat kitaran. Oleh itu, sekiranya voltan pemotongan dinaikkan kepada 3.9V, bilangan kitaran sepatutnya meningkat beberapa kali ganda.

Pernyataan bahawa setiap kitaran cas-tolak mengurangkan jangka hayat bateri adalah penting untuk difahami. Kitaran pengecasan bateri litium ditakrifkan sebagai proses bateri litium dari keadaan tercas penuh hingga kosong sepenuhnya, kemudian tercas penuh semula. Ini tidak sama dengan pengecasan sekali sahaja. Selain itu, apabila membincangkan kiraan kitaran, syarat-syarat di mana kitaran itu dilakukan perlu dipertimbangkan. Perbincangan mengenai kiraan kitaran tanpa mengambil kira syarat-syarat ini adalah bermakna, kerana kiraan kitaran adalah satu cara untuk menilai jangka hayat bateri, bukan matlamat utama!