Hvor lenge varer egentlig litiumbatterier? Sannheten avslørt

Lithiumionbatterier er en type batteri som bruker litielmetall eller litiumlegeringer som negativ elektrode og en ikke-vannbasert elektrolyttløsning. Det første litiumberiet ble foreslått og studert av Gilbert N. Lewis i 1912. I 1970-årene foreslo og startet M.S. Whittingham forskning på lithiumionbatterier. På grunn av det sterkt reaktive kjemiske materialet i litiumber, krever bearbeiding, lagring og bruk svært strenge miljøkrav. Derfor ble lithiumionbatterier ikke mye brukt i lang tid. Med teknologisk utvikling har de nå blitt standard.

Lithiumbatterier kan grovt sett deles inn i to kategorier: litiummetallbatterier og litiumionebatterier. Litiumionebatterier inneholder ikke metallisk litium og er oppladbare. Den femte generasjonen av oppladbare batterier, litiummetallbatterier, ble utviklet i 1996. De tilbyr bedre sikkerhet, spesifikk kapasitet, selvutladningsrate og pris-ytelsesforhold sammenlignet med litiumionebatterier. På grunn av deres høye teknologiske krav produseres litiummetallbatterier for tiden bare av selskaper i et fåtall land.

Kan litiumionebatterier bare lades og utlades 500 ganger?

De fleste forbrukere har sannsynligvis hørt at litiumbatterier har en levetid på "500 sykluser", altså 500 oppladings- og utladningssykluser. Etter dette regnes batteriet som "dødt". Mange prøver å forlenge batterilevetiden ved å lade batteriet kun når det er helt utladet. Men fører dette virkelig til lengre batterilevetid?

❌ Svaret er nei. Levetiden til et litiumbatteri er «500 ganger», noe som ikke refererer til antall ganger det lades, men til én oppladings- og utladningssyklus.

En ladingssyklus betyr prosessen der en batteri går fra fullt oppladet til helt tomt, og deretter tilbake til fullt oppladet, noe som ikke er det samme som å lade én gang. For eksempel, hvis et litiumbatteri brukes til halv kapasitet den første dagen og deretter lades fullt, og det samme gjøres den andre dagen, teller dette bare som én ladingssyklus, ikke to. Derfor tar det vanligvis flere oppladninger å fullføre én syklus. Hver gang en ladingssyklus er fullført, minker batterikapasiteten litt. Imidlertid er denne nedgangen svært liten; høykvalitetsbatterier beholder omtrent 80 % av sin opprinnelige kapasitet etter mange ladingssykluser, og mange produkter med litium-ion-batterier fungerer fremdeles normalt etter to eller tre år. Selvfølgelig må litium-ion-batterier fortsatt byttes ut når de har nådd slutten av levetiden sin.

De såkalte 500 syklene refererer til at produsenten oppnår omtrent 625 oppladbare sykler ved en konstant utladningsdybde (for eksempel 80 %), noe som tilsvarer 500 oppladningssykluser. (80 % * 625 = 500) (uten å ta hensyn til faktorer som reduksjon i litiumbatteriets kapasitet).

Men på grunn av ulike faktorer i det virkelige liv, spesielt det faktum at utladningsdybden under opplading ikke er konstant, kan «500 oppladningssykluser» bare brukes som en referanse for batterilevetid.

Den riktige påstanden er: levetiden til et litiumbatteri er relatert til antall fullførte oppladningssykluser, men ikke direkte relatert til antall oppladninger.

For å uttrykke det enkelt, for eksempel, hvis et litymbatteri bare brukes halvparten av sin kapasitet den første dagen og deretter lades fullt, og samme prosedyre gjentas den andre dagen, teller dette kun som én lade-syklus, ikke to. Derfor tar det vanligvis flere oppladninger å fullføre én syklus. Hver gang en ladesyklus er fullført, minker batterikapasiteten litt. Imidlertid er nedgangen svært liten; høykvalitets batterier vil fortsatt beholde 80 % av sin opprinnelige kapasitet etter mange ladesykluser. Derfor fungerer mange produkter drevet av litiumionbatterier fremdeles normalt etter to eller tre år. Selvfølgelig må litiumionbatterier til slutt byttes når levetiden er nådd.

Levetiden til et litiumbatteri er vanligvis 300–500 ladingssykluser. Hvis en full utladning gir Q enheter strøm, og vi ser bort fra kapasitetsreduksjon etter hver ladingssyklus, kan et litiumbatteri levere eller erstatte totalt 300Q–500Q enheter strøm i løpet av sin levetid. Dermed kan det lades 600–1000 ganger hvis du lader etter å ha brukt halvparten av batterikapasiteten hver gang; hvis du lader etter å ha brukt en tredjedel av batterikapasiteten hver gang, kan det lades 900–1500 ganger. Og så videre. Hvis du lader tilfeldig, er antall ladinger usikkert. Kort sagt, uansett hvordan du lader, er den totale mengden tilført strøm konstant på 300Q–500Q. Derfor kan vi også forstå det slik: levetiden til et litiumbatteri er relatert til den totale mengden strøm det kan lades med, ikke antall ladingssykluser. Dyp utladning/dyp oppladning og grunne utladninger/grunne oppladninger har liten forskjell når det gjelder innvirkning på levetiden til et litiumbatteri.

Faktisk er grunt utladning og grunt oppladning mer fordelaktig for litiumbatterier. Dyp utladning og dyp oppladning er bare nødvendig når produktets strømmodul kalibrerer litiumbatteriet. Derfor trenger produkter som drives av litiumbatterier ikke å være så nøye med oppladningsprosessen; det bør prioriteres at det er praktisk. Lad dem når som helst uten å bekymre deg for at det påvirker levetiden.

Hvis litiumbatterier brukes i miljøer som overstiger den angitte driftstemperaturen (over 35 °C), vil batterikapasiteten kontinuerlig minke, noe som betyr at batteriets strømforsynings tid ikke vil vare like lenge som vanlig. Å lade enheter ved slike temperaturer vil forårsake enda større skade på batteriet. Selv å lagre batterier i relativt varme miljøer vil uunngåelig føre til noe skade på kvaliteten deres. Derfor er det en god måte å forlenge levetiden til litiumbatterier ved å opprettholde en passende driftstemperatur.

Hvis du bruker litiumbatterier i lave temperaturer, dvs. under 4 °C, vil du også merke at batterilevetiden reduseres, og noen originale litiumbatterier i mobiltelefoner kan til og med nekte å lade ved lave temperaturer. Men ikke bekymre deg for mye, dette er bare en midlertidig situasjon. I motsetning til bruk i høye temperaturer, gjenopprettes molekylene i batteriet umiddelbart når temperaturen stiger og kapasiteten går tilbake til det tidligere nivået.

For å maksimere ytelsen til et litiumionbatteri, må det brukes ofte for å holde elektronene inni i kontinuerlig bevegelse. Hvis du ikke bruker litiumbatteriet ofte, husk da å gjennomføre en full oppladingscyklus hver måned og utfør en kalibrering av ladningen, dvs. en dyp utladning fulgt av en dyp oppladning.

Riktig term er «lade-utladningssyklus», ikke «antall oppladninger». En syklus refererer til tiden en batteri går fra fullt ladet til helt utladet. Hvis batteriet ditt er fullt ladet, brukt opp en tidel av kapasiteten og deretter fullt ladet igjen, utgjør det en tidel av en syklus. Du må lade og utlade det 10 ganger for å fullføre én syklus. På samme måte, hvis du starter med full ladning, bruker halvparten av kapasiteten, lader det fullt, bruker det ned til halv kapasitet igjen, og lader det fullt på nytt, er det også én syklus – du har ladet to ganger. Dermed avhenger en syklus kun av «den totale mengden strøm som er utladet fra batteriet», og har ingen direkte sammenheng med «antall oppladninger».

Videre betyr dette nominelle antallet lade-utladningssykluser ikke at batteriet er ubrukelig når det er oppbrukt. Det betyr heller at etter så mange sykluser vil batteriets evne til å lagre elektrisk energi minke til et visst nivå.

For eksempel har et visst litiumbatteri en nominell lade-utladningscykluslevetid på «ikke mindre enn 60 % av sin nominelle kapasitet etter 500 sykler».

Med andre ord kan dette batteriet etter 500 sykler bare holde omtrent 60 % av den kapasiteten det hadde da det var nytt. Ytelsen har avtatt til en viss grad. Det er hovedpoenget.

Litiumbatterier har ikke en fast grense for antall ladesykluser. Batterier fra anerkjente produsenter tåler vanligvis minst 500 lade-utladningssykluser mens de beholder mer enn 80 % av sin opprinnelige kapasitet, noe som betyr at de kan vare i to år på én opplading. Vanligvis vil mobiltelefonbatterier oppleve betydelig nedgang i batterilevetid etter 1000 ladesykluser.

Vedlikeholdsmetoder for mobiltelefonbatteri:

1. Bruk batteriet bare når det er fullt oppladet hver gang, for å redusere antall ladesykluser og forlenge batterilevetiden.
2. Du trenger ikke å fullstendig utlade batteriet; det må vanligvis lades når ladningsnivået synker under 10 %.
3. Bruk den originale laderen til opplading; ikke bruk en universell lader.
4. Ikke bruk telefonen mens den lades.
5. Ikke overlad; stopp opplading så snart batteriet er fullt.

Ja, ifølge eksperimentelle resultater avtar levetiden for litiumbatterier med økende antall oppladings-sykluser. Generelt kan litiumbatterier bare tåle 2000–3000 oppladings-sykluser.

Syklus refererer til bruk. Vi bruker batterier og er opptatt av bruksvarighet. For å måle ytelsen til et oppladbart batteri, er definisjonen av sykluslevetid etablert. Faktiske brukeropplevelser varierer mye, og tester under ulike forhold er ikke sammenlignbare. For å kunne sammenligne, må definisjonen av sykluslevetid standardiseres.

Nasjonal standard spesifiserer følgende testbetingelser og krav for sykluslevetid for litiumbatterier: Under en omgivelsestemperatur på 20 °C ± 5 °C, lad med 1C. Når batteriets terminalspenning når ladelimittspenningen på 4,2 V, bytt til konstant spenning under opplading inntil ladestrømmen er mindre enn eller lik 1/20C. Stopp oppladingen og la den hvile i 0,5–1 time. Deretter utlad med 1C-strøm til avslutningsspenningen på 2,75 V. Etter at utladningen er fullført, la den hvile i 0,5–1 time før neste lade-utladesyklus startes. Sykluslevetiden anses avsluttet når to påfølgende utladetider er kortere enn 36 minutter. Antall sykluser må være mer enn 300.

Forklaring av nasjonal standard:

1. Denne definisjonen angir at testing av sykluslevetid utføres ved hjelp av en metode med dyp opplading og dypt utladning ;
2. Reglene fastslår at, ifølge dette modell, bør sykluslevetiden for litiumbatterier fremdeles beholde mer enn 60 % av sin kapasitet etter ≥300 sykler .

Imidlertid gir ulike syklusregimer drastisk forskjellige antall sykler. For eksempel, ved å holde alle andre betingelser uendret, betyr det at hvis man bare endrer konstant spenning fra 4,2 V til 4,1 V for samme batterimodell under testing av sykluslevetid, at batteriet ikke lenger blir dypeladet, og de endelige testresultatene viser en økning i sykluslevetid på nesten 60 %. Derfor bør antall sykler øke flere ganger om gangen hvis avkortningsspenningen økes til 3,9 V.

Påstanden om at hver oppladnings- og utladningssyklus reduserer batteriets levetid er viktig å forstå. En litiumbatterisyklus defineres som prosessen der et litiumbatteri går fra fullt oppladet til helt tomt, og deretter fullt oppladet igjen. Dette er ikke det samme som å lade én gang. Videre må betingelsene for hvilke syklusen utføres under, tas i betraktning når man diskuterer sykkelantall. Å diskutere sykkelantall uten å ta hensyn til disse betingelsene er meningsløst, siden sykkelantall er et middel til å vurdere batterilevetid, ikke målet i seg selv!