Jak Długo Naprawdę Trwają Baterie Litowe? Odkryta Prawda

Akumulatory litowo-jonowe to rodzaj baterii, które wykorzystują lit lub stopy litu jako materiał elektrody ujemnej oraz niestosującą wodnego roztworu elektrolitu. Najwcześniejszą baterię litową zaproponował i badał Gilbert N. Lewis w 1912 roku. W latach 70. XX wieku M.S. Whittingham zaproponował i rozpoczął badania nad akumulatorami litowo-jonowymi. Ze względu na bardzo reaktywne właściwości chemiczne litu, jego przetwarzanie, przechowywanie i użytkowanie wymagają bardzo ścisłej kontroli warunków środowiskowych. Dlatego przez długi czas akumulatory litowo-jonowe nie były szeroko stosowane. Dzięki rozwojowi nauki i technologii stały się one obecnie standardem.

Akumulatory litowe można ogólnie podzielić na dwie kategorie: baterie litowo-metalowe i baterie litowo-jonowe. Baterie litowo-jonowe nie zawierają metalicznego litu i są przeładowywalne. Piąta generacja baterii przeładowywalnych, czyli baterie litowo-metalowe, została opracowana w 1996 roku. Oferują one lepsze bezpieczeństwo, pojemność właściwą, niższy współczynnik samorozładowania oraz korzystniejszy stosunek ceny do wydajności w porównaniu z bateriami litowo-jonowymi. Ze względu na wysokie wymagania technologiczne, obecnie tylko firmy z kilku krajów produkują baterie litowo-metalowe.

Czy baterie litowo-jonowe można ładować i rozładowywać tylko 500 razy?

Większość konsumentów prawdopodobnie słyszała, że żywotność baterii litowych wynosi "500 cykli", co oznacza 500 cykli ładowania i rozładowania. Po przekroczeniu tej liczby bateria jest uważana za „zużytą”. Wielu ludzi stara się wydłużyć żywotność baterii, ładując ją dopiero wtedy, gdy jest całkowicie wyczerpana. Czy rzeczywiście pomaga to przedłużyć żywotność baterii?

❌ Odpowiedź brzmi nie. Żywotność baterii litowej to „500 razy”, co nie odnosi się do liczby ładowań, lecz do jednego cyklu ładowania i rozładowania.

Cykl ładowania oznacza proces rozładowania baterii od pełnego naładowania do całkowitego wyczerpania, a następnie ponowne naładowanie jej do pełna, co nie jest tym samym co jednorazowe naładowanie. Na przykład, jeśli bateria litowa jest wykorzystywana do połowy swojej pojemności w pierwszym dniu, a następnie zostaje w pełni naładowana, a następnego dnia powtarza się ten sam cykl, liczy się to jako jeden cykl ładowania, a nie dwa. Dlatego zazwyczaj potrzeba kilku sesji ładowania, aby ukończyć jeden cykl. Po każdym zakończonym cyklu ładowania pojemność baterii nieco maleje. Jednakże to zmniejszenie jest bardzo niewielkie; wysokiej jakości baterie zachowują około 80% oryginalnej pojemności po wielu cyklach ładowania, a wiele urządzeń zasilanych bateriami litowo-jonowymi nadal działa prawidłowo po dwóch lub trzech latach. Oczywiście baterie litowo-jonowe należy wymienić po zakończeniu ich żywotności.

Tzw. 500 cykli odnosi się do producenta osiągającego około 625 cykli ładowania przy stałej głębokości rozładowania (np. 80%), co odpowiada 500 cyklom ładowania. (80% * 625 = 500) (pomijając takie czynniki jak zmniejszenie pojemności baterii litowej).

Jednak ze względu na różne czynniki występujące w rzeczywistości, szczególnie fakt, że głębokość rozładowania podczas ładowania nie jest stała, "500 cykli ładowania" może służyć jedynie jako orientacyjna wartość żywotności baterii.

Poprawne stwierdzenie brzmi: żywotność baterii litowej zależy od liczby ukończonych cykli ładowania, ale nie jest bezpośrednio związana z liczbą ładowań.

Mówiąc prościej, na przykład, jeśli bateria litowa jest używana tylko w połowie swojej pojemności w pierwszym dniu, a następnie całkowicie naładowana, i to samo powtarza się w drugim dniu, liczy się to jako jeden cykl ładowania, a nie dwa. Dlatego zazwyczaj potrzeba kilku ładowań, aby ukończyć jeden cykl. Po każdym zakończonym cyklu ładowania pojemność baterii nieznacznie spada. Jednak zmniejszenie to jest bardzo niewielkie; wysokiej jakości baterie nadal zachowują 80% oryginalnej pojemności po wielu cyklach ładowania. Dlatego wiele produktów zasilanych bateriami litowo-jonowymi nadal działa normalnie po dwóch lub trzech latach. Oczywiście baterie litowo-jonowe ostatecznie trzeba wymienić po osiągnięciu końca ich żywotności.

Okres użytkowania baterii litowej wynosi zazwyczaj 300–500 cykli ładowania. Zakładając, że pojedyncze pełne rozładowanie zapewnia Q jednostek energii elektrycznej oraz pomijając zmniejszanie się pojemności po każdym cyklu ładowania, bateria litowa może dostarczyć lub uzupełnić w całym okresie swojego działania łącznie 300Q–500Q jednostek energii elektrycznej. Dlatego też, jeśli ładujesz ją po wykorzystaniu połowy pojemności baterii za każdym razem, można ją naładować 600–1000 razy; jeśli ładujesz ją po wykorzystaniu jednej trzeciej pojemności baterii za każdym razem, można ją naładować 900–1500 razy. I tak dalej. W przypadku ładowania losowego liczba cykli ładowania jest nieokreślona. Krótko mówiąc, niezależnie od sposobu ładowania, łączna ilość uzupełnionej energii elektrycznej pozostaje stała i wynosi 300Q–500Q. Można więc to zrozumieć następująco: żywotność baterii litowej zależy od całkowitej ilości energii elektrycznej, jaką można do niej doprowadzić, a nie od liczby cykli ładowania. Głębokie rozładowywanie/głębokie ładowanie oraz płytkie rozładowywanie/płytkie ładowanie mają niewielki wpływ na różnicę w okresie użytkowania baterii litowej.

W rzeczywistości ładowanie i rozładowywanie w niewielkim stopniu są bardziej korzystne dla baterii litowych. Głębokie rozładowywanie i pełne ładowanie są konieczne tylko wtedy, gdy moduł zasilania produktu kalibruje baterię litową. Dlatego produkty zasilane bateriami litowymi nie muszą być traktowane zbyt restrykcyjnie pod względem procesu ładowania; priorytetem powinna być wygoda. Ładuj je w dowolnym momencie, bez obawy o skrócenie ich żywotności.

Jeśli baterie litowe są używane w środowiskach przekraczających określony zakres temperatur pracy (powyżej 35°C), pojemność baterii będzie się ciągle zmniejszać, co oznacza, że czas zasilania będzie krótszy niż zwykle. Ładowanie urządzeń w takich temperaturach spowoduje jeszcze większe uszkodzenie baterii. Nawet przechowywanie baterii w stosunkowo gorących warunkach nieuchronnie spowoduje pewne uszkodzenia ich jakości. Dlatego utrzymywanie odpowiedniej temperatury pracy to dobry sposób na wydłużenie żywotności baterii litowych.

Jeśli używasz baterii litowych w niskich temperaturach, czyli poniżej 4°C, zauważysz również skrócenie czasu ich pracy, a niektóre oryginalne baterie litowe w telefonach komórkowych mogą w ogóle nie ładować się w warunkach niskich temperatur. Nie martw się jednak nadmiernie, jest to tylko tymczasowa sytuacja. W przeciwieństwie do użytkowania w wysokich temperaturach, gdy temperatura wzrośnie, cząsteczki w baterii ogrzeją się i natychmiast odzyskają poprzednią pojemność.

Aby w pełni wykorzystać możliwości baterii litowo-jonowej, należy z niej często korzystać, aby elektrony w jej wnętrzu stale się przemieszczały. Jeśli rzadko używasz swojej baterii litowej, pamiętaj, by co miesiąc wykonać pełen cykl ładowania oraz kalibrację ładunku, czyli głębokie rozładowanie, po którym nastąpi pełne naładowanie.

Poprawnym określeniem jest „cykl ładowania i rozładowania”, a nie „liczba ładowań”. Cykl odnosi się do czasu, w którym akumulator przechodzi od pełnego naładowania do całkowitego wyczerpania. Jeśli akumulator jest w pełni naładowany, wykorzystasz jedną dziesiątą jego pojemności, a następnie znów go w pełni naładujesz, to stanowi jedna dziesiąta cyklu. Aby ukończyć jeden pełny cykl, musisz naładować i rozładować akumulator 10 razy. Podobnie, jeśli zaczniesz od pełnego naładowania, wykorzystasz połowę pojemności, ponownie w pełni naładujesz, potem ponownie wykorzystasz połowę pojemności i ponownie w pełni naładujesz, to również stanowi jeden cykl — naładowałeś go dwukrotnie. Zatem cykl zależy wyłącznie od „całkowitej ilości energii elektrycznej wydanej z baterii” i nie ma bezpośredniego związku z „liczbą ładowań”.

Dodatkowo, ta nominalna liczba cykli ładowania i rozładowania nie oznacza, że akumulator staje się nieprzydatny po ich wyczerpaniu. Oznacza to raczej, że po tej liczbie cykli zdolność akumulatora do przechowywania energii elektrycznej zmniejszy się do określonego poziomu.

Na przykład, pewien akumulator litowy ma nominalną liczbę cykli ładowania i rozładowania „nie mniej niż 60% pojemności nominalnej po 500 cyklach”.

Innymi słowy, po 500 cyklach ten akumulator może zachować jedynie około 60% pojemności, jaką miał na początku. Jego wydajność zmniejszyła się w pewnym stopniu. O to właśnie chodzi.

Akumulatory litowe nie mają ustalonej liczby cykli ładowania. Baterie od renomowanych producentów zazwyczaj wytrzymują co najmniej 500 cykli ładowania i rozładowania, zachowując przy tym ponad 80% początkowej pojemności, co oznacza, że mogą działać przez dwa lata przy pojedynczym ładowaniu. Zwykle baterie telefonów komórkowych ulegają znacznemu pogorszeniu po 1000 cyklach ładowania.

Metody konserwacji baterii telefonu komórkowego:

1. Korzystaj z baterii dopiero wtedy, gdy jest całkowicie naładowana za każdym razem, aby zmniejszyć liczbę cykli ładowania i wydłużyć żywotność baterii.
2. Nie musisz całkowicie rozładowywać baterii; zazwyczaj należy ją ładować, gdy poziom naładowania spadnie poniżej 10%.
3. Ładuj za pomocą oryginalnego ładowarki; nie używaj uniwersalnego ładowacza.
4. Nie korzystaj z telefonu podczas jego ładowania.
5. Nie przeciążaj baterii; zakończ ładowanie, gdy bateria jest w pełni naładowana.

Tak, zgodnie z wynikami badań, żywotność baterii litowych zmniejsza się wraz ze wzrostem liczby cykli ładowania. Ogólnie rzecz biorąc, baterie litowe wytrzymują tylko 2000–3000 cykli ładowania.

Cykl odnosi się do użytkowania. Wykorzystujemy baterie i jesteśmy zainteresowani czasem ich użytkowania. Aby ocenić wydajność akumulatora, wprowadzono definicję długości cyklu życia. Rzeczywiste doświadczenia użytkowników różnią się znacznie, a testy przeprowadzone w różnych warunkach nie są porównywalne. W celu umożliwienia porównań konieczne jest ustandaryzowanie definicji cyklu życia.

Norma krajowa określa następujące warunki i wymagania dotyczące trwałości cyklicznej baterii litowych: W temperaturze otoczenia 20℃±5℃ ładować prądem 1C. Gdy napięcie na zaciskach baterii osiągnie graniczną wartość ładowania 4,2 V, przełączyć na ładowanie przy stałym napięciu aż do momentu, gdy prąd ładowania będzie mniejszy lub równy 1/20C. Zakończyć ładowanie i pozostawić baterię w stanie spoczynku przez 0,5–1 godz. Następnie rozładować prądem 1C do napięcia końcowego 2,75 V. Po zakończeniu rozładowania pozostawić baterię w stanie spoczynku przez 0,5–1 godz. przed rozpoczęciem kolejnego cyklu ładowania i rozładowania. Trwałość cykliczną uznaje się za zakończoną, gdy dwa kolejne czasy rozładowania będą krótsze niż 36 minut. Liczba cykli musi być większa niż 300.

Wyjaśnienie normy krajowej:

1. Ta definicja określa, że badanie trwałości cyklicznej przeprowadza się metodą głębokiego ładowania i głębokiego rozładowania ;
2. Przepisy stanowią, że zgodnie z tym modelem żywotność cykliczna baterii litowych powinna nadal zachować więcej niż 60% pojemności po ≥300 cyklach .

Jednak różne reżimy cykliczne dają diametralnie różne liczby cykli. Na przykład przy niezmienionych pozostałych warunkach, po prostu zmieniając napięcie stałe z 4,2 V na 4,1 V dla tego samego modelu baterii podczas testu żywotności cyklicznej oznacza, że bateria nie jest już głęboko ładowana, a końcowe wyniki testu wykazują prawie 60-procentowy wzrost żywotności cyklicznej. Dlatego też, gdyby napięcie odcięcia zostało zwiększone do 3,9 V, liczba cykli powinna wzrosnąć kilkukrotnie.

Ważne jest zrozumienie stwierdzenia, że każdy cykl ładowania i rozładowania zmniejsza żywotność baterii. Cykl ładowania baterii litowej definiuje się jako proces przejścia baterii litowej od pełnego naładowania, przez całkowite wyczerpanie, aż do ponownego pełnego naładowania. To nie jest to samo co jedno ładowanie. Co więcej, omawiając liczbę cykli, należy wziąć pod uwagę warunki, w jakich cykl ten jest wykonywany. Omawianie liczby cykli bez uwzględnienia tych warunków jest bezsensowne, ponieważ liczba cykli służy ocenie trwałości baterii, a nie jest celem samym w sobie!