Quanto Tempo Duram Realmente as Baterias de Lítio? A Verdade Revelada

As baterias de íons de lítio são um tipo de bateria que utiliza lítio metálico ou ligas de lítio como material do eletrodo negativo e uma solução eletrolítica não aquosa. A primeira bateria de lítio metálico foi proposta e estudada por Gilbert N. Lewis em 1912. Na década de 1970, M.S. Whittingham propôs e começou a pesquisar baterias de íons de lítio. Devido às propriedades químicas altamente reativas do lítio metálico, seu processamento, armazenamento e uso exigem controles ambientais muito rigorosos. Por isso, as baterias de íons de lítio não foram amplamente utilizadas por muito tempo. Com o desenvolvimento da ciência e da tecnologia, as baterias de íons de lítio tornaram-se agora dominantes.

As baterias de lítio podem ser amplamente classificadas em duas categorias: baterias de lítio metálico e baterias de íons de lítio. As baterias de íons de lítio não contêm lítio metálico e são recarregáveis. A quinta geração de baterias recarregáveis, as baterias de lítio metálico, foi desenvolvida em 1996. Elas oferecem segurança superior, capacidade específica, taxa de autodescarga e relação custo-desempenho em comparação com as baterias de íons de lítio. Devido aos altos requisitos tecnológicos, apenas empresas de alguns poucos países atualmente produzem baterias de lítio metálico.

As baterias de íons de lítio só podem ser carregadas e descarregadas 500 vezes?

A maioria dos consumidores provavelmente já ouviu dizer que as baterias de lítio têm uma vida útil de "500 ciclos", ou seja, 500 ciclos de carga e descarga. Após esse número, considera-se que a bateria está "morta". Muitas pessoas tentam prolongar a vida da bateria carregando-a apenas quando está completamente descarregada. Mas isso realmente prolonga a vida da bateria?

❌ A resposta é não. A vida útil de uma bateria de lítio é "500 vezes", o que não se refere ao número de vezes que é carregada, mas sim a um ciclo completo de carga-descarga.

Um ciclo de carga significa o processo de uma bateria passar de totalmente carregada a descarregada e depois novamente para totalmente carregada, o que não é o mesmo que carregar uma vez. Por exemplo, se uma bateria de lítio for usada até metade da sua capacidade no primeiro dia e depois for completamente recarregada, e o mesmo for feito no segundo dia, isso conta apenas como um ciclo de carga, não dois. Portanto, geralmente são necessários vários carregamentos para completar um ciclo. Cada vez que um ciclo de carga é concluído, a capacidade da bateria diminui ligeiramente. No entanto, essa redução é muito pequena; baterias de alta qualidade retêm cerca de 80% da sua capacidade original após muitos ciclos de carga, e muitos produtos movidos a baterias de íons de lítio ainda funcionam normalmente após dois ou três anos. É claro que as baterias de íons de lítio ainda precisam ser substituídas quando atingem o fim de sua vida útil.

Os chamados 500 ciclos referem-se ao fabricante alcançando aproximadamente 625 ciclos recarregáveis com uma profundidade de descarga constante (por exemplo, 80%), atingindo 500 ciclos de carga. (80% * 625 = 500) (desconsiderando fatores como a redução da capacidade da bateria de lítio).

No entanto, devido a vários fatores na vida real, especialmente o fato de que a profundidade de descarga durante o carregamento não é constante, "500 ciclos de carga" pode ser usado apenas como referência para a vida útil da bateria.

A afirmação correta é: a vida útil de uma bateria de lítio está relacionada ao número de ciclos de carga concluídos, mas não está diretamente relacionada ao número de recargas.

Para simplificar, por exemplo, se uma bateria de lítio for usada apenas pela metade da sua capacidade no primeiro dia e depois for completamente carregada, e o mesmo for feito no segundo dia, isso conta apenas como um ciclo de carga, e não dois. Portanto, normalmente são necessários vários ciclos de carregamento para completar um ciclo completo. Cada vez que um ciclo de carga é concluído, a capacidade da bateria diminui ligeiramente. No entanto, a redução é muito pequena; baterias de alta qualidade ainda retêm 80% da capacidade original após muitos ciclos de carga. É por isso que muitos produtos movidos a baterias de íon de lítio ainda funcionam normalmente após dois ou três anos. Claro, as baterias de íon de lítio eventualmente precisam ser substituídas quando atingem o fim da sua vida útil.

A vida útil de uma bateria de lítio é geralmente de 300 a 500 ciclos de carga. Supondo que uma descarga completa forneça Q unidades de eletricidade, e desprezando a redução de capacidade após cada ciclo de carga, uma bateria de lítio pode fornecer ou repor um total de 300Q a 500Q unidades de eletricidade ao longo de sua vida útil. Portanto, se você carregar após usar metade da capacidade da bateria cada vez, poderá carregá-la de 600 a 1000 vezes; se carregar após usar um terço da capacidade da bateria cada vez, poderá carregá-la de 900 a 1500 vezes. E assim por diante. Se o carregamento for aleatório, o número de cargas será incerto. Em resumo, independentemente da forma de carregamento, a quantidade total de eletricidade reposta permanece constante em 300Q a 500Q. Portanto, podemos também entender dessa forma: a vida útil de uma bateria de lítio está relacionada à quantidade total de eletricidade que pode ser carregada, e não ao número de ciclos de carga. Descargas profundas/cargas profundas e descargas rasas/cargas rasas têm pouca diferença em seu impacto sobre a vida útil de uma bateria de lítio.

Na verdade, descargas rasas e cargas rasas são mais benéficas para baterias de lítio. Descargas profundas e cargas profundas só são necessárias quando o módulo de energia do produto está calibrando a bateria de lítio. Portanto, produtos alimentados por baterias de lítio não precisam ser tão rigorosos quanto ao processo; a conveniência deve ser a prioridade. Carregue-os sempre que quiser sem se preocupar em afetar sua vida útil.

Se as baterias de lítio forem usadas em ambientes que excedam a temperatura operacional especificada (acima de 35°C), a capacidade da bateria diminuirá continuamente, o que significa que o tempo de fornecimento de energia da bateria não será tão longo quanto o habitual. Carregar dispositivos nessa temperatura causará ainda mais danos à bateria. Mesmo armazenar baterias em ambientes relativamente quentes causará inevitavelmente algum dano à sua qualidade. Portanto, manter uma temperatura operacional adequada é uma boa maneira de prolongar a vida útil das baterias de lítio.

Se você usar baterias de lítio em ambientes com baixas temperaturas, ou seja, abaixo de 4°C, também verificará que a duração da bateria é reduzida, e algumas baterias de lítio originais em telefones celulares podem nem carregar em ambientes frios. Mas não se preocupe demasiadamente, isso é apenas uma situação temporária. Diferentemente do uso em ambientes com altas temperaturas, assim que a temperatura aumentar, as moléculas da bateria aquecerão e recuperarão imediatamente sua capacidade anterior.

Para maximizar o desempenho de uma bateria de íon-lítio, é necessário usá-la frequentemente para manter os elétrons no seu interior constantemente em movimento. Se você não usar sua bateria de lítio com frequência, lembre-se de realizar um ciclo completo de carga a cada mês e fazer uma calibração da carga, ou seja, uma descarga profunda seguida por uma carga completa.

O termo correto é "ciclo de carga-descarga", não "número de cargas". Um ciclo refere-se ao período em que uma bateria passa de totalmente carregada a completamente descarregada. Se sua bateria estiver totalmente carregada, for utilizada até um décimo de sua capacidade e depois for novamente totalmente carregada, isso representa um décimo de um ciclo. É necessário carregar e descarregar a bateria 10 vezes para completar um ciclo. Da mesma forma, se você começar com carga total, usar metade da capacidade, recarregar completamente, usar novamente até metade da capacidade e depois recarregar completamente mais uma vez, isso também corresponde a um ciclo — você a carregou duas vezes. Portanto, um ciclo depende exclusivamente da "quantidade total de eletricidade descarregada da bateria" e não tem relação direta com o "número de cargas".

Além disso, esse número nominal de ciclos de carga-descarga não significa que a bateria se torna inutilizável assim que é esgotado. Significa apenas que, após essa quantidade de ciclos, a capacidade da bateria de armazenar energia elétrica diminuirá até um determinado nível.

Por exemplo, uma determinada bateria de lítio tem um ciclo nominal de carga-descarga de "não menos de 60% da sua capacidade nominal após 500 ciclos".

Em outras palavras, após 500 ciclos, essa bateria só pode reter cerca de 60% da capacidade que tinha quando nova. Seu desempenho diminuiu até certo ponto. É basicamente isso.

As baterias de lítio não têm um limite fixo no número de ciclos de carga. Baterias de fabricantes confiáveis geralmente suportam pelo menos 500 ciclos de carga-descarga mantendo mais de 80% da sua capacidade inicial, o que significa que podem durar dois anos com uma única carga. Normalmente, as baterias de telefone celular apresentam degradação significativa na vida útil após 1000 ciclos de carga.

Métodos de manutenção da bateria do telefone celular:

1. Use a bateria somente quando estiver totalmente carregada cada vez, para reduzir o número de ciclos de carga e prolongar a vida útil da bateria.
2. Você não precisa descarregar completamente a bateria; geralmente é necessário carregá-la quando o nível de carga cair abaixo de 10%.
3. Use o carregador original para carregar; não use um carregador universal.
4. Não use seu telefone enquanto estiver carregando.
5. Não sobrecarregue; pare de carregar assim que a bateria estiver totalmente carregada.

Sim, de acordo com resultados experimentais, a vida útil das baterias de lítio diminui com o aumento do número de ciclos de carga. Geralmente, as baterias de lítio suportam apenas 2000 a 3000 ciclos de carga.

Ciclo refere-se ao uso. Estamos utilizando baterias e estamos interessados na duração do uso. Para medir o desempenho de uma bateria recarregável, define-se a vida útil em ciclos. As experiências reais dos usuários variam muito, e testes em condições diferentes não são comparáveis. Para permitir comparações, a definição de vida útil em ciclos deve ser padronizada.

A norma nacional especifica as seguintes condições e requisitos de teste para a vida útil cíclica de baterias de lítio: sob uma temperatura ambiente de 20 °C ± 5 °C, carregue a 1C. Quando a tensão nos terminais da bateria atingir a tensão limite de carga de 4,2 V, mude para carregamento em tensão constante até que a corrente de carga seja menor ou igual a 1/20C. Interrompa o carregamento e deixe repousar por 0,5 h a 1 h. Em seguida, descarregue com corrente de 1C até a tensão final de 2,75 V. Após a conclusão da descarga, deixe repousar por 0,5 h a 1 h antes de iniciar o próximo ciclo de carga-descarga. A vida útil cíclica é considerada encerrada quando dois tempos consecutivos de descarga forem inferiores a 36 minutos. O número de ciclos deve ser superior a 300.

Explicação da norma nacional:

1. Esta definição especifica que o teste de vida útil cíclica deve ser realizado utilizando um método de carga completa e descarga completa ;
2. As regulamentações estipulam que, segundo este modelo, a vida útil em ciclos das baterias de lítio ainda deve reter mais de 60% da sua capacidade após ≥300 ciclos .

No entanto, diferentes regimes de ciclagem resultam em contagens de ciclos drasticamente distintas. Por exemplo, mantendo todas as outras condições inalteradas, simplesmente alterando a tensão constante de 4,2 V para 4,1 V no mesmo modelo de bateria durante o teste de vida útil em ciclos, significa que a bateria já não está sendo carregada profundamente, e os resultados finais do teste mostram um aumento de quase 60% na vida útil em ciclos. Portanto, se a tensão de corte for aumentada para 3,9 V, o número de ciclos deverá aumentar várias vezes.

É importante compreender a afirmação de que cada ciclo de carga-descarga reduz a vida útil da bateria. Um ciclo de carregamento de uma bateria de lítio é definido como o processo pelo qual uma bateria de lítio passa de totalmente carregada a completamente descarregada e depois novamente totalmente carregada. Isso não é o mesmo que carregar uma vez. Além disso, ao discutir a contagem de ciclos, é necessário considerar as condições sob as quais o ciclo é realizado. Discutir a contagem de ciclos sem levar em conta essas condições é algo sem sentido, pois a contagem de ciclos é um meio de avaliar a vida útil da bateria, e não o objetivo final!