Cât de mult timp rezistă acumulatorii de litiu cu adevărat? Adevărul revelat

Bateriile cu litiu sunt un tip de baterie care folosește litiu metalic sau aliaje de litiu ca material la electrodul negativ și o soluție de electrolit neacvosa. Prima baterie cu litiu metalic a fost propusă și studiată de Gilbert N. Lewis în 1912. În anii '70, M.S. Whittingham a propus și a început cercetarea asupra bateriilor cu ion de litiu. Din cauza proprietăților chimice extrem de reactive ale litiului metalic, procesarea, depozitarea și utilizarea acestuia necesită controale foarte stricte ale mediului. Din acest motiv, bateriile cu ion de litiu nu au fost utilizate pe scară largă timp de multă vreme. Odată cu dezvoltarea tehnologiei, bateriile cu ion de litiu au devenit acum standardul principal.

Bateriile de litiu pot fi clasificate în mod general în două categorii: baterii cu litiu metalic și baterii cu litiu-ion. Bateriile cu litiu-ion nu conțin litiu metalic și sunt reîncărcabile. Cea de-a cincea generație de baterii reîncărcabile, bateriile cu litiu metalic, a fost dezvoltată în 1996. Ele oferă o siguranță superioară, o capacitate specifică mai mare, o rată a autodescărcării mai scăzută și un raport preț-performanță mai bun în comparație cu bateriile cu litiu-ion. Din cauza cerințelor tehnologice ridicate, doar companii din câteva țări produc în prezent baterii cu litiu metalic.

Bateriile cu litiu-ion se pot încărca și descărca doar de 500 de ori?

Probabil cei mai mulți consumatori au auzit că bateriile de litiu au o durată de viață de "500 de cicluri", adică 500 de cicluri de încărcare-descărcare. După acest număr, bateria este considerată „epuizată“. Mulți oameni încearcă să prelungească durata de viață a bateriei, încărcând-o doar atunci când este complet descărcată. Dar aceasta prelungește cu adevărat durata de viață a bateriei?

❌ Răspunsul este nu. Durata de viață a unei baterii de litiu este de „500 de ori”, ceea ce nu se referă la numărul de încărcări, ci la un ciclu complet de încărcare-descărcare.

Un ciclu de încărcare înseamnă procesul prin care o baterie trece de la încărcare completă la descărcare totală, apoi din nou la încărcare completă, ceea ce nu este același lucru cu încărcarea o singură dată. De exemplu, dacă o baterie de litiu este folosită până la jumătatea capacității sale în prima zi și apoi este încărcată complet, iar același lucru se întâmplă în a doua zi, acest lucru reprezintă doar un ciclu de încărcare, nu două. Prin urmare, de obicei sunt necesari mai mulți cicli de încărcare pentru a completa un singur ciclu. După fiecare ciclu completat, capacitatea bateriei scade ușor. Totuși, această scădere este foarte mică; bateriile de calitate ridicată își păstrează aproximativ 80% din capacitatea inițială după numeroase cicluri de încărcare, iar multe produse alimentate cu baterii cu litiu funcționează normal și după doi sau trei ani. Desigur, bateriile cu litiu trebuie înlocuite atunci când ajung la sfârșitul duratei lor de viață.

Așa-numiții 500 de cicli se referă la faptul că producătorul atinge aproximativ 625 de cicluri reîncărcabile la o adâncime constantă a descărcării (de exemplu, 80%), ajungând la 500 de cicluri de încărcare. (80% * 625 = 500) (ignorând factori precum reducerea capacității bateriei de litiu).

Cu toate acestea, din cauza diverselor factori din viața reală, în special faptul că adâncimea descărcării în timpul încărcării nu este constantă, "500 de cicluri de încărcare" pot fi folosiți doar ca referință pentru durata de viață a bateriei.

Afirmația corectă este: durata de viață a unei baterii de litiu este legată de numărul de cicluri de încărcare finalizate, dar nu este direct legată de numărul de încărcări.

Pentru a simplifica, de exemplu, dacă o baterie de litiu este folosită doar pe jumătate din capacitatea sa în prima zi și apoi este încărcată complet, iar același lucru se întâmplă și în a doua zi, acest lucru reprezintă doar un ciclu de încărcare, nu două. Prin urmare, de obicei sunt necesari mai mulți cicli de încărcare pentru a completa un singur ciclu. De fiecare dată când se finalizează un ciclu de încărcare, capacitatea bateriei scade ușor. Totuși, scăderea este foarte mică; bateriile de calitate ridicată își păstrează încă 80% din capacitatea inițială după numeroși cicli de încărcare. Din acest motiv, multe produse alimentate cu baterii de ion de litiu funcționează normal și după doi sau trei ani. Desigur, bateriile de ion de litiu trebuie înlocuite în cele din urmă atunci când își ating durata de viață.

Durata de viață a unei baterii de litiu este în general de 300-500 de cicluri de încărcare. Presupunând că o descărcare completă oferă Q unități de energie electrică și neglijând reducerea capacității după fiecare ciclu de încărcare, o baterie de litiu poate furniza sau reîmprospăta un total de 300Q–500Q unități de energie electrică pe toată durata sa de viață. Prin urmare, dacă efectuați o încărcare după ce ați folosit jumătate din capacitatea bateriei de fiecare dată, aceasta poate fi încărcată de 600–1000 de ori; dacă încărcați după ce ați folosit o treime din capacitatea bateriei de fiecare dată, poate fi încărcată de 900–1500 de ori. Și tot așa. Dacă încărcați aleatoriu, numărul încărcărilor este nedefinit. Pe scurt, indiferent cum încărcați, cantitatea totală de energie reînnoită rămâne constantă la 300Q–500Q. Prin urmare, putem înțelege acest lucru astfel: durata de viață a unei baterii de litiu este legată de cantitatea totală de energie electrică care poate fi încărcată, nu de numărul ciclurilor de încărcare. Descărcarea profundă/încărcarea profundă și descărcarea parțială/încărcarea parțială au o diferență mică în ceea ce privește impactul asupra duratei de viață a bateriei de litiu.

De fapt, descărcarea și încărcarea parțială sunt mai benefice pentru bateriile de litiu. Descărcarea completă și încărcarea completă sunt necesare doar atunci când modulul de alimentare al produsului calibrează bateria de litiu. Prin urmare, produsele alimentate de baterii de litiu nu trebuie să fie prea exigente în ceea ce privește procesul; prioritară ar trebui să fie comoditatea. Încărcați-le oricând doriți, fără a vă face griji că acest lucru va afecta durata de viață.

Dacă bateriile de litiu sunt utilizate în medii care depășesc temperatura de funcționare specificată (peste 35°C), capacitatea bateriei va scădea continuu, ceea ce înseamnă că timpul de alimentare al bateriei nu va fi la fel de lung ca de obicei. Încărcarea dispozitivelor la astfel de temperaturi va provoca o deteriorare și mai mare a bateriei. Chiar și stocarea bateriilor în medii relativ calde va cauza inevitabil unele deteriorări ale calității acestora. Prin urmare, menținerea unei temperaturi optime de funcționare este o metodă bună de a prelungi durata de viață a bateriilor de litiu.

Dacă utilizați baterii de litiu în medii cu temperaturi scăzute, adică sub 4°C, veți observa că durata de viață a bateriei este redusă, iar unele baterii originale de litiu din telefoanele mobile nu se pot încărca deloc în condiții de temperatură scăzută. Dar nu vă faceți prea multe griji, aceasta este doar o situație temporară. Spre deosebire de utilizarea în medii cu temperatură ridicată, odată ce temperatura crește, moleculele din baterie se încălzesc și își recuperează imediat capacitatea anterioară.

Pentru a maximiza performanța unei baterii Li-ion, este necesar să o folosiți frecvent, pentru a menține electronii din interior într-o curgere constantă. Dacă nu utilizați des bateria de litiu, rețineți să efectuați o dată pe lună un ciclu complet de încărcare și să realizați o calibrare a încărcării, adică o descărcare profundă urmată de o încărcare completă.

Termenul corect este „ciclu de încărcare-descărcare”, nu „număr de încărcări”. Un ciclu se referă la perioada în care o baterie trece de la încărcare completă la descărcare totală. Dacă bateria dvs. este complet încărcată, ați folosit o zecime din capacitatea sa și apoi a fost complet reîncărcată, aceasta reprezintă un sfert de ciclu. Trebuie să o încărcați și descărcați de 10 ori pentru a completa un ciclu. În mod similar, dacă porniți de la o încărcare completă, folosiți jumătate din capacitate, o încărcați complet, apoi o folosiți din nou până la jumătatea capacității și o reîncărcați complet, acest lucru reprezintă tot un ciclu — ați încărcat-o de două ori. Prin urmare, un ciclu depinde exclusiv de „cantitatea totală de energie electrică descărcată din baterie” și nu are o legătură directă cu „numărul de încărcări”.

În plus, acest număr nominal de cicluri de încărcare-descărcare nu înseamnă că bateria devine imposibil de utilizat după ce este epuizată. Mai degrabă, înseamnă că după acest număr de cicluri, capacitatea bateriei de a stoca energie electrică va scădea până la un anumit nivel.

De exemplu, o anumită baterie de litiu are o durată nominală de cicluri de încărcare-descărcare de „nu mai puțin de 60% din capacitatea sa nominală după 500 de cicluri”.

Cu alte cuvinte, după 500 de cicluri, această baterie poate păstra doar aproximativ 60% din capacitatea pe care o avea când era nouă. Performanța sa a scăzut într-o anumită măsură. Asta este esența lucrurii.

Bateriile de litiu nu au un număr fix de cicluri de încărcare. Bateriile provenite de la producători renumiți pot rezista în general cel puțin 500 de cicluri de încărcare-descărcare, menținând mai mult de 80% din capacitatea inițială, ceea ce înseamnă că pot funcționa timp de doi ani pe o singură încărcare. În mod tipic, bateriile de telefon mobil vor suferi o degradare semnificativă a duratei de viață după 1000 de cicluri de încărcare.

Metode de întreținere a bateriei telefonului mobil:

1. Utilizați bateria doar atunci când este complet încărcată de fiecare dată, pentru a reduce numărul ciclurilor de încărcare și a prelungi durata de viață a bateriei.
2. Nu este nevoie să descărcați complet bateria; de obicei, trebuie încărcată atunci când nivelul de încărcare scade sub 10%.
3. Utilizați încărcătorul original pentru încărcare; nu utilizați un încărcător universal.
4. Nu utilizați telefonul în timp ce este încărcat.
5. Nu supraîncărcați; opriți încărcarea odată ce bateria este complet încărcată.

Da, conform rezultatelor experimentale, durata de viață a bateriilor de litiu scade odată cu creșterea numărului de cicluri de încărcare. În general, bateriile de litiu pot suporta doar 2000-3000 de cicluri de încărcare.

Ciclarea se referă la utilizare. Folosim baterii și suntem interesați de durata utilizării. Pentru a măsura performanța unei baterii reîncărcabile, se stabilește definiția duratei ciclului. Experiențele reale ale utilizatorilor diferă foarte mult, iar testele efectuate în condiții diferite nu sunt comparabile. Pentru a face comparații, definiția duratei ciclului trebuie standardizată.

Standardul național specifică următoarele condiții și cerințe de testare pentru durata de viață în ciclu a bateriilor de litiu: La o temperatură ambiantă de 20℃±5℃, încărcați cu 1C. Atunci când tensiunea la bornele bateriei atinge tensiunea limită de încărcare de 4,2V, treceți la încărcare în regim de tensiune constantă până când curentul de încărcare este mai mic sau egal cu 1/20C. Opriți încărcarea și lăsați să reposeze timp de 0,5h–1h. Apoi descărcați cu un curent de 1C până la tensiunea de terminare de 2,75V. După finalizarea descărcării, lăsați să reposeze timp de 0,5h–1h înainte de a începe următorul ciclu de încărcare-descărcare. Durata de viață în ciclu se consideră încheiată atunci când două perioade consecutive de descărcare sunt mai mici de 36 minute. Numărul de cicluri trebuie să fie mai mare de 300.

Explicația standardului național:

1. Această definiție specifică faptul că testarea duratei de viață în ciclu se efectuează utilizând o metodă de încărcare completă și descărcare completă ;
2. Reglementările stipulează că, conform acestui model, durata de viață în cicluri a bateriilor de litiu ar trebui să își păstreze mai mult de 60% din capacitate după ≥300 de cicluri .

Cu toate acestea, regimurile diferite de ciclare produc numere foarte diferite de cicluri. De exemplu, menținând toate celelalte condiții neschimbate, schimbând pur și simplu tensiunea constantă de la 4,2 V la 4,1 V pentru același model de baterie în timpul testării duratei de viață în cicluri, înseamnă că bateria nu mai este încărcată complet, iar rezultatele finale ale testului arată o creștere de aproape 60% a duratei de viață în cicluri. Prin urmare, dacă tensiunea de oprire este crescută la 3,9 V, numărul de cicluri ar trebui să crească de câteva ori.

Este important de înțeles afirmația că fiecare ciclu de încărcare-descărcare reduce durata de viață a bateriei. Un ciclu de încărcare al unei baterii de litiu este definit ca procesul prin care o baterie de litiu trece de la complet încărcată la complet descărcată și apoi din nou complet încărcată. Aceasta nu este același lucru cu încărcarea o singură dată. În plus, atunci când discutăm despre numărul de cicluri, trebuie luate în considerare condițiile în care are loc ciclul. Discutarea numărului de cicluri fără a lua în considerare aceste condiții este lipsită de sens, deoarece numărul de cicluri este un mijloc de evaluare a duratei de viață a bateriei, nu scopul final!