Как долго действительно служат литиевые батареи? Открываем правду

Литий-ионные батареи — это тип батарей, в которых в качестве материала отрицательного электрода используется литий или литиевые сплавы, а также неводный электролит. Первая литиевая металлическая батарея была предложена и исследована Гилбертом Н. Льюисом в 1912 году. В 1970-х годах М. С. Уиттингем предложил и начал исследования литий-ионных батарей. Из-за высокой химической активности лития его обработка, хранение и использование требуют строгого контроля окружающей среды. Поэтому литий-ионные батареи долгое время не получили широкого распространения. С развитием науки и технологий они стали основным типом аккумуляторов.

Литиевые батареи в целом можно разделить на два типа: литиевые металлические батареи и литий-ионные батареи. Литий-ионные батареи не содержат металлического лития и являются перезаряжаемыми. Пятый тип перезаряжаемых батарей — литиевые металлические батареи — был разработан в 1996 году. По сравнению с литий-ионными батареями они обладают повышенной безопасностью, более высокой удельной ёмкостью, меньшим саморазрядом и лучшим соотношением цены и производительности. Из-за высоких технологических требований в настоящее время только компании из нескольких стран производят литиевые металлические батареи.

Литий-ионные батареи можно заряжать и разряжать только 500 раз?

Большинство потребителей, вероятно, слышали, что срок службы литиевых батарей составляет «500 циклов», то есть 500 циклов зарядки-разрядки. После этого батарея считается «вышедшей из строя». Многие стараются продлить срок службы батареи, заряжая её только тогда, когда она полностью разряжена. Но действительно ли это продлевает срок службы батареи?

❌ Ответ нет. Срок службы литиевой батареи «500 раз» означает не количество зарядок, а количество циклов заряда-разряда.

Цикл зарядки означает процесс разрядки аккумулятора от полной зарядки до полного разряда и последующей зарядки снова до полной ёмкости, что не то же самое, что однократная зарядка. Например, если литиевый аккумулятор используется в первый день до половины своей ёмкости, а затем полностью заряжается, и на второй день повторяется то же самое, это считается лишь одним циклом зарядки, а не двумя. Таким образом, для завершения одного цикла обычно требуется несколько сеансов зарядки. Каждый раз при завершении цикла зарядки ёмкость аккумулятора незначительно уменьшается. Однако это снижение очень небольшое: высококачественные аккумуляторы сохраняют около 80 % своей первоначальной ёмкости после множества циклов зарядки, и многие устройства на литий-ионных батареях продолжают нормально работать спустя два или три года. Конечно, по истечении срока службы литий-ионные аккумуляторы всё же необходимо заменить.

Так называемые 500 циклов означают, что производитель достигает приблизительно 625 перезаряжаемых циклов при постоянной глубине разряда (например, 80%), что соответствует 500 циклам зарядки. (80% * 625 = 500) (игнорируя такие факторы, как снижение ёмкости литиевой батареи).

Однако из-за различных факторов в реальной жизни, особенно того, что глубина разряда во время зарядки не является постоянной, «500 циклов зарядки» можно использовать лишь как ориентир срока службы батареи.

Правильное утверждение заключается в том, что срок службы литиевой батареи связан с количеством завершённых циклов зарядки, но не напрямую связан с количеством зарядок.

Проще говоря, например, если в первый день литиевая батарея используется только на половину своей ёмкости, а затем полностью заряжается, и на второй день происходит то же самое, это учитывается лишь как один цикл зарядки, а не два. Таким образом, для завершения одного цикла обычно требуется несколько сеансов зарядки. Каждый раз, когда завершается цикл зарядки, ёмкость батареи незначительно уменьшается. Однако снижение очень небольшое; высококачественные батареи по-прежнему сохраняют 80 % своей исходной ёмкости после множества циклов зарядки. Именно поэтому многие устройства, работающие от литий-ионных аккумуляторов, продолжают нормально функционировать спустя два или три года. Конечно, в конце срока службы литий-ионные батареи всё же необходимо заменить.

Срок службы литиевой батареи обычно составляет 300–500 циклов зарядки. Предположим, что одна полная разрядка обеспечивает Q единиц электроэнергии, и пренебрежем снижением ёмкости после каждого цикла зарядки; таким образом, литиевая батарея может обеспечить или восполнить в общей сложности 300Q–500Q единиц электроэнергии за весь срок своей службы. Следовательно, если вы заряжаете батарею после использования половины её ёмкости каждый раз, это можно делать 600–1000 раз; если вы заряжаете после использования одной трети ёмкости каждый раз, то можно заряжать 900–1500 раз. И так далее. Если заряжать случайным образом, количество циклов зарядки будет неопределённым. Короче говоря, независимо от способа зарядки, общее количество восполняемой электроэнергии остаётся постоянным — 300Q–500Q. Таким образом, можно также понять следующим образом: срок службы литиевой батареи зависит от общего количества электричества, которое в неё можно зарядить, а не от количества циклов зарядки. Глубокий разряд/глубокая зарядка и неглубокий разряд/неглубокая зарядка практически одинаково влияют на срок службы литиевой батареи.

На самом деле, неглубокая разрядка и зарядка более полезны для литиевых аккумуляторов. Глубокая разрядка и зарядка необходимы только при калибровке литиевой батареи модулем питания устройства. Поэтому для устройств, работающих от литиевых аккумуляторов, не нужно слишком строго соблюдать режим зарядки — главное, удобство. Заряжайте их в любое время, не беспокоясь о сокращении срока службы.

Если литиевые аккумуляторы используются в условиях, превышающих указанную рабочую температуру (выше 35 °C), их ёмкость будет постоянно снижаться, то есть время автономной работы станет короче обычного. Зарядка устройств при таких температурах нанесёт ещё больший вред аккумулятору. Даже хранение аккумуляторов в относительно жаркой среде неизбежно приведёт к некоторому ухудшению их качества. Поэтому поддержание оптимальной рабочей температуры — хороший способ продлить срок службы литиевых аккумуляторов.

Если вы используете литиевые батареи в условиях низких температур, то есть ниже 4 °C, вы также заметите, что срок службы батареи сокращается, а некоторые оригинальные литиевые батареи в мобильных телефонах могут вообще не заряжаться при низких температурах. Но не стоит слишком беспокоиться — это временная ситуация. В отличие от использования в условиях высоких температур, как только температура повысится, молекулы внутри батареи нагреются и немедленно восстановят свою прежнюю ёмкость.

Чтобы максимально эффективно использовать литий-ионную батарею, её необходимо регулярно применять, чтобы электроны внутри постоянно находились в движении. Если вы редко используете свою литиевую батарею, помните о необходимости раз в месяц выполнять полный цикл зарядки и проводить калибровку заряда, то есть глубокую разрядку, за которой следует полная зарядка.

Правильный термин — «цикл зарядки-разрядки», а не «количество зарядок». Цикл означает период, в течение которого аккумулятор разряжается от полной зарядки до полного разряда. Если ваш аккумулятор полностью заряжен, использован на одну десятую его ёмкости, а затем снова полностью заряжен, это составляет одну десятую цикла. Чтобы завершить один полный цикл, необходимо зарядить и разрядить его 10 раз. Аналогично, если вы начинаете с полной зарядки, используете половину ёмкости, полностью заряжаете, затем снова используете половину ёмкости и снова полностью заряжаете, это также составляет один цикл — при этом вы заряжали его дважды. Следовательно, цикл зависит исключительно от «общего количества энергии, отданной аккумулятором», и не имеет прямой связи с «количеством зарядок».

Кроме того, указанное номинальное количество циклов зарядки-разрядки не означает, что аккумулятор станет непригодным для использования после их исчерпания. Это означает лишь, что после такого количества циклов способность аккумулятора хранить электрическую энергию снизится до определённого уровня.

Например, у определенного литиевого аккумулятора номинальный срок циклов заряда-разряда составляет «не менее 60% от номинальной емкости после 500 циклов».

Другими словами, после 500 циклов этот аккумулятор может удерживать около 60% емкости, которой он обладал при новизне. Его производительность снизилась до определённого уровня. Вот в чем суть.

У литиевых аккумуляторов нет фиксированного предела количества циклов зарядки. Аккумуляторы от авторитетных производителей, как правило, выдерживают не менее 500 циклов заряда-разряда при сохранении более чем 80% первоначальной емкости, что означает возможность эксплуатации в течение двух лет при однократной зарядке. Обычно аккумуляторы мобильных телефонов значительно теряют ёмкость после 1000 циклов зарядки.

Способы ухода за аккумулятором мобильного телефона:

1. Используйте аккумулятор только тогда, когда он полностью заряжен каждый раз, чтобы сократить количество циклов зарядки и продлить срок службы аккумулятора.
2. Вам не нужно полностью разряжать батарею; обычно её необходимо заряжать, когда уровень заряда падает ниже 10%.
3. Используйте оригинальное зарядное устройство для зарядки; не используйте универсальное зарядное устройство.
4. Не используйте телефон во время зарядки.
5. Не допускайте перезарядки; прекратите зарядку сразу после полного заряда батареи.

Да, согласно экспериментальным результатам, срок службы литиевых батарей сокращается с увеличением количества циклов зарядки. Как правило, литиевые батареи выдерживают только 2000–3000 циклов зарядки.

Цикл означает использование. Мы используем батареи и заинтересованы в продолжительности их работы. Для оценки характеристик перезаряжаемой батареи было введено понятие срока службы в циклах. Реальный опыт пользователей сильно различается, а испытания в разных условиях несопоставимы. Чтобы можно было проводить сравнения, определение срока службы в циклах должно быть стандартизировано.

Национальный стандарт устанавливает следующие условия испытаний и требования к циклическому ресурсу литиевых аккумуляторов: при температуре окружающей среды 20 ℃±5 ℃ заряжать током 1C. Когда напряжение на клеммах аккумулятора достигнет предельного напряжения зарядки 4,2 В, переключиться на зарядку при постоянном напряжении до тех пор, пока ток зарядки не станет меньше или равен 1/20C. Прекратить зарядку и выдержать в состоянии покоя от 0,5 до 1 ч. Затем разряжать током 1C до конечного напряжения 2,75 В. После завершения разрядки выдержать в состоянии покоя от 0,5 до 1 ч перед началом следующего цикла заряд-разряд. Циклический ресурс считается исчерпанным, когда два последовательных времени разряда становятся менее 36 мин. Количество циклов должно превышать 300.

Пояснение к национальному стандарту:

1. В данном определении указано, что испытания циклического ресурса проводятся методом глубокой зарядки и полной разрядки ;
2. В нормативных документах указано, что согласно данной модели, срок циклической службы литиевых аккумуляторов должен сохранять более 60% ёмкости после ≥300 циклов .

Однако при различных режимах циклирования получаются совершенно разные показатели по количеству циклов. Например, при неизменности всех прочих условий, простое изменение постоянного напряжения с 4,2 В до 4,1 В для одной и той же модели аккумулятора при испытании на срок циклической службы означает, что аккумулятор больше не заряжается полностью, и окончательные результаты испытаний показывают почти 60-процентное увеличение срока циклической службы. Следовательно, если увеличить конечное напряжение до 3,9 В, количество циклов должно возрасти в несколько раз.

Важно понимать утверждение о том, что каждый цикл зарядки-разрядки сокращает срок службы аккумулятора. Цикл зарядки литиевого аккумулятора определяется как процесс, при котором литиевый аккумулятор полностью заряжается, затем полностью разряжается и снова полностью заряжается. Это не то же самое, что зарядка один раз. Кроме того, при обсуждении количества циклов необходимо учитывать условия, при которых цикл выполняется. Обсуждать количество циклов, не учитывая эти условия, бессмысленно, поскольку количество циклов — это способ оценки срока службы аккумулятора, а не конечная цель!