Ako dlho v skutočnosti lithium-iontové batérie vydržia? Odkrytá pravda

Lithium-iónové batérie sú typom batérií, ktoré používajú ako anódový materiál lítiový kov alebo zliatiny lítia a nevodný elektrolyt. Najstaršiu lítiovú batériu navrhol a študoval Gilbert N. Lewis v roku 1912. V 70. rokoch 20. storočia M.S. Whittingham navrhol a začal skúmať lithium-iónové batérie. Vzhľadom na veľmi reaktívne chemické vlastnosti lítia vyžaduje spracovanie, skladovanie a použitie prísne kontrolované prostredie. Preto sa lithium-iónové batérie dlhú dobu nešírili. S rozvojom vedy a technológií sa však dnes stali štandardom.

Lítiové batérie možno zjednodušene rozdeliť na dva typy: lítovo-metalové batérie a lítio-iontové batérie. Lítio-iontové batérie neobsahujú kovový lít a sú dobíjateľné. Piatu generáciu dobíjateľných batérií, lítovo-metalové batérie, vyvinuli v roku 1996. Oproti lítio-iontovým batériám ponúkajú lepšiu bezpečnosť, špecifickú kapacitu, nižšiu mieru samovybíjania a lepší pomer ceny a výkonu. Vzhľadom na vysoké technologické nároky ich v súčasnosti vyrábajú len spoločnosti v niekoľkých krajinách.

Lítio-iontové batérie sa dajú nabíjať a vybíjať len 500-krát?

Väčšina spotrebiteľov pravdepodobne počula, že životnosť lítiových batérií je „500 cyklov“, čo znamená 500 nabíjacích a vybíjacích cyklov. Po tomto období sa batéria považuje za „mŕtvu“. Mnoho ľudí sa preto snaží predĺžiť životnosť batérie tým, že ju nabíja až vtedy, keď je úplne vybitá. Ale naozaj to životnosť batérie predlžuje?

❌ Odpoveď je nie. Životnosť lítiovej batérie je „500 krát“, čo sa nevzťahuje na počet nabíjacích cyklov, ale na jeden cyklus nabitia a vybitia.

Nabíjací cyklus znamená proces, pri ktorom batéria prejde od úplne nabitého stavu po úplne vybitý a následne späť do úplne nabitého stavu, čo nie je to isté ako jedno nabíjanie. Napríklad, ak sa u lithiovej batérie v prvý deň spotrebuje polovica kapacity a potom sa batéria úplne nabije, a druhý deň sa opakuje rovnaký postup, tento proces predstavuje len jeden nabíjací cyklus, nie dva. Preto na dokončenie jedného cyklu zvyčajne treba niekoľko nabíjacích operácií. Po každom dokončenom nabíjacjom cykle sa kapacita batérie mierne zníži. Toto zníženie je však veľmi malé; batérie vysokej kvality si zachovajú približne 80 % svojej pôvodnej kapacity aj po mnohých nabíjacích cykloch a mnohé výrobky s lithium-iontovými batériami normálne fungujú aj po dvoch alebo troch rokoch. Samozrejme, keď lithium-iontové batérie dosiahnu koniec svojho životného cyklu, musia byť vymenené.

Takzvaných 500 cyklov sa vzťahuje na výrobcu, ktorý dosiahne približne 625 opakovane nabitelných cyklov pri konštantnej hĺbke vybíjania (napr. 80 %), čo znamená 500 nabíjacích cyklov. (80 % * 625 = 500) (ignorujúc faktory ako je zníženie kapacity lítiovej batérie).

Avšak vzhľadom na rôzne faktory v reálnom živote, najmä skutočnosť, že hĺbka vybíjania počas nabíjania nie je konštantná, môžu byť „500 nabíjacích cyklov“ použité len ako orientačná hodnota životnosti batérie.

Správne znenie je: životnosť lítiovej batérie súvisí s počtom dokončených nabíjacích cyklov, ale nie je priamo prepojená s počtom samotných nabitií.

Zjednodušene povedané, ak sa napríklad v prvý deň použije polovičná kapacita lítiovej batérie a potom sa batéria úplne nabitá, a druhý deň sa urobí to isté, počíta sa to len ako jeden nabíjací cyklus, nie dva. Preto na dokončenie jedného cyklu zvyčajne treba niekoľko nabíjacích cyklov. Po každom dokončenom nabíjacjom cykle sa kapacita batérie mierne zníži. Toto zníženie je však veľmi malé; kvalitné batérie si po mnohých nabíjacích cykloch stále zachovajú 80 % pôvodnej kapacity. Preto mnohé výrobky s lítiovými iónovými batériami normálne fungujú aj po dvoch alebo troch rokoch. Samozrejme, keď lítiové iónové batérie dosiahnu koniec svojej životnosti, musia byť nakoniec vymenené.

Životnosť lítiovej batérie je zvyčajne 300 až 500 nabíjacích cyklov. Za predpokladu, že jedno úplné vybitie poskytne Q jednotiek elektrickej energie, a bez ohľadu na zníženie kapacity po každom nabíjacjom cykle, môže lítiová batéria počas svojej životnosti poskytnúť alebo doplniť celkovo 300Q–500Q jednotiek elektrickej energie. Preto ak po každom využití polovice kapacity batérie batériu nabitete, môže byť nabité 600 až 1000-krát; ak po každom využití tretiny kapacity batérie batériu nabitete, môže byť nabité 900 až 1500-krát. A tak ďalej. Ak nabíjate náhodne, počet nabitií je neurčitý. Stručne povedané, bez ohľadu na spôsob nabíjania, celkové množstvo doplnenej elektrickej energie je konštantné a činí 300Q–500Q. Preto si to môžeme vysvetliť aj takto: životnosť lítiovej batérie súvisí s celkovým množstvom elektrickej energie, ktoré možno do nej nabiť, nie s počtom nabíjacích cyklov. Hlboké vybíjanie/hlboké nabíjanie a mierne vybíjanie/mierne nabíjanie majú malý rozdiel vo vplyve na životnosť lítiovej batérie.

V skutočnosti sú pre lithiové batérie prospešnejšie mierne vybíjanie a nabíjanie. Hlboké vybíjanie a nabíjanie je potrebné len vtedy, keď sa kalibruje batéria v energetickom module zariadenia. Preto pri zariadeniach napájaných lithiovými batériami nie je potrebné príliš dbať na spôsob nabíjania; priorita by mala byť pohodlie. Môžete ich nabíjať kedykoľvek bez obáv, že to ovplyvní ich životnosť.

Ak sa lithiové batérie používajú v prostredí s teplotou prevádzky vyššou ako špecifikovaná (nad 35 °C), kapacita batérie bude neustále klesať, čo znamená, že doba prevádzky batérie nebude taká dlhá ako zvyčajne. Nabíjanie zariadení pri takýchto teplotách spôsobí ešte väčšie poškodenie batérie. Dokonca aj uskladnenie batérií v relatívne horúcom prostredí nevyhnutne spôsobí určité poškodenie ich kvality. Preto udržiavanie vhodnej prevádzkovej teploty je dobrým spôsobom, ako predĺžiť životnosť lithiových batérií.

Ak používate lithium-iontové batérie v nízkoteplotných prostrediach, teda pod 4 °C, zistíte, že sa skráti životnosť batérie a niektoré originálne lithium-iontové batérie v mobilných telefónoch sa v nízkych teplotách nemusia ani nabíjať. Nebojte sa však, ide len o dočasný stav. Na rozdiel od používania v vysokoteplotných prostrediach, keď teplota stúpne, molekuly v batérii sa zohrejú a okamžite obnovia svoju predchádzajúcu kapacitu.

Na dosiahnutie maximálneho výkonu lithium-iontovej batérie je potrebné ju často používať, aby sa elektróny uvnútri neustále pohybovali. Ak svoju lithium-iontovú batériu nepoužívate často, nezabudnite každý mesiac vykonať jeden úplný nabíjací cyklus a kalibráciu nabíjania, teda hlboké vybitie nasledované hlbokým nabitím.

Správny výraz je „cyklus nabitia-vybitia“, nie „počet nabíjaní“. Cyklus označuje obdobie, keď batéria prejde od plne nabitej až po úplne vybitú. Ak je vaša batéria plne nabitá, použije sa jedna desatina jej kapacity a potom sa opäť plne nabije, ide o jednu desatinu cyklu. Na dokončenie jedného celého cyklu musíte batériu nabíjať a vybíjať desaťkrát. Podobne, ak začnete s plným nabitím, použijete polovicu kapacity, znova plne nabijete, potom opäť vybijete na polovicu a znova plne nabijete, ide tiež o jeden cyklus – napájali ste ju dvakrát. Preto cyklus závisí výlučne od „celkového množstva elektriny vybratej z batérie“ a nemá priamy vzťah k „počtu nabíjaní“.

Okrem toho toto menovité číslo cyklov nabitia-vybitia neznamená, že batéria je nepoužiteľná hneď, ako sa dosiahne tento počet. Skôr to znamená, že po tomto počte cyklov schopnosť batérie uchovávať elektrickú energiu klesne na určitú úroveň.

Napríklad určitá lítiová batéria má menovitú životnosť nabíjacích cyklov „nie menej ako 60 % jej menovitej kapacity po 500 cykloch“.

Inými slovami, po 500 cykloch dokáže táto batéria udržať približne 60 % kapacity, ktorú mala pri zakúpení. Jej výkon sa teda určitým spôsobom znížil. To je celé zhrnutie.

Lítiové batérie nemajú pevne stanovený limit počtu nabíjacích cyklov. Batérie od renomovaných výrobcov zvyčajne vydržia aspoň 500 nabíjacích cyklov pri zachovaní viac ako 80 % pôvodnej kapacity, čo znamená, že môžu vydržať dva roky s jedným nabitím. Bežne batérie mobilných telefónov po 1000 nabíjacích cykloch zažijú výrazné zhoršenie životnosti.

Metódy údržby batérie mobilného telefónu:

1. Používajte batériu až vtedy, keď je po každom nabití plne nabitá, aby ste znížili počet nabíjacích cyklov a predĺžili životnosť batérie.
2. Nie je potrebné batériu úplne vybiť; zvyčajne je potrebné nabíjať, keď hladina nabitia klesne pod 10 %.
3. Používajte originálny nabíjač na nabíjanie; nepoužívajte univerzálny nabíjač.
4. Nepoužívajte telefón počas nabíjania.
5. Nenabíjajte nadmieru; po úplnom nabití batérie prestanite nabíjať.

Áno, podľa výsledkov experimentov sa životnosť lítiových batérií znižuje s rastúcim počtom nabíjacích cyklov. Vo všeobecnosti vydržia lítiové batérie len 2000 až 3000 nabíjacích cyklov.

Cyklovanie sa vzťahuje na používanie. Používame batérie a zaujíma nás doba ich používania. Na meranie výkonu akumulátora je stanovená definícia životnosti v cykloch. Skutočné skúsenosti užívateľov sa veľmi líšia a testy za rôznych podmienok nie sú porovnateľné. Aby bolo možné porovnávať, musí byť definícia životnosti v cykloch štandardizovaná.

Národný štandard uvádza nasledujúce skúšobné podmienky a požiadavky na životnosť cyklov lítiových batérií: Pri okolitej teplote 20 °C ± 5 °C nabíjajte prúdom 1C. Keď dosiahne napätie na svorkách batérie hornú hranicu nabíjacieho napätia 4,2 V, prepnite na konštantné napätie, až kým nabíjací prúd neklesne na hodnotu menšiu alebo rovnú 1/20C. Potom ukončite nabíjanie a nechajte batériu odpočívať 0,5–1 hodinu. Následne vybíjajte prúdom 1C až do koncového napätia 2,75 V. Po dokončení vybíjania nechajte batériu opäť odpočívať 0,5–1 hodinu pred spustením ďalšieho nabíjacieho a vybíjacieho cyklu. Životnosť cyklov sa považuje za ukončenú, keď dve po sebe idúce doby vybíjania sú kratšie ako 36 minút. Počet cyklov musí byť vyšší ako 300.

Vysvetlenie národného štandardu:

1. Táto definícia stanovuje, že skúšanie životnosti cyklov sa vykonáva metódou hlbokého nabitia a hlbokého vybitia ;
2. Predpisy stanovujú, že podľa tohto modelu by cyklový život litiových batérií mal po ≥300 cykloch stále zachovať viac ako 60 % ich kapacity .

Rôzne režimy cyklovania však vedú k výrazne odlišnému počtu cyklov. Napríklad pri zachovaní všetkých ostatných podmienok a jednoduchom znížení konštantného napätia z 4,2 V na 4,1 V u rovnakého typu batérie pri teste životnosti znamená, že batéria už nie je úplne nabitá, a konečné výsledky testov ukazujú takmer 60-percentné zvýšenie životnosti cyklov. Preto ak je napätie vypnutia zvýšené na 3,9 V, počet cyklov by sa mal zvýšiť niekoľkonásobne.

Je dôležité pochopiť tvrdenie, že každý cyklus nabíjania a vybíjania skracuje životnosť batérie. Cyklus nabíjania litiovej batérie je definovaný ako proces, pri ktorom sa litiová batéria vybije zo stavu plne nabitá na úplne vybitú a potom opäť plne nabitá. Toto nie je to isté ako jednorazové nabíjanie. Okrem toho, pri diskusii o počte cyklov je potrebné zohľadniť podmienky, za ktorých sa cyklus vykonáva. Diskutovať o počte cyklov bez zohľadnenia týchto podmienok je bezvýznamné, pretože počet cyklov je prostriedkom na posúdenie životnosti batérie, nie konečným cieľom!