Hur länge håller litiumbatterier egentligen? Sanningen avslöjad

Litiumjonbatterier är en typ av batteri som använder litiummetall eller litiumlegeringar som negativ elektrodmaterial och en vattenfri elektrolytlösning. Det första litiummetallbatteriet föreslogs och studerades av Gilbert N. Lewis 1912. Under 1970-talet föreslog M.S. Whittingham och började forskning kring litiumjonbatterier. På grund av den mycket reaktiva kemiska naturen hos litiummetall krävs mycket stränga miljökrav för hantering, lagring och användning. Därför användes litiumjonbatterier inte allmänt under lång tid. Med teknikutvecklingen har litiumjonbatterier numera blivit standard.

Litiumbatterier kan grovt delas in i två kategorier: litiummetallbatterier och litiumjonbatterier. Litiumjonbatterier innehåller inte metalliskt litium och är laddbara. Den femte generationen av laddbara batterier, litiummetallbatterier, utvecklades 1996. De erbjuder bättre säkerhet, specifik kapacitet, lägre självurladdningshastighet och ett bättre pris-prestandaförhållande jämfört med litiumjonbatterier. På grund av de höga tekniska kraven tillverkar för närvarande endast företag i ett fåtal länder litiummetallbatterier.

Kan litiumjonbatterier bara laddas och urladdas 500 gånger?

De flesta konsumenter har förmodligen hört att litiumbatterier har en livslängd på "500 cykler", vilket innebär 500 laddnings- och urladdningscykler. Därefter anses batteriet vara "dött". Många försöker förlänga batteriets livslängd genom att endast ladda det när det är helt urladdat. Men förlänger detta verkligen batteriets livslängd?

❌ Svaret är nej. Livslängden för ett litiumbatteri är "500 gånger", vilket inte avser antalet gånger det laddas, utan snarare en fullständig laddnings- och urladdningscykel.

En laddningscykel innebär processen då ett batteri går från fulladdat till tomt och sedan tillbaka till fulladdat, vilket inte är detsamma som att ladda en gång. Till exempel, om ett litiumbatteri används till hälften av sin kapacitet första dagen och sedan laddas fullt, och samma sak görs andra dagen, räknas detta endast som en laddningscykel, inte två. Därför krävs vanligtvis flera laddningar för att slutföra en cykel. Varje gång en laddningscykel slutförs minskar batterikapaciteten något. Men denna minskning är mycket liten; högkvalitativa batterier behåller ungefär 80 % av sin ursprungliga kapacitet efter många laddningscykler, och många produkter som drivs av litiumjonbatterier fungerar fortfarande normalt efter två eller tre år. Självklart måste litiumjonbatterier bytas när de når slutet av sin livslängd.

De så kallade 500 cyklerna syftar på att tillverkaren uppnår ungefär 625 återuppladdningscykler vid en konstant urladdningsdjup (till exempel 80 %), vilket motsvarar 500 laddcykler. (80 % * 625 = 500) (utan att ta hänsyn till faktorer som minskning av litiumbatteriets kapacitet).

På grund av olika faktorer i det verkliga livet, särskilt det faktum att urladdningsdjupet vid laddning inte är konstant, kan "500 laddcykler" endast användas som en referens för batteriets livslängd.

Det korrekta uttrycket är: livslängden för ett litiumbatteri är relaterad till antalet genomförda laddcykler, men inte direkt relaterad till antalet gånger det laddats.

Förenklat kan man säga att om en litiumbatteri till exempel endast används till hälften av sin kapacitet på första dagen och sedan laddas fullt, och samma sak görs på andra dagen, räknas detta bara som en laddningscykel, inte två. Därför krävs det vanligtvis flera laddningar för att genomföra en hel cykel. Varje gång en laddningscykel slutförs minskar batterikapaciteten något. Minskningen är dock mycket liten; högkvalitativa batterier behåller fortfarande 80 % av sin ursprungliga kapacitet efter många laddningscykler. Det är därför många produkter som drivs av litiumjonbatterier fortfarande fungerar normalt efter två eller tre år. Självklart måste litiumjonbatterier bytas ut när de når slutet av sin livslängd.

Livslängden för en litiumbatteri är i allmänhet 300–500 laddningscykler. Om man antar att en fullständig urladdning ger Q enheter el, och bortser från minskningen av kapacitet efter varje laddningscykel, kan ett litiumbatteri under sin livstid tillhandahålla eller återföra totalt 300Q–500Q enheter el. Därför kan det laddas 600–1000 gånger om du laddar efter att ha använt hälften av batterikapaciteten varje gång; om du laddar efter att ha använt en tredjedel av batterikapaciteten varje gång kan det laddas 900–1500 gånger. Och så vidare. Om du laddar slumpmässigt är antalet laddningar osäkert. Kort sagt, oavsett hur du laddar, är den totala mängden återförd el konstant på 300Q–500Q. Vi kan därför också se det så här: livslängden för ett litiumbatteri beror på den totala mängd el som kan laddas, inte på antalet laddningscykler. Djup urladdning/djup laddning och lätt urladdning/lätt laddning har liten skillnad i sin påverkan på livslängden för ett litiumbatteri.

Faktum är att lätt urladdning och laddning är mer fördelaktigt för litiumbatterier. Djup urladdning och laddning är endast nödvändigt när produktenes strömförsörjningsmodul kalibrerar litiumbatteriet. Därför behöver man inte vara särskilt noggrann med processen för produkter som drivs av litiumbatterier; bekvämlighet bör vara prioritet. Ladda dem när du vill utan att oroa dig för att det påverkar deras livslängd.

Om litiumbatterier används i miljöer som överskrider den angivna driftstemperaturen (över 35°C) kommer batterikapaciteten kontinuerligt att minska, vilket innebär att batteriets strömförsörjningstid inte kommer att vara lika lång som vanligt. Att ladda enheter vid sådana temperaturer kommer att orsaka ännu större skador på batteriet. Även att förvara batterier i relativt varma miljöer leder oundvikligen till viss kvalitetsförsämring. Därför är det en bra metod att bibehålla en lämplig driftstemperatur för att förlänga livslängden på litiumbatterier.

Om du använder litiumbatterier i lågtemperaturmiljöer, dvs. under 4°C, kommer du också att upptäcka att batteriets livslängd minskar, och vissa ursprungliga litiumbatterier i mobiltelefoner kanske inte ens kan laddas i lågtemperaturmiljöer. Men oroa dig inte för mycket, detta är bara en tillfällig situation. Till skillnad från användning i högtemperaturmiljöer återfår batteriets molekyler sin tidigare kapacitet direkt när temperaturen stiger.

För att maximera prestandan hos ett litiumjonbatteri måste det användas ofta för att hålla elektronerna inuti i konstant rörelse. Om du inte använder ditt litiumbatteri ofta, kom ihåg att slutföra en fullständig laddningscykel varje månad och utföra en kalibrering av laddningen, dvs. en djupurladdning följt av en fullständig laddning.

Rätt term är "laddningsurladdningscykel", inte "antal laddningar". En cykel avser den tid en batteri går från fulladdat till helt tömt. Om ditt batteri är fulladdat, använt upp en tiondel av sin kapacitet och sedan åter fulladdas, utgör det en tiondel av en cykel. Du måste ladda och urladda det 10 gånger för att slutföra en hel cykel. På liknande sätt, om du börjar med en fulladdning, använder hälften av kapaciteten, fulladdar det igen, använder det till hälften igen och sedan fulladdar det på nytt, utgör detta också en cykel – du har laddat det två gånger. En cykel beror därför enbart på "den totala mängden el som urladdats från batteriet" och har ingen direkt relation till "antalet laddningar".

Dessutom innebär detta nominella antal laddningsurladdningscykler inte att batteriet blir oanvänt när det är slut. Istället betyder det att efter detta antal cykler kommer batteriets förmåga att lagra elektrisk energi att minska till en viss nivå.

Till exempel har en viss litiumbatteri en nominell laddnings- och urladdningscykellivslängd på "inte mindre än 60 % av dess nominella kapacitet efter 500 cykler".

Med andra ord kan detta batteri efter 500 cykler bara hålla ungefär 60 % av den kapacitet det hade när det var nytt. Dess prestanda har minskat till viss del. Det är i korthet vad det handlar om.

Litiumbatterier har inte en fast gräns för antalet laddcykler. Batterier från anrika tillverkare klarar i allmänhet minst 500 laddnings- och urladdningscykler medan de behåller mer än 80 % av sin ursprungliga kapacitet, vilket innebär att de kan räcka i två år på en enda laddning. Vanligtvis upplever mobiltelefonbatterier en betydande försämring av batterilivslängden efter 1000 laddcykler.

Metoder för underhåll av mobiltelefonbatteri:

1. Använd batteriet endast när det är fulladdat varje gång för att minska antalet laddcykler och förlänga batteriets livslängd.
2. Du behöver inte fullständigt urladda batteriet; det behöver vanligtvis laddas när laddningsnivån sjunker under 10 %.
3. Använd den ursprungliga laddaren för att ladda; använd inte en universal-laddare.
4. Använd inte din telefon medan den laddas.
5. Ladda inte över; sluta ladda så fort batteriet är fulladdat.

Ja, enligt experimentella resultat minskar livslängden för litiumbatterier med ökande antal laddningscykler. Generellt kan litiumbatterier bara klara 2000–3000 laddningscykler.

Cykling avser användning. Vi använder batterier och är intresserade av användningstiden. För att mäta prestandan hos ett återladdningsbart batteri har definitionen av cykellevnaden etablerats. Faktiska användarerfarenheter varierar mycket, och tester under olika förhållanden är inte jämförbara. För att kunna göra jämförelser måste definitionen av cykellevnad standardiseras.

Nationell standard anger följande testvillkor och krav för cykellivslängden hos litiumbatterier: Under en omgivningstemperatur på 20 °C ± 5 °C laddas med 1C. När batteriets polspänning når laddningsgränsen på 4,2 V skiftas till konstant spänningsladdning tills laddningsströmmen är mindre än eller lika med 1/20C. Avsluta laddningen och låt vila i 0,5–1 timme. Därefter urladdas med 1C-ström till avslutsspänningen 2,75 V. När urladdningen är slutförd vilar den i 0,5–1 timme innan nästa ladd-och-urladdningscykel startar. Cykellivslängden anses ha upphört när två på varandra följande urladdningstider är kortare än 36 minuter. Antalet cykler måste vara mer än 300.

Förklaring av den nationella standarden:

1. Denna definition anger att test av cykellivslängd utförs med en metod som innefattar djupladdning och djupurladdning ;
2. Föreskrifterna anger att, enligt denna modell, bör cykellivslängden för litiumbatterier fortfarande behålla mer än 60 % av sin kapacitet efter ≥300 cykler .

Olika cykleringsscheman ger dock helt olika antal cykler. Om man till exempel håller alla andra förhållanden oförändrade, men enbart ändrar konstant spänning från 4,2 V till 4,1 V för samma batterimodell under cykellivstest, innebär det att batteriet inte längre laddas fullt, och de slutliga testresultaten visar en nästan 60 % ökning av cykellivslängden. Därför bör antalet cykler öka flera gånger om spänningsgränsen höjs till 3,9 V.

Påståendet att varje laddnings- och urladdningscykel minskar batteriets livslängd är viktigt att förstå. En litiumbattericykling definieras som processen då ett litiumbatteri går från fulladdat till helt tomt och sedan åter fulladdat. Detta är inte detsamma som att ladda en gång. Vidare måste de villkor under vilka cykeln utförs beaktas när man diskuterar antal laddcykler. Att diskutera antal laddcykler utan att ta hänsyn till dessa villkor är meningslöst, eftersom antalet laddcykler är ett sätt att bedöma batteriets livslängd, inte målet i sig!