แบตเตอรี่ลิเธียมอยู่ได้นานแค่ไหนกันแน่? เปิดความจริงที่คุณควรรู้

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนเป็นแบตเตอรี่ชนิดหนึ่งที่ใช้ลิเธียมโลหะหรือโลหะผสมลิเธียมเป็นวัสดุขั้วบวก และใช้สารละลายอิเล็กโทรไลต์แบบไม่ใช้น้ำ ในปี ค.ศ. 1912 จิลเบิร์ต เอ็น ลูอิส เป็นผู้เสนอและศึกษาแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะเป็นคนแรก ในช่วงทศวรรษ 1970 ม.เอส. วิตติงแฮม ได้เสนอและเริ่มทำการวิจัยเกี่ยวกับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แต่เนื่องจากลิเธียมโลหะมีคุณสมบัติทางเคมีที่ทำปฏิกิริยาได้ง่ายมาก จึงต้องควบคุมสภาพแวดล้อมอย่างเข้มงวดในการแปรรูป จัดเก็บ และการใช้งาน ด้วยเหตุนี้ แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงไม่ได้รับการใช้งานอย่างแพร่หลายเป็นเวลานาน อย่างไรก็ตาม ด้วยการพัฒนาของวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจึงกลายเป็นทางเลือกหลักในปัจจุบัน

แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถจัดแบ่งออกเป็นสองประเภทหลัก ได้แก่ แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ และแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนไม่มีลิเธียมในรูปแบบโลหะและสามารถชาร์จไฟใหม่ได้ แบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ ซึ่งเป็นแบตเตอรี่รุ่นที่ห้าที่สามารถชาร์จใหม่ได้ พัฒนาขึ้นในปี ค.ศ. 1996 โดยมีข้อดีด้านความปลอดภัย ความจุเฉพาะ อัตราการคายประจุเอง และอัตราส่วนราคาต่อประสิทธิภาพที่ดีกว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เนื่องจากมีข้อกำหนดทางเทคโนโลยีสูง ปัจจุบันมีเพียงบริษัทในไม่กี่ประเทศเท่านั้นที่ผลิตแบตเตอรี่ลิเธียมโลหะ

แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนสามารถชาร์จและคายประจุได้เพียง 500 ครั้งหรือไม่?

ผู้บริโภคส่วนใหญ่น่าจะเคยได้ยินว่าแบตเตอรี่ลิเธียมมีอายุการใช้งาน "500 รอบ" หมายถึง 500 รอบการชาร์จ-คายประจุ เมื่อเกินจำนวนนี้แล้ว แบตเตอรี่จะถือว่า "เสีย" หลายคนพยายามยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่โดยการชาร์จไฟก็ต่อเมื่อแบตเตอรี่หมด completely แต่วิธีนี้ช่วยยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่จริงหรือไม่?

❌ คำตอบคือไม่ การใช้งานแบตเตอรี่ลิเธียมนาน 500 ครั้ง ไม่ได้หมายถึงจำนวนครั้งที่ชาร์จไฟ แต่หมายถึงรอบการชาร์จและปล่อยประจุหนึ่งรอบ

รอบการชาร์จหมายถึงกระบวนการที่แบตเตอรี่ใช้พลังงานจากเต็มไปจนหมด แล้วจึงชาร์จกลับมาให้เต็มอีกครั้ง ซึ่งไม่เหมือนกับการชาร์จเพียงหนึ่งครั้ง ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ลิเธียมถูกใช้งานจนเหลือครึ่งหนึ่งของความจุในวันแรก แล้วจึงชาร์จให้เต็ม และทำแบบเดียวกันในวันที่สอง สิ่งนี้จะนับเป็นเพียงหนึ่งรอบการชาร์จ ไม่ใช่สองรอบ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องใช้หลายครั้งในการชาร์จเพื่อให้ครบหนึ่งรอบ เมื่อจบแต่ละรอบการชาร์จ ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงเล็กน้อย อย่างไรก็ตาม การลดลงนี้มีค่าน้อยมาก โดยแบตเตอรี่คุณภาพสูงยังคงรักษาความจุไว้ประมาณ 80% ของความจุเดิมหลังจากผ่านหลายรอบการชาร์จ และผลิตภัณฑ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนมากยังสามารถทำงานได้ตามปกติหลังจากสองหรือสามปี แน่นอนว่าแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนยังจำเป็นต้องเปลี่ยนเมื่อถึงจุดสิ้นสุดอายุการใช้งาน

วงจรที่เรียกว่า 500 รอบ หมายถึง ผู้ผลิตสามารถทำให้เกิดการชาร์จซ้ำได้ประมาณ 625 รอบ ที่ระดับการคายประจุคงที่ (เช่น 80%) ซึ่งจะเทียบเท่ากับ 500 รอบการชาร์จ (80% * 625 = 500) (โดยไม่พิจารณาปัจจัยต่างๆ เช่น การลดลงของความจุแบตเตอรี่ลิเธียม)

อย่างไรก็ตาม เนื่องจากปัจจัยต่างๆ ในชีวิตจริง โดยเฉพาะอย่างยิ่งระดับการคายประจุในระหว่างการชาร์จที่ไม่คงที่ "500 รอบการชาร์จ" จึงสามารถใช้เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับอายุการใช้งานของแบตเตอรี่เท่านั้น

คำกล่าวที่ถูกต้องคือ: อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมมีความสัมพันธ์กับจำนวนรอบการชาร์จที่เสร็จสมบูรณ์ แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับจำนวนครั้งของการชาร์จ

พูดอย่างง่ายๆ ก็คือ ตัวอย่างเช่น ถ้าแบตเตอรี่ลิเธียมถูกใช้งานเพียงครึ่งความจุในวันแรก แล้วจึงชาร์จให้เต็ม และทำแบบเดียวกันในวันที่สอง สิ่งนี้จะนับเป็นหนึ่งรอบการชาร์จเท่านั้น ไม่ใช่สองรอบ ดังนั้นโดยทั่วไปจึงต้องใช้หลายครั้งในการชาร์จเพื่อให้ครบหนึ่งรอบ เมื่อใดก็ตามที่ครบหนึ่งรอบการชาร์จ ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงเล็กน้อย แต่การลดลงนี้มีเพียงเล็กน้อยเท่านั้น โดยแบตเตอรี่คุณภาพสูงยังคงรักษากำลังไฟไว้ได้ถึง 80% ของกำลังไฟเดิม แม้จะผ่านการชาร์จมาหลายรอบแล้ว นี่จึงเป็นเหตุผลที่ผลิตภัณฑ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำนวนมากยังสามารถทำงานได้ตามปกติหลังจากสองหรือสามปี แน่นอนว่าในท้ายที่สุดแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนจำเป็นต้องได้รับการเปลี่ยนเมื่อถึงอายุการใช้งาน

อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมโดยทั่วไปอยู่ที่ 300-500 รอบการชาร์จ โดยสมมติว่าการคายประจุเต็มรูปแบบหนึ่งครั้งให้พลังงานไฟฟ้า Q หน่วย และไม่พิจารณาการลดลงของความจุหลังแต่ละรอบการชาร์จ แบตเตอรี่ลิเธียมสามารถจ่ายหรือเติมพลังงานไฟฟ้ารวมทั้งหมดได้ 300Q-500Q หน่วยตลอดอายุการใช้งาน ดังนั้น หากคุณชาร์จหลังจากใช้พลังงานแบตเตอรี่ไปครึ่งหนึ่งในแต่ละครั้ง จะสามารถชาร์จได้ 600-1000 ครั้ง หากคุณชาร์จหลังจากใช้พลังงานไปหนึ่งในสามในแต่ละครั้ง จะสามารถชาร์จได้ 900-1500 ครั้ง และเป็นเช่นนี้ไปเรื่อยๆ ถ้าชาร์จแบบสุ่ม จำนวนครั้งที่ชาร์จจะไม่แน่นอน กล่าวโดยสรุป ไม่ว่าคุณจะชาร์จอย่างไร ปริมาณไฟฟ้าที่เติมเข้าไปทั้งหมดจะคงที่อยู่ที่ 300Q-500Q ดังนั้นเราจึงสามารถเข้าใจได้อีกทางหนึ่งว่า อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมเกี่ยวข้องกับปริมาณไฟฟ้าทั้งหมดที่สามารถชาร์จได้ ไม่ใช่จำนวนรอบการชาร์จ การคายประจุลึก/ชาร์จลึก และการคายประจุตื้น/ชาร์จตื้น มีความแตกต่างกันเล็กน้อยในการส่งผลกระทบต่ออายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียม

ความจริงแล้ว การคายประจุและชาร์จแบบตื้นจะเป็นประโยชน์ต่อแบตเตอรี่ลิเธียมมากกว่า การคายประจุลึกและชาร์จลึกจำเป็นเฉพาะในกรณีที่โมดูลพลังงานของผลิตภัณฑ์กำลังทำการปรับเทียบแบตเตอรี่ลิเธียมเท่านั้น ดังนั้น ผลิตภัณฑ์ที่ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมไม่จำเป็นต้องใส่ใจกับขั้นตอนการชาร์จอย่างเข้มงวด ควรให้ความสำคัญกับความสะดวกสบายแทน สามารถชาร์จได้ทุกเมื่อที่ต้องการ โดยไม่ต้องกังวลว่าจะส่งผลต่ออายุการใช้งาน

หากใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิเกินกว่าที่กำหนด (สูงกว่า 35°C) ความจุของแบตเตอรี่จะลดลงอย่างต่อเนื่อง หมายความว่าระยะเวลาการจ่ายไฟของแบตเตอรี่จะสั้นลงกว่าปกติ การชาร์จอุปกรณ์ที่อุณหภูมิดังกล่าวจะยิ่งทำให้แบตเตอรี่เสียหายมากขึ้น แม้แต่การเก็บรักษาแบตเตอรี่ในสภาพแวดล้อมที่ร้อนสัมพันธ์ก็จะก่อให้เกิดความเสียหายต่อคุณภาพของแบตเตอรี่อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ดังนั้น การรักษาระดับอุณหภูมิในการทำงานที่เหมาะสมจึงเป็นวิธีที่ดีในการยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียม

หากคุณใช้แบตเตอรี่ลิเธียมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ กล่าวคือ ต่ำกว่า 4°C คุณจะพบว่าอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลดลง และแบตเตอรี่ลิเธียมบางชนิดในโทรศัพท์มือถืออาจไม่สามารถชาร์จไฟได้ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิต่ำ แต่ไม่ต้องกังวลมากเกินไป เพราะนี่เป็นเพียงสถานการณ์ชั่วคราว ซึ่งแตกต่างจากการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น อุณห์ในแบตเตอรี่จะได้รับความร้อนและฟื้นฟูกลับคืนสู่ความจุเดิมทันที

เพื่อให้แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนทำงานได้เต็มประสิทธิภาพ จำเป็นต้องใช้งานอย่างสม่ำเสมอเพื่อให้ประจุไฟฟ้าภายในแบตเตอรี่ไหลเวียนอยู่ตลอดเวลา หากคุณไม่ได้ใช้แบตเตอรี่ลิเธียมบ่อยนัก อย่าลืมทำการชาร์จให้เต็มหนึ่งรอบทุกเดือน และทำการปรับเทียบระดับการชาร์จ กล่าวคือ ทำการคายประจุลึก แล้วตามด้วยการชาร์จลึก

คำที่ถูกต้องคือ "รอบการชาร์จ-ปล่อยประจุ" ไม่ใช่ "จำนวนครั้งที่ชาร์จ" แต่ละรอบหมายถึงช่วงเวลาที่แบตเตอรี่ถูกใช้จากสถานะชาร์จเต็มไปจนหมดพลังงานอย่างสมบูรณ์ ตัวอย่างเช่น หากแบตเตอรี่ของคุณถูกชาร์จเต็ม ใช้งานไปหนึ่งในสิบของความจุ จากนั้นชาร์จเต็มอีกครั้ง ถือว่าเป็นเพียงหนึ่งในสิบของรอบหนึ่งรอบ คุณจำเป็นต้องชาร์จและปล่อยประจุครบ 10 ครั้ง เพื่อให้ได้หนึ่งรอบเต็ม ในทำนองเดียวกัน หากเริ่มจากแบตเตอรี่เต็ม ใช้งานไปครึ่งหนึ่งของความจุ แล้วชาร์จเต็มอีกครั้ง จากนั้นใช้งานไปอีกครึ่งหนึ่งของความจุ และชาร์จเต็มอีกครั้ง ก็ถือเป็นหนึ่งรอบเช่นกัน—แม้จะชาร์จสองครั้ง ดังนั้น รอบการชาร์จ-ปล่อยประจุจึงขึ้นอยู่กับ "ปริมาณไฟฟ้ารวมที่ปล่อยออกจากแบตเตอรี่" เท่านั้น และไม่มีความเกี่ยวข้องโดยตรงกับ "จำนวนครั้งที่ชาร์จ"

ยิ่งไปกว่านั้น จำนวนรอบการชาร์จ-ปล่อยประจุตามค่ามาตรฐานนี้ ไม่ได้หมายความว่าแบตเตอรี่จะใช้งานไม่ได้ทันทีเมื่อถึงขีดจำกัด แต่หมายความว่าหลังจากผ่านรอบจำนวนนี้ไปแล้ว ความสามารถของแบตเตอรี่ในการเก็บพลังงานไฟฟ้าจะลดลงเหลือระดับหนึ่ง

ตัวอย่างเช่น แบตเตอรี่ลิเธียมบางชนิดมีอายุการใช้งานวงจรการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้าตามค่าที่กำหนดไว้ว่า "ไม่ต่ำกว่า 60% ของความจุตามค่าที่กำหนดหลังจากผ่านไป 500 รอบ"

กล่าวอีกนัยหนึ่ง หลังจากผ่านไป 500 รอบ แบตเตอรี่นี้จะเก็บประจุได้เพียงประมาณ 60% ของความจุในช่วงเริ่มต้นเท่านั้น ซึ่งประสิทธิภาพลดลงในระดับหนึ่ง นี่คือใจความสำคัญ

แบตเตอรี่ลิเธียมไม่มีขีดจำกัดจำนวนรอบการชาร์จที่แน่นอน แบตเตอรี่จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงสามารถทนต่อรอบการชาร์จ-ปล่อยไฟฟ้าได้อย่างน้อย 500 รอบ โดยยังคงรักษาระดับความจุไว้มากกว่า 80% ของความจุเริ่มต้น หมายความว่าสามารถใช้งานได้สองปีโดยที่ต้องชาร์จเพียงครั้งเดียว โดยทั่วไป แบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือจะมีการเสื่อมสภาพอย่างชัดเจนหลังจากผ่านการชาร์จครบ 1,000 รอบ

วิธีดูแลรักษาแบตเตอรี่โทรศัพท์มือถือ:

1. ใช้แบตเตอรี่ให้หมดก่อนชาร์จทุกครั้ง เพื่อลดจำนวนรอบการชาร์จและยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่
2. คุณไม่จำเป็นต้องปล่อยประจุแบตเตอรี่ให้หมดทั้งหมด โดยทั่วไปควรชาร์จเมื่อระดับประจุลดลงต่ำกว่า 10%
3. ใช้ที่ชาร์จต้นฉบับในการชาร์จ อย่าใช้ที่ชาร์จแบบสากล
4. ห้ามใช้โทรศัพท์ขณะที่กำลังชาร์จ
5. ห้ามชาร์จเกินขนาด ให้หยุดชาร์จเมื่อแบตเตอรี่เต็มแล้ว

ใช่ ตามผลการทดลอง อายุการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมจะลดลงเมื่อจำนวนรอบการชาร์จเพิ่มขึ้น โดยทั่วไปแบตเตอรี่ลิเธียมสามารถทนต่อได้เพียง 2000-3000 รอบการชาร์จเท่านั้น

การหมุนเวียนหมายถึงการใช้งาน เราใช้แบตเตอรี่และสนใจระยะเวลาการใช้งาน เพื่อวัดสมรรถนะของแบตเตอรี่แบบชาร์จซ้ำได้ จึงมีการกำหนดนิยามของอายุการใช้งานหนึ่งรอบ (cycle life) ประสบการณ์การใช้งานจริงแตกต่างกันมาก และการทดสอบภายใต้เงื่อนไขที่ต่างกันไม่สามารถเปรียบเทียบกันได้ เพื่อให้สามารถเปรียบเทียบกันได้ จำเป็นต้องมีการกำหนดนิยามของอายุการใช้งานหนึ่งรอบให้เป็นมาตรฐานเดียวกัน

มาตรฐานแห่งชาติกำหนดเงื่อนไขและข้อกำหนดการทดสอบอายุการใช้งานแบบรอบสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมดังนี้: ในอุณหภูมิแวดล้อม 20℃±5℃ ให้ชาร์จที่กระแสไฟ 1C เมื่อแรงดันปลายทางของแบตเตอรี่ถึงค่าแรงดันชาร์จสูงสุดที่ 4.2V ให้เปลี่ยนเป็นการชาร์จแบบแรงดันคงที่ จนกระทั่งกระแสชาร์จลดลงเหลือต่ำกว่าหรือเท่ากับ 1/20C จากนั้นหยุดการชาร์จ และพักไว้ 0.5–1 ชั่วโมง แล้วทำการคายประจุด้วยกระแสไฟ 1C จนถึงแรงดันสิ้นสุดที่ 2.75V เมื่อการคายประจุเสร็จสิ้น ให้พักไว้อีก 0.5–1 ชั่วโมง ก่อนเริ่มรอบการชาร์จ-คายประจุถัดไป อายุการใช้งานแบบรอบจะถือว่าสิ้นสุดเมื่อเวลาการคายประจุสองครั้งติดต่อกันน้อยกว่า 36 นาที จำนวนรอบต้องมากกว่า 300 รอบ

คำอธิบายมาตรฐานแห่งชาติ:

1. คำนิยามนี้ระบุว่า การทดสอบอายุการใช้งานแบบรอบจะดำเนินการโดยใช้วิธีการชาร์จเต็มและคายประจุเต็ม ;
2. ข้อกำหนดระบุว่า ตามแบบจำลองนี้ วงจรชีวิตการใช้งานของแบตเตอรี่ลิเธียมควรยังคงรักษาความจุได้มากกว่า 60% หลังจากผ่านรอบการชาร์จ ≥300 รอบ .

อย่างไรก็ตาม โหมดการใช้งานที่แตกต่างกันจะให้จำนวนรอบการใช้งานที่แตกต่างกันอย่างมาก ตัวอย่างเช่น หากเงื่อนไขอื่นๆ เหมือนเดิม เพียงแค่เปลี่ยนแรงดันคงที่จากการชาร์จจาก 4.2V เป็น 4.1V สำหรับแบตเตอรี่รุ่นเดียวกันในการทดสอบอายุการใช้งาน จะทำให้แบตเตอรี่ไม่ถูกชาร์จจนเต็มระดับความลึก และผลการทดสอบสุดท้ายแสดงให้เห็นว่าอายุการใช้งานเพิ่มขึ้นเกือบ 60% ดังนั้น หากเพิ่มแรงดันตัดตอนขึ้นเป็น 3.9V จำนวนรอบการใช้งานควรเพิ่มขึ้นหลายเท่า

การกล่าวอ้างว่าแต่ละรอบการชาร์จ-คายประจุจะลดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่นั้นเป็นสิ่งสำคัญที่ควรทำความเข้าใจ รอบการชาร์จของแบตเตอรี่ลิเธียม หมายถึง กระบวนการที่แบตเตอรี่ลิเธียมถูกชาร์จเต็ม จากนั้นใช้จนหมดแล้วจึงชาร์จให้เต็มอีกครั้ง นี่ไม่ใช่สิ่งเดียวกันกับการชาร์จเพียงครั้งเดียว อีกทั้งเมื่อพูดถึงจำนวนรอบการชาร์จ จำเป็นต้องพิจารณาเงื่อนไขที่ใช้ในการทำรอบนั้นด้วย การพูดถึงจำนวนรอบโดยไม่พิจารณาเงื่อนไขเหล่านี้จึงไม่มีความหมาย เพราะจำนวนรอบเป็นเพียงเครื่องมือในการประเมินอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ ไม่ใช่เป้าหมายสุดท้าย!