Скільки насправді триває термін служби літій-іонних акумуляторів? Правда викрита

Літій-іонні акумулятори — це тип акумуляторів, які використовують літій або літієві сплави як матеріал негативного електрода та неводний електроліт. Перший літієвий металевий акумулятор запропонував і досліджував Джилберт Н. Льюїс у 1912 році. У 1970-х роках М.С. Віттінгем запропонував і почав досліджувати літій-іонні акумулятори. Через високу хімічну активність літію його обробка, зберігання та використання вимагають дуже суворого контролю навколишнього середовища. Тому літій-іонні акумулятори довгий час не отримали широкого поширення. З розвитком науки і технологій літій-іонні акумулятори стали основним типом акумуляторів.

Літієві акумулятори можна загалом поділити на дві категорії: літій-металеві та літій-іонні акумулятори. Літій-іонні акумулятори не містять металевого літію і є перезаряджуваними. П'яте покоління перезаряджуваних акумуляторів — літій-металеві акумулятори — було розроблено в 1996 році. Вони мають переваги у порівнянні з літій-іонними акумуляторами за показниками безпеки, питомої ємності, швидкості саморозрядки та співвідношення ціни й продуктивності. Через високі технологічні вимоги лише компанії кількох країн наразі виробляють літій-металеві акумулятори.

Літій-іонні акумулятори можна заряджати та розряджати лише 500 разів?

Більшість споживачів напевно чули, що термін служби літієвих акумуляторів становить «500 циклів», тобто 500 циклів заряду-розряду. Після цього акумулятор вважається «мертвим». Багато людей намагаються продовжити термін служби акумулятора, заряджаючи його лише тоді, коли він повністю розрядиться. Але чи дійсно це продовжує термін служби акумулятора?

❌ Відповідь ні. Термін служби літійової батареї «500 разів» стосується не кількості зарядок, а одного циклу заряд-розряд.

Цикл зарядки означає процес, коли акумулятор повністю заряджається, потім розряджається до нуля і знову повністю заряджається, що не те саме, що одне заряджання. Наприклад, якщо літійовий акумулятор використовується до половини його ємності першого дня, а потім повністю заряджається, і те саме повторюється другого дня — це рахується лише одним циклом зарядки, а не двома. Тому, як правило, для завершення одного циклу потрібно кілька сеансів зарядки. Кожного разу після завершення циклу зарядки ємність акумулятора трохи зменшується. Однак це зменшення дуже незначне: високоякісні акумулятори зберігають близько 80% своєї початкової ємності після багатьох циклів зарядки, і багато пристроїв із літій-іонними акумуляторами продовжують нормально працювати через два чи три роки. Звичайно, літій-іонні акумулятори все ж потрібно замінювати, коли вони досягають кінця свого терміну служби.

Так звані 500 циклів означають, що виробник досягає приблизно 625 циклів підзарядки при постійній глибині розряду (наприклад, 80%), що відповідає 500 циклам зарядки. (80% * 625 = 500) (нехтуючи такими факторами, як зменшення ємності літійової батареї).

Однак через різні фактори в реальному житті, особливо через те, що глибина розряду під час зарядки не є постійною, «500 циклів зарядки» можна використовувати лише як орієнтир терміну служби батареї.

Правильне твердження полягає в тому, що термін служби літійової батареї пов’язаний із кількістю завершених циклів зарядки, але не має прямого зв’язку з кількістю підзарядок.

Простіше кажучи, наприклад, якщо літієва батарея використовується лише наполовину свого заряду в перший день, а потім повністю заряджається, і те саме повторюється на другий день, це враховується лише як один цикл заряджання, а не два. Тому зазвичай потрібно кілька сеансів заряджання, щоб завершити один цикл. Кожного разу, коли завершується цикл заряджання, ємність батареї трохи зменшується. Проте це зменшення дуже незначне; високоякісні батареї все ще зберігають 80% своєї початкової ємності після багатьох циклів заряджання. Саме тому багато пристроїв, що працюють на літій-іонних акумуляторах, продовжують нормально функціонувати через два чи три роки. Звичайно, літій-іонні акумулятори врешті-решт потрібно замінити, коли закінчується їхній термін служби.

Термін служби літієвого акумулятора зазвичай становить 300-500 циклів зарядки. Припустимо, що одне повне розрядження забезпечує Q одиниць електроенергії, і не враховуючи зменшення ємності після кожного циклу зарядки, літієвий акумулятор може надати або відновити загалом 300Q–500Q одиниць електроенергії протягом усього терміну служби. Отже, якщо ви заряджаєте акумулятор після використання половини його ємності, це можна зробити 600–1000 разів; якщо заряджати після використання однієї третини ємності, кількість зарядок становитиме 900–1500. І так далі. Якщо заряджати випадковим чином, кількість циклів зарядки буде невизначеною. Отже, незалежно від способу зарядки, загальний обсяг відновленої електроенергії залишається постійним — 300Q–500Q. Таким чином, можна зрозуміти наступне: термін служби літієвого акумулятора залежить від загальної кількості електроенергії, яку в нього можна зарядити, а не від кількості циклів зарядки. Глибоке розрядження/глибока зарядка та поверхневе розрядження/поверхнева зарядка майже не впливають на термін служби літієвого акумулятора.

Насправді, неглибокий розряд і неглибоке заряджання є більш корисними для літієвих акумуляторів. Глибокий розряд і глибоке заряджання потрібні лише тоді, коли модуль живлення пристрою калібрує літієвий акумулятор. Тому пристрої, що працюють від літієвих акумуляторів, не повинні бути надто вибагливими до процесу; на перше місце слід ставити зручність. Заряджайте їх у будь-який момент, не хвилюючись про вплив на термін служби.

Якщо літієві акумулятори використовуються в умовах, що перевищують вказану робочу температуру (понад 35 °C), ємність акумулятора постійно знижуватиметься, тобто час автономної роботи буде меншим, ніж зазвичай. Заряджання пристроїв за таких температур спричинить ще більші пошкодження акумулятора. Навіть зберігання акумуляторів у відносно гарячих умовах неминуче призведе до певних пошкоджень їх якості. Тому підтримання оптимальної робочої температури — це хороший спосіб продовжити термін служби літієвих акумуляторів.

Якщо ви використовуєте літій-іонні акумулятори в умовах низьких температур, тобто нижче 4°C, ви також помітите, що термін роботи батареї скорочується, і деякі оригінальні літієві акумулятори в мобільних телефонах можуть взагалі не заряджатися при низьких температурах. Але не хвилюйтеся надто — це тимчасова ситуація. На відміну від використання в умовах високих температур, як тільки температура підвищиться, молекули всередині акумулятора нагріються і негайно відновлять попередню ємність.

Щоб максимально ефективно використовувати літій-іонний акумулятор, його потрібно регулярно застосовувати, щоб електрони всередині постійно перебували в русі. Якщо ви не користуєтеся літій-іонним акумулятором часто, пам’ятайте про необхідність раз на місяць виконувати повний цикл зарядки та калібрування заряду, тобто глибокого розрядження, за яким слідує повне зарядження.

Правильний термін — «цикл зарядки-розрядки», а не «кількість зарядів». Цикл означає період, коли акумулятор повністю заряджається та потім повністю розряджається. Якщо ваш акумулятор повністю заряджений, використовується на одну десяту його ємності, а потім знову повністю заряджається — це одна десята циклу. Вам потрібно зарядити та розрядити його 10 разів, щоб завершити один цикл. Аналогічно, якщо ви починаєте з повного заряду, використовуєте половину ємності, повністю заряджаєте, потім знову використовуєте половину ємності і знову повністю заряджаєте — це також один цикл: ви зарядили його двічі. Отже, цикл залежить виключно від «загальної кількості електроенергії, відданої акумулятором», і не має прямого зв’язку з «кількістю зарядів».

Крім того, ця номінальна кількість циклів зарядки-розрядки не означає, що акумулятор стає непридатним для використання після їх вичерпання. Навпаки, це означає, що після такої кількості циклів здатність акумулятора зберігати електроенергію зменшиться до певного рівня.

Наприклад, у певного літій-іонного акумулятора номінальний термін циклів зарядки-розрядки становить «не менше 60% від номінальної ємності після 500 циклів».

Іншими словами, після 500 циклів цей акумулятор зможе утримувати лише близько 60% ємності, яку він мав новим. Його продуктивність певною мірою знизилася. Ось суть справи.

Літій-іонні акумулятори не мають фіксованої межі кількості циклів зарядки. Акумулятори від авторитетних виробників, як правило, можуть витримати принаймні 500 циклів зарядки-розрядки, зберігаючи понад 80% початкової ємності, тобто здатні працювати два роки на одному заряді. Зазвичай, акумулятори мобільних телефонів значно деградують після 1000 циклів зарядки.

Методи догляду за акумулятором мобільного телефону:

1. Використовуйте акумулятор лише тоді, коли він повністю заряджений щоразу, щоб зменшити кількість циклів зарядки та продовжити термін його служби.
2. Вам не потрібно повністю розряджати акумулятор; зазвичай його потрібно заряджати, коли рівень заряду падає нижче 10%.
3. Користуйтеся оригінальним зарядним пристроєм для зарядки; не використовуйте універсальний зарядний пристрій.
4. Не користуйтеся телефоном під час його заряджання.
5. Не перевантажуйте акумулятор; припиніть заряджання, як тільки акумулятор повністю зарядиться.

Так, згідно з експериментальними результатами, термін служби літієвих акумуляторів скорочується зі зростанням кількості циклів зарядки. Зазвичай літієві акумулятори витримують лише 2000–3000 циклів зарядки.

Поняття циклу стосується використання. Ми використовуємо акумулятори і цікавимося тривалістю їхньої роботи. Для оцінки продуктивності перезаряджуваного акумулятора було введено визначення терміну життя циклу. Реальний досвід користувачів значно відрізняється, а тести в різних умовах — непорівнянні. Щоб забезпечити можливість порівняння, визначення терміну життя циклу має бути стандартизованим.

Національний стандарт визначає такі умови та вимоги щодо циклічного ресурсу літій-іонних акумуляторів: за температури навколишнього середовища 20℃±5℃ заряджати струмом 1C. Коли напруга на затискачах акумулятора досягне граничної напруги заряджання 4,2 В, перемкнути на режим заряджання постійною напругою, доки зарядний струм не знизиться до значення, меншого або рівного 1/20C. Припинити заряджання та залишити акумулятор у стані спокою на 0,5–1 год. Потім розряджати струмом 1C до кінцевої напруги 2,75 В. Після завершення розряджання залишити акумулятор у стані спокою на 0,5–1 год перед початком наступного циклу заряд-розряд. Циклічний ресурс вважається вичерпаним, коли два послідовні часи розряджання становитимуть менше ніж 36 хвилин. Кількість циклів має бути більшою за 300.

Пояснення національного стандарту:

1. Це визначення передбачає, що випробування циклічного ресурсу проводяться методом глибокого зарядження та глибокого розрядження ;
2. Правила передбачають, що згідно з цією моделлю, після ≥300 циклів термін служби літій-іонних акумуляторів повинен зберігати більше 60% ємності .

Однак різні режими циклування дають кардинально різну кількість циклів. Наприклад, за незмінних інших умов, проста зміна сталої напруги з 4,2 В на 4,1 В для однієї й тієї ж моделі акумулятора під час випробування терміну служби означає, що акумулятор більше не заряджається повністю, і кінцеві результати тестування показують майже 60-відсоткове збільшення терміну служби. Тому, якщо напругу відключення підвищити до 3,9 В, кількість циклів має збільшитися в кілька разів.

Важливо зрозуміти твердження, що кожен цикл зарядки-розрядки скорочує термін служби акумулятора. Один цикл зарядки літій-іонного акумулятора визначається як процес, коли акумулятор повністю заряджається, потім повністю розряджається і знову повністю заряджається. Це не те саме, що зарядка один раз. Крім того, коли йдеться про кількість циклів, слід враховувати умови, за яких виконується цикл. Обговорення кількості циклів без урахування цих умов є безглуздим, оскільки кількість циклів — це засіб оцінки терміну служби акумулятора, а не кінцева мета!