Pin Lithium Thực Sự Kéo Dài Bao Lâu? Sự Thật Được Tiết Lộ

Pin lithium-ion là một loại pin sử dụng kim loại lithium hoặc các hợp kim lithium làm vật liệu cực âm và dung dịch điện phân không chứa nước. Loại pin lithium kim loại đầu tiên được đề xuất và nghiên cứu bởi Gilbert N. Lewis vào năm 1912. Vào những năm 1970, M.S. Whittingham đã đề xuất và bắt đầu nghiên cứu về pin lithium-ion. Do tính chất hóa học rất phản ứng của kim loại lithium, việc chế biến, lưu trữ và sử dụng nó đòi hỏi các điều kiện môi trường kiểm soát rất nghiêm ngặt. Vì vậy, pin lithium-ion đã không được sử dụng rộng rãi trong một thời gian dài. Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, pin lithium-ion hiện nay đã trở thành sản phẩm chủ đạo.

Pin Lithium có thể được phân loại rộng rãi thành hai loại: pin lithium kim loại và pin lithium-ion. Pin lithium-ion không chứa lithium dạng kim loại và có thể sạc lại. Thế hệ thứ năm của pin sạc, pin lithium kim loại, đã được phát triển vào năm 1996. Chúng mang lại độ an toàn vượt trội, dung lượng riêng, tỷ lệ tự xả và tỷ lệ giá thành hiệu suất tốt hơn so với pin lithium-ion. Do yêu cầu công nghệ cao, hiện chỉ có các công ty ở một số ít quốc gia sản xuất được pin lithium kim loại.

Pin lithium-ion chỉ có thể sạc và xả 500 lần?

Hầu hết người tiêu dùng có lẽ đã từng nghe rằng pin lithium có tuổi thọ "500 chu kỳ", nghĩa là 500 lần sạc-xả. Sau đó, viên pin được coi là "hết hạn sử dụng". Nhiều người cố gắng kéo dài tuổi thọ pin bằng cách chỉ sạc khi pin hoàn toàn cạn kiệt. Nhưng liệu điều này thực sự giúp kéo dài tuổi thọ pin?

❌ Câu trả lời là không. Tuổi thọ của một viên pin lithium là "500 lần", không phải đề cập đến số lần sạc, mà là một chu kỳ sạc-xả hoàn chỉnh.

Một chu kỳ sạc nghĩa là quá trình pin đi từ trạng thái đầy điện đến cạn kiệt hoàn toàn, sau đó lại được sạc đầy trở lại, điều này không giống với việc chỉ sạc một lần. Ví dụ, nếu một pin lithium được sử dụng đến một nửa dung lượng vào ngày đầu tiên rồi được sạc đầy, và làm tương tự vào ngày thứ hai, thì điều này chỉ tính là một chu kỳ sạc, chứ không phải hai chu kỳ. Do đó, thường cần vài lần sạc để hoàn thành một chu kỳ. Mỗi khi hoàn thành một chu kỳ sạc, dung lượng pin sẽ giảm nhẹ. Tuy nhiên, mức độ giảm này rất nhỏ; các loại pin chất lượng cao vẫn giữ được khoảng 80% dung lượng ban đầu sau nhiều chu kỳ sạc, và nhiều sản phẩm dùng pin lithium-ion vẫn hoạt động bình thường sau hai hoặc ba năm. Tất nhiên, pin lithium-ion vẫn cần được thay thế khi đã đến cuối vòng đời của chúng.

Các chu kỳ 500 được gọi là nhà sản xuất đạt được khoảng 625 chu kỳ sạc lại ở độ sâu xả không đổi (ví dụ: 80%), tương ứng với 500 chu kỳ sạc. (80% * 625 = 500) (bỏ qua các yếu tố như sự suy giảm dung lượng pin lithium).

Tuy nhiên, do nhiều yếu tố trong thực tế, đặc biệt là việc độ sâu xả khi sạc không phải lúc nào cũng cố định, nên "500 chu kỳ sạc" chỉ có thể được dùng làm tham khảo cho tuổi thọ pin.

Phát biểu chính xác là: tuổi thọ của pin lithium liên quan đến số chu kỳ sạc đã hoàn thành, nhưng không liên quan trực tiếp đến số lần sạc.

Nói một cách đơn giản, ví dụ như nếu một pin lithium chỉ sử dụng nửa dung lượng vào ngày đầu tiên, sau đó được sạc đầy, và làm tương tự vào ngày thứ hai, thì điều này chỉ tính là một chu kỳ sạc, chứ không phải hai. Do đó, thông thường cần vài lần sạc để hoàn thành một chu kỳ. Mỗi khi hoàn thành một chu kỳ sạc, dung lượng pin sẽ giảm đi một chút. Tuy nhiên, mức độ giảm rất nhỏ; các loại pin chất lượng cao vẫn giữ được 80% dung lượng ban đầu sau nhiều chu kỳ sạc. Đây chính là lý do vì sao nhiều sản phẩm dùng pin lithium-ion vẫn hoạt động bình thường sau hai hoặc ba năm. Tất nhiên, pin lithium-ion cuối cùng cũng cần được thay thế khi đã đạt đến giới hạn tuổi thọ.

Tuổi thọ của một pin lithium thường là 300-500 chu kỳ sạc. Giả sử một lần xả đầy đủ cung cấp Q đơn vị điện, và bỏ qua sự giảm dung lượng sau mỗi chu kỳ sạc, một pin lithium có thể cung cấp hoặc bổ sung tổng cộng 300Q-500Q đơn vị điện trong suốt tuổi thọ của nó. Do đó, nếu bạn sạc sau khi sử dụng một nửa dung lượng pin mỗi lần, nó có thể được sạc 600-1000 lần; nếu bạn sạc sau khi sử dụng một phần ba dung lượng pin mỗi lần, nó có thể được sạc 900-1500 lần. Và cứ như vậy. Nếu bạn sạc ngẫu nhiên, số lần sạc là không xác định. Tóm lại, bất kể cách bạn sạc như thế nào, tổng lượng điện được bổ sung luôn không đổi ở mức 300Q-500Q. Vì vậy, chúng ta cũng có thể hiểu theo cách này: tuổi thọ của pin lithium liên quan đến tổng lượng điện mà nó có thể được sạc, chứ không phải số lần chu kỳ sạc. Việc xả sâu/sạc đầy và xả nhẹ/sạc nhẹ hầu như không khác biệt nhiều về ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin lithium.

Thực tế, việc xả và sạc nông có lợi hơn cho các pin lithium. Việc xả sâu và sạc sâu chỉ cần thiết khi mô-đun nguồn của sản phẩm đang hiệu chuẩn pin lithium. Do đó, các sản phẩm sử dụng pin lithium không cần quá câu nệ quy trình; sự tiện lợi nên được ưu tiên hàng đầu. Bạn có thể sạc bất cứ khi nào muốn mà không cần lo lắng ảnh hưởng đến tuổi thọ của pin.

Nếu pin lithium được sử dụng trong môi trường vượt quá nhiệt độ hoạt động quy định (trên 35°C), dung lượng pin sẽ giảm liên tục, nghĩa là thời gian cung cấp năng lượng của pin sẽ không được lâu như bình thường. Việc sạc thiết bị ở những nhiệt độ này sẽ gây hại nghiêm trọng hơn cho pin. Ngay cả việc lưu trữ pin trong môi trường tương đối nóng cũng sẽ làm tổn hại nhất định đến chất lượng của chúng. Vì vậy, duy trì nhiệt độ hoạt động phù hợp là cách tốt để kéo dài tuổi thọ của pin lithium.

Nếu bạn sử dụng pin lithium trong môi trường nhiệt độ thấp, tức là dưới 4°C, bạn cũng sẽ nhận thấy tuổi thọ pin bị giảm, và một số pin lithium nguyên bản trong điện thoại di động thậm chí có thể không sạc được trong điều kiện nhiệt độ thấp. Nhưng đừng quá lo lắng, đây chỉ là tình trạng tạm thời. Khác với việc sử dụng trong môi trường nhiệt độ cao, khi nhiệt độ tăng lên, các phân tử trong pin được làm nóng và ngay lập tức phục hồi lại dung lượng trước đó.

Để tối đa hóa hiệu suất của pin lithium-ion, bạn cần sử dụng thường xuyên để duy trì dòng chảy liên tục của các electron bên trong. Nếu bạn không thường xuyên sử dụng pin lithium, hãy nhớ hoàn thành một chu kỳ sạc đầy đủ mỗi tháng và thực hiện hiệu chuẩn sạc, tức là xả sâu rồi sau đó sạc đầy.

Thuật ngữ chính xác là "chu kỳ sạc-xả", chứ không phải "số lần sạc". Một chu kỳ đề cập đến khoảng thời gian mà một pin đi từ trạng thái đầy điện hoàn toàn đến trạng thái xả cạn hoàn toàn. Nếu pin của bạn được sạc đầy, sử dụng hết một phần mười dung lượng, sau đó lại sạc đầy hoàn toàn, thì đó là một phần mười của một chu kỳ. Bạn cần phải sạc và xả như vậy 10 lần để hoàn thành một chu kỳ. Tương tự, nếu bạn bắt đầu từ trạng thái đầy điện, sử dụng hết nửa dung lượng, sạc đầy lại, sau đó lại dùng đến nửa dung lượng và sạc đầy lần nữa, thì đó cũng là một chu kỳ—bạn đã sạc hai lần. Do đó, một chu kỳ chỉ phụ thuộc vào "tổng lượng điện được xả ra từ pin", và không liên quan trực tiếp đến "số lần sạc".

Hơn nữa, con số danh định về số chu kỳ sạc-xả này không có nghĩa là pin sẽ không thể sử dụng được nữa khi đã đạt đến giới hạn. Thay vào đó, nó có nghĩa là sau số chu kỳ này, khả năng lưu trữ năng lượng điện của pin sẽ giảm xuống một mức độ nhất định.

Ví dụ, một loại pin lithium nhất định có chu kỳ sạc-xả danh định là "không thấp hơn 60% dung lượng danh định sau 500 chu kỳ".

Nói cách khác, sau 500 chu kỳ, viên pin này chỉ còn giữ được khoảng 60% dung lượng như khi mới. Hiệu suất của nó đã giảm xuống ở mức độ nhất định. Đó là ý chính của vấn đề.

Pin lithium không có giới hạn cố định về số lần sạc. Các viên pin từ những nhà sản xuất uy tín thường có thể chịu được ít nhất 500 chu kỳ sạc-xả trong khi vẫn duy trì hơn 80% dung lượng ban đầu, nghĩa là chúng có thể sử dụng đến hai năm với một lần sạc. Thông thường, pin điện thoại di động sẽ bị suy giảm đáng kể sau 1000 chu kỳ sạc.

Các phương pháp bảo quản pin điện thoại di động:

1. Chỉ sử dụng pin khi nó được sạc đầy mỗi lần để giảm số lần sạc và kéo dài tuổi thọ pin.
2. Bạn không cần phải xả hết pin; thông thường cần sạc khi mức pin giảm xuống dưới 10%.
3. Sử dụng bộ sạc gốc để sạc; không sử dụng bộ sạc đa năng.
4. Không sử dụng điện thoại trong khi đang sạc.
5. Không sạc quá mức; ngừng sạc ngay khi pin đã đầy.

Có, theo kết quả thí nghiệm, tuổi thọ của pin lithium giảm dần theo số lần sạc tăng lên. Nói chung, pin lithium chỉ chịu được khoảng 2000-3000 chu kỳ sạc.

Chu kỳ ở đây ám chỉ việc sử dụng. Chúng ta đang dùng các viên pin và quan tâm đến thời gian sử dụng. Để đo hiệu suất của một viên pin sạc được, người ta đưa ra định nghĩa về tuổi thọ chu kỳ. Trải nghiệm thực tế của người dùng khác nhau rất nhiều, và các bài kiểm tra trong điều kiện khác nhau thì không thể so sánh được. Để có thể so sánh, định nghĩa về tuổi thọ chu kỳ cần phải được chuẩn hóa.

Tiêu chuẩn quốc gia quy định các điều kiện và yêu cầu thử nghiệm sau đây đối với tuổi thọ chu kỳ của pin lithium: Trong điều kiện nhiệt độ môi trường 20℃±5℃, sạc ở dòng 1C. Khi điện áp đầu cực của pin đạt đến điện áp giới hạn sạc là 4,2V, chuyển sang sạc điện áp hằng định cho đến khi dòng sạc nhỏ hơn hoặc bằng 1/20C. Dừng sạc và để nghỉ trong 0,5h~1h. Sau đó xả với dòng 1C đến điện áp kết thúc là 2,75V. Sau khi xả xong, để nghỉ 0,5h~1h trước khi bắt đầu chu kỳ sạc-xả tiếp theo. Tuổi thọ chu kỳ được coi là kết thúc khi hai thời gian xả liên tiếp đều nhỏ hơn 36 phút. Số chu kỳ phải lớn hơn 300.

Giải thích về tiêu chuẩn quốc gia:

1. Định nghĩa này quy định rằng việc thử nghiệm tuổi thọ chu kỳ được thực hiện bằng phương pháp sạc sâu - xả sâu ;
2. Các quy định nêu rõ rằng, theo mô hình này, tuổi thọ chu kỳ của pin lithium vẫn phải duy trì hơn 60% dung lượng sau ≥300 chu kỳ .

Tuy nhiên, các chế độ chu kỳ khác nhau sẽ cho ra số lần chu kỳ rất khác biệt. Ví dụ, nếu giữ nguyên tất cả các điều kiện khác, chỉ cần thay đổi điện áp hằng định từ 4,2V xuống 4,1V đối với cùng một mẫu pin trong quá trình kiểm tra tuổi thọ chu kỳ, tức là pin không còn được sạc đầy sâu nữa, và kết quả cuối cùng cho thấy tuổi thọ chu kỳ tăng gần 60%. Do đó, nếu tăng điện áp ngắt lên 3,9V, số lần chu kỳ nên tăng lên gấp nhiều lần.

Việc hiểu rõ khẳng định rằng mỗi chu kỳ sạc-xả làm giảm tuổi thọ pin là rất quan trọng. Một chu kỳ sạc của pin lithium được định nghĩa là quá trình pin lithium đi từ trạng thái đầy điện hoàn toàn đến cạn kiệt hoàn toàn và sau đó lại được sạc đầy trở lại. Điều này không giống như sạc một lần. Hơn nữa, khi thảo luận về số chu kỳ, cần phải xem xét các điều kiện thực hiện chu kỳ đó. Việc bàn luận về số chu kỳ mà không xem xét các điều kiện này là vô nghĩa, vì số chu kỳ chỉ là một phương tiện để đánh giá tuổi thọ pin, chứ không phải là mục tiêu cuối cùng!