С прехода на света към чиста енергия и устойчиви източници, литиево-йонните (Li-ion) батерии стават все по-популярни. Тези батерии, с високата си енергийна плътност и дълъг живот, революционизираха индустрията за батерии. Един от въпросите, които много потребители задават, обаче е: „Колко дълго издържат литиево-йонните батерии?“ В тази статия ще разгледаме отговора на този въпрос и ще покажем как LiFePO4 батериите, усъвършенстван тип литиево-йонна батерия, се представят по отношение на живота.

Част 1: Какво представляват литиево-йонните батерии?

Литиево-йонните батерии, включително литиево-железофосфатните (LiFePO4) батерии, са презареждаеми батерии, които използват литиеви йони като основен компонент на електролита си. LiFePO4 батериите предлагат няколко предимства пред други видове батерии, включително по-дълъг живот на батерията, по-висока ефективност и енергийна плътност, по-ниски изисквания за поддръжка, безопасност и екологичност. Тези характеристики ги правят идеални за автономни захранващи системи, приложения с висока мощност и мобилни приложения.

Литиево-йонните батерии често се използват като стартови батерии в превозни средства поради високата си енергийна плътност и ниското си тегло. Те са много подходящи за това приложение, защото могат да доставят кратък, висок токов импулс за стартиране на двигателя. Литиево-йонните батерии, използвани като стартови батерии, обикновено имат по-нисък капацитет и не трябва да се презареждат, за да се избегне повреда на батерията.

От друга страна, LiFePO4 батериите са отлични батерии за дълбоко разреждане. Те са способни да издържат на чести дълбоки разреждания, което ги прави идеални за съхранение на възобновяема енергия и други приложения с дълбоко разреждане. Те имат по-дълъг живот на циклите от литиево-йонните батерии и могат да осигуряват висока производителност за по-дълги периоди. Научете повече за разликите между тези два типа батерии в LiFePO4 срещу литиево-йонни батерии: Коя батерия да изберете?

Част 2: Колко дълго издържат литиево-йонните батерии?

Стандартната литиево-йонна батерия издържа средно 2-3 години, в зависимост от употребата. Този живот обаче може да бъде удължен до пет години, ако батерията се поддържа добре и се използва съгласно инструкциите на производителя. Литиево-йонните батерии също са чувствителни към температура, а високите температури могат значително да съкратят живота им. Важно е да съхранявате литиево-йонната си батерия на хладно и сухо място, за да избегнете излагане на топлина и да удължите живота ѝ.

LiFePO4 батериите са по-усъвършенстван и устойчив тип литиево-йонна батерия, която става все по-популярна в индустрията за батерии. Тези батерии имат по-дълъг живот от конвенционалните литиево-йонни батерии, до 10 години или повече. LiFePO4 батериите са също така изключително стабилни и безопасни, осигурявайки по-надеждно и устойчиво решение за автономно захранване и мобилни приложения.

Ключово предимство на LiFePO4 батериите е способността им да издържат на повече цикли на зареждане и разреждане. Докато стандартните литиево-йонни батерии могат да издържат до 500-1000 цикъла, LiFePO4 батериите могат да издържат до 2000 цикъла, което ги прави по-издръжливо и рентабилно решение в дългосрочен план. Животът на LiFePO4 батериите на Litime може да достигне до 4000-15000 цикъла, което позволява експлоатационен живот повече от 10 години, което ги прави перфектната алтернатива на оловно-киселинните батерии. Освен това, LiFePO4 батериите са много по-безопасни от традиционните литиево-йонни батерии, защото химическият им състав ги прави по-малко податливи на прегряване или експлозия.

LiTime предлага висококачествени LiFePO4 батерии, проектирани за по-дълъг живот, по-висока ефективност и устойчивост. Предлагаме гама от размери и капацитети на батерии, подходящи за различни приложения за автономно захранване и мобилност. LiTime се гордее с качеството и издръжливостта на своите батерии, които са щателно тествани, за да гарантират удовлетвореността на клиентите.

Част 3: Фактори, влияещи върху експлоатационния живот на литиево-йонните батерии

Според проучването: ИЗСЛЕДВАНЕ НА ФАКТОРИТЕ, КОИТО ВЛИЯЯТ ВЪРХУ ДЕГРАДАЦИЯТА НА ЛИТИЕВО-ЙОННИТЕ БАТЕРИИ Това са факторите, които могат да повлияят на живота на литиево-йонните батерии.

3.1 По време на съхранение

1) Температура

Основната причина за загуба на капацитет в батериите по време на съхранение е температурата, като по-високите температури водят до термично разлагане на електродите и електролита.

Разлагането на електролита увеличава дебелината на твърдия електролитен интерфейс (SEI) върху анода, изразходвайки литиеви йони, увеличавайки IR (инфрачервеното напрежение) на клетката и намалявайки капацитета на батерията. Разлагането също така освобождава газове, които повишават вътрешното налягане и представляват риск за безопасността. Както е показано в Таблица 3.1, литиево-йонните батерии, съхранявани при еднакъв заряд (SOC) (40%), губят различни проценти от капацитета си в течение на една година при различни температури.

Степента на разграждане се увеличава с по-високи температури. Освен това, екстремните температури значително ускоряват загубата на капацитет. Повишаването на температурата от 0°C до 25°C води само до 2% увеличение на загубата на капацитет, докато увеличение с 20°C от 40°C до 60°C води до 10% загуба на капацитет.

Температурите над 30°C се считат за стресиращи за литиево-йонните батерии и могат да доведат до значително намаляване на живота им. За да удължите живота на батерията, е препоръчително литиево-йонните батерии да се съхраняват при температури между 5°C и 20°C.

2) Състояние на зареждане (SOC)

При литиево-йонните батерии напрежението на отворена верига (OCV) се увеличава с увеличаване на състоянието на заряд (SOC), както е показано на Фигура 3.2. По време на съхранение, по-високото SOC на батерията води до по-високо OCV. Високото OCV обаче може да доведе до растеж на повърхността на твърдия електролит (SEI) и да предизвика окисляване на електролита в литиево-йонните батерии, което води до загуба на капацитет и повишено вътрешно съпротивление (IR).

Фигурата показва различните скорости на деградация на литиево-йонните батерии при различни стойности на зарядното състояние (SOC) за период на съхранение от десет години. Оставащият капацитет на литиево-йонните батерии намалява по-бързо с увеличаване на зарядното състояние (SOC).

3.2 Докато карате колело

1) Температура

Въпреки че по-високата температура по време на работа с батерията може временно да подобри нейната производителност, продължителното циклично зареждане и изключване при високи температури ще съкрати живота ѝ. Батерия, работеща при 30°C, ще има 20% намаление на живота си, докато батерия, работеща при 45°C, ще издържи само наполовина по-дълго от батерия, работеща при 20°C.

Производителите посочват номиналната работна температура на батериите от 27°C, за да удължат живота им. За разлика от това, изключително ниските температури увеличават вътрешното съпротивление на батерията и намаляват капацитета на разреждане. Батерия, която предлага 100% капацитет при 27°C, ще има само 50% капацитет при -18°C.

Разрядният капацитет на литиево-полимерните клетки, разредени при различни температури, показва колебания, като капацитетът на батерията е по-нисък при ниски температури (0°C, -10°C, -20°C), отколкото при по-високи температури (25°C, 40°C, 60°C). Освен това, зареждането на литиево-йонни батерии при ниски температури (под 15°C) води до литиево покритие поради забавеното интеркалиране на литиеви йони, което ускорява разграждането на литиево-йонните батерии чрез увеличаване на вътрешното съпротивление на батерията и допълнително намаляване на разрядния капацитет на батерията.

За да се увеличи максимално живота и производителността на литиево-йонните батерии, се препоръчва те да се използват при умерени температури. Температура от 20°C или малко по-ниска е оптимална за литиево-йонните батерии, за да се постигне максимален живот. Производителите обаче препоръчват малко по-висока температура от 27°C за литиево-йонните батерии, когато е необходимо максимално време на работа на батерията.

2) Дълбочина на канала

Дълбокият разряд има значително влияние върху живота на литиево-йонните батерии. Дълбокият разряд създава налягане в литиево-йонните клетки и уврежда отрицателните електроди, ускорявайки загубата на капацитет и потенциалното им увреждане. Както е показано на Фигура 1, колкото по-висок е цикълът на разреждане (DOD), толкова по-кратък е животът на батерията.

Дълбочината на разреждане над 50% се класифицира като дълбоко разреждане. Когато зарядът на литиево-йонната батерия падне от 4,2 V до 3,0 V, приблизително 95% от енергията ѝ се изразходва и продължителното разреждане ще доведе до възможно най-кратък живот на батерията. За да се предотврати загуба на капацитет, трябва да се избягва пълно разреждане по време на циклите на зареждане и презареждане на литиево-йонната батерия. Препоръчва се частично разреждане и презареждане на литиево-йонните батерии, за да се удължи животът им.

Производителите обикновено използват формулата за 80% DOD, за да оценят батерията, което означава, че само 80% от входната енергия се използва по време на работа на батерията, докато останалите 20% са запазени за удължен живот на батерията. Намаляването на DOD може да удължи живота на литиево-йонните батерии, но твърде ниският DOD може да доведе до недостатъчен живот на батерията и невъзможност за изпълнение на определени задачи. Препоръчително е да се поддържа DOD от приблизително 50% при използване на литиево-йонни батерии, за да се постигне максимален живот на батерията и оптимално време на работа.

3) Зарядно напрежение:

Литиево-йонните батерии могат да постигнат висок капацитет и дълго време на работа с високо зарядно напрежение. Пълното зареждане на литиево-йонните батерии обаче не се препоръчва, тъй като това може да причини литиево покритие, което води до загуба на капацитет и потенциално повреждане на батерията, което може да причини пожар или експлозия.

Фигурата по-горе показва загуба на капацитет при високи зарядни напрежения (> 4,2 V/клетка), като по-високите напрежения водят до по-бърза загуба на капацитет и по-кратък живот на батерията. Зарядно напрежение от 4,2 V е препоръчителното ниво на напрежение за оптимален капацитет според стандартите за безопасност на литиево-йонните батерии. Намаление на зарядното напрежение със 70 mV намалява общия капацитет с приблизително 10%.

Таблицата по-долу показва също, че животът на цикъла е най-дълъг при зарядно напрежение от 3,90 V (2400-4000) и се намалява наполовина с всяко увеличение на зарядното напрежение от 0,10 V в диапазона 3,90 V-4,30 V.

Литиево-йонните батерии трябва да се зареждат при напрежение под 4,10 V, за да се избегне значително разреждане на батерията. По-ниското зарядно напрежение удължава живота на батерията, но осигурява на потребителя по-кратко време на работа. Освен това, разреждането под 2,5 V/клетка трябва да се избягва, а оптималното зарядно напрежение е 3,92 V за най-дълъг цикъл на зареждане. Поради тази причина LiTime не препоръчва зареждане на LiFePO4 батерии със стандартно оловно-киселинно зарядно устройство, тъй като напрежението не е достатъчно високо за зареждане. По-долу е препоръчителният формат на зарядното напрежение за различни батерии с дълбоко зареждане.

Електронни устройства като лаптопи и мобилни телефони имат висок праг на напрежение, за да се постигне оптимален живот на батерията. Въпреки това, за големи системи за съхранение на енергия, като сателити или електрически превозни средства, прагът на напрежение е настроен по-нисък, за да се удължи животът на батерията. Независимо от приложението, презареждането на литиево-йонните батерии може значително да съкрати живота на батерията и да причини пожари или експлозии, така че се препоръчва повишено внимание.

4) Заряден ток/C-скорост:

Литиево-йонните батерии изпитват няколко отрицателни ефекта при високи C-стойности, като например увеличаване на вътрешното съпротивление, загуба на налична енергия, опасения за безопасността и необратима загуба на капацитет.

Едно от основните последици от високите стойности на C-заряда е литиевото покритие. Когато литиево-йонната батерия се зарежда с висок ток, литиевите йони се движат бързо, което води до натрупване на литиеви йони върху повърхността на анода и образуване на метален литий. Този процес се ускорява, когато батериите се зареждат бързо при ниски температури и високи състояния на заряд (SOC).

Този литиев слой може да се трансформира в дендритна структура под въздействието на гравитацията, което води до повишено саморазреждане на батерията. В екстремни случаи това може да причини късо съединение и потенциално пожар. Освен това, високите токове на заряд и разряд също причиняват повече загуби на енергия, тъй като вътрешното съпротивление на батерията преобразува енергията в топлина. Ако C-rate надвиши препоръчителната стойност на батерията, повишената температура вътре в батерията може да причини напрежение, да я повреди и да ускори загубата на капацитет.

5) Честота на цикъла

Честото циклиране на литиево-йонните батерии, особено когато се използват четири или повече пъти на ден, може да доведе до механично напрежение и да увеличи растежа на междинния слой от твърд електролит (SEI).

По време на циклично зареждане/разреждане, литиево-йонните батерии губят както положителни, така и отрицателни литиеви позиции в електродите, намалявайки капацитета си. Натрупването на SEI слой по време на циклично зареждане увеличава вътрешното съпротивление на батерията и намалява електронната проводимост и капацитета на зареждане.

Удебеляването на SEI слоя, намаляването на литиевите центрове и други химични промени в литиево-йонните батерии водят до загуба на капацитет и евентуална повреда на батерията. Въпреки че няма публикувани изследвания, които да се занимават директно с този проблем, се смята, че високата честота на цикли ускорява деградацията на батерията поради високите температури, генерирани от честата употреба.

Ако литиево-йонните батерии се зареждат непрекъснато без достатъчно време за охлаждане, това може да доведе до химическо напрежение, което причинява разлагане на електролитите и електродите.

Част 4 Методи за удължаване на живота на литиево-йонните батерии

• Съхранявайте батерията при умерена температура: Високите температури могат да съкратят живота на батерията. Поради това се препоръчва литиево-йонните батерии да се съхраняват или използват при умерен температурен диапазон от 5°C до 20°C.
• Частично разреждане и презареждане: Частичното разреждане и презареждане на литиево-йонните батерии, вместо пълното им, може да удължи живота им. Избягването на дълбоки разреждания над 50% DOD също може да помогне за удължаване на живота на батерията.
• Поддържайте умерени стойности на заряда (SOC): Екстремните стойности на заряда (SOC) могат да доведат до загуба на капацитет и да съкратят живота на батерията. Поддържането на литиево-йонните батерии на умерено ниво на заряд (SOC) може да намали износването им и да удължи живота им.
• Избягвайте излагане на топлина: Високите температури по време на употреба или съхранение на батерии могат да увеличат дебелината на SEI и да предизвикат окисляване на електролита, което води до загуба на капацитет и съкращаване на живота на батерията.
• Съхранявайте батериите правилно, когато не се използват: Когато не се използват, съхранявайте литиево-йонните батерии при приблизително 50% заряд на батерията (SOC) и далеч от екстремни температури и влажност.
• Избягвайте бързото зареждане и разреждане: Бързото зареждане или разреждане може да причини прекомерно нагряване, което с течение на времето може да повреди вътрешните компоненти на батерията и да съкрати живота ѝ.
• Използвайте OEM (оригинални зарядни устройства от производителя на оборудване): Използването на OEM зарядни устройства, специално проектирани за литиево-йонни батерии, гарантира, че те се зареждат с правилното напрежение и ампераж, за да се предотвратят повреди и да се удължи живота им. LiTime предлага подходящи LiFePO4 зарядни устройства за зареждане на LiFePO4 литиеви батерии.

Заключение

Тази статия описва подробно концепциите, свързани с литиевите батерии, факторите, които влияят на литиевите батерии, и как да удължите живота им. Надяваме се, че ще ви помогне да разберете литиевите батерии. Ако искате да намерите правилната литиева батерия, можете да се обърнете към официалния Уебсайт на LiTime за да научите повече за продуктите и други знания.