О жизни и здоровье литий-ионных батарей

Технологии идут вперед, но инерция мышления, человеческая лень и нежелание учиться новому тянут нас назад. Типичный пример — рекомендации продавцов мобильных телефонов по уходу за аккумулятором. Рассмотрим наиболее распространенные заблуждения относительно литий-ионных аккумуляторов, повсеместно применяемых ныне в мобильных телефонах, медиаплейерах, фотоаппаратах и прочих устройствах, требующих автономного питания.

О жизни и здоровье литий-ионных батарей.

1. "…и помните, первая зарядка — 12-15 часов…", или "…просто оставляете на зарядке на всю ночь…"

2. "…а через 3-5 циклов аккумулятор «раскачается» и наберет полную емкость…"

3. "…желательно полностью заряжать и разряжать батарею…"

4. "… ну и что, что батарее уже больше года, она же не использовалась. Срок службы батареи зависит исключительно от количества циклов "заряд–разряд"…"

Знакомые фразы, да? Я такое слышу постоянно, особенно первые два пункта. И вот наконец, как говорится, "дошли руки" разобраться основательно, что же такое эти литий-ионные (а заодно и литий-полимерные) аккумуляторы, как их лучше заряжать, разряжать и хранить. На оригинальность нижеследующего текста не претендую (информация собрана из интернет-публикаций и энциклопедий), просто хочу внести и свой скромный вклад в популяризацию этих знаний. И для начала немного истории.

Итак, первый серийный литий-ионный аккумулятор был создан компанией SONY в 1992 году. До тех пор аккумуляторы с положительным электродом из лития существовали и использовались, но были небезопасны, т.к. часто загорались и взрывались вследствие внутреннего короткого замыкания. Инженеры SONY заменили чересчур активный металлический литий ионной формой (первоначально использовался кобальтат лития) и снабдили каждую батарею электронной схемой BMS (Battery management System), которая контролировала режимы заряда/разряда и не допускала появления в аккумуляторе металлического лития — виновника тех самых коротких замыканий.

Наличие BMS автоматически опровергает первую из приведенных рекомендацийуправляющая электроника просто не даст зарядить аккумулятор больше, чем это предусмотрено его изготовителем, а весь остаток ночи зарядное устройство будет просто накручивать ваш электросчетчик и обогревать комнату.

Поскольку японская корпорация предусмотрительно запатентовала использованные в своих аккумуляторах материалы, другим производителям пришлось искать альтернативы. И они были найдены, причем две из них (с литий-марганцевым и литий-железофосфатным анодом) оказались в чем-то даже лучше оригинала. Электролит также совершенствуется, и вместо соединения лития, растворенного в органическом растворителе, уже довольно давно и широко применяется сухой полимерный материал. Такие аккумуляторы получили маркировку "Li-Polymer" ("Li-Pol"), что не совсем верно. Побочным эффектом этих разработок стало возрождение источников питания с анодами из металлического лития — твердый полимерный электролит создает в месте контакта с литием защитный слой, исключающий внутренние замыкания. Именно такие аккумуляторы могут с полным правом называться литий-полимерными. Но, поскольку нормальная проводимость ионов лития в твердом электролите возможна при температуре от +40 °С и выше (по другим источникам — от +60 °С), использоваться в портативных устройствах они никак не могут.

Подробнее об устройстве и особенностях различных типов аккумуляторов можно почитать, например, здесь, здесь и здесь (англ.))

Для утверждения №2 о постепенной "раскачке" не потребовалось искать научных опровержений, помогла практика. Недавно приобретенный на замену штатному аккумулятор для Motorola V9 после первой же полной зарядки отработал почти 5 суток (в 2G сети при небольшом количестве разговоров). А вскоре еще два новых гаджета подтвердили тот факт, что литий-ионным аккумуляторам "тренировка" не требуется.

У рекомендации номер 3 "ноги растут" еще из правил эксплуатации никель-кадмиевых батарей, которые нужно было полностью разряжать перед зарядкой, иначе батарея необратимо теряла часть емкости. Так вот, мало того, что литий-ионные аккумуляторы не имеют "эффекта памяти", им еще и противопоказан глубокий разряд. При частом использовании это не актуально, т.к. BMS не дает батарее разряжаться полностью, но если оставить ее в разряженном состоянии на месяц, есть большая вероятность, что остатки заряда "утекут", в аккумуляторе произойдут необратимые изменения, и его жизненный цикл на этом завершится. Перезаряд тоже вреден, но контроллер батареи его не допустит.

Кроме того, рекомендация использовать полные циклы "заряд/разряд" имеет еще два "обоснования". Часто встречается ее вариант "заряжайте как хотите, но хотя бы раз в неделю (месяц) разрядите и зарядите полностью". Такая схема работы оптимальна для никель-металгидридных аккумуляторов — они также обладают эффектом памяти, но намного меньшим, чем Ni-Cd, и восстанавливают емкость после 1-2 полных циклов.

Из утверждения номер 4 следует логичный вроде бы вывод – раз время жизни батареи измеряется количеством циклов, значит, лучше использовать их полностью. Здесь тоже не всё так просто. Во-первых, полный заряд и полный разряд быстрее изнашивают батарею, поэтому не стоит бояться неполных циклов — напротив, они продлевают ее жизнь.

Глубина разряда
Количество циклов разряда
100%
500
50%
1500
25%
2500
10%
4700
(Источник — http://bit.ly/fw97v8)

Во-вторых, литий-ионные аккумуляторы стареют и теряют емкость даже без использования. Уже после года "на полке" теряется 5-10% ресурса батареи, после 2 лет — до 30%. Поэтому, приобретая новое портативное устройство, обращайте внимание на дату выпуска источника питания. Очевидно также, что покупка батареи "впрок", даже если ее трудно найти в продаже, бесполезна. Но если режим работы гаджета требует зарядки чаще раза в сутки, то можно использовать 2 аккумулятора по очереди.

Тут мы плавно переходим к вопросу хранения. Установлено, что лучше всего литий-ионные аккумуляторы хранятся при температуре около +5°. Чем выше температура эксплуатации и хранения аккумулятора, тем быстрее он стареет и теряет емкость. Если вы не пользуетесь старым телефоном, но хотите сохранить его в рабочем состоянии на всякий случай — извлеките его батарею, предварительно зарядив (или разрядив) ее примерно до 40%, упакуйте в герметичный полиэтиленовый пакет, положите в холодильник и раз в полгода-год подзаряжайте до того же уровня, предварительно дав прогреться до комнатной температуры.

Кстати, о температурном режиме. Оптимальная температура для зарядки и разрядки литий-ионных аккумуляторов — комнатная (20–25 градусов Цельсия), причем если разряжать их можно и при отрицательных температурах (до -10…-20 °С), то заряжать можно (внимание!) только при положительных.
Вот еще одна интересная табличка:
 
Деградация характеристик наиболее распространенных литий-кобальтовых аккумуляторов в связи с температурой хранения и степенью заряда
Температура, °C
40% уровень заряда
100% уровень заряда
0°C
98% через 1 год
94% через 1 год
25°C
96% через 1 год
80% через 1 год
40°C
85% через 1 год
65% через 1 год
60°C
75% через 1 год
60% через 3 месяца

Ну и краткое резюме всего вышесказанного:

Использование:

не оставлять аккумулятор надолго полностью разряженным

— не бояться неполных циклов заряда/разряда

— не заряжать при температурах ниже 0°С

Хранение:

— отдельно от телефона в прохладном месте с начальным уровнем заряда 40-50%

— подзарядка раз в полгода-год (после прогрева до комнатной температуры).