Сокращает ли полная разрядка литиевой батареи срок ее службы?

Для версии TLDR перейдите к последнему абзацу.

Поскольку AccuBattery ссылается на другую статью, а не на ту, которую они на самом деле цитировали, мне захотелось дважды проверить, правильно ли они представили статью ... и они это делают. Вот аннотация Чоя и Лима (заявивших о своей принадлежности к Samsung) «Факторы, влияющие на срок службы и возможные механизмы деградации литий-ионного элемента на основе LiCoO2» (2003):

Было проведено обширное испытание литий-ионного (Li-ion) элемента в различных условиях циклирования, чтобы оценить факторы, влияющие на его срок службы. Исследование выполнено на намотанной призматической ячейке емкостью 900 мА·ч, содержащей положительный электрод LiCoO2 (катод) и отрицательный электрод (анод) из синтетического графита. На срок службы сильно влияют условия заряда, но он относительно нечувствителен к условиям разрядки . Высокие напряжения отключения заряда и длительный период плавающего заряда при 4,2 В и выше оказывают наиболее серьезное влияние на срок службы. Другим опасным условием является высокая скорость зарядки выше 1C, но уменьшение глубины разрядки не увеличивает срок службы, в отличие от других перезаряжаемых батарей, таких как щелочные и свинцово-кислотные батареи.. Зависимость скорости деградации от зарядного напряжения и периода высокого зарядного напряжения позволяет предположить, что причиной может быть электрохимическое окисление.

А подробнее в полном тексте статьи:

Для оценки влияния DoD на производительность цикла на рис. 5 показано изменение емкости для режима отключения разряда при различных напряжениях в диапазоне от 2,75 до 3,55 В после полной зарядки элемента скоростью 1С. заметная зависимость скорости снижения емкости при циклировании от ПД наблюдается в пределах 500 циклов.

Их вывод, вероятно, основан на том факте, что наклоны всех линий на приведенном выше графике кажутся одинаковыми, поэтому деградация не зависит от глубины разряда. (Кроме того, более низкое напряжение разряда дает более высокую [полезную] емкость.)

Более сложный вопрос заключается в том, все ли литий-ионные аккумуляторы такие, потому что исследование Чоя и Лима довольно узкое.

Немного больше поиска нашел статью 2006 года Avestor boffins, в которой действительно обнаружено значительное влияние Министерства обороны на срок службы батарей LMP (литий-металл-полимер) с катодом из оксида ванадия. Насколько я знаю, этот тип батареи не используется в бытовой электронике. И Авестор не так поздно после этого закрылся ...

Я также нашел несколько слайдов из проекта Аахенского университета под названием Batteries2020 , которые показывают некоторую незначительную деградацию при DoD (потеря емкости на 2,5% после ~1000 циклов при рабочей температуре 25°C и на 15% при 45°C):

К сожалению, на этих слайдах не указан точный химический состав протестированных клеток (кроме «Li-ion» в названии презентации). У них может быть где-то документ, где это подробно описано.

Так что я думаю, что в свете последнего заявление Choi & Lim (и как передано AccuBattery) примерно верно, если только вас не волнуют эти дополнительные 2,5-15% после тысячи циклов. И наоборот, если вы намереваетесь достичь миллионов циклов вместо тысяч (поскольку последнее обычно предназначено для бытовой электроники), то DoD будет серьезной проблемой.

И статья, посвященная розничным продажам аккумуляторов 18650 , обнаружила несоответствие с теорией в некоторых элементах:

На рис. 4 также показано, как стареют клетки с частичным циклом по сравнению с клетками с полным циклом. Для элементов Sanyo и Panasonic наблюдается четкая тенденция к меньшему старению частично циклированных элементов с каждым циклом по сравнению с полными циклами, как и ожидалось. Однако из-за того, что частично цикличные клетки поглощают и отдают меньше заряда и энергии в каждом цикле, чем полностью цикличные клетки, сравнение на основе циклов несколько менее значимо, чем сравнение на основе совокупной пропускной способности энергии, как показано на рис. 5. Сравнение ячеек путем подгонки линейных кривых к измерениям пропускной способности энергии дает неокончательный результат, как показано в Таблице IV. В то время как для обоих типов элементов Panasonic и элементов UF4900 неполные циклы приводят к более низкой средней деградации на пропускную способность энергии, чем полные циклы, элементы San2600 и UF4200 обнаружили, что неполные циклы приводят к более высокой деградации. Этот противоречивый результат предполагает, что размер выборки из двух клеток на тип и цикл разряда недостаточен для убедительных исследований влияния небольших изменений цикла на старение.

И еще одна статья со странным результатом в отношении эффекта Министерства обороны США:

Напряжение отсечки разрядной ступени (V2) колеблется от 3,0 В до 2,4 В. Из рис. 9 видно, что быстрее всего емкость снижается, когда напряжение находится на среднем уровне (2,5 В). Этот результат отличается от рис. 5 исследования Чоя [28] тем, что DOD мало влияет на старение в течение 500 циклов. Причина того явления, что клетки стареют быстрее при V2 = 2,5 В, чем при V2 = 2,4 В, до конца не выяснена.

Их основные выводы/аннотация (чтобы лучше объяснить рисунок):

На скорость старения литий-ионных аккумуляторов в условиях циклирования влияет множество факторов. Систематически исследуются семь основных факторов с использованием ортогонального плана экспериментов, а статистический анализ используется для определения порядка основных факторов с точки зрения силы, вызывающей снижение емкости. Этими семью основными факторами являются: токи заряда и разряда (i1, i2) в режиме постоянного тока, напряжения отсечки заряда и разряда (V1, V2) и соответствующие длительности (t1, t2) в режиме постоянного напряжения, и температура окружающей среды (Т). Для экспериментов был выбран ортогональный массив с 18 тестовыми единицами. Результаты испытаний показывают, что (1) в течение начального периода снижения мощности на 10 % мощность уменьшалась линейно с пропускной способностью Втч для всех условий испытаний; (2) после начального периода, некоторые циклические условия усугубляют темпы старения, в то время как другие остаются прежними. Статистические результаты показывают, что: (1) кроме t1 остальные шесть основных факторов существенно влияют на скорость старения; 2) сила главных факторов ранжировалась следующим образом: i1 > V1 > T > t2 > V2 > i2 > t1.

Еще одно исследование, проведенное в Нидерландах в рамках докторской диссертации 2017 года по батареям LFP Ли Д., показало результаты (стр. 139–140), несколько похожие на Batteries2020 (надеюсь, это не те же данные). Опять же, при разрядке при температуре окружающей среды 20°C DoD имел небольшой общий эффект (менее 5%), но это становится более выраженным при более высоких температурах... но есть также интересная инверсия, когда рассматривается потеря пропускной способности энергии, а не просто потеря цикла, потому что циклирование с меньшее окно состояния заряда извлекает меньше энергии за цикл из батареи. С точки зрения потери пропускной способности, разрядка от 0% до 100% DoD была менее вредной, чем разрядка от 70% до 100% при температуре окружающей среды выше 40°C. При температуре окружающей среды 60°C все частичные разряды показали себя хуже, чем полный разряд с точки зрения пропускной способности.

Из рис. 6.20б и в следует, что скорость снижения [максимальный заряд / максимальный начальный заряд] для SoC = 0-100 % меньше, чем циклирование в диапазоне SoC = 70-100 % при 40 °С (рис. 6.20). б) и мала по сравнению с другими окнами SoC с частичным циклированием при 60 °C (рис. 6.20c).

Итак, из всего этого можно сделать вывод, что эффект от полной разрядки литий-ионного аккумулятора (различного химического состава) для бытовой электроники весьма незначителен. BU технически верно, что литий-ионные батареи (как и большинство перезаряжаемых) будут терять меньше емкости за цикл, когда они не полностью разряжены, но эта потеря довольно мала для литий-ионных батарей при обычной комнатной температуре для бытовой электроники, что является сутью документ, цитируемый AccuBattery; последний сайт преувеличивает свои выводы, заявляя, что эффект равен нулю, что, по-видимому, не соответствует действительности, основываясь на данных исследований, которые позволяют лучше оценить небольшой эффект. Кроме того, цикл с меньшим окном состояния заряда также дает меньше энергии.