Новый аккумулятор и циклирование: зачем нужен заряд-разряд новому Li-ion/Li-Pol?

Feb 18, 2022

Зачем циклирование («обкатка») новым аккумуляторам литий-ионного и литий-полимерного типа?

Узнайте истину о процедуре, вокруг которой образовалось множество мифов.

Что такое «циклирование» аккумуляторных батарей?

Предположим, у вас есть новый литий-ионный или литий-полимерный аккумулятор для гаджета, RC-модели, пылесоса или электроинструмента. Вы могли заказать его у нас или его прислал кто-либо ещё, может быть в мастерской установили.

В инструкции к новому аккумулятору производитель указывает:

«При первом использовании или после длительного хранения рекомендуется полностью зарядить и разрядить аккумулятор 2-3 раза — это способствует оптимизации его работы в дальнейшем».

Вот эта процедура и есть циклирование. То есть выполнение циклов заряда и разряда, которые напоминают что-то вроде «обкатки» новой аккумуляторной батареи. И у процедуры есть конкретная цель.

Зачем нужна такая «обкатка» (циклирование)?

Плюсы циклирования аккумуляторов

Надо понимать, «обкатка» не улучшает заводские характеристики аккумуляторов. Изготовитель уже «инициализировал» (то есть сформировал) ячейки и выполнил тесты — это завершённый продукт.

Аккумуляторы с завода готовы к эксплуатации.

Но в некоторых случаях характеристики могут ухудшиться. Например, при длительном хранении или недостаточной сформированности, ячейки не выходят к нужной производительности [что значит производительность аккумулятора].

Если произошла такая ситуация, то как раз и нужна «обкатка» или, вернее, «циклирование».

Не путать с «калибровкой» электроники (контроллера устройства).

3 причины, почему аккумулятору нужно циклирование

1. Слой SEI (границы раздела твёрдого электролита) утолщается к моменту первого использования.
2. Этому способствует длительное хранение или нарушение условий хранения (ещё быстрая зарядка*, использование некачественных зарядников, к слову).
3. Увеличивается внутреннее сопротивление ячейки (незначительно, но заметно при использовании).

* - Быстрая зарядка длительное время греет ячейку, паразитные химические реакции ускоряются [источник S2352152 X16300 147].

Циклирование аккумулятора помогает в этом случае уменьшить толщину продуктов, образованных вследствие паразитных электрохимических реакций. Снижение толщины слоя SEI восстановит некоторые характеристики (внутреннее сопротивление и ёмкость).

Что такое внутреннее сопротивление у аккумуляторных батарей и ячеек аккумуляторов?

Внутреннее сопротивление («импеданс», IR, Internal Resistance) — то, что определяет в аккумуляторе, как «быстро» он способен расходовать накопленный заряд по сумме сопротивлений всех его компонентов.

Измеряется в Омах (Ом). Чем больше это значение, тем меньше энергии и тем меньший ток аккумулятор может отдавать в нагрузку и тем сильнее он нагревается.

«Что такое «обкатка». Использовались схемы лаборатории ATOMS (Department of Mechanical and Industrial Engineering, Канада).

Мнение Neovolt

Нужно понимать, что в этой процедуре иногда присутствует эффект «плацебо». Батарея вроде бы работает лучше, но в действительности её характеристики не изменились. Как такое возможно?

Несколькими последующими друг за другом циклами заряд-разряд вы прогреваете ячейку. Её электрохимическая система (обычно с кобальтовым катодом) покажет уменьшение внутреннего сопротивления.

Напряжение, при котором работает батарея, становится выше уровня отсечки в 3,2-3,3 В. Фактическая ёмкость увеличилась. Но стоит аккумулятору остыть, как всё вернётся на круги своя.

1. Рекомендуется для всех новых аккумуляторов

Нашим заказчикам мы рекомендуем процедуру циклирования аккумуляторной батареи (новой только купленной) и калибровки электронных компонентов как превентивную меру при начале использования новой батареи. И указываем это в инструкции.

2. Иногда помогает восстановить аккумулятор

Если заказчик без циклирования сразу отправит нам на тест «гарантийный» аккумулятор («плохо держит»), который по результатам 10-часовых тестов покажет хорошую ёмкость и правильное внутреннее сопротивление, то обидно будет всем. Ведь достаточно было его погонять раз-другой.

2. Иногда помогает восстановить аккумулятор

3. Не помогает с бракованными батареями

Но и следует понимать, что циклирование аккумуляторной батареи, как и калибровка её электроники — не панацея, когда речь идёт о браке или сильном износе. В этом случае возможна только замена, никакого восстановления не существует за редким исключением (когда причина в ошибках эксплуатации).

Циклирование упоминается и в документации

В тексте пункта 6.8 руководства Datasheet зарядного микроконтроллера Microchip MCP73811/2 упоминается циклирование. Даётся рекомендация выполнить процедуру после долговременного хранения аккумулятора в целях восстановления полной ёмкости. [DataSheet в PDF].

Интересно, что в пункте не упоминаются негативные долгосрочные последствия для самой батареи, если не выполнить процедуру «обкатки».

Практика циклирования изучалась на NMC-ячейках исследователями Электрохимического сообщества (Journal «Electrochem. Soc.») — результаты опубликованы в их журнале [издание номер 10, том 168]. Её выводы частично вошли в основу этой статьи.

Ещё научных фактов

Пишите вопросы в комментарии. Мы ждём ваши сообщения и ВКонтакте @NeovoltRu.

Подпишитесь на нашу группу, чтобы узнавать новости из мира автономности гаджетов, об их улучшении и прогрессе в научных исследованиях аккумуляторов. Подключайтесь к нам в Facebook и Twitter. Мы также ведём насыщенный блог в «Дзене» и на Medium — заходите посмотреть.