Шуруповёрты Ni-Cd и Li-ion: в каких случаях никель-кадмиевые аккумуляторы лучше?

В трёх условиях никель-кадмиевые аккумуляторы (Ni-Cd, NiCd) превосходят литий-ионные (Li-ion/Li-polymer) при использовании шуруповёрта.

Обновлено 13.09.2022: добавлена информация из комментариев и дискуссии с читателями.

Для ремонтов, дачи, работы шуруповёрты с литий-ионной батареей удобнее. Не забывай заряжать и всего-то! Хватит на несколько лет (особенно если пользоваться редко).

Никель-кадмиевые доставляют заботы — требуют обслуживания, иначе через несколько месяцев перестают держать заряд. Быстро разряжаются или даже совсем отказываются работать.

Основные ситуации, когда Li-ion хуже NiCd:

• 1. старый б/у электроинструмент — восстановить Li-ion нельзя, а NiCd можно (процедура даже входит в обязанности инженеров);
• 2. длительное хранение — разряженные Li-ion до напряжения 2,6В на элемент и ниже уходят в блокировку из-за глубокого разряда, а NiCd наоборот нужно хранить разряженными;
• 3. эксплуатация в экстремальных условиях — в отличие от устойчивой химии NiCd в технологии Li-ion утончённые материалы сепаратора и поверхностных материалов подвержены быстрому износу:
  - при повышении температуры;
  - ускорении химических реакций;
  - изменениям при вибрации перфоратора, падениях, заморозке;
  - из-за чего требуют усиленных мер защиты, которая также может отказывать в экстремальных условиях.

1. Старые Ni-Cd лучше старых Li-ion

При покупке беспроводного электроинструмента в б/у-состоянии (старого на Авито или с рук) аккумулятор технологии Ni-Cd вероятнее всего окажется в лучшем состоянии.

Старая батарея NiCd:

• • выше ресурс (2000 циклов заряд/разряд против 500 у Li-ion) [источник];
• • выше мощность (с годами держит импульсные токи и низкое внутреннее сопротивление);
• • дольше выдержит заряд (при условии регулярного циклирования);
• • служит с десяток лет (зависит от активности применения шуруповёрта) — есть примеры, когда они служат 28 лет с ёмкостью >83% [реальный пример].

Батарея Li-ion отлично работает пока новая и практически не снижает мощность при использовании в отличие от Ni-Cd. Но когда стареет, минусы становятся слишком существенными.

Старая батарея Li-ion:

• • выросло внутреннее сопротивление, уменьшилась ёмкость;
• • ионы лития пробегают свой путь всё хуже;
• • электроды снижают способность заряжаться и разряжаться;
• • нежелательные химические процессы ускоряют необратимый износ;
• • через 2-3 года* срок службы литий-ионных ячеек при активном применении подходит к концу.

Через 2-3 года* срок службы литий-ионных ячеек при активном применении подходит к концу. Они ещё работают (у некоторых и по 7-8 лет до отказа), но держат заряд только на 60-70% от номинальной ёмкости.

Скорее всего в б/у инструменте вы получите именно такой изношенный экземпляр. Когда как никель-кадмиевые сохраняют ёмкость выше 70% номинальной 7-10 лет* регулярных нагрузок.

* - темп сокращения ёмкости зависит от эксплуатационных нагрузок, температурного режима, попыток заряжать на морозе, хранение в полностью заряженном (у Ni-Cd и Li-ion) или разряженном (у Li-ion) состоянии и так далее.

2. В хранении Ni-Cd надёжнее Li-ion

Ni-Cd аккумулятор в режиме редкого использования (раз в несколько месяцев) прослужит на 3-5 лет дольше, чем Li-ion. Он способен практически останавливать окислительно-восстановительные реакции при хранении.

Li-ion сложнее сохранить

Чтобы сохранить работоспособность литий-ионной батареи в шуруповёрте, которым редко пользуются, вам нужно:

• • хранить её с зарядом желательно между 40% и 60%;
• • периодически проверять (раз в 3-6 месяцев) заряд и дозаряжать (к сожалению вопреки рекламе они всё-таки имеют саморазряд, но небольшой — 2-6% в месяц в зависимости от t°);
• • старайтесь хранить их при температуре +15°C (идеально), но не выше +30°C и не в морозильнике (риск коррозии на электродах).

Для следования мерам безопасности исключаются источники тепла. Например, прямые солнечные лучи, радиатор отопления и так далее.

Ni-Cd проще сберечь

Сохранить работоспособность никель-кадмиевой батареи легче:

• • извлечь и положить на хранение в сухом месте;
• • хранить разряженным;
• • после хранения выполнить несколько циклов заряд-разряд.

Температуры, перепады, относительная влажность, сроки хранения, уровень заряда для технологии Ni-Cd практически неважны. Главное после длительного неиспользования или частых подзарядок выполнить тренировочное циклирование из-за эффекта памяти в этом типе химии.

3. Li-ion экстрим переносят хуже Ni-Cd

Экстремальными условиями для аккумуляторной батареи шуруповёрта являются её использование или зарядка:

• • при высоких (от +45°С) или низких (ниже 0°С) температурах,
• • в режимах избыточной нагрузки (максимальной мощности),
• • физическое воздействие (удары, тряска, влага).

Литий-ионные аккумуляторы нежнее

• • При высоких (>+45°C) температурах быстро изнашиваются, образуются газы, ускоряются паразитные химические реакции;
• • способны отказать в работе, например, при размыкании цепи защитой от перегрева/газообразования (терморезистор и CID);
• • при низких температурах ёмкость снижается, но обратимо (пока не вернётся тепло);
• • на морозе затруднительна зарядка (аккумулятор просто не берёт заряд);
• • в электромобилях, например, даже используется подогрев литий-ионных ячеек, иначе они не будут заряжаться ниже 0°C.

Исключением для Li-ion являются две электрохимические системы:

Они выдерживают более жёсткие условия эксплуатации и значительно дольше служат (LFP от 10 лет и выше, LTO 10-20 лет). Однако их изготовление пока ещё непростое для бытовой электроники.

• • Литий-железо-фосфатные (LFP или LiFePO4);
• • литий-титанатные (LTO).

Они выдерживают более жёсткие условия эксплуатации и значительно дольше служат (LFP от 1500 циклов или 10 лет и выше, LTO от 2000 циклов или 10-20 лет). Однако их изготовление пока ещё непростое для бытовой электроники.

Никель-кадмиевые надёжнее

• • Шуруповёрты с Ni-Cd получают более высокие категории допусков к работам в экстремальных условиях на строительных площадках и предприятиях;
• • лучше переносят жестокие температуры и вибрации;
• • работают при температурах от -20°C до +50°C в относительной влажности до 95% без потерь в ёмкости и мощности;
• • идеально подходят для использования в суровых условиях крайнего Севера.

Вибрация и удары

Функции ударной дрели, перфоратора на беспроводном электроинструменте и даже просто вибрации от мотора постепенно убивают литий-ионную батарею:

• • процессы углеродистой пассивации на аноде ускоряются;
• • образуются ветвистые дендриты с укорачиванием путей переноса ионов лития;
• • батарея греется, внутреннее сопротивление растёт, ёмкость и мощность падают.

Никель-кадмиевым подобная участь не грозит. Самое страшное, что с ними может случиться — физическое повреждение и потеря электролита. Народные умельцы заклеивают «бочонки», доливают электролитическую жидкость и продолжают пользоваться инструментом на Ni-Cd-аккумуляторах.

И что в итоге лучше для шуруповёрта?

В большинстве ситуаций лучше отказаться от Ni-Cd

Чтобы никель-кадмиевые сохраняли свои характеристики, их нужно циклировать по разряд-заряду. В ином случае они всегда будут работать хуже литий-ионных, и этот выбор окажется бесполезен.

Практика обслуживания Ni-Cd занимает время. И дома, и в профессиональной работе (когда время — деньги) аккумулятор будет расходным материалом: отработал и на замену.

Понадеялся на восстановление и вот уже остановка, срыв работы в середине рабочего дня. Это никому не нужно — ни Вам лично, ни заказчику, ни работнику. Литий-ионные здесь вне конкуренции пока.

Иногда владельцы считают мёртвой никель-кадмиевую батарею в шуруповёрте, потому что быстро разряжается. Это обратимая потеря ёмкости — возвращается она через восстановление с одной-двумя зарядками по 72 часа (инструкция по ссылке).

Есть ещё и никель-металлогидридные (Ni-MH) аккумуляторы для электроинструмента. Сравнение с Ni-Cd делали в отдельном материале.