Почему литий-ионные батареи 18650 теряют заряд при длительном хранении?
Введение
Формат 18650 — один из самых популярных среди литий-ионных аккумуляторов, широко применяемый в электронике, фонарях, инструментах, электротранспорте. Однако пользователи и инженеры часто сталкиваются с ситуацией: батарея, пролежавшая несколько месяцев, частично или полностью теряет заряд. Почему это происходит, даже если аккумулятор никуда не подключён?
Ответ — в особенностях химии, физики и электроники литиевых элементов. В этой статье рассмотрим основные механизмы саморазряда, параметры, от которых он зависит, и практические рекомендации по минимизации потерь заряда при хранении.
1. Что такое саморазряд
Саморазряд — это снижение уровня заряда аккумулятора при хранении без подключения к нагрузке. Он выражается в мА·ч (абсолютная потеря) или в процентах от номинала за единицу времени.
Для качественных литий-ионных элементов, таких как 18650, нормальный саморазряд составляет:
-
до 3–5% в месяц при 20–25°C;
-
до 10% в месяц при +40°C;
-
вдвое меньше при температуре <10°C.
2. Химические причины саморазряда
Основные внутренние процессы, приводящие к утечке заряда:
2.1. Рост SEI-плёнки
SEI (solid electrolyte interphase) — защитный слой, формирующийся на аноде при первой зарядке. Со временем он продолжает расти, поглощая ионы лития, недоступные для разряда. Это эквивалентно потере активной ёмкости.
2.2. Электрохимическое окисление электролита
Даже без тока, на границе катод-электролит возможны медленные реакции, которые потребляют заряд и разрушают растворители. Это приводит к деградации и снижению напряжения.
2.3. Взаимодействие с остатками влаги и примесями
Даже при высоком уровне очистки, следовые количества H₂O, CO₂ и примесей в электролите способствуют паразитным реакциям.
3. Электрические факторы
3.1. Ток покоя BMS
Если аккумулятор встроен в устройство или содержит собственную плату защиты, она потребляет ток даже в «выключенном» состоянии. Типичные значения:
-
10–50 мкА для хороших BMS
-
100–200 мкА для дешёвых китайских
Даже такой ток за несколько месяцев может обнулить заряд небольшого аккумулятора.
4. Температурное влияние
Температура сильно влияет на скорость утечки заряда:
|
Температура |
Потери в месяц |
|
0°C |
<2% |
|
20°C |
~3–4% |
|
35°C |
~7% |
|
45°C |
>10% |
Повышение температуры ускоряет все химические процессы, в том числе деградацию электролита и SEI.
5. Влияние уровня заряда на хранение
Наилучший уровень заряда для хранения — 40–60% (3.6–3.75 В). Хранение полностью заряженных аккумуляторов ускоряет деградацию, особенно при температуре >25°C.
Исследования показывают:
-
При хранении на 4.2 В и 40°C: потеря до 20% ёмкости за 6 месяцев
-
При хранении на 3.7 В и 20°C: потеря <5% за тот же срок
6. Влияние старения и циклов
С возрастом аккумулятора:
-
растёт внутренняя утечка тока;
-
снижается ёмкость из-за неактивных участков анода/катода;
-
усиливается внутренний дисбаланс (особенно в сборках).
Даже если батарея не использовалась, но пролежала 2–3 года — потери заряда будут выше.
7. Как измерить саморазряд
-
Зарядите элемент до 4.2 В
-
Отключите от всех нагрузок и устройств
-
Через 30–60 дней измерьте напряжение и повторно зарядите
-
Разрядите и замерьте мА·ч → разница = потерянная ёмкость
Также можно использовать стенды анализа (например, ZKETECH, EBC-A20, iCharger) с функцией хранения.
8. Инженерные рекомендации по хранению
-
Заряжайте до 3.6–3.75 В перед хранением
-
Храните при +15…+20°C, в герметичной коробке
-
Раз в 3–6 месяцев проверяйте напряжение
-
Не оставляйте аккумуляторы с BMS подключёнными
-
Для длительного хранения используйте огнестойкие чехлы
-
Избегайте солнечного света и повышенной влажности
9. Примеры расчёта потерь
Пример:
4 × 18650, по 3000 мА·ч → суммарная ёмкость: 12 000 мА·ч
Температура хранения: 25°C, срок — 90 дней
Ожидаемый саморазряд: ~4%/мес = ~12% за 3 месяца
Потери: 0.12 × 12 000 = 1440 мА·ч
10. Что не стоит делать
-
Не храните полностью заряженные или полностью разряженные элементы
-
Не оставляйте батареи без контроля более 6 месяцев
-
Не используйте элементы, просевшие ниже 2.5 В — они потенциально опасны
-
Не смешивайте новые и старые элементы в одной сборке после хранения
Заключение
Саморазряд литий-ионных аккумуляторов формата 18650 — результат внутренних химических процессов, внешней температуры и электроники управления. Он неизбежен, но его можно минимизировать при соблюдении правильных условий хранения. Инженеру важно понимать, что долговременное хранение — это тоже режим эксплуатации, требующий внимания к уровню заряда, температуре и изоляции. Это продлевает срок службы батарей и снижает риск аварий.