Preko-pražnjenje litij-ionskih baterija ne pokreće izravno litijsko presvlačenje, ali pokreće niz nuspojava koje neizravno povećavaju rizik od litij-pokrivanja tijekom naknadnog punjenja.
Izravne posljedice prekomjernog-pražnjenja
Otapanje bakrene folije i stvaranje bakrenih dendrita
Kada se preko-isprazni do abnormalno visokog potencijala negativne elektrode (obično iznad 1,5 V u odnosu na Li/Li⁺), bakreni kolektor struje na anodi podvrgava se oksidativnom otapanju kako bi se stvorili Cu²⁺ ioni. Nakon migriranja na katodu, Cu²⁺ ioni se reduciraju u metalni bakar i talože u obliku bakrenih dendrita. Ovi dendriti mogu probiti separator i izazvati unutarnje kratke spojeve.
SEI razgradnja filma i stvaranje plina
Pre-pražnjenje dovodi do prekomjerne deinterkalacije litija iz anode. SEI film se razgrađuje, oslobađajući toplinu i plinove (kao što su CO i H₂), koji pogoršavaju bubrenje baterije.
Neizravna veza između preko-pražnjenja i litijske ploče
Povećan rizik od litijske presvlake pri naknadnom punjenju
Preko-pražnjenje oštećuje unutarnju strukturu baterije (npr. slomljen SEI film, stvaranje bakrenog dendrita) i povećava unutarnji otpor. Ako se punjenje izvodi pod takvim uvjetima, pojavit će se sljedeći problemi:
Pogoršani kinetički uvjeti: Oštećena sučelja anoda i potrošeni elektrolit ometaju interkalaciju litij{0}}iona, lako povlačeći anodni potencijal ispod 0 V i pokrećući presvlačenje litijem.
Povećana lokalna gustoća struje: Bakreni dendriti ili začepljenja separatora mogu uzrokovati lokaliziranu polarizaciju i ubrzati presvlačenje litijem.
Eksperimentalni dokazi
Kada se pre-ispražnjene baterije pune, na površini anode mogu se pojaviti b-bijele zone litijeve oplate uz crne mrlje (područja-bez litija), što dokazuje da je prekrivanje litijem povezano s oštećenjem sučelja izazvanim prekomjernim-pražnjenjem.
Uvjeti pokretanja litijskog presvlačenja
Pokrivanje litijem inherentno se događa tijekom punjenja i zahtijeva dva preduvjeta:
Termodinamički uvjet: anodni potencijal manji ili jednak 0 V (u odnosu na Li/Li⁺).
Kinetičko stanje: Brzina interkalacije litij{0}}iona niža je od stope taloženja litija (npr. niska temperatura, visoka-brzina punjenja).
Iako prekomjerno{0}}pražnjenje ne može neovisno zadovoljiti termodinamički zahtjev za litij, ono ugrožava strukturu baterije i stvara skrivene rizike koji omogućuju uvjete litija tijekom kasnijeg punjenja.
Zaključak
Prekomjerno{0}}pražnjenje drastično povećava rizik od litijske presvlake pri naknadnom neizravnom punjenju putem tri mehanizma: unutarnji kratki spojevi od bakrenih dendrita, razgradnja SEI filma i ozbiljno oštećenje sučelja. Za praktične primjene, prekomjerno-pražnjenje mora biti strogo spriječeno (npr. konfiguriranjem napona prekida-pražnjenja). Nakon što dođe do prekomjernog-pražnjenja, trebalo bi usvojiti konzervativne protokole punjenja (npr. nisko-strujno ponovno punjenje) kako bi se ublažile sigurnosne opasnosti.
