Prekomjerno{0}}pražnjenje litijum{1}}jonskih baterija ne pokreće direktno litijumsko prevlačenje, ali inicira niz nuspojava koje indirektno povećavaju rizik od litijumske prevlake tokom naknadnog punjenja.
Direktne posljedice prekomjernog{0}}pražnjenja
Otapanje bakrene folije i formiranje bakrenih dendrita
Kada se preko-isprazni do nenormalno visokog negativnog potencijala elektrode (obično iznad 1,5 V u odnosu na Li/Li⁺), kolektor struje bakra na anodi podliježe oksidativnom rastvaranju kako bi se generirali Cu²⁺ joni. Nakon migriranja na katodu, Cu²⁺ joni se redukuju u metalni bakar i talože se da formiraju bakrene dendrite. Ovi dendriti mogu probiti separator i izazvati unutrašnje kratke spojeve.
Razgradnja SEI filma i stvaranje plina
Prekomjerno{0}}pražnjenje dovodi do prekomjerne deinterkalacije litijuma iz anode. SEI film se razgrađuje, oslobađajući toplinu i plinove (kao što su CO i H₂), koji pogoršavaju bubrenje baterije.
Indirektna veza između preko-pražnjenja i litijumske prevlake
Povećan rizik od litijumske prevlake u naknadnom punjenju
Prekomjerno{0}}pražnjenje oštećuje unutrašnju strukturu baterije (npr. polomljen SEI film, stvaranje bakarnih dendrita) i povećava unutrašnji otpor. Ako se punjenje vrši pod takvim uvjetima, pojavit će se sljedeći problemi:
Pogoršani kinetički uvjeti: Oštećeni anodni interfejsi i potrošen elektrolit ometaju interkalaciju litijum{0}}jona, lako povlačeći anodni potencijal ispod 0 V i pokrećući litijumsko prevlačenje.
Povećana lokalna gustina struje: bakreni dendriti ili blokade separatora mogu uzrokovati lokaliziranu polarizaciju i ubrzati litij.
Eksperimentalni dokazi
Kada se previše{0}}isprazne baterije pune, na površini anode mogu se pojaviti blistave-zone litijumske prevlake uz crne mrlje (područja bez litijuma-), što dokazuje da je litijumsko prevlačenje povezano sa oštećenjem interfejsa izazvanim prekomjernim-pražnjenjem.
Uvjeti okidanja za litijumsko prevlačenje
Litijumsko oblaganje se dešava tokom punjenja i zahteva dva preduslova:
Termodinamičko stanje: Anodni potencijal manji ili jednak 0 V (u odnosu na Li/Li⁺).
Kinetičko stanje: Brzina interkalacije litijum{0}}jona je niža od brzine taloženja litijuma (npr. niska temperatura, visoka -brzina punjenja).
Dok prekomjerno{0}}pražnjenje ne može samostalno zadovoljiti termodinamičke zahtjeve za litijumsko prevlačenje, ono kompromituje strukturu baterije i stvara skrivene rizike koji omogućavaju uslove litijumske prevlake tokom kasnijeg punjenja.
Zaključak
Prekomjerno{0}}pražnjenje drastično povećava rizik od litijumske prevlake u naknadnom punjenju indirektno preko tri mehanizma: unutrašnjih kratkih spojeva od bakrenih dendrita, raspadanja SEI filma i ozbiljnog oštećenja interfejsa. Za praktične primjene, prekomjerno-pražnjenje mora biti striktno spriječeno (npr. konfigurisanjem napona isključenja-pražnjenja). Nakon što dođe do prekomjernog-pražnjenja, treba usvojiti konzervativne protokole punjenja (npr. nisko{10}}punjenje za oporavak) kako bi se umanjili sigurnosni rizici.
