Litija-jonu akumulatoru pārmērīga izlāde tieši neizraisa litija pārklājumu, taču tā izraisa virkni blakusreakciju, kas netieši palielina litija pārklājuma risku turpmākās uzlādes laikā.
Pārmērīgas{0}}izlādes tiešās sekas
Vara folijas šķīdināšana un vara dendrīta veidošanās
Kad pār-izlāde tiek izlādēta līdz neparasti augstam negatīvam elektroda potenciālam (parasti virs 1,5 V salīdzinājumā ar Li/Li⁺), vara strāvas kolektors uz anoda tiek pakļauts oksidatīvai šķīdināšanai, veidojot Cu²⁺ jonus. Pēc migrācijas uz katodu Cu²⁺ joni tiek reducēti par metālisku varu un nogulsnējas, veidojot vara dendritus. Šie dendriti var caurdurt separatoru un izraisīt iekšējos īssavienojumus.
SEI filmu sadalīšanās un gāzes ģenerēšana
Pārmērīga -izlāde izraisa pārmērīgu litija deinterkalāciju no anoda. SEI plēve sadalās, izdalot siltumu un gāzes (piemēram, CO un H₂), kas pastiprina akumulatora uzpūšanos.
Netieša saikne starp pārmērīgu{0}}izlādi un litija pārklājumu
Paaugstināts litija pārklājuma risks turpmākās uzlādes laikā
Pārmērīga -izlāde bojā akumulatora iekšējo struktūru (piemēram, saplīsusi SEI plēve, veidojas vara dendrīts) un palielina iekšējo pretestību. Ja uzlāde tiek veikta šādos apstākļos, radīsies šādas problēmas:
Pasliktināti kinētiskie apstākļi: bojātas anoda saskarnes un patērētais elektrolīts kavē litija{0}}jonu interkalāciju, viegli pavelkot anoda potenciālu zem 0 V un iedarbinot litija pārklājumu.
Palielināts lokālais strāvas blīvums: Vara dendriti vai separatora aizsprostojumi var izraisīt lokālu polarizāciju un paātrināt litija pārklājumu.
Eksperimentālie pierādījumi
Kad tiek uzlādēti vairāk-izlādēti akumulatori, uz anoda virsmas var parādīties izslēgtas-baltas litija pārklājuma zonas līdzās melniem plankumiem (litija -brīvie reģioni), pierādot, ka litija pārklājums ir saistīts ar saskarnes bojājumiem, ko izraisa pārmērīga-izlāde.
Litija pārklājuma aktivizēšanas nosacījumi
Litija pārklājums notiek uzlādes laikā, un tam ir nepieciešami divi priekšnosacījumi:
Termodinamiskais stāvoklis: anoda potenciāls ir mazāks vai vienāds ar 0 V (pret Li/Li⁺).
Kinētiskais stāvoklis: litija -jonu interkalācijas ātrums ir mazāks nekā litija nogulsnēšanās ātrums (piemēram, zema temperatūra, liela- ātruma uzlāde).
Lai gan pārmērīga -izlāde nevar patstāvīgi apmierināt litija pārklājuma termodinamiskās prasības, tā apdraud akumulatora struktūru un rada slēptus riskus, kas nodrošina litija pārklājuma apstākļus vēlākas uzlādes laikā.
Secinājums
Pārmērīga izlāde dramatiski palielina litija pārklājuma risku turpmākās uzlādes laikā, izmantojot trīs mehānismus: iekšējos īssavienojumus no vara dendritiem, SEI plēves sadalīšanos un nopietnus saskarnes bojājumus. Praktiskiem lietojumiem ir stingri jānovērš pārmērīga -izlāde (piemēram, konfigurējot izlādes-izslēgšanas spriegumu). Pēc pārmērīgas-izlādes ir jāizmanto konservatīvi uzlādes protokoli (piem., zemas{10}}strāvas atjaunošanas uzlāde), lai mazinātu drošības apdraudējumu.
