Pre-praznjenje litij-ionskih baterij neposredno ne sproži litijskega nanosa, vendar sproži vrsto stranskih reakcij, ki posredno povečajo tveganje litijskega nanosa med poznejšim polnjenjem.
Neposredne posledice prekomerne{0}}razelektritve
Raztapljanje bakrene folije in tvorba bakrenih dendritov
Pri prekomerni-razelektritvi do nenormalno visokega potenciala negativne elektrode (običajno nad 1,5 V v primerjavi z Li/Li⁺), se bakreni zbiralnik toka na anodi podvrže oksidativnemu raztapljanju, da nastanejo Cu²⁺ ioni. Po prehodu na katodo se ioni Cu²⁺ reducirajo v kovinski baker in odložijo, da tvorijo bakrene dendrite. Ti dendriti lahko predrejo separator in povzročijo notranje kratke stike.
Razgradnja filma SEI in nastajanje plina
Pre-razelektritev vodi do prekomerne deinterkalacije litija iz anode. Film SEI se razgradi, pri čemer se sproščajo toplota in plini (kot sta CO in H₂), ki poslabšajo nabrekanje baterije.
Posredna povezava med pre-razelektritvijo in litijevo prevleko
Povečano tveganje litijeve prevleke pri poznejšem polnjenju
Pre-praznjenje poškoduje notranjo strukturo akumulatorja (npr. zdrobljen film SEI, nastajanje bakrenega dendrita) in poveča notranji upor. Če se polnjenje izvaja pod takimi pogoji, se bodo pojavile naslednje težave:
Poslabšani kinetični pogoji: Poškodovani anodni vmesniki in porabljen elektrolit ovirajo interkalacijo litij-ionov, zlahka potegnejo anodni potencial pod 0 V in sprožijo litijsko prevleko.
Povečana lokalna gostota toka: bakreni dendriti ali blokade separatorja lahko povzročijo lokalizirano polarizacijo in pospešijo litijsko prevleko.
Eksperimentalni dokazi
Pri polnjenju preveč-izpraznjenih baterij se lahko na površini anode pojavijo sivo-bela območja litijeve prevleke poleg črnih madežev (območja-brez litija), kar dokazuje, da je litijeva prevleka povezana s poškodbo vmesnika, ki jo povzroči prekomerna-praznjenost.
Sprožilni pogoji za litijsko prevleko
Prevleka z litijem se sama po sebi pojavi med polnjenjem in zahteva dva predpogoja:
Termodinamični pogoj: Anodni potencial Manjši ali enak 0 V (v primerjavi z Li/Li⁺).
Kinetično stanje: Hitrost interkalacije litij-ionov je nižja od hitrosti odlaganja litija (npr. nizka temperatura, visoka-hitrost polnjenja).
Čeprav prekomerna-praznjenost ne more neodvisno izpolniti termodinamičnih zahtev za litijsko prevleko, ogroža strukturo baterije in ustvarja skrita tveganja, ki omogočajo pogoje litijeve prevleke med poznejšim polnjenjem.
Zaključek
Pre-razelektritev drastično poveča tveganje litijeve prevleke pri poznejšem polnjenju posredno prek treh mehanizmov: notranji kratki stiki zaradi bakrenih dendritov, razpad filma SEI in resna poškodba vmesnika. Za praktične aplikacije je treba strogo preprečiti prekomerno-razelektritev (npr. s konfiguracijo izklopne-napetosti praznjenja). Ko pride do prekomerne-praznjenosti, je treba sprejeti konzervativne protokole polnjenja (npr. nizko{10}}tokovno obnovitveno polnjenje), da ublažite varnostna tveganja.
