Över-urladdning av litium-jonbatterier utlöser inte direkt litiumplätering, men det initierar en serie sidoreaktioner som indirekt ökar risken för litiumplätering under efterföljande laddning.
Direkta konsekvenser av över-urladdning
Kopparfolieupplösning och koppardendritbildning
När den över-urladdas till en onormalt hög negativ elektrodpotential (vanligtvis över 1,5 V vs. Li/Li⁺), genomgår kopparströmkollektorn på anoden oxidativ upplösning för att generera Cu²⁺-joner. Efter migrering till katoden reduceras Cu2+-joner till metallisk koppar och avsätts för att bilda koppardendriter. Dessa dendriter kan tränga igenom separatorn och inducera interna kortslutningar.
SEI-filmnedbrytning och gasgenerering
Över-urladdning leder till överdriven deinterkalering av litium från anoden. SEI-filmen sönderdelas och frigör värme och gaser (som CO och H₂), vilket förvärrar batterisvällning.
Indirekt länk mellan över-urladdning och litiumplätering
Förhöjd risk för litiumplätering vid efterföljande laddning
Över-urladdning skadar den interna batteristrukturen (t.ex. trasig SEI-film, generering av koppardendrit) och ökar det interna motståndet. Om laddning utförs under sådana förhållanden kommer följande problem att uppstå:
Försämrade kinetiska förhållanden: Skadade anodgränssnitt och förbrukad elektrolyt hindrar litium-joninterkalering, drar lätt anodpotentialen under 0 V och utlöser litiumplätering.
Ökad lokal strömtäthet: Koppardendriter eller separatorblockeringar kan orsaka lokal polarisering och påskynda litiumplätering.
Experimentella bevis
När över-urladdade batterier laddas, kan o-vita litiumpläteringszoner bredvid svarta fläckar (litium-fria områden) uppträda på anodens yta, vilket bevisar att litiumplätering är korrelerad med gränssnittsskada orsakad av över-urladdning.
Utlösande villkor för litiumplätering
Litiumplätering sker i sig under laddning och kräver två förutsättningar:
Termodynamiskt tillstånd: Anodpotential Mindre än eller lika med 0 V (mot Li/Li⁺).
Kinetiskt tillstånd: Litium-jonens interkaleringshastighet är lägre än litiumavsättningshastigheten (t.ex. låg temperatur, hög-laddningshastighet).
Även om över-urladdning inte självständigt kan uppfylla det termodynamiska kravet för litiumplätering, äventyrar det batteristrukturen och skapar dolda risker som möjliggör litiumplätering under senare laddning.
Slutsats
Över-urladdning ökar drastiskt risken för litiumplätering vid efterföljande laddning indirekt via tre mekanismer: interna kortslutningar från koppardendriter, SEI-filmnedbrytning och allvarliga gränssnittsskador. För praktiska tillämpningar måste över-urladdning strikt förhindras (t.ex. genom att konfigurera en urladdningsavstängnings-spänning). Efter över-urladdning bör konservativa laddningsprotokoll (t.ex. låg{10}}strömåterställningsladdning) användas för att minska säkerhetsrisker.
