การคายประจุเกิน-จะทำให้เกิดการชุบลิเธียมในแบตเตอรี่ลิเธียม-ไอออนหรือไม่

การคายประจุแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน-มากเกินไป-ไม่ได้ทำให้เกิดการชุบลิเธียมโดยตรง แต่จะทำให้เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงต่างๆ ที่อาจเพิ่มความเสี่ยงทางอ้อมในการชุบลิเธียมในระหว่างการชาร์จครั้งต่อไป

ผลที่ตามมาโดยตรงจากการคายประจุเกิน-

การละลายของฟอยล์ทองแดงและการก่อตัวของเดนไดรต์ของทองแดง

เมื่อปล่อยประจุเกิน-จนศักย์ไฟฟ้าเป็นลบสูงผิดปกติ (โดยทั่วไปจะสูงกว่า 1.5 V เทียบกับ Li/Li⁺) ตัวสะสมกระแสทองแดงบนขั้วบวกจะผ่านการละลายแบบออกซิเดชันเพื่อสร้างไอออน Cu²⁺ หลังจากที่ย้ายไปยังแคโทดแล้ว ไอออน Cu²⁺ จะถูกรีดิวซ์เป็นทองแดงที่เป็นโลหะและสะสมจนเกิดเป็นทองแดงเดนไดรต์ เดนไดรต์เหล่านี้อาจเจาะทะลุตัวแยกและทำให้เกิดการลัดวงจรภายใน

การสลายตัวของฟิล์ม SEI และการสร้างก๊าซ

การคายประจุมากเกินไป-ทำให้เกิดการดีอินเตอร์คาเลชันลิเธียมจากขั้วบวกมากเกินไป ฟิล์ม SEI จะสลายตัวและปล่อยความร้อนและก๊าซ (เช่น CO และ H₂) ออกมา ซึ่งทำให้แบตเตอรี่บวมมากขึ้น

การเชื่อมโยงทางอ้อมระหว่างการคายประจุเกิน-และการชุบลิเธียม

ความเสี่ยงในการชุบลิเธียมที่สูงขึ้นในการชาร์จครั้งต่อไป

การคายประจุมากเกินไป-จะทำให้โครงสร้างแบตเตอรี่ภายในเสียหาย (เช่น ฟิล์ม SEI ที่แตก การสร้างเดนไดรต์ทองแดง) และเพิ่มความต้านทานภายใน หากทำการชาร์จภายใต้สภาวะดังกล่าว ปัญหาต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

สภาวะจลน์ที่เสื่อมลง: ส่วนต่อประสานแอโนดที่เสียหายและอิเล็กโทรไลต์ที่ใช้ไปขัดขวางการสลับไอออนของลิเธียม- ทำให้ดึงศักย์ไฟฟ้าของแอโนดต่ำกว่า 0 V ได้อย่างง่ายดาย และทำให้เกิดการชุบลิเธียม

ความหนาแน่นกระแสในท้องถิ่นที่เพิ่มขึ้น: ทองแดงเดนไดรต์หรือการอุดตันของตัวแยกอาจทำให้เกิดโพลาไรเซชันเฉพาะจุดและเร่งการชุบลิเธียม

หลักฐานการทดลอง

เมื่อชาร์จ-แบตเตอรี่ที่คายประจุจนเกิน-โซนการชุบลิเธียมสีขาวปิด- ข้างจุดดำ (บริเวณปลอดลิเธียม-) อาจปรากฏขึ้นบนพื้นผิวแอโนด เพื่อพิสูจน์ว่าการชุบลิเธียมมีความสัมพันธ์กับความเสียหายของส่วนต่อประสานที่เกิดจากการคายประจุเกิน-

เงื่อนไขทริกเกอร์สำหรับการชุบลิเธียม

การชุบลิเธียมเกิดขึ้นโดยธรรมชาติในระหว่างการชาร์จและต้องมีข้อกำหนดเบื้องต้นสองประการ:

สภาวะทางอุณหพลศาสตร์: ศักยภาพของขั้วบวก น้อยกว่าหรือเท่ากับ 0 V (เทียบกับ Li/Li⁺)

สภาวะทางจลน์: อัตราการสลับระหว่างลิเธียม-ไอออนต่ำกว่าอัตราการสะสมของลิเธียม (เช่น อุณหภูมิต่ำ อัตราการชาร์จสูง-)

แม้ว่าการคายประจุเกิน-จะไม่เป็นไปตามข้อกำหนดทางอุณหพลศาสตร์สำหรับการชุบลิเธียมอย่างเป็นอิสระ แต่จะทำให้โครงสร้างแบตเตอรี่ลดลง และสร้างความเสี่ยงที่ซ่อนอยู่ซึ่งทำให้เกิดสภาวะการชุบลิเธียมในระหว่างการชาร์จในภายหลัง

บทสรุป

การคายประจุที่มากเกินไป-จะเพิ่มความเสี่ยงอย่างมากในการชุบลิเธียมในการชาร์จทางอ้อมในภายหลังผ่านกลไกสามประการ: การลัดวงจรภายในจากเดนไดรต์ทองแดง การสลายตัวของฟิล์ม SEI และความเสียหายของอินเทอร์เฟซอย่างรุนแรง สำหรับการใช้งานจริง จะต้องป้องกันการคายประจุเกิน-อย่างเคร่งครัด (เช่น โดยการกำหนดค่าแรงดันไฟฟ้าตัดการคายประจุ-) หลังจากการคายประจุเกิน- ควรใช้โปรโตคอลการชาร์จแบบอนุรักษ์นิยม (เช่น การชาร์จการกู้คืนกระแสต่ำ-) เพื่อลดอันตรายด้านความปลอดภัย