Baterai-pengosongan baterai litium-ion yang berlebihan tidak secara langsung memicu pelapisan litium, namun memicu serangkaian reaksi samping yang secara tidak langsung meningkatkan risiko pelapisan litium selama pengisian daya berikutnya.
Konsekuensi Langsung dari Kelebihan-Pengosongan
Pembubaran Foil Tembaga dan Pembentukan Dendrit Tembaga
Ketika pelepasan berlebihan-ke potensial elektroda negatif tinggi yang tidak normal (biasanya di atas 1,5 V vs. Li/Li⁺), pengumpul arus tembaga di anoda mengalami pelarutan oksidatif untuk menghasilkan ion Cu²⁺. Setelah bermigrasi ke katoda, ion Cu²⁺ direduksi menjadi logam tembaga dan diendapkan membentuk dendrit tembaga. Dendrit ini dapat menembus pemisah dan menyebabkan korsleting internal.
Dekomposisi Film SEI dan Pembangkitan Gas
Pelepasan-berlebihan menyebabkan deinterkalasi litium berlebihan dari anoda. Film SEI terurai, melepaskan panas dan gas (seperti CO dan H₂), yang memperburuk pembengkakan baterai.
Hubungan Tidak Langsung Antara Kelebihan-Pengosongan dan Pelapisan Litium
Peningkatan Risiko Pelapisan Lithium pada Pengisian Selanjutnya
Pengosongan-berlebihan akan merusak struktur internal baterai (misalnya, kerusakan film SEI, pembentukan dendrit tembaga) dan meningkatkan resistansi internal. Jika pengisian daya dilakukan dalam kondisi seperti itu, masalah berikut akan terjadi:
Kondisi kinetik yang memburuk: Antarmuka anoda yang rusak dan penggunaan elektrolit menghambat interkalasi ion litium, sehingga dengan mudah menarik potensial anoda di bawah 0 V dan memicu pelapisan litium.
Peningkatan kepadatan arus lokal: Dendrit tembaga atau penyumbatan pemisah dapat menyebabkan polarisasi lokal dan mempercepat pelapisan litium.
Bukti Eksperimental
Jika daya-baterai yang dayanya terlalu habis diisi, zona-pelapisan litium putih di samping titik hitam (wilayah-bebas litium) dapat muncul di permukaan anoda, yang membuktikan bahwa pelapisan litium berkorelasi dengan kerusakan antarmuka yang disebabkan oleh pengosongan-berlebihan.
Kondisi Pemicu untuk Pelapisan Lithium
Pelapisan litium secara inheren terjadi selama pengisian daya dan memerlukan dua prasyarat:
Kondisi termodinamika: Potensial anoda Kurang dari atau sama dengan 0 V (vs. Li/Li⁺).
Kondisi kinetik: Laju interkalasi-ion litium lebih rendah dibandingkan laju deposisi litium (misalnya, suhu rendah, laju pengisian-tinggi).
Meskipun pengosongan-berlebihan tidak dapat secara independen memenuhi persyaratan termodinamika untuk pelapisan litium, hal ini membahayakan struktur baterai dan menciptakan risiko tersembunyi yang memungkinkan terjadinya kondisi pelapisan litium selama pengisian daya di kemudian hari.
Kesimpulan
Pengosongan-berlebihan secara drastis meningkatkan risiko pelapisan litium pada pengisian berikutnya secara tidak langsung melalui tiga mekanisme: korsleting internal dari dendrit tembaga, dekomposisi film SEI, dan kerusakan antarmuka yang parah. Untuk aplikasi praktis, pelepasan-berlebihan harus dicegah secara ketat (misalnya, dengan mengonfigurasi tegangan pemutusan pelepasan-). Setelah terjadi pengosongan berlebih, protokol pengisian daya yang konservatif (misalnya, pengisian pemulihan arus rendah) harus diterapkan untuk memitigasi bahaya keselamatan.
