Ich Frage mich jetzt aber schon wie aktuell diese Erkenntnisse noch sind.
Das alles scheint ja aus 2016 zu sein.
Auch wenn die Degradation der Akkuzelle im leeren Zustand gestoppt wird, beginnt doch gerade dann vermehrt die Bildung von Dendriten....und diese führen dann letztendlich zum Kurzschluss der Zelle.
Oder wie seht ihr das?
Da ist mein Wissensstand ein anderer. Plating bzw Bildung von Dendriten passiert da aus anderen Gründen. Der SOC ist da nicht der treibende Faktor. Eher die physischen Effekte, wenn zb zu schnell und/oder bei zu kaltem Akku geladen wird.
Ich hab darauf hin mal eine KI des geringsten Misstrauens gefragt:
"Lithium-Plating und die Bildung von Dendriten sind unerwünschte Prozesse in Lithium-Ionen-Batterien, die die Lebensdauer, Leistung und Sicherheit erheblich beeinträchtigen können. Sie treten auf, wenn Lithium-Ionen nicht wie gewünscht in die Anode (meist Graphit) interkalieren, sondern sich stattdessen als metallisches Lithium auf der Anodenoberfläche abscheiden.
Die Hauptbedingungen, die Lithium-Plating und die Dendritenbildung begünstigen, sind:
* Hohe Ladeströme (hohe C-Raten):
* Grund: Bei zu schnellem Laden können die Lithium-Ionen nicht schnell genug in die Graphitanode aufgenommen werden. Die Interkalationskinetik ist überfordert, wodurch das Potential der Anode unter das reversible Lithiumpotential (< 0 V vs. Li/Li$^+$) sinken kann. Dies führt dazu, dass sich Lithium bevorzugt als Metall abscheidet.
* Folge: Schnelles Laden erhöht das Risiko von Plating und Dendritenbildung erheblich.
* Niedrige Temperaturen:
* Grund: Bei niedrigen Temperaturen verlangsamen sich alle elektrochemischen Prozesse, einschließlich der Diffusion von Lithium-Ionen im Elektrolyten und der Interkalation in die Anode. Die Viskosität des Elektrolyten nimmt zu, und die Leitfähigkeit sinkt.
* Folge: Selbst bei moderaten Ladeströmen kann es bei Kälte zu einer unzureichenden Interkalation und damit zu Lithium-Plating kommen. Temperaturen unter 25 °C werden als kritisch für Lithium-Metallabscheidung angesehen.
* Hoher Ladezustand (SOC - State of Charge):
* Grund: Gegen Ende des Ladevorgangs ist die Anode bereits weitgehend mit Lithium gesättigt, und es stehen weniger freie Interkalationsplätze zur Verfügung. Das Potential der Anode sinkt weiter ab.
* Folge: Das Risiko für Lithium-Plating steigt, da die Lithium-Ionen "gezwungen" werden, sich außerhalb der Struktur abzuscheiden.
* Inhomogenitäten der Anodenoberfläche und des SEI (Solid Electrolyte Interphase):
* Grund: Ungleichmäßigkeiten auf der Anodenoberfläche oder in der schützenden SEI-Schicht (die sich beim ersten Laden bildet) können zu lokalen Ladungskonzentrationen und ungleichmäßigem Lithiumfluss führen.
* Folge: An diesen "Hotspots" oder Defekten können Lithium-Ionen bevorzugt abscheiden und das Wachstum von Dendriten initiieren. Eine instabile oder ständig aufbrechende SEI-Schicht fördert ebenfalls die Abscheidung von neuem Lithium und das Wachstum von Dendriten.
* Elektrolyt-Zusammensetzung und -Eigenschaften:
* Grund: Die Eigenschaften des Elektrolyten (z.B. Viskosität, Ionenleitfähigkeit, Wechselwirkung mit der Elektrodenoberfläche) beeinflussen die Transportkinetik der Lithium-Ionen. Auch die mechanischen Eigenschaften des Elektrolyten (z.B. Schermodul bei Festkörperelektrolyten) spielen eine Rolle.
* Folge: Ungünstige Elektrolytformulierungen können die Dendritenbildung begünstigen. Forschung zielt darauf ab, Elektrolyte zu entwickeln, die das Dendritenwachstum hemmen.
* Mechanischer Stress:
* Grund: Wiederholtes Laden und Entladen führt zu Volumenänderungen der Lithium-Elektrode. Bei metallischen Lithium-Elektroden kann dies zum Aufreißen der SEI-Schicht führen, wodurch immer wieder neues, unreaktives Lithium freigelegt wird.
* Folge: Dieser mechanische Stress fördert die Bildung und das Wachstum von Dendriten.
Wie Lithium-Plating zu Dendriten führt:
Lithium-Plating ist die initiale Abscheidung von metallischem Lithium auf der Anodenoberfläche. Wenn diese Abscheidung ungleichmäßig erfolgt, bilden sich kleine Vorsprünge oder Keime. Aufgrund des Prinzips der Feldverstärkung konzentriert sich die elektrische Feldstärke an den Spitzen dieser Vorsprünge. Dies zieht weitere Lithium-Ionen an, die sich dort bevorzugt abscheiden, was zu einem beschleunigten Wachstum in Form von nadel- oder baumartigen Strukturen führt – den sogenannten Lithium-Dendriten.
Gefahren der Dendriten:
* Kurzschluss: Wenn Dendriten lang genug wachsen, können sie den Separator durchdringen und die Kathode erreichen, was zu einem internen Kurzschluss und damit zu Überhitzung, Brand oder sogar Explosion der Batterie führen kann.
* Kapazitätsverlust: Abgeschiedenes Lithium kann mit dem Elektrolyten reagieren und eine irreversible SEI bilden oder sich vom Kontakt zur Elektrode lösen ("dead lithium"), was zu einem permanenten Kapazitätsverlust der Batterie führt.
* Erhöhter Innenwiderstand: Die wiederholte Bildung und Zerstörung der SEI und das Vorhandensein von Plating erhöhen den Innenwiderstand der Zelle, was die Leistung mindert.
Um Lithium-Plating und Dendritenbildung zu vermeiden, werden Batteriemanagementsysteme (BMS) eingesetzt, die Ladeströme und Temperaturen überwachen und anpassen, um die Betriebsbedingungen innerhalb sicherer Grenzen zu halten. Auch die Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien, Elektrolytformulierungen und Zellkonstruktionen zielt darauf ab, diese Probleme zu minimieren."
