Yeşil silisyum karbür mikro tozunun lityum pillerde ve yeni enerji depolama malzemelerinde uygulamaları
Yeşil silisyum karbürün temel özellikleri; yüksek saflıkta yalıtım, yüksek sıcaklık dayanımı, elektrolit korozyonuna direnç, yüksek ısı iletkenliği ve düşük ağır metal safsızlıkları olup, iletken siyah silisyum karbürden kesin olarak ayrılır. Siyah silisyum karbür iletkendir ve pil hücresinde mikro kısa devrelere neden olma eğilimindedir; bu nedenle, lityum pil güvenliği senaryolarında yalnızca yeşil silisyum karbür kullanılabilir. Altı ana sektörü kapsar: ayırıcılar, hücre malzemeleri, PACK ambalajlama, ekipman koruma, katı hal piller ve enerji depolama yardımcı malzemeleri.
I. Lityum pil ayırıcıları için seramik kaplama
Yüksek performanslı lityum piller ve uzun ömürlü enerji depolama pilleri, alümina ve yeşil silisyum karbürden oluşan kompozit bir seramik bulamaç kullanır.
Yüksek Sıcaklık Direnci
1500℃’ye kadar olan sıcaklıklara anında dayanır. Pil delinmesi ve termal kaçış durumunda, seramik katman iskeleti erimez, ayırıcı boyutunu kilitler ve pozitif ve negatif elektrotlar arasında geniş alan temasını önleyerek termal kaçış riskini önemli ölçüde azaltır.
Yalıtım Garantisi
Yeşil silisyum karbür yüksek yalıtım sağlar ve parçacık iletkenliğinin pilde mikro kısa devreye neden olmasını önler; siyah silisyum karbür iletkendir, bu nedenle lityum pil ayırıcılarında kullanımı kesinlikle yasaktır.
Elektrolit Direnci
Son derece kimyasal olarak inerttir; karbonat elektrolitlerine uzun süre daldırıldıktan sonra bile çözünmez veya aşınmaz, böylece elektrolit kirlenmesini ve döngü bozulmasını önler.
Aşınma ve Delinme Direnci
Yüksek sertlik, kaplama tozunun haddeleme, dilimleme ve sarma işlemleri sırasında kolayca dökülmesini önleyerek elektrot gözeneklerinin tozla tıkanmasını engeller; lityum dendritlerinin ayırıcıya nüfuz etmesini önler.
II. Pil Hücresi Elektrotları ve Anotları için Kompozit Modifikasyon Malzemeleri
1. Grafit Anot Kaplama Modifikasyonu
Nano-yeşil silisyum karbür mikro tozu, anot için kompozit dolgu maddesi olarak doğal ve yapay grafitin yüzeyini kaplamak için kullanılır:
Sert parçacıklar, lityum ara katmanlamasından sonra grafitin genleşmesini tamponlayarak elektrotun parçalanmasını azaltır ve çevrim ömrünü %30’dan fazla artırır;
Yüzeyde kararlı bir SEI pasivasyon filmi oluşarak elektrolitteki sürekli yan reaksiyonlar azalır ve elektrolit tüketimi düşer;
Geliştirilmiş anot termal iletkenliği, hızlı şarj sırasında ısının hızla dağılmasını sağlayarak elektrotun bölgesel aşırı ısınma riskini azaltır.
2. Silikon-Karbon Anot Takviyesi
Silikon-karbon anotlar yüksek genleşme oranına sahiptir. Ultra ince yeşil silisyum karbürün eklenmesi, sert bir destek için yüksek sertlik sağlayarak elektrot dayanıklılığını artırır; aynı zamanda, silikon bazlı anotlardaki lokalize sıcak noktalar sorununu çözerek düzgün termal iletkenliği sağlar.
III. PACK Enerji Depolama Modülleri: Yalıtım ve Isı İletkenliği Sağlayan Dolgu Bileşikleri, Yapısal Yapıştırıcılar ve Dolgu Maddeleri
Epoksi/silikon dolgu bileşikleri, enerji depolama batarya paketlerinde, BMS anakartlarında, yüksek voltajlı bakır bara sistemlerinde ve terminal bloklarında yaygın olarak kullanılmaktadır. Yeşil silisyum karbür, ısı iletkenliği ve yalıtım için tercih edilen dolgu maddesidir ve endüstrinin karşılaştığı sorunları mükemmel bir şekilde çözmektedir:
Isı İletkenliği ve Yalıtımın Birlikte Sağlanması
120~150 W/m・K termal iletkenliği, alüminyuma göre çok daha yüksektir; silikon veya epoksi ile doldurulduğunda, modülün şarj ve deşarj ısısı hızla dağılır; aynı zamanda, son derece yüksek hacim direnci, yalıtım sağlar ve yüksek voltaj altında kaçak akımını önler, bu da onu yüksek voltajlı enerji depolama PACK’leri (800V platformu) için uygun hale getirir.
Grafit ve siyah silisyum karbür termal olarak iletkendir ancak elektriksel olarak da iletken değildir ve yüksek voltajlı yalıtım sızıntılara ve kısa devrelere yol açabilir; alümina ise nispeten düşük termal iletkenliğe sahiptir.
Elektrolit ve Nemli Isıya Dayanıklı
Enerji depolama ortamları büyük sıcaklık farklarına maruz kalır ve yoğuşmaya eğilimlidir.
Yeşil silisyum karbür, asitlere, alkalilere ve hidrolize karşı dirençlidir; bu da dolgu malzemesinin uzun süreli dış mekan kullanımında çatlamamasını veya yalıtım özelliğini kaybetmemesini sağlar.
IV. Lityum Pil Üretim Hattı Ekipmanları için Özel Yalıtım, Aşınma ve Korozyona Dayanıklı Kaplamalar
Kaplama makineleri, rulo presleri, dilme makineleri, şekillendirme ekipmanları ve enerji depolama test aparatları için son kat ve rulo yüzey koruyucu kaplamalarının tamamında yeşil silisyum karbür kullanılmalıdır; siyah silisyum karbür kullanılamaz.
Yalıtım Gereksinimleri
Akımın zayıf olduğu veya voltajın yüksek olduğu kontrol sistemlerinde, sızıntıyı ve pil hücresi arızasını önlemek için kaplamanın yalıtkan olması gerekir.
Aşınma ve Korozyon Direnci
Elektrot tozunun ve elektrolit sıçramalarının ekipmanı aşındırmasını önlemek için, yeşil silisyum karbür, kaplama filminin sertliğini artırarak elektrolit aşınmasına ve sürtünmeye karşı direnç sağlar.
Yüksek Sıcaklık Direnci
Kaplama, kaplama fırınında uzun süre yüksek sıcaklıklara (120~180℃) maruz kaldıktan sonra bile tebeşirlenme veya çatlama yapmaz.
V. Katı Hal Lityum Piller İçin Başlıca Dolgu Maddeleri
1. Yeşil Silisyum Karbür Mikropowder İçeren Oksit Bazlı Katı Hal Elektrolit Kompoziti
Katı hal elektrolitinin mekanik dayanıklılığını artırır ve lityum dendrit oluşumunu engeller; aynı zamanda termal iletkenliği optimize ederek katı hal pillerinde iç direnç nedeniyle oluşan yoğun ısı üretimi sorununu çözer; kimyasal olarak kararlıdır ve katı hal elektrolitiyle yan reaksiyonlara girmez.
2. Katı Hal Hücre Kapsülleme Seramik Kompozit Reçinesi
Yeşil silisyum karbür dolgulu reçine, yüksek sıcaklığa dayanıklı, yalıtkan ve deformasyona karşı dirençlidir ve katı hal pillerinin yüksek sıcaklıkta sinterleme işlemi için uygundur.
VI. Enerji Depolama Destekleyici Malzemeler ve Seramik Yapısal Bileşenler
1. Lityum İyon Pil Seramik Fonksiyonel Bileşenleri (Sinterleme Ana Malzemesi)
Enerji depolama endüstrisi için bileşenlerin üretiminde, ham silisyum karbür mikro tozundan sinterlenmiş silisyum karbür seramikleri kullanılır:
Elektrot kesme seramik bıçakları ve seramik silindirleri; aşınmaya dayanıklı ve yalıtkan olduklarından elektrotları çizmez ve pil hücrelerini metal parçacıklarıyla kirletmezler;
Pil sinterleme fırınları ve pişirme plakaları; yüksek sıcaklıklara ve lityum iyon pil sinterleme atmosferi korozyonuna dayanıklı olup, pil hücresi malzemelerinin sinterlenmesi için uygundur.
2. Elektrolit Filtrasyonu ve Korozyona Dayanıklı Boru Bağlantı Elemanları:
Enerji depolama sistemlerinde elektrolit sirkülasyon filtrasyonu ve taşıma boru hatlarında, elektrolit korozyonuna dayanıklı yeşil silisyum karbür seramik filtre elemanları ve borular kullanılmaktadır.
VII. Enerji Depolama BMS’leri ve Yüksek Gerilim Bileşenleri için Yalıtım ve Isı Dağıtıcı Plastikler
Enerji depolama bağlantı kutuları, yüksek gerilim konektörleri ve IGBT ısı dağıtımı ve yalıtım braketleri çoğunlukla PPS, PEEK ve PA66 gibi modifiye edilmiş mühendislik plastikleri ve modifiye dolgu maddesi olarak yeşil silisyum karbür kullanır:
1. Yüksek ısı iletkenliği sayesinde ısı dağıtımı sağlanır ve enerji depolama cihazlarında ısı oluşumu sorunu çözülür;
2. Tam yalıtım, yüksek voltaj iletimini ve sızıntısını önler;
3. Elektrolitlere ve yüksek/düşük sıcaklık yaşlanmasına karşı dayanıklıdır, uzun süreli dış mekan enerji depolama kullanımı için uygundur.