Siliciumcarbide (SiC) rollen worden veel gebruikt bij de productie van kathodemateriaal voor lithiumbatterijen vanwege hun hoge temperatuurstabiliteit en mechanische sterkte.

Echter, onder verschillende procesomstandigheden, kan hun corrosiegedrag aanzienlijk variëren.

Deze casestudy analyseert de prestaties van SiC rollen in LFP (LiFePO₄) en NCM (Nikkel Kobalt Mangaan) productieomgevingen, met focus op corrosiemechanismen, faalmodi en optimalisatiestrategieën.

• Lithiumbron: Li₂CO₃
• Ovenatmosfeer: Lage corrosie, voornamelijk waterdamp
• Maximale temperatuur: ~1000°C

Waargenomen prestaties:

• Uniforme grijze oppervlakteafzetting
• Geen significante dichtheidsreductie
• Geen breuk tijdens bedrijf
• Levensduur: ~2 jaar

De rollen behielden stabiele prestaties onder relatief milde omstandigheden.

• Lithiumbron: LiOH
• Atmosfeer: Oxiderende + corrosieve gassen
• Temperatuur-kritieke zone: 700–800°C

Waargenomen problemen:

• Grootschalige oppervlakteafschilfering
• Significante dichtheidsreductie
• Degradatie van interne structuur
• Levensduur: ~2 maanden
• Storing: 2 rolbreuken geregistreerd

Corrosie en mechanische storingen beïnvloedden de productie stabiliteit aanzienlijk.

XRD- en XRF-analyse toonden aan dat:

• Originele SiC-fase significant afnam
• Nieuwe verbindingen gevormd:
  • Lithiumsilicaten (Li₂SiO₃, Li₂Si₂O₅)
  • Nikkelhoudende verbindingen
  • Lithium-mangaanoxiden

Dit duidt op intense chemische reacties die de materiaalstructuur veranderen.

SEM-analyse toonde aan:

• Verhoogde porositeit
• Vergrote poriegrootte
• Verzwakte interne structuur

Gemeten verandering:

• Dichtheid daalde van ≥3.05 g/cm³ → ~2.8 g/cm³

Corrosie drong door tot buiten het oppervlak in het bulk materiaal.

SiC reageert met zuurstof:

SiC + O₂ → SiO₂

• Vormt een tijdelijke beschermende laag
• Kan falen onder agressieve omstandigheden

Bij hoge temperatuur:

• LiOH ontleedt → reactieve lithiumsoorten
• Reageert met SiO₂:

SiO₂ + Li₂O → Li₂SiO₃

Bij 700–800°C:

• Lithiumsilicaten verzachten → vormen smeltfase
• Lost beschermende SiO₂ laag op

Leidt tot continue blootstelling en versnelde corrosie

SiC reageert met gesmolten lithiumverbindingen:

SiC + Li₂SiO₃ + O₂ → Li₄SiO₄ + Li₂Si₂O₅ + CO/CO₂

Resulteert in snelle materiaalconsumptie

• Lithiumsilicaten dringen door langs korrelgrenzen
• Korrelgrensfasen lossen op
• Intergranulaire binding verzwakt

Leidt tot:

• Structurele desintegratie
• Verminderde mechanische sterkte
• Rolbreuk

Belangrijkste verschillen tussen LFP en NCM:

LiOH + hoge-temperatuur smeltfase is de belangrijkste oorzaak van corrosie

• Methode: Plasmaspuiten
• Coating: Y₂O₃ / Al₂O₃

Functie:

• Voorkomen van bevochtiging door gesmolten zout
• Blokkeren van gaspenetratie
• Vertragen van corrosie

Voordelen:

• Kosteneffectief (~1000 RMB per rol)
• Snelle implementatie

Geschikt voor korte-termijn verbetering

• Methode: Chemical Vapor Deposition (CVD)
• Resultaat: Hoogzuivere SiC-oppervlaktelaag

Voordelen:

• Dichte structuur
• Sterke binding
• Blokkeert corrosiepaden

Biedt lange-termijn stabiliteit en langere levensduur

• Implementeer coating- of CVD-upgrades
• Begin met kleinschalige proeven

• Optimaliseer de verwarmingssnelheid in de 700–800°C range
• Verminder de vorming van smeltfase

• Regelmatige dichtheidstests
• Oppervlakte-inspectie
• Vervang ernstig gecorrodeerde rollen vroegtijdig

Deze casestudy toont aan dat:

• SiC rollen goed presteren in milde LFP-omgevingen
• Maar ernstige degradatie ondervinden in NCM-processen met LiOH

De combinatie van:

• Hoge temperatuur
• Reactieve lithiumverbindingen
• Vorming van smeltfase

leidt tot snelle corrosie en structurele storing.

Voor veeleisende toepassingen zoals NCM-productie:

Materiaalontwerp en oppervlakte-engineering zijn cruciaal
Geüpgradede SiC-oplossingen kunnen de betrouwbaarheid en levensduur aanzienlijk verbeteren