Siliziumkarbid (SiC) -Rollen werden aufgrund ihrer hohen Temperaturstabilität und mechanischen Festigkeit in der Lithiumbatteriekathodenmaterialproduktion weit verbreitet.

Bei unterschiedlichen Verfahrensbedingungen kann ihr Korrosionsverhalten jedoch erheblich variieren.

Diese Fallstudie analysiert die Leistung vonSiC-RolleninLFP (LiFePO4)undNCM (Nickel-Kobalt-Mangan)Produktionsumgebungen mit Schwerpunkt auf Korrosionsmechanismen, Ausfallmodi und Optimierungsstrategien.

• Lithiumquelle:Li2CO3
• Ofenatmosphäre: geringe Korrosion, hauptsächlich Wasserdampf
• Höchsttemperatur: ~ 1000°C

Beobachtete Leistung:

• Einheitliche Ablagerung der grauen Oberfläche
• Keine signifikante Verringerung der Dichte
• Keine Fraktur während des Betriebs
• Lebensdauer: ~ 2 Jahre

Die Rollen haben unter relativ milden Bedingungen eine stabile Leistung beibehalten.

• Lithiumquelle:LiOH
• Atmosphäre: Oxidierende + ätzende Gase
• Temperaturkritische Zone:700°C bis 800°C

Beobachtete Probleme:

• Großflächenspalten
• Signifikante Verringerung der Dichte
• Innere Strukturverschmutzung
• Lebensdauer: ~ 2 Monate
• Ausfall: 2 Rollenbrüche

Korrosion und mechanische Störungen beeinträchtigten die Produktionsstabilität erheblich.

Die XRD- und XRF-Analysen ergaben:

• OriginalSiC-Phasen signifikant verringert
• Neue Verbindungen entstanden:
  • Lithiumsilikaten (Li2SiO3, Li2Si2O5)
  • Nickelhaltige Verbindungen
  • Lithium-Mangan-Oxide

Das zeigtIntensive chemische Reaktionen, die die Materialstruktur verändern.

Die SEM-Analyse ergab:

• Erhöhte Porosität
• Vergrößerte Porengröße
• Lockerte innere Struktur

Gemessene Veränderung:

• Die Dichte verringerte sich≥ 3,05 g/cm3 → ~ 2,8 g/cm3

Die Korrosion drang über die Oberfläche hinaus in das Schüttgut ein.

SiC reagiert mit Sauerstoff:

SiC + O2 → SiO2

• bildet eine vorübergehende Schutzschicht
• Kann unter aggressiven Bedingungen versagen

Bei hoher Temperatur:

• LiOH zerfällt → reaktive Lithiumsorten
• Reagiert mit SiO2:

SiO2 + Li2O → Li2SiO3

Bei700°C bis 800°C:

• Lithiumsilikaten erweichen sich → bilden eine geschmolzene Phase
• SiO2-Schutzschicht auflösen

Führt zu ständiger Exposition und beschleunigter Korrosion

SiC reagiert mit geschmolzenen Lithiumverbindungen

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

Ergebnisse inschneller Materialverbrauch

• Lithiumsilikaten dringen entlang der Korngrenzen ein
• Die Grenzphasen der Körner lösen sich auf
• Intergranulare Bindung schwächt

Es führt zu:

• Strukturelle Auflösung
• Verringerte mechanische Festigkeit
• Bruch der Walze

Hauptunterschiede zwischen LFP und NCM:

LiOH + Hochtemperaturgeschmolzene Phase ist der Hauptfaktor für Korrosion

• Methode: Plasmaspritzen
• Beschichtung:Y2O3 / Al2O3

Funktion:

• Verhindern Sie, dass geschmolzenes Salz benetzt wird
• Gasdurchdringung im Block
• Verzögerung der Korrosion

Vorteile:

• Kostenwirksam (~ 1000 RMB pro Walze)
• Schnelle Umsetzung

Für eine kurzfristige Verbesserung geeignet

• Methode: chemische Dampfdeposition (CVD)
• Ergebnis: SiC-Oberflächenschicht mit hoher Reinheit

Vorteile:

• Dichte Struktur
• Eine starke Bindung
• Blockierung von Korrosionswegen

Bereitstelltlangfristige Stabilität und längere Lebensdauer

• Einführung von Beschichtungen oder CVD-Upgrades
• Beginnen Sie mit Versuchen in kleinen Gruppen

• Optimierung der Erwärmungsrate in700°C bis 800°C
• Verringerung der Schmelzphasenbildung

• Regelmäßige Dichteprüfungen
• Oberflächenkontrolle
• Schwer korrodierte Rollen früh ersetzen

Dieser Fall zeigt, dass:

• SiC-Rollen funktionieren gut inmilde LFP-Umgebungen
• Aber es gibt eine schwere Verschlechterung inNCM-Prozesse mit LiOH

Die Kombination von:

• Hohe Temperatur
• Reaktive Lithiumverbindungen
• Bildung der geschmolzenen Phase

führt zu schneller Korrosion und Strukturversagen.

Für anspruchsvolle Anwendungen wie die NCM-Produktion:

Materialdesign und Oberflächentechnik sind entscheidend
Erweiterte SiC-Lösungen können die Zuverlässigkeit und Lebensdauer erheblich verbessern