Rol silikon karbida (SiC) banyak digunakan dalam produksi bahan katode baterai lithium karena stabilitas suhu tinggi dan kekuatan mekaniknya.

Namun, dalam kondisi proses yang berbeda, perilaku korosi mereka dapat bervariasi secara signifikan.

Studi kasus ini menganalisis kinerjaSiC rollersdalamLFP (LiFePO4)danNCM (nikel kobalt mangan)lingkungan produksi, dengan fokus pada mekanisme korosi, mode kegagalan, dan strategi optimasi.

Perbandingan Kondisi Operasi

Lingkungan produksi LFP

• Sumber Litium:Li2CO3
• Atmosfer tungku: Korosi rendah, terutama uap air
• Suhu maksimum: ~ 1000°C

Kinerja yang diamati:

• Pengendapan permukaan abu-abu yang seragam
• Tidak ada penurunan kepadatan yang signifikan
• Tidak ada fraktur selama operasi
• Masa pakai: ~ 2 tahun

Roller mempertahankan kinerja yang stabil dalam kondisi yang relatif ringan.

Lingkungan produksi NCM

• Sumber Litium:LiOH
• Atmosphere: Oksidasi + gas korosif
• Zona kritis suhu:700-800°C

Masalah yang diamati:

• Spalling permukaan berskala besar
• Pengurangan kepadatan yang signifikan
• Degradasi struktur internal
• Masa pakai: ~ 2 bulan
• Kegagalan: 2 patahnya roller tercatat

Korosi dan kegagalan mekanis secara signifikan mempengaruhi stabilitas produksi.

Analisis Mekanisme Korosi

1. Perilaku Reaksi Permukaan

Analisis XRD dan XRF menunjukkan bahwa:

• AsliFase SiC berkurang secara signifikan
• Senyawa baru terbentuk:
  • Lithium silicates (Li2SiO3, Li2Si2O5)
  • Senyawa yang mengandung nikel
  • Oksida litium-mangan

Ini menunjukkanreaksi kimia yang intens yang mengubah struktur material.

2. Degradasi Mikrostruktur

Analisis SEM menunjukkan:

• Peningkatan porositas
• Ukuran pori yang diperbesar
• Struktur internal yang longgar

Perubahan yang diukur:

• Densitas menurun dari≥ 3,05 g/cm3 → ~ 2,8 g/cm3

Korosi menembus ke luar permukaan ke bahan bulk.

3Reaksi Korosi Utama

(1) Oksidasi Termal

SiC bereaksi dengan oksigen:

• Membentuk lapisan perlindungan sementara
• Bisa gagal dalam kondisi agresif

(2) Reaksi Kimia dengan Senyawa Litium

Pada suhu tinggi:

• LiOH terurai → spesies litium reaktif
• bereaksi dengan SiO2:

Pada700-800°C:

• Litium silikat melembutkan → membentuk fase cair
• Larut lapisan pelindung SiO2

Memicu paparan terus menerus dan korosi yang dipercepat

(3) Korosi garam cair

SiC bereaksi dengan senyawa lithium cair:

Hasil padakonsumsi bahan yang cepat

4Mekanisme Gagal

• Lithium silicates menembus sepanjang batas biji-bijian
• Fase batas biji-bijian larut
• Ikatan antar butir melemah

Hal ini menyebabkan:

• Perpecahan struktural
• Kekuatan mekanik yang berkurang
• Fraktur rol

Mengapa Kondisi NCM Lebih Agresif

Perbedaan utama antara LFP dan NCM:

LiOH + fase cair suhu tinggi adalah pendorong utama korosi

Strategi Peningkatan

1. Optimasi Lapisan Permukaan

• Metode: Penyemprotan plasma
• Lapisan:Y2O3 / Al2O3

Fungsi:

• Mencegah uap garam
• Penetrasi gas blok
• Korosi penundaan

Keuntungan:

• Biaya efektif (~ 1000 RMB per roller)
• Pelaksanaan yang cepat

Cocok untuk perbaikan jangka pendek

2. Peningkatan bahan (CVD SiC Coating)

• Metode: Pengendapan Uap Kimia (CVD)
• Hasilnya: Lapisan permukaan SiC kemurnian tinggi

Manfaatnya:

• Struktur padat
• Ikatan yang kuat
• Memblokir jalur korosi

Memberikanstabilitas jangka panjang dan umur layanan yang lebih lama

Rekomendasi Teknik

1. Memprioritaskan Optimasi Proses NCM

• Mengimplementasikan lapisan atau peningkatan CVD
• Mulailah dengan uji coba dalam jumlah kecil

2. Kontrol Zona Suhu Kritis

• Mengoptimalkan laju pemanasan di700 ∼ 800 °C
• Mengurangi pembentukan fase cair

3. Pemantauan dan Pemeliharaan

• Pengujian kerapatan reguler
• Pemeriksaan permukaan
• Ganti rol yang sangat korosi lebih awal

Kesimpulan

Kasus ini menunjukkan bahwa:

• Rol SiC berkinerja baik diLingkungan LFP ringan
• Tapi menghadapi degradasi parah diProses NCM dengan LiOH

Kombinasi dari:

• Suhu tinggi
• Senyawa litium reaktif
• Pembentukan fase cair

menyebabkan korosi yang cepat dan kerusakan struktural.

Penjelasan Utama

Untuk aplikasi yang menuntut seperti produksi NCM:

Desain material dan rekayasa permukaan sangat penting
Solusi SiC yang ditingkatkan dapat secara signifikan meningkatkan keandalan dan masa pakai