Roller silikon karbida (SiC) banyak digunakan dalam produksi material katoda baterai lithium karena stabilitas suhu tinggi dan kekuatan mekanisnya.

Namun, di bawah kondisi proses yang berbeda, perilaku korosinya dapat bervariasi secara signifikan.

Studi kasus ini menganalisis kinerja roller SiC di lingkungan produksi LFP (LiFePO₄) dan NCM (Nikel Kobalt Mangan), dengan fokus pada mekanisme korosi, mode kegagalan, dan strategi optimasi.

• Sumber Lithium: Li₂CO₃
• Atmosfer Tungku: Korosi rendah, terutama uap air
• Suhu Maksimum: ~1000°C

Kinerja yang Diamati:

• Deposisi permukaan abu-abu seragam
• Tidak ada pengurangan kepadatan yang signifikan
• Tidak ada patah selama operasi
• Masa pakai: ~2 tahun

Roller mempertahankan kinerja yang stabil dalam kondisi yang relatif ringan.

• Sumber Lithium: LiOH
• Atmosfer: Gas pengoksidasi + korosif
• Zona kritis suhu: 700–800°C

Masalah yang Diamati:

• Pengelupasan permukaan skala besar
• Pengurangan kepadatan yang signifikan
• Degradasi struktur internal
• Masa pakai: ~2 bulan
• Kegagalan: Tercatat 2 patah roller

Korosi dan kegagalan mekanis secara signifikan mempengaruhi stabilitas produksi.

Analisis XRD dan XRF mengungkapkan bahwa:

• Fase SiC asli berkurang secara signifikan
• Senyawa baru terbentuk:
  • Silikat lithium (Li₂SiO₃, Li₂Si₂O₅)
  • Senyawa yang mengandung nikel
  • Oksida lithium-mangan

Ini menunjukkan reaksi kimia intens yang mengubah struktur material.

Analisis SEM menunjukkan:

• Peningkatan porositas
• Ukuran pori membesar
• Struktur internal mengendur

Perubahan yang Terukur:

• Kepadatan berkurang dari ≥3,05 g/cm³ → ~2,8 g/cm³

Korosi menembus di luar permukaan ke dalam material curah.

SiC bereaksi dengan oksigen:

SiC + O₂ → SiO₂

• Membentuk lapisan pelindung sementara
• Dapat gagal dalam kondisi agresif

Pada suhu tinggi:

• LiOH terurai → spesies lithium reaktif
• Bereaksi dengan SiO₂:

SiO₂ + Li₂O → Li₂SiO₃

Pada 700–800°C:

• Silikat lithium melunak → membentuk fase cair
• Melarutkan lapisan SiO₂ pelindung

Menyebabkan paparan berkelanjutan dan percepatan korosi

SiC bereaksi dengan senyawa lithium cair:

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

Menyebabkan konsumsi material yang cepat

• Silikat lithium menembus sepanjang batas butir
• Fase batas butir larut
• Ikatan antar butir melemah

Menyebabkan:

• Disintegrasi struktural
• Penurunan kekuatan mekanis
• Patah roller

Perbedaan utama antara LFP dan NCM:

Fase cair suhu tinggi + LiOH adalah pendorong utama korosi

• Metode: Penyemprotan plasma
• Pelapisan: Y₂O₃ / Al₂O₃

Fungsi:

• Mencegah pembasahan garam cair
• Menghalangi penetrasi gas
• Menunda korosi

Keuntungan:

• Hemat biaya (~1000 RMB per roller)
• Implementasi cepat

Cocok untuk peningkatan jangka pendek

• Metode: Deposisi Uap Kimia (CVD)
• Hasil: Lapisan permukaan SiC murni tinggi

Manfaat:

• Struktur padat
• Ikatan kuat
• Menghalangi jalur korosi

Memberikan stabilitas jangka panjang dan masa pakai lebih lama

• Terapkan peningkatan pelapisan atau CVD
• Mulai dengan uji coba batch kecil

• Optimalkan laju pemanasan dalam rentang 700–800°C
• Kurangi pembentukan fase cair

• Pengujian kepadatan rutin
• Inspeksi permukaan
• Ganti roller yang terkorosi parah lebih awal

Studi kasus ini menunjukkan bahwa:

• Roller SiC berkinerja baik di lingkungan LFP yang ringan
• Tetapi menghadapi degradasi parah di proses NCM dengan LiOH

Kombinasi dari:

• Suhu tinggi
• Senyawa lithium reaktif
• Pembentukan fase cair

menyebabkan korosi cepat dan kegagalan struktural.

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