I rulli in carburo di silicio (SiC) sono ampiamente utilizzati nella produzione di materiali per catodi delle batterie al litio a causa della loro stabilità ad alte temperature e della loro resistenza meccanica.

Tuttavia, in diverse condizioni di processo, il loro comportamento di corrosione può variare significativamente.

Questo caso di studio analizza le prestazioni diRulli a SiCinLFP (LiFePO4)- eNCM (nickel-cobalto-manganese)L'obiettivo è quello di migliorare l'efficienza delle apparecchiature di produzione, concentrandosi sui meccanismi di corrosione, sulle modalità di guasto e sulle strategie di ottimizzazione.

• Fonte di litio:Li2CO3
• Atmosfera del forno: bassa corrosione, prevalentemente vapore acqueo
• Temperatura massima: ~ 1000°C

Funzionamento osservato:

• Deposito uniforme della superficie grigia
• Nessuna riduzione significativa della densità
• Nessuna frattura durante il funzionamento
• Durata di vita: ~ 2 anni

I rulli hanno mantenuto prestazioni stabili in condizioni relativamente miti.

• Fonte di litio:LiOH
• Atmosfera: gas ossidanti + corrosivi
• Zona di temperatura critica:700 ∼ 800°C

Problemi osservati:

• Spalling su larga scala
• Diminuzione significativa della densità
• Degradazione strutturale interna
• Durata di vita: ~ 2 mesi
• Fallimento: 2 fratture del rullo registrate

La corrosione e i guasti meccanici hanno influito in modo significativo sulla stabilità della produzione.

L'analisi XRD e XRF ha rivelato che:

• Originalefase SiC significativamente diminuita
• Nuovi composti:
  • Silicati di litio (Li2SiO3, Li2Si2O5)
  • Composti contenenti nichel
  • Ossidi di litio e di manganese

Questo indicareazioni chimiche intense che alterano la struttura del materiale.

L'analisi della SEM ha mostrato:

• Aumento della porosità
• Dimensione dei pori ingrandita
• Struttura interna allentata

Variazione misurata:

• La densità è diminuita da≥ 3,05 g/cm3 → ~ 2,8 g/cm3

La corrosione è penetrata oltre la superficie nel materiale sfuso.

Il SiC reagisce con l' ossigeno:

SiC + O2 → SiO2

• Forma uno strato protettivo temporaneo
• Può fallire in condizioni aggressive

A temperatura elevata:

• LiOH si decompone → specie reattive di litio
• Reagisce con SiO2:

SiO2 + Li2O → Li2SiO3

Al700 ∼ 800°C:

• I silicati di litio si ammorbidiscono → formano fase fusa
• Dissolvere lo strato protettivo di SiO2

Porta a esposizione continua e corrosione accelerata

SiC reagisce con composti di litio fuso:

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

Risultati nelconsumo rapido di materiale

• I silicati di litio penetrano lungo i confini del grano
• Dissolvere le fasi di confine del grano
• I legami intergranulari si indeboliscono

Porta a:

• Disintegrazione strutturale
• Risistenza meccanica ridotta
• Frattura del rullo

Principali differenze tra LFP e NCM:

La fase fusa ad alta temperatura di LiOH + è il principale fattore di corrosione

• Metodo: spruzzatura plasmatica
• Rivestimento:Y2O3 / Al2O3

Funzione:

• Prevenire l'umidità del sale fuso
• Penetrazione del blocco di gas
• Corrosione ritardata

Vantaggi:

• Risparmio economico (~ 1000 RMB per rullo)
• Rapida attuazione

Adatto a migliorare a breve termine

• Metodo: deposizione chimica a vapore (CVD)
• Risultato: strato superficiale di SiC ad alta purezza

Vantaggi:

• Struttura densa
• Un forte legame
• Blocchi di percorsi di corrosione

Forniscestabilità a lungo termine e durata di vita più lunga

• Implementare rivestimenti o aggiornamenti CVD
• Iniziare con prove di piccoli lotti

• Ottimizzare la velocità di riscaldamento inIntervallo 700 ∼ 800 °C
• Ridurre la formazione di fase fusa

• Controlli di densità regolari
• Ispezione di superficie
• Sostituire presto i rulli gravemente corrosi

Questo caso dimostra che:

• I rulli SiC hanno buone prestazioni inambienti LFP miti
• Ma affrontare un grave degrado inProcessi NCM con LiOH

La combinazione di:

• Temperatura elevata
• Composti di litio reattivi
• Formazione della fase fusa

porta ad una rapida corrosione e a guasti strutturali.

Per applicazioni impegnative come la produzione di NCM:

La progettazione dei materiali e l'ingegneria delle superfici sono fondamentali
Le soluzioni SiC aggiornate possono migliorare significativamente l'affidabilità e la durata di servizio