リチウム電池窯で LiOH が SiC コンポーネントを腐食させるのはなぜですか?

リチウム電池材料の製造では、炭化ケイ素 (SiC) コンポーネント以下の理由から広く使用されています。

• 高温安定性
• 優れた機械的強度
• 優れた耐熱衝撃性

ただし、現場での経験から、2 つの一般的なリチウム源には大きな違いがあることがわかります。

• Li₂CO₃ (炭酸リチウム)
• LiOH（水酸化リチウム）

多くのキルンシステムでは次のようになります。

LiOH 環境では腐食が非常に早くなり、SiC コンポーネントの寿命が短くなります。

この記事では、特に高温の NCM 製造環境において、LiOH が SiC 材料に対して著しく攻撃的である理由を説明します。

LFP (LiFePO₄) の製造には、一般的に次のものが使用されます。

• リチウム源としてのLi₂CO₃
• より低い腐食雰囲気
• 中程度の化学反応性

観察されたローラーのパフォーマンス:

• 安定した動作
• 表面蒸着のみ
• 耐用年数は最大約 2 年

NCM の生産では一般的に次のものが使用されます。

• リチウム源としてのLiOH
• 酸化性雰囲気
• 高温反応性ガス環境

観察された問題:

• ひどい表面剥離
• 密度の低減
• 内部構造の劣化
• 数カ月以内にローラーが骨折

関連するケーススタディ:

• NCM 製造における SiC ローラーの寿命を向上させるには?

LiOH の腐食性が高い主な理由は次のとおりです。

LiOH は温度が上昇すると反応性が高くなります。

Li₂CO₃との比較:

LiOH はより容易に分解し、次のものを生成します。

• 反応性リチウム種
• 強アルカリ環境
• 溶融リチウム化合物

これらは、SiC 表面上の保護酸化物層の破壊を促進します。

高温では、SiC は自然に酸化します。

$S私C+○2\to S私○2$

結果として得られる SiO₂ 層は、最初は次のように機能します。

• 保護バリア
• 拡散抵抗層

穏やかな条件下では、この層はさらなる腐食を遅らせます。

LiOH は SiO2 層を積極的に攻撃します。

高温時:

LiOH は分解して酸化リチウム種を生成します。

これらは SiO₂ と反応します。

$S私○2+L私2○\to L私2S私○3$

この反応により以下が生成されます。

• ケイ酸リチウム
• 溶融反応相
• 保護層の継続的な溶解

結果として：

SiO2 保護層は安定した状態を保つことができません。

この温度ゾーンは次の理由から特に危険です。

ケイ酸リチウムは軟化し始め、部分的に溶け始めます。

溶融相:

• 保護酸化層を溶解します
• 粒界を貫通
• 化学物質の輸送を加速します
• 内部腐食速度が増加します

これは、次の場所で重度の腐食が一般的に観察される理由を説明しています。

• NCM キルン移行ゾーン
• ローラー中温域
• 高反応性リチウム環境

LiOHとの比較:

Li₂CO₃:

• 分解があまり激しくない
• 反応性の低いリチウム種を生成します
• 溶融相を形成しにくい

結果として：

• 腐食はよりゆっくりと進行します
• 保護SiO₂の安定性が向上
• 内部浸透が減少します

その理由は次のとおりです。

LFP キルン システムは通常、ローラーの寿命がはるかに長くなります。

保護層が破損すると、次のようになります。

溶融したリチウム化合物が SiC 構造に浸透します。

プロセスは次のようになります。

観察された影響には次のようなものがあります。

• 気孔率の増加
• 粒界の弱体化
• 密度の低減
• 機械的強度の損失

最終的には次のような結果につながります。

• エッジ割れ
• 構造崩壊
• ローラー破損

緻密な無加圧焼結炭化ケイ素 (SSiC) は、次の理由により耐久性が向上します。

• ほぼゼロの開気孔率
• 遊離シリコン相がない
• 緻密な微細構造

これにより以下が制限されます。

• 溶融相の浸透
• 内部拡散経路
• 粒界攻撃

製品リンク:

• リチウム電池キルン用無加圧焼結SiCローラーロッド

反応結合 SiC (RB-SiC) には以下が含まれます。

• 残留しないシリコン
• より高い開気孔率

遊離シリコン相は次のようになります。

腐食性のリチウム環境下では弱点となります。

これにより、次のことが加速されます。

• 選択腐食
• 構造的弱体化
• 内部損傷の伝播

関連記事：

• 化学処理プラントが RB-SiC から SSiC に切り替えた理由

腐食プロセスは化学的なものだけではありません。

内部劣化が進行すると、次のようになります。

• 密度が減少する
• 機械的強度が低下する
• 熱応力耐性が弱まる

同時に：

熱勾配とサポートの制約がローラーに作用し続けます。

この複合的な効果により、最終的には次のような結果が得られます。

• 亀裂の発生
• エッジチッピング
• ローラー破損

関連書籍:

• 炭化ケイ素部品における熱勾配誘発応力

次のような保護コーティング:

• Y₂O₃
• Al₂O₃
• CVD SiC コーティング

溶融相の濡れを軽減できます。

高密度 SSiC を使用することで、侵入経路を最小限に抑えます。

以下の場所での滞在時間を短縮します。

700～800℃の溶融相領域

腐食を大幅に遅らせることができます。

モニター：

• 濃度変化
• 表面剥離
• ローラーエッジの損傷
• 内部劣化の兆候

関連ガイド:

• 炭化ケイ素ローラーの故障の初期兆候を特定する方法

重要な問題は単に次のようなものではありません。

「LiOHは腐食性です。」

実際のメカニズムは次のとおりです。

LiOH は保護 SiO2 層を破壊し、内部劣化を促進する溶融ケイ酸リチウム相を生成します。

これにより、腐食が次のように変化します。

表面酸化

の中へ：

深い構造攻撃。

陝西科谷先進材料技術有限公司以下を提供します:

• 高密度SSiCローラーロッド
• 耐食性のキルンコンポーネント
• CVD コーティングされた SiC ソリューション
• リチウム電池窯の故障解析
• 熱応力と腐食の最適化コンサルティング

アプリケーションには次のものが含まれます。

• NCM製造窯
• LFP窯
• 半導体サーマルシステム
• 高温腐食環境

関連商品：

• SSiCローラーロッド
• SiC 窯家具ソリューション

LiOH は次の理由から腐食性が高くなります。

• SiO₂ 保護層と積極的に反応します
• 溶融ケイ酸リチウムを形成する
• SiC構造への浸透を促進
• 高温で内部劣化を促進

Li₂CO₃ 環境との比較:

LiOH は以下を生成します。

• 腐食が早くなる
• より高い構造的損傷
• コンポーネントの寿命が短くなる

要求の厳しいリチウム電池キルン用途向け:

材料密度、表面エンジニアリング、熱プロセスの最適化は、SiC の長期信頼性にとって重要です。