چرا LiOH برای اجزای SiC در کوره های باتری لیتیومی خورنده تر است؟

در تولید مواد باتری لیتیومی،اجزای کاربید سیلیکون (SiC)به دلیل موارد زیر بسیار مورد استفاده قرار می گیرند:

• پایداری در دمای بالا
• مقاومت مکانیکی عالی
• مقاومت در برابر شوک حرارتی خوب

با این حال، تجربه میدانی تفاوت عمده ای را بین دو منبع رایج لیتیوم نشان می دهد:

• Li2CO3 (کربنات لیتیوم)
• LiOH (لیتیوم هیدروکسید)

در بسیاری از سیستم های کوره:

محیط‌های LiOH باعث خوردگی بسیار سریع‌تر و طول عمر اجزای SiC کوتاه‌تر می‌شوند.

این مقاله توضیح می دهد که چرا LiOH به طور قابل توجهی نسبت به مواد SiC تهاجمی تر است، به خصوص در محیط های تولید NCM با دمای بالا.

تولید LFP (LiFePO4) معمولاً از موارد زیر استفاده می کند:

• Li2CO3 به عنوان منبع لیتیوم
• جو خوردگی کمتر
• واکنش شیمیایی متوسط

عملکرد غلتک مشاهده شده:

• عملکرد پایدار
• فقط رسوب سطحی
• عمر مفید تا 2 سال

تولید NCM معمولاً از موارد زیر استفاده می کند:

• LiOH به عنوان منبع لیتیوم
• جو اکسید کننده
• محیط گاز واکنش پذیر با دمای بالا

مشکلات مشاهده شده:

• ریزش شدید سطح
• کاهش تراکم
• تخریب ساختار داخلی
• شکستگی غلتکی در عرض چند ماه

مطالعه موردی مرتبط:

• چگونه می توان عمر غلتک SiC را در تولید NCM بهبود بخشید؟

دلیل اصلی خورنده بودن LiOH این است:

LiOH در دمای بالا بسیار واکنش پذیر می شود.

در مقایسه با Li2CO3:

LiOH راحت تر تجزیه می شود و تولید می کند:

• گونه های لیتیوم واکنشی
• محیط های قلیایی قوی
• ترکیبات لیتیوم مذاب

اینها تخریب لایه های اکسید محافظ روی سطوح SiC را تسریع می کنند.

در دمای بالا، SiC به طور طبیعی اکسید می شود:

$اسمنسی+O2\to اسمنO2$

لایه SiO2 حاصل در ابتدا به صورت زیر عمل می کند:

• سد محافظ
• لایه مقاومت در برابر انتشار

در شرایط ملایم، این لایه خوردگی بیشتر را کند می کند.

LiOH به شدت به لایه SiO2 حمله می کند.

در دمای بالا:

LiOH تجزیه شده و گونه های اکسید لیتیوم تولید می کند.

اینها با SiO2 واکنش می دهند:

$اسمنO2+Lمن2O\to Lمن2اسمنO3$

این واکنش ایجاد می کند:

• سیلیکات های لیتیوم
• مراحل واکنش مذاب
• انحلال مداوم لایه محافظ

در نتیجه:

لایه محافظ SiO2 نمی تواند پایدار بماند.

این منطقه دما به ویژه خطرناک است زیرا:

سیلیکات های لیتیوم شروع به نرم شدن و تا حدی ذوب می کنند.

فاز مذاب:

• لایه های اکسید محافظ را حل می کند
• به مرزهای دانه نفوذ می کند
• انتقال مواد شیمیایی را تسریع می کند
• سرعت خوردگی داخلی را افزایش می دهد

این توضیح می دهد که چرا خوردگی شدید معمولا در موارد زیر مشاهده می شود:

• مناطق انتقال کوره NCM
• مناطق با دمای متوسط ​​غلتکی
• محیط های لیتیومی با واکنش پذیری بالا

در مقایسه با LiOH:

Li2CO3:

• با شدت کمتری تجزیه می شود
• گونه های لیتیوم واکنش پذیر کمتری تولید می کند
• فازهای مذاب را با سهولت کمتری تشکیل می دهد

در نتیجه:

• خوردگی کندتر توسعه می یابد
• SiO2 محافظ پایدارتر باقی می ماند
• نفوذ داخلی کاهش می یابد

به همین دلیل:

سیستم های کوره LFP معمولا طول عمر غلتکی بسیار طولانی تری را نشان می دهند.

هنگامی که لایه محافظ از کار می افتد:

ترکیبات لیتیوم مذاب به ساختار SiC نفوذ می کنند.

روند تبدیل می شود:

اثرات مشاهده شده عبارتند از:

• افزایش تخلخل
• تضعیف مرز دانه
• کاهش تراکم
• از دست دادن مقاومت مکانیکی

در نهایت منجر به:

• ترک خوردن لبه
• فروپاشی ساختاری
• شکستگی غلتکی

کاربید سیلیکون متخلخل بدون فشار متراکم (SSiC) مقاومت بهتری را ایجاد می کند زیرا دارای:

• تخلخل باز نزدیک به صفر
• بدون فاز سیلیکون آزاد
• ریزساختار متراکم

این محدودیت ها:

• نفوذ فاز مذاب
• مسیرهای انتشار داخلی
• حمله به مرز دانه

لینک محصول:

• میله های غلتکی SiC متخلخل بدون فشار برای کوره های باتری لیتیومی

SiC با پیوند واکنش (RB-SiC) حاوی:

• سیلیکون آزاد باقیمانده
• تخلخل باز بالاتر

فاز سیلیکون آزاد تبدیل می شود:

یک نقطه ضعف در محیط های لیتیومی خورنده.

این تسریع می کند:

• خوردگی انتخابی
• تضعیف ساختار
• انتشار آسیب داخلی

مقاله مرتبط:

• چرا یک کارخانه فرآوری شیمیایی از RB-SiC به SSiC تبدیل شد؟

فرآیند خوردگی فقط شیمیایی نیست.

با پیشرفت تخریب داخلی:

• تراکم کاهش می یابد
• استحکام مکانیکی کاهش می یابد
• مقاومت در برابر تنش حرارتی ضعیف می شود

در عین حال:

شیب های حرارتی و محدودیت های پشتیبانی همچنان روی غلتک عمل می کنند.

این اثر ترکیبی در نهایت تولید می کند:

• شروع کرک
• بریدگی لبه
• شکستگی غلتکی

مطالب مرتبط:

• تنش ناشی از گرادیان حرارتی در اجزای کاربید سیلیکون

پوشش های محافظ مانند:

• Y2O3
• Al2O3
• پوشش های CVD SiC

می تواند خیس شدن فاز مذاب را کاهش دهد.

استفاده از SSiC با چگالی بالا مسیرهای نفوذ را به حداقل می رساند.

کاهش زمان اقامت در:

منطقه فاز مذاب 700-800 درجه سانتیگراد

می تواند به طور قابل توجهی خوردگی را کاهش دهد.

مانیتور:

• تغییر چگالی
• پوسته پوسته شدن سطح
• آسیب لبه غلتک
• علائم تخریب داخلی

راهنمای مرتبط:

• چگونه می توان علائم اولیه خرابی غلتک کاربید سیلیکون را شناسایی کرد

مسئله کلیدی این نیست که:

"LiOH خورنده است."

مکانیسم واقعی این است:

LiOH لایه محافظ SiO2 را از بین می برد و فازهای سیلیکات لیتیوم مذاب ایجاد می کند که تخریب داخلی را تسریع می کند.

این امر خوردگی را از:

اکسیداسیون سطحی

به:

حمله ساختاری عمیق

Shaanxi Kegu Advanced Materials Technology Co., Ltd.فراهم می کند:

• میله های غلتکی SSiC با چگالی بالا
• اجزای کوره مقاوم در برابر خوردگی
• محلول های SiC با پوشش CVD
• تجزیه و تحلیل خرابی کوره های باتری لیتیومی
• مشاوره بهینه سازی تنش حرارتی و خوردگی

برنامه های کاربردی عبارتند از:

• کوره های تولید NCM
• کوره های LFP
• سیستم های حرارتی نیمه هادی
• محیط های خورنده با دمای بالا

محصولات مرتبط:

• میله های غلتکی SSiC
• راه حل های مبلمان کوره SiC

LiOH خورنده تر است زیرا:

• واکنش تهاجمی با لایه های محافظ SiO2 نشان می دهد
• سیلیکات های لیتیوم مذاب را تشکیل می دهد
• نفوذ به ساختارهای SiC را تسریع می کند
• باعث تخریب داخلی در دمای بالا می شود

در مقایسه با محیط های Li2CO3:

LiOH ایجاد می کند:

• خوردگی سریعتر
• آسیب ساختاری بالاتر
• طول عمر قطعات کوتاه تر

برای کاربردهای سخت کوره باتری لیتیومی:

چگالی مواد، مهندسی سطح و بهینه سازی فرآیند حرارتی برای قابلیت اطمینان طولانی مدت SiC حیاتی هستند.