Dlaczego LiOH jest bardziej korozyjny dla elementów SiC w piecach na baterie litowe?

W produkcji materiałów do akumulatorów litowych,składniki z węglanu krzemu (SiC)są powszechnie stosowane ze względu na:

• Stabilność w wysokich temperaturach
• Doskonała wytrzymałość mechaniczna
• Dobra odporność na uderzenia cieplne

Jednakże doświadczenia z terenu pokazują istotną różnicę między dwoma powszechnymi źródłami litu:

• Li2CO3 (węglan litu)
• LiOH (hydroksyd litu)

W wielu systemach pieców:

Środowiska LiOH powodują znacznie szybszą korozję i krótszą żywotność komponentów SiC.

W tym artykule wyjaśniono, dlaczego LiOH jest znacznie bardziej agresywny wobec materiałów SiC, zwłaszcza w środowiskach produkcji NCM o wysokiej temperaturze.

Produkcja LFP (LiFePO4) powszechnie wykorzystuje:

• Li2CO3 jako źródło litu
• Mniejsza atmosfera korozyjna
• Umiarkowana reaktywność chemiczna

Obserwowana wydajność walców:

• Stabilna eksploatacja
• Tylko osadzenie powierzchni
• Żywotność do ~ 2 lat

Produkcja NCM zazwyczaj wykorzystuje:

• LiOH jako źródło litu
• Atmosfera utleniająca
• Środowisko gazu reaktywnego o wysokiej temperaturze

Obserwowane problemy:

• Ciężkie rozpraszanie się powierzchni
• Zmniejszenie gęstości
• Wewnętrzna degradacja strukturalna
• Złamanie koła w ciągu kilku miesięcy

Związane z tym studium przypadku:

• Jak poprawić żywotność rolników SiC w produkcji NCM?

Głównym powodem, dla którego LiOH jest bardziej żrący, są:

LiOH staje się bardzo reaktywny w podwyższonej temperaturze.

W porównaniu z Li2CO3:

LiOH łatwiej się rozkłada i wytwarza:

• Reaktywne gatunki litu
• Środowiska o silnym poziomie alkalicznym
• Związki stopionego litu

To przyspiesza niszczenie ochronnego oksydu na powierzchni SiC.

Przy wysokiej temperaturze SiC naturalnie utlenia się:

$SiC+O2/...SiO2$

Powstała warstwa SiO2 początkowo działa jako:

• Bariera ochronna
• Warstwa odporności na dyfuzję

W łagodnych warunkach ta warstwa spowalnia dalszą korozję.

LiOH agresywnie atakuje warstwę SiO2.

W podwyższonej temperaturze:

LiOH rozkłada się i generuje gatunki tlenku litu.

Reagują one z SiO2:

$SiO2+Li2O/...Li2SiO3$

Reakcja ta powoduje:

• Silikaty litu
• Fazy reakcji roztopionych
• Ciągłe rozpuszczanie warstwy ochronnej

W rezultacie:

Warstwa ochronna SiO2 nie może pozostać stabilna.

Ta strefa temperatury jest szczególnie niebezpieczna, ponieważ:

Silikaty litu zaczynają się zmiękczać i częściowo topnieć.

Faza stopiona:

• Rozpuszcza ochronną warstwę tlenku
• Przenika granice ziarna
• Przyspiesza transport chemiczny
• Zwiększa szybkość korozji wewnętrznej

To wyjaśnia, dlaczego silna korozja jest powszechnie obserwowana w:

• Strefy przejściowe pieców NCM
• Obszary o średniej temperaturze rolkowej
• Środowiska litowe o wysokiej reaktywności

W porównaniu z LiOH:

Li2CO3:

• Rozkłada się mniej agresywnie
• Produkuje mniej reaktywne gatunki litu
• Nie łatwiej tworzy roztopione fazy

W rezultacie:

• Żrza rozwija się wolniej
• Ochronny SiO2 pozostaje bardziej stabilny
• Wewnętrzna penetracja jest zmniejszona

Oto dlaczego:

Systemy pieców LFP zazwyczaj wykazują znacznie dłuższy okres trwania walców.

Gdy warstwa ochronna ulegnie uszkodzeniu:

Roztopione związki litu przenikają do struktury SiC.

Proces staje się:

Zaobserwowane skutki obejmują:

• Zwiększona porowatość
• Osłabienie granicy ziarna
• Zmniejszenie gęstości
• Utrata wytrzymałości mechanicznej

Ostatecznie prowadzi do:

• Pęknięcie krawędzi
• Rozpad strukturalny
• Złamanie koła

Gęsty bezciśnieniowo spiekany węglik krzemu (SSiC) zapewnia lepszą odporność, ponieważ ma:

• Otwarta porowatość niemal zerowa
• Brak wolnej fazy krzemu
• Gęsta mikrostruktura

To ogranicza:

• Przeniknięcie fazy stopionej
• Drogi dyfuzji wewnętrznej
• Atak na granicy ziarna

Link do produktu:

• Bezciśnieniowe zsinterowane pręty rolkowe SiC do pieców z akumulatorami litowymi

SiC związany reakcją (RB-SiC) zawiera:

• Silikon wolny od pozostałości
• Wyższa otwarta porowatość

Faza wolnego krzemu staje się:

Słaby punkt w korozyjnych środowiskach litowych.

To przyspiesza:

• Korrozja selektywna
• Osłabienie strukturalne
• Przekazywanie uszkodzeń wewnętrznych

Powiązany artykuł:

• Dlaczego zakład przetwórstwa chemicznego przeszedł z RB-SiC na SSiC?

Proces korozji nie jest tylko chemiczny.

W miarę postępu wewnętrznej degradacji:

• Gęstość zmniejsza się
• Spadek wytrzymałości mechanicznej
• Oporność na naprężenie cieplne osłabia się

Jednocześnie:

Gradienty termiczne i ograniczenia podtrzymujące nadal działają na walcownik.

Ten połączony efekt ostatecznie powoduje:

• Rozpoczęcie krakowania
• Szczątki krawędzi
• Złamanie koła

Powiązane czytanie:

• Wytrzymałość cieplna wywołana przez gradient w komponentach węglowodorów krzemowych

powłoki ochronne, takie jak:

• Y2O3
• Al2O3
• powłoki CVD SiC

może zmniejszyć nawilżanie stopionej fazy.

Użycie wysokiej gęstości SSiC minimalizuje szlaki penetracji.

Zmniejszenie czasu pobytu w:

Obszar fazy stopionej 700-800°C

może znacząco spowolnić korozję.

Monitor:

• Zmiana gęstości
• Wykrywanie powierzchni
• Uszkodzenie krawędzi walca
• Wskaźniki wewnętrznej degradacji

Wskazówka:

• Jak rozpoznać wczesne oznaki uszkodzenia walców z węglem krzemowym

Kluczowym zagadnieniem nie jest tylko:

LiOH jest żrący".

Prawdziwym mechanizmem jest:

LiOH niszczy ochronną warstwę SiO2 i tworzy stopione fazy krzemianu litu, które przyspieszają wewnętrzną degradację.

To przekształca korozję z:

Utlenianie powierzchni

do:

Głęboki atak strukturalny.

Shaanxi Kegu Advanced Materials Technology Co., Ltd.zapewnia:

• Włókna rolkowe o dużej gęstości SSiC
• Komponenty pieca odporne na korozję
• Roztwory SiC powlekane CVD
• Analiza awarii pieców z akumulatorami litowymi
• Doradztwo w zakresie optymalizacji naprężenia termicznego i korozji

Do zastosowań należą:

• Piece produkcyjne NCM
• Piece LFP
• Systemy termiczne półprzewodnikowe
• Środowiska korozyjne o wysokiej temperaturze

Produkty pokrewne:

• Rury rolkowe SSiC
• Rozwiązania mebli do pieców SiC

LiOH jest bardziej żrący, ponieważ:

• Reaguje agresywnie z ochronną warstwą SiO2
• Formy roztopionych krzemianów litu
• Przyspiesza penetrację w struktury SiC
• Wspiera wewnętrzną degradację w wysokich temperaturach

W porównaniu z środowiskami Li2CO3:

LiOH tworzy:

• Szybsza korozja
• Wyższe uszkodzenia strukturalne
• Krótsza żywotność części

Do wymagających zastosowań w piecach z akumulatorami litowymi:

Gęstość materiału, inżynieria powierzchniowa i optymalizacja procesu termicznego są kluczowe dla długoterminowej niezawodności SiC.