Rolos de carboneto de silício (SiC) são amplamente utilizados na produção de materiais catódicos para baterias de lítio devido à sua estabilidade em altas temperaturas e resistência mecânica.

No entanto, sob diferentes condições de processo, seu comportamento de corrosão pode variar significativamente.

Este estudo de caso analisa o desempenho de rolos de SiC em ambientes de produção de LFP (LiFePO₄) e NCM (Níquel Cobalto Manganês), com foco em mecanismos de corrosão, modos de falha e estratégias de otimização.

• Fonte de lítio: Li₂CO₃
• Atmosfera do forno: Baixa corrosão, principalmente vapor d'água
• Temperatura máxima: ~1000°C

Desempenho observado:

• Deposição uniforme de superfície cinza
• Nenhuma redução significativa de densidade
• Nenhuma fratura durante a operação
• Vida útil: ~2 anos

Os rolos mantiveram um desempenho estável sob condições relativamente brandas.

• Fonte de lítio: LiOH
• Atmosfera: Gases oxidantes + corrosivos
• Zona crítica de temperatura: 700–800°C

Problemas observados:

• Descascamento em larga escala da superfície
• Redução significativa da densidade
• Degradação da estrutura interna
• Vida útil: ~2 meses
• Falha: 2 fraturas de rolo registradas

A corrosão e a falha mecânica afetaram significativamente a estabilidade da produção.

Análises de DRX e FRX revelaram que:

• Fase original de SiC diminuiu significativamente
• Novos compostos formados:
  • Silicatos de lítio (Li₂SiO₃, Li₂Si₂O₅)
  • Compostos contendo níquel
  • Óxidos de lítio-manganês

Isso indica intensas reações químicas alterando a estrutura do material.

Análise de MEV mostrou:

• Aumento da porosidade
• Aumento do tamanho dos poros
• Estrutura interna afrouxada

Mudança medida:

• Densidade diminuiu de ≥3.05 g/cm³ → ~2.8 g/cm³

A corrosão penetrou além da superfície para o material a granel.

SiC reage com oxigênio:

SiC + O₂ → SiO₂

• Forma uma camada protetora temporária
• Pode falhar sob condições agressivas

Em alta temperatura:

• LiOH se decompõe → espécies de lítio reativas
• Reage com SiO₂:

SiO₂ + Li₂O → Li₂SiO₃

Em 700–800°C:

• Silicatos de lítio amolecem → formam fase fundida
• Dissolvem a camada protetora de SiO₂

Leva à exposição contínua e corrosão acelerada

SiC reage com compostos de lítio fundidos:

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

Resulta em rápido consumo de material

• Silicatos de lítio penetram ao longo dos contornos de grão
• Fases de contorno de grão se dissolvem
• Ligação intergranular enfraquece

Leva a:

• Desintegração estrutural
• Redução da resistência mecânica
• Fratura do rolo

Principais diferenças entre LFP e NCM:

A fase fundida de LiOH + alta temperatura é o principal motor da corrosão

• Método: Pulverização por plasma
• Revestimento: Y₂O₃ / Al₂O₃

Função:

• Prevenir molhagem por sal fundido
• Bloquear penetração de gás
• Retardar a corrosão

Vantagens:

• Custo-benefício (~1000 RMB por rolo)
• Implementação rápida

Adequado para melhoria de curto prazo

• Método: Deposição Química em Fase Vapor (CVD)
• Resultado: Camada superficial de SiC de alta pureza

Benefícios:

• Estrutura densa
• Ligação forte
• Bloqueia caminhos de corrosão

Proporciona estabilidade a longo prazo e maior vida útil

• Implementar upgrades de revestimento ou CVD
• Começar com testes em pequenos lotes

• Otimizar a taxa de aquecimento na faixa de 700–800°C
• Reduzir a formação de fase fundida

• Testes regulares de densidade
• Inspeção de superfície
• Substituir rolos severamente corroídos precocemente

Este caso demonstra que:

• Rolos de SiC têm bom desempenho em ambientes LFP brandos
• Mas enfrentam degradação severa em processos NCM com LiOH

A combinação de:

• Alta temperatura
• Compostos de lítio reativos
• Formação de fase fundida

leva à corrosão rápida e falha estrutural.

Para aplicações exigentes como a produção de NCM:

O design do material e a engenharia de superfície são críticos
Soluções de SiC aprimoradas podem melhorar significativamente a confiabilidade e a vida útil