Por que o LiOH é mais corrosivo para os componentes de SiC em fornos de baterias de lítio?

Na produção de materiais para baterias de lítio,Componentes de carburo de silício (SiC)são amplamente utilizadas devido à sua:

• Estabilidade a altas temperaturas
• Excelente resistência mecânica
• Boa resistência a choques térmicos

No entanto, a experiência de campo mostra uma grande diferença entre duas fontes comuns de lítio:

• Li2CO3 (carbonato de lítio)
• LiOH (hidróxido de lítio)

Em muitos sistemas de fornos:

Os ambientes de LiOH causam uma corrosão muito mais rápida e uma vida útil mais curta dos componentes de SiC.

Este artigo explica por que o LiOH é significativamente mais agressivo em relação aos materiais SiC, especialmente em ambientes de produção NCM de alta temperatura.

A produção de LFP (LiFePO4) utiliza geralmente:

• Li2CO3 como fonte de lítio
• Atmosfera de corrosão mais baixa
• Reatividade química moderada

Desempenho observado dos rolos:

• Operação estável
• Apenas deposição superficial
• Vida útil até ~ 2 anos

A produção NCM utiliza geralmente:

• LiOH como fonte de lítio
• Atmosfera oxidante
• Ambiente de gás reativo de alta temperatura

Problemas observados:

• Espalhamento grave da superfície
• Redução da densidade
• Degradação estrutural interna
• Fratura de rolos em meses

Estudo de caso relacionado

• Como melhorar a vida útil dos rolos de SiC na produção de NCM?

A principal razão pela qual o LiOH é mais corrosivo é:

O LiOH torna-se altamente reativo a temperatura elevada.

Em comparação com o Li2CO3:

O LiOH se decompõe mais facilmente e produz:

• Espécies de lítio reativas
• Ambientes alcalinos fortes
• Compostos de lítio fundido

Estes aceleram a destruição das camadas protetoras de óxido nas superfícies de SiC.

A altas temperaturas, o SiC oxida naturalmente:

$SIC+O2\to SIO2$

A camada de SiO2 resultante atua inicialmente como:

• Barreira protetora
• Camada de resistência à difusão

Sob condições amenas, esta camada retarda a corrosião.

O LiOH ataca agressivamente a camada de SiO2.

A temperatura elevada:

O LiOH decompõe e gera espécies de óxido de lítio.

Estes reagem com SiO2:

$SIO2+LI2O\to LI2SIO3$

Esta reacção cria:

• Siliatos de lítio
• Fases de reação de fusão
• Dissolução contínua da camada protetora

Em consequência:

A camada de protecção de SiO2 não pode permanecer estável.

Esta zona de temperatura é especialmente perigosa porque:

Os silicatos de lítio começam a amolecer e a derreter parcialmente.

Fase fundida:

• Dissolve as camadas protetoras de óxido
• Penetra nos limites dos grãos
• Acelera o transporte químico
• Aumenta a taxa de corrosão interna

Isto explica por que a corrosão grave é comumente observada em:

• Zonas de transição dos fornos NCM
• Regiões de temperatura média dos rolos
• Ambientes de lítio de alta reatividade

Em comparação com o LiOH:

Li2CO3:

• Decompõe-se menos agressivamente
• Produz espécies de lítio menos reativas
• Forma fases fundidas menos facilmente

Em consequência:

• A corrosão desenvolve-se mais lentamente
• O SiO2 de protecção mantém-se mais estável
• Penetração interna reduzida

É por isso que:

Os sistemas de fornos LFP apresentam geralmente uma vida útil de rolos muito mais longa.

Uma vez que a camada protetora falha:

Os compostos de lítio fundidos penetram na estrutura do SiC.

O processo é:

Os efeitos observados incluem:

• Aumento da porosidade
• Enfraquecimento do limite dos grãos
• Redução da densidade
• Perda de resistência mecânica

Eventualmente levando a:

• Fragmentação da borda
• Desintegração estrutural
• Fratura de rolos

O carburo de silício sinterizado denso sem pressão (SSiC) proporciona uma resistência melhorada porque possui:

• Porosidade aberta próxima de zero
• Não há fase de silício livre
• Microestrutura densa

Isto limita:

• Penetração na fase fundida
• Via de difusão interna
• Ataque de fronteira de grãos

Link para o produto:

• Rodas de rolamento sinterizadas de SiC sem pressão para fornos a bateria de lítio

O SiC ligado por reação (RB-SiC) contém:

• Silício livre de resíduos
• Maior porosidade aberta

A fase de silício livre torna-se:

Um ponto fraco sob ambientes corrosivos de lítio.

Isto acelera:

• Corrosão selectiva
• Enfraquecimento estrutural
• Propagação do dano interno

Artigo relacionado:

• Por que uma planta de processamento químico mudou de RB-SiC para SSiC

O processo de corrosão não é apenas químico.

À medida que a degradação interna progride:

• Densidade diminui
• Quedas de resistência mecânica
• A resistência ao esforço térmico enfraquece

Ao mesmo tempo:

Os gradientes térmicos e as restrições de suporte continuam a agir sobre o rolo.

Este efeito combinado acaba por produzir:

• Iniciação do crack
• Fragmentação da borda
• Fratura de rolos

Leitura relacionada:

• Estresse induzido por gradiente térmico em componentes de carburo de silício

Revestimentos protetores, tais como:

• Y2O3
• Al2O3
• Revestimentos de SiC CVD

Pode reduzir a umedecimento da fase fundida.

Usar SSiC de alta densidade minimiza as vias de penetração.

Redução do tempo de residência:

Região de fase fundida de 700°C a 800°C

pode retardar significativamente a corrosão.

Monitor:

• Mudança de densidade
• Espalhamento de superfície
• Danos na borda do rolo
• Sinais de degradação interna

Guia relacionado:

• Como identificar os primeiros sinais de falha de um rolo de carburo de silício

A questão chave não é simplesmente:

O LiOH é corrosivo".

O verdadeiro mecanismo é:

O LiOH destrói a camada protetora de SiO2 e cria fases de silicato de lítio fundido que aceleram a degradação interna.

Isto transforma a corrosão de:

Oxidação superficial

em:

Ataque estrutural profundo.

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

• Rodas de rolos SSiC de alta densidade
• Componentes de fornos resistentes à corrosão
• Soluções de SiC revestidas por CVD
• Análise de falhas para fornos de baterias de lítio
• Consultoria de otimização do esforço térmico e da corrosão

As aplicações incluem:

• Fornos de produção NCM
• Fornos LFP
• Sistemas térmicos de semicondutores
• Ambientes corrosivos de alta temperatura

Produtos relacionados:

• Rodas de rolamento SSiC
• Soluções de mobiliário para fornos de SiC

O LiOH é mais corrosivo porque:

• Reage agressivamente com camadas protetoras de SiO2
• Formas de silicatos de lítio fundidos
• Acelera a penetração em estruturas de SiC
• Promove a degradação interna a alta temperatura

Em comparação com ambientes de Li2CO3:

O LiOH cria:

• Corrosão mais rápida
• Dano estrutural mais elevado
• Duração de vida mais curta dos componentes

Para aplicações exigentes de fornos de baterias de lítio:

A densidade do material, a engenharia de superfície e a otimização do processo térmico são críticas para a confiabilidade de longo prazo do SiC.