รอลเลอร์ซิลิคคาร์ไบด์ (SiC) ใช้อย่างแพร่หลายในการผลิตวัสดุแคโทดแบตเตอรี่ลิเธียม เนื่องจากความมั่นคงในอุณหภูมิสูงและความแข็งแรงทางกล

อย่างไรก็ตาม ภายใต้สภาพกระบวนการที่แตกต่างกัน พฤติกรรมการเกรดของพวกมันอาจแตกต่างกันอย่างมาก

การศึกษากรณีนี้วิเคราะห์ผลการทํางานของรอลเลอร์ SiCในLFP (LiFePO4)และNCM (ไนเคิล โคบัลต์ แมนแกเนส)สภาพแวดล้อมการผลิต โดยเน้นกลไกการกัดกร่อน รูปแบบความผิดพลาด และกลยุทธ์การปรับปรุง

• แหล่งลิทธิียม:Li2CO3
• บรรยากาศเตาอบ: การกัดสนิมต่ํา, ส่วนใหญ่เป็นระเหยน้ํา
• อุณหภูมิสูงสุด: ~ 1000 °C

ผลการสังเกต:

• การฝากผิวสีเทาแบบเรียบร้อย
• ไม่มีการลดความหนาแน่นที่สําคัญ
• ไม่มีการหักหลังระหว่างการทํางาน
• อายุการใช้งาน: ~ 2 ปี

รอลเลอร์รักษาผลงานที่มั่นคง ภายใต้สภาพความอ่อนแอ

• แหล่งลิทธิียม:LiOH
• บรรยากาศ: ก๊าซออกซิเดน + ก๊าซกัด
• โซนอุณหภูมิวิกฤต700~800°C

ปัญหาที่สังเกต:

• การปลูกผิวขนาดใหญ่
• การลดความหนาแน่นอย่างสําคัญ
• ความเสื่อมของโครงสร้างภายใน
• อายุการใช้งาน: ~ 2 เดือน
• ความผิดปกติ: บันทึกการหักของม้วน 2 ครั้ง

การเก่าและความผิดพลาดทางเครื่องกล มีผลกระทบต่อความมั่นคงในการผลิตอย่างสําคัญ

การวิเคราะห์ XRD และ XRF พบว่า:

• หลักฐานระยะ SiC ลดลงอย่างสําคัญ
• สารประกอบใหม่ที่เกิดขึ้น:
  • ซิลิเกตลิเดียม (Li2SiO3, Li2Si2O5)
  • สารประกอบที่มีไนเคิล
  • อ๊อกไซด์ลิเดียมแมนแกเนส

นี่แสดงว่าการปฏิกิริยาทางเคมีที่รุนแรงที่เปลี่ยนแปลงโครงสร้างของวัสดุ.

การวิเคราะห์ SEM แสดงว่า:

• การเพิ่ม porosity
• ขนาดรูขุมขวาง
• โครงสร้างภายในลด

การเปลี่ยนแปลงที่วัด:

• ความหนาแน่นลดลงจาก≥3.05 g/cm3 → ~2.8 g/cm3

การกัดกรองเจาะเข้าไปนอกพื้นผิว ภายในวัสดุส่วนใหญ่

SiC ตอบสนองกับออกซิเจน:

SiC + O2 → SiO2

• สร้างชั้นป้องกันชั่วคราว
• สามารถล้มเหลวในสภาพที่รุนแรง

ในอุณหภูมิสูง:

• LiOH ละลาย → สายพันธุ์ลิเดียมปฏิกิริยา
• ทําปฏิกิริยากับ SiO2:

SiO2 + Li2O → Li2SiO3

ใน700~800°C:

• ซิลิเคตลิเดียมอ่อนโยน → สร้างระยะหลอม
• การละลายชั้นป้องกัน SiO2

ส่งผลให้เกิดการเผชิญหน้าต่อเนื่องและการกัดกร่อนที่เร็วขึ้น

SiC มีปฏิกิริยากับส่วนผสมลิเดียมหลอม:

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

ผลในการใช้วัสดุอย่างรวดเร็ว

• ซิลิเคตลิเดียมเจาะเข้าไปในเส้นขอบของเมล็ด
• ระยะขอบของเมล็ดพืชละลาย
• การผูกพันระหว่างกระดูกจะอ่อนแอ

ส่งผลให้:

• การล่มสลายโครงสร้าง
• ความแข็งแรงทางกลลดลง
• โรลล์หัก

ความแตกต่างหลักระหว่าง LFP และ NCM:

LiOH + ระยะละลายอุณหภูมิสูง เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการกัดกร่อน

• วิธีการ: การฉีดพลาสมา
• การเคลือบ:Y2O3 / Al2O3

ปฏิบัติการ:

• ป้องกันการชื้นเกลือหลอม
• การเจาะเข้าไปของก๊าซในบล็อก
• ความช้าในการกัดกร่อน

ข้อดี:

• ประหยัด (~ 1000 RMB ต่อม้วน)
• การดําเนินงานอย่างรวดเร็ว

เหมาะสําหรับการปรับปรุงในระยะสั้น

• วิธีการ: การฝังควายทางเคมี (CVD)
• ผล: ชั้นผิว SiC ความบริสุทธิ์สูง

ประโยชน์:

• โครงสร้างหนาแน่น
• ความผูกพันที่แข็งแกร่ง
• บล็อกเส้นทางการเกรด

ให้ความมั่นคงระยะยาวและอายุการใช้งานที่ยาวนาน

• ใช้เคลือบหรือปรับปรุง CVD
• เริ่มต้นด้วยการทดลองชุดเล็ก ๆ

• ปรับปรุงอัตราการทําความร้อนในระยะ 700~800 °C
• ลดการสร้างระยะละลาย

• การทดสอบความหนาแน่นเป็นประจํา
• การตรวจพื้นที่
• เปลี่ยน รอลเลอร์ ที่ ละลาย อย่าง รุนแรง ไว

กรณีนี้แสดงว่า

• รอลเลอร์ SiC ทํางานได้ดีในสภาพแวดล้อม LFP อ่อน
• แต่ต้องเผชิญกับความเสื่อมเสื่อมอย่างรุนแรงกระบวนการ NCM กับ LiOH

การผสมผสานของ

• อุณหภูมิสูง
• สารผสมลิธีียมปฏิกิริยา
• การสร้างระยะละลาย

ส่งผลให้เกิดการกัดรัดอย่างรวดเร็ว และความล้มเหลวของโครงสร้าง

สําหรับการใช้งานที่ต้องการ เช่น การผลิต NCM:

การออกแบบวัสดุและวิศวกรรมพื้นผิวมีความสําคัญ
การปรับปรุงการแก้ไข SiC สามารถปรับปรุงความน่าเชื่อถือและอายุการใช้งานได้อย่างสําคัญ