Tại sao LiOH có khả năng ăn mòn hơn các thành phần SiC trong lò pin lithium?

Trong sản xuất vật liệu pin lithium,Các thành phần silicon carbide (SiC)được sử dụng rộng rãi vì:

• Độ ổn định ở nhiệt độ cao
• Sức mạnh cơ học tuyệt vời
• Chống sốc nhiệt tốt

Tuy nhiên, kinh nghiệm thực địa cho thấy một sự khác biệt lớn giữa hai nguồn lithium phổ biến:

• Li2CO3 (Lithium Carbonate)
• LiOH (Lithium Hydroxide)

Trong nhiều hệ thống lò:

Môi trường LiOH gây ăn mòn nhanh hơn nhiều và tuổi thọ của thành phần SiC ngắn hơn.

Bài viết này giải thích lý do tại sao LiOH hung hăng hơn đáng kể đối với các vật liệu SiC, đặc biệt là trong môi trường sản xuất NCM nhiệt độ cao.

Sản xuất LFP (LiFePO4) thường sử dụng:

• Li2CO3 làm nguồn lithium
• Không khí ăn mòn thấp hơn
• Phản ứng hóa học trung bình

Hiệu suất cuộn được quan sát:

• Hoạt động ổn định
• Chỉ lắng đọng bề mặt
• Thời gian sử dụng tối đa ~ 2 năm

Sản xuất NCM thường sử dụng:

• LiOH như nguồn lithium
• Không khí oxy hóa
• Môi trường khí phản ứng nhiệt độ cao

Các vấn đề được quan sát:

• Sức mạnh của bề mặt
• Giảm mật độ
• Sự suy thoái cấu trúc bên trong
• Xẻ gãy trong vòng vài tháng

Nghiên cứu trường hợp liên quan:

• Làm thế nào để cải thiện tuổi thọ của cuộn SiC trong sản xuất NCM?

Lý do chính khiến LiOH ăn mòn hơn là:

LiOH trở nên phản ứng cao ở nhiệt độ cao.

So với Li2CO3:

LiOH phân hủy dễ dàng hơn và tạo ra:

• Các loại lithium phản ứng
• Môi trường kiềm mạnh
• Các hợp chất lithium nóng chảy

Chúng đẩy nhanh sự phá hủy các lớp oxit bảo vệ trên bề mặt SiC.

Ở nhiệt độ cao, SiC tự nhiên oxy hóa:

$SiC+O2\to SiO2$

Lớp SiO2 kết quả ban đầu hoạt động như một:

• Rào chắn bảo vệ
• Lớp kháng khuếch tán

Trong điều kiện ôn hòa, lớp này làm chậm sự ăn mòn hơn nữa.

LiOH tấn công mạnh vào lớp SiO2.

Ở nhiệt độ cao:

LiOH phân hủy và tạo ra các loại lithium oxide.

Chúng phản ứng với SiO2:

$SiO2+Li2O\to Li2SiO3$

Phản ứng này tạo ra:

• Lithium silicate
• Các giai đoạn phản ứng nóng chảy
• Sự hòa tan liên tục của lớp bảo vệ

Kết quả là:

Lớp bảo vệ SiO2 không thể ổn định.

Khu vực nhiệt độ này đặc biệt nguy hiểm vì:

Lithium silicate bắt đầu mềm và một phần tan chảy.

Giai đoạn nóng chảy:

• Xóa các lớp oxit bảo vệ
• Thâm nhập ranh giới hạt
• Tốc độ vận chuyển hóa chất
• Tăng tỷ lệ ăn mòn bên trong

Điều này giải thích tại sao ăn mòn nghiêm trọng thường được quan sát thấy trong:

• Khu vực chuyển đổi lò NCM
• Khu vực nhiệt độ trung bình của con lăn
• Môi trường lithium phản ứng cao

So với LiOH:

Li2CO3:

• Phân hủy ít hung hăng hơn
• Tạo ra các loại lithium ít phản ứng hơn
• Hình thành các giai đoạn nóng chảy ít dễ dàng hơn

Kết quả là:

• Sự ăn mòn phát triển chậm hơn
• SiO2 bảo vệ vẫn ổn định hơn
• Sự thâm nhập bên trong giảm

Đây là lý do:

Hệ thống lò LFP thường cho thấy tuổi thọ của cuộn dài hơn nhiều.

Một khi lớp bảo vệ bị hỏng:

Các hợp chất lithium nóng chảy thâm nhập vào cấu trúc SiC.

Quá trình trở thành:

Các tác dụng được quan sát bao gồm:

• Tăng độ xốp
• Sự suy yếu biên giới ngũ cốc
• Giảm mật độ
• Mất sức mạnh cơ học

Cuối cùng dẫn đến:

• Nứt cạnh
• Phân rã cấu trúc
• Chấn thương gãy xe cuộn

Carbure silicon sintered không áp suất (SSiC) mật độ cung cấp sức đề kháng tốt hơn vì nó có:

• Gần không lỗ hổng mở
• Không có pha silic tự do
• Cấu trúc vi mô dày đặc

Điều này giới hạn:

• Thâm nhập pha nóng chảy
• Đường phổ biến bên trong
• Cuộc tấn công biên giới hạt

Liên kết sản phẩm:

• Các thanh cuộn SiC ngưng tụ không áp suất cho lò sưởi pin lithium

SiC liên kết phản ứng (RB-SiC) chứa:

• Silicon không còn dư lượng
• Độ xốp mở cao hơn

Giai đoạn silic tự do trở thành:

Một điểm yếu trong môi trường lithium ăn mòn.

Điều này tăng tốc:

• Kiểu ăn mòn chọn lọc
• Sự suy yếu về cấu trúc
• Sự lan truyền tổn thương bên trong

Bài viết liên quan:

• Tại sao một nhà máy chế biến hóa chất chuyển từ RB-SiC sang SSiC

Quá trình ăn mòn không chỉ là hóa học.

Khi sự suy thoái bên trong tiến triển:

• Mật độ giảm
• Sức mạnh cơ học giảm
• Chống căng thẳng nhiệt suy yếu

Đồng thời:

Các gradient nhiệt và các hạn chế hỗ trợ tiếp tục hoạt động trên con lăn.

Hiệu ứng kết hợp này cuối cùng tạo ra:

• Bắt đầu crack
• Đánh nát cạnh
• Chấn thương gãy xe cuộn

Bài đọc liên quan:

• Căng thẳng do gradient nhiệt gây ra trong các thành phần Silicon Carbide

Lớp phủ bảo vệ như:

• Y2O3
• Al2O3
• Lớp phủ CVD SiC

có thể làm giảm độ ướt của pha nóng chảy.

Sử dụng SSiC mật độ cao sẽ giảm thiểu các đường xâm nhập.

Giảm thời gian cư trú tại:

Khu vực giai đoạn nóng chảy 700~800 °C

có thể làm chậm đáng kể sự ăn mòn.

Máy theo dõi:

• Thay đổi mật độ
• Bụt bề mặt
• Hư hỏng cạnh cuộn
• Dấu hiệu suy thoái nội bộ

Hướng dẫn liên quan:

• Làm thế nào để xác định các dấu hiệu sớm của thất bại cuộn Silicon Carbide

Vấn đề quan trọng không chỉ đơn giản là:

LiOH là chất ăn mòn".

Cơ chế thực sự là:

LiOH phá hủy lớp bảo vệ SiO2 và tạo ra các giai đoạn lithium silicat nóng chảy tăng tốc độ phân hủy bên trong.

Điều này biến đổi ăn mòn từ:

Ôxy hóa bề mặt

thành:

Vụ tấn công cấu trúc sâu.

Shaanxi Kegu Advanced Materials Technology Co., Ltd.cung cấp:

• Các thanh cuộn SSiC mật độ cao
• Các thành phần lò chống ăn mòn
• Các dung dịch SiC phủ CVD
• Phân tích lỗi cho lò pin lithium
• Tư vấn tối ưu hóa căng thẳng nhiệt và ăn mòn

Các ứng dụng bao gồm:

• Các lò sản xuất NCM
• Các lò LFP
• Hệ thống nhiệt bán dẫn
• Môi trường ăn mòn ở nhiệt độ cao

Các sản phẩm liên quan:

• Các thanh cuộn SSiC
• Giải pháp đồ nội thất lò SiC

LiOH ăn mòn hơn vì nó:

• Phản ứng tích cực với các lớp bảo vệ SiO2
• Các dạng silicat lithium nóng chảy
• Tốc độ xâm nhập vào các cấu trúc SiC
• Thúc đẩy sự phân hủy bên trong ở nhiệt độ cao

So với môi trường Li2CO3:

LiOH tạo ra:

• Kiểu ăn mòn nhanh hơn
• Thiệt hại cấu trúc cao hơn
• Tuổi thọ thành phần ngắn hơn

Đối với các ứng dụng lò pin lithium đòi hỏi:

Mật độ vật liệu, kỹ thuật bề mặt và tối ưu hóa quy trình nhiệt là rất quan trọng đối với độ tin cậy SiC lâu dài.