Применение микропорошка карбида кремния зеленого цвета в литиевых батареях и новых материалах для хранения энергии.
Основные характеристики зеленого карбида кремния: высокочистая изоляция, высокая термостойкость, устойчивость к коррозии электролита, высокая теплопроводность и низкое содержание примесей тяжелых металлов, что строго отличает его от проводящего черного карбида кремния. Черный карбид кремния является проводящим материалом и склонен вызывать микрокороткие замыкания в ячейках батареи; поэтому в основных сценариях обеспечения безопасности литиевых батарей можно использовать только зеленый карбид кремния. Он применяется в шести основных областях: сепараторы, материалы для ячеек, упаковка PACK, защита оборудования, твердотельные батареи и вспомогательные материалы для хранения энергии.
I. Керамическое покрытие для сепараторов литиевых батарей
В высокопроизводительных литий-ионных аккумуляторах и аккумуляторах длительного срока службы используется композитная керамическая суспензия из оксида алюминия и зеленого карбида кремния.
Высокая термостойкость
Мгновенно выдерживает температуру до 1500℃. При проколе батареи и тепловом разгоне керамический каркас не плавится, фиксируя размер сепаратора и предотвращая большой контакт между положительным и отрицательным электродами, что значительно снижает риск теплового разгона.
Гарантия на теплоизоляцию
Зеленый карбид кремния обеспечивает высокую изоляцию, предотвращая возникновение микрокоротких замыканий в ячейке из-за проводимости частиц; черный карбид кремния является проводящим материалом, поэтому его использование в сепараторах литиевых батарей строго запрещено.
Сопротивление электролита
Обладая исключительной химической инертностью, он не растворяется и не подвергается коррозии даже после длительного погружения в карбонатные электролиты, предотвращая загрязнение электролита и деградацию в процессе циклической работы.
Устойчивость к истиранию и проколам
Высокая твердость предотвращает легкое отслаивание порошкового покрытия в процессе прокатки, резки и намотки, избегая закупорки пор электрода порошком; препятствует проколу сепаратора литиевыми дендритами.
II. Композитные модифицирующие материалы для электродов и анодов аккумуляторных элементов
1. Модификация покрытия графитового анода
Наночастицы зеленого карбида кремния в виде микропорошка используются для покрытия поверхности природного и искусственного графита в качестве композитного наполнителя для анода:
Жесткие частицы смягчают расширение графита после интеркаляции лития, предотвращая разрушение электрода и увеличивая срок службы более чем на 30%;
На поверхности образуется стабильная пассивирующая пленка SEI, которая уменьшает количество побочных реакций в электролите и снижает его расход;
Улучшенная теплопроводность анода обеспечивает быстрое рассеивание тепла во время быстрой зарядки, снижая риск локального перегрева электрода.
2. Усиление анода кремний-углеродом
Кремнийуглеродные аноды обладают высоким коэффициентом теплового расширения. Включение ультрадисперсного зеленого карбида кремния обеспечивает высокую твердость жесткой основы, повышая прочность электрода; одновременно это гарантирует равномерную теплопроводность, решая проблему локальных горячих точек в кремниевых анодах.
III. Модули хранения энергии PACK: изоляционные и теплопроводящие заливочные компаунды, конструкционные клеи и наполнители.
Эпоксидно-силиконовые заливочные компаунды широко используются в аккумуляторных батареях, материнских платах BMS, высоковольтных медных шинах и клеммных колодках. Зеленый карбид кремния является предпочтительным наполнителем для обеспечения теплопроводности и изоляции, идеально решая проблемы отрасли:
двойное достижение теплопроводности и изоляции.
Теплопроводность 120–150 Вт/м·К, что значительно выше, чем у оксида алюминия; при заполнении силиконом или эпоксидной смолой тепло, выделяемое при зарядке и разрядке модуля, быстро рассеивается; одновременно чрезвычайно высокое объемное сопротивление обеспечивает изоляцию и предотвращает утечку при высоком напряжении, что делает его пригодным для высоковольтных накопителей энергии (платформа 800 В).
Графит и черный карбид кремния обладают как теплопроводностью, так и электропроводностью, а заливка под высоким напряжением может привести к утечкам и коротким замыканиям; оксид алюминия имеет относительно низкую теплопроводность.
Устойчив к электролитам и влажному теплу.
В средах, предназначенных для хранения энергии, наблюдаются значительные перепады температур, и они склонны к образованию конденсата.
Зеленый карбид кремния устойчив к кислотам, щелочам и гидролизу, что гарантирует, что заливочный компаунд не потрескается и не перестанет обеспечивать теплоизоляцию при длительном использовании на открытом воздухе.
IV. Специальные изоляционные, износостойкие и коррозионно-стойкие покрытия для оборудования производственной линии литиевых батарей.
В качестве верхнего и защитного покрытия для валков на красильных машинах, валковых прессах, машинах для продольной резки, формовочном оборудовании и испытательных стендах для систем хранения энергии необходимо использовать зеленый карбид кремния; черный карбид кремния использовать нельзя.
Требования к теплоизоляции
Для оборудования со слабым током или высоким напряжением управления покрытие должно обладать изоляционными свойствами, чтобы предотвратить утечку и пробой элементов батареи.
Износостойкость и коррозионная стойкость
Для предотвращения коррозии оборудования, вызванной пылью с электродов и брызгами электролита, зеленый карбид кремния повышает твердость покрытия, обеспечивая устойчивость к эрозии электролитом и трению.
Высокая термостойкость
Покрытие не мелеет и не трескается даже после длительного воздействия высоких температур (120–180℃) в печи для нанесения покрытия.
V. Ключевые наполнители для твердотельных литий-ионных батарей
1. Твердотельный электролитный композит на основе оксидов с микропорошком зеленого карбида кремния.
Улучшает механическую прочность твердотельного электролита и препятствует проникновению литиевых дендритов; одновременно оптимизирует теплопроводность, решая проблему концентрированного тепловыделения из-за внутреннего сопротивления в твердотельных батареях; химически стабилен и не вступает в побочные реакции с твердотельным электролитом.
2. Керамическая композитная смола для инкапсуляции твердотельных ячеек
Зелёная смола, наполненная карбидом кремния, обладает высокой термостойкостью, изоляционными и деформационными свойствами, подходит для процесса высокотемпературного спекания твердотельных батарей.
VI. Материалы для поддержки систем хранения энергии и керамические конструкционные компоненты
1. Керамические функциональные компоненты для литий-ионных батарей (основной материал, полученный методом спекания).
Керамика из карбида кремния, спеченная из необработанного микропорошка карбида кремния, используется для производства компонентов для индустрии хранения энергии:
Керамические лезвия и ролики для резки электродов; износостойкие и изолирующие, они не царапают электроды и не загрязняют элементы батареи металлическими частицами;
Печи для спекания аккумуляторов и обжиговые плиты; устойчивы к высоким температурам и коррозии в атмосфере спекания литий-ионных аккумуляторов, подходят для спекания материалов аккумуляторных элементов.
2. Фильтрация электролита и коррозионностойкая фитинга для трубопроводов.
Зеленые фильтрующие элементы и трубы из карбида кремния, устойчивые к коррозии электролита, используются для фильтрации и транспортировки электролита в трубопроводах систем хранения энергии.
VII. Изоляционные и теплоотводящие пластмассы для систем управления батареями (BMS) и высоковольтных компонентов.
В распределительных коробках систем хранения энергии, высоковольтных разъемах и кронштейнах для рассеивания тепла и изоляции IGBT-транзисторов в основном используются модифицированные конструкционные пластмассы, такие как PPS, PEEK и PA66, с добавлением зеленого карбида кремния в качестве модифицированного наполнителя:
1. Высокая теплопроводность для рассеивания тепла, решающая проблему тепловыделения в устройствах хранения энергии;
2. Полная изоляция, предотвращающая проведение и утечку высокого напряжения;
3. Устойчив к воздействию электролитов и старению при высоких/низких температурах, подходит для длительного использования в системах хранения энергии на открытом воздухе.