کاربردهای میکروپودر کاربید سیلیکون سبز در باتری‌های لیتیومی و مواد ذخیره انرژی جدید

کاربردهای میکروپودر کاربید سیلیکون سبز در باتری‌های لیتیومی و مواد ذخیره انرژی جدید

ویژگی‌های اصلی کاربید سیلیکون سبز: عایق با خلوص بالا، مقاومت در برابر دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی الکترولیت، رسانایی حرارتی بالا و ناخالصی‌های کم فلزات سنگین، که آن را کاملاً از کاربید سیلیکون سیاه رسانا متمایز می‌کند. کاربید سیلیکون سیاه رسانا است و مستعد ایجاد مدارهای کوتاه میکرو در سلول باتری است. بنابراین، فقط کاربید سیلیکون سبز می‌تواند در سناریوهای ایمنی باتری لیتیوم هسته استفاده شود. این شش بخش اصلی را پوشش می‌دهد: جداکننده‌ها، مواد سلولی، بسته‌بندی PACK، محافظت از تجهیزات، باتری‌های حالت جامد و مواد کمکی ذخیره‌سازی انرژی.

I. پوشش سرامیکی برای جداکننده‌های باتری لیتیومی 

باتری‌های لیتیومی با قدرت بالا و باتری‌های ذخیره انرژی با چرخه طولانی از یک دوغاب سرامیکی کامپوزیتی از آلومینا و کاربید سیلیکون سبز استفاده می‌کنند.

مقاومت در برابر دمای بالا

به طور آنی تا دمای ۱۵۰۰ درجه سانتیگراد را تحمل می‌کند. در هنگام سوراخ شدن باتری و فرار حرارتی، اسکلت لایه سرامیکی ذوب نمی‌شود، اندازه جداکننده را ثابت نگه می‌دارد و از تماس سطح بزرگ بین الکترودهای مثبت و منفی جلوگیری می‌کند و خطر فرار حرارتی را به میزان قابل توجهی کاهش می‌دهد.

ضمانت عایق

کاربید سیلیکون سبز عایق‌بندی بالایی را فراهم می‌کند و از رسانایی ذرات و ایجاد مدارهای کوتاه میکرو در سلول جلوگیری می‌کند؛ کاربید سیلیکون سیاه رسانا است، و استفاده از آن در جداکننده‌های باتری لیتیومی اکیداً ممنوع است.

مقاومت الکترولیت

از نظر شیمیایی بسیار بی‌اثر است، حتی پس از غوطه‌وری طولانی مدت در الکترولیت‌های کربناتی، حل نمی‌شود یا دچار خوردگی نمی‌شود و از آلودگی الکترولیت و تخریب چرخه جلوگیری می‌کند.

مقاومت در برابر سایش و سوراخ شدن

سختی بالا مانع از ریزش آسان پودر پوشش در حین فرآیندهای نورد، برش و سیم‌پیچ می‌شود و از انسداد منافذ الکترود توسط پودر جلوگیری می‌کند؛ از سوراخ شدن دندریت لیتیوم به داخل جداکننده جلوگیری می‌کند.

II. مواد اصلاح کامپوزیتی برای الکترودها و آندهای سلول باتری

۱. اصلاح پوشش آند گرافیتی

میکروپودر کاربید سیلیکون نانوسبز برای پوشش سطح گرافیت طبیعی و مصنوعی به عنوان پرکننده کامپوزیت برای آند استفاده می‌شود:

ذرات سفت و سخت، انبساط گرافیت را پس از قرار گرفتن لیتیوم در لایه میانی، کاهش می‌دهند و باعث کاهش پودر شدن الکترود و افزایش بیش از 30 درصدی عمر چرخه می‌شوند.

 یک لایه نازک پایدار SEI روی سطح تشکیل می‌شود که واکنش‌های جانبی مداوم در الکترولیت را کاهش داده و مصرف الکترولیت را کم می‌کند.

رسانایی حرارتی بهبود یافته آند، امکان اتلاف سریع گرما را در حین شارژ سریع فراهم می‌کند و خطر گرم شدن بیش از حد موضعی الکترود را کاهش می‌دهد.

۲. تقویت آند سیلیکون-کربن

آندهای سیلیکون-کربن نرخ انبساط بالایی دارند. استفاده از کاربید سیلیکون سبز فوق‌العاده ریز، سختی بالایی را برای تکیه‌گاه سفت و سخت فراهم می‌کند و چقرمگی الکترود را بهبود می‌بخشد. همزمان، رسانایی حرارتی یکنواخت را تضمین می‌کند و مشکل نقاط داغ موضعی در آندهای مبتنی بر سیلیکون را حل می‌کند.

III. ماژول‌های ذخیره‌سازی انرژی PACK: ترکیبات عایق و رسانای حرارتی، چسب‌های ساختاری و پرکننده‌ها
ترکیبات اپوکسی/سیلیکون به طور گسترده در بسته‌های باتری ذخیره‌سازی انرژی، مادربردهای BMS، باس‌بارهای مسی ولتاژ بالا و بلوک‌های ترمینال استفاده می‌شوند. کاربید سیلیکون سبز پرکننده ترجیحی برای رسانایی حرارتی و عایق‌بندی است و به طور کامل نقاط ضعف صنعت را حل می‌کند:
دستیابی دوگانه به رسانایی حرارتی و عایق‌بندی

رسانایی حرارتی ۱۲۰ تا ۱۵۰ وات بر متر مکعب در کلوین، بسیار بالاتر از آلومینا؛ هنگامی که با سیلیکون یا اپوکسی پر می‌شود، گرمای شارژ و دشارژ ماژول به سرعت دفع می‌شود؛ همزمان، مقاومت حجمی بسیار بالای آن، عایق بودن را تضمین کرده و از خزش تحت ولتاژ بالا جلوگیری می‌کند و آن را برای پک‌های ذخیره انرژی ولتاژ بالا (پلتفرم ۸۰۰ ولت) مناسب می‌سازد.

گرافیت و کاربید سیلیکون سیاه رسانای حرارتی اما رسانای الکتریکی هستند و قرار دادن آنها در معرض ولتاژ بالا می‌تواند منجر به نشتی و اتصال کوتاه شود؛ آلومینا رسانایی حرارتی نسبتاً کمی دارد.

مقاوم در برابر الکترولیت و رطوبت و گرما

محیط‌های ذخیره‌سازی انرژی اختلاف دمای زیادی را تجربه می‌کنند و مستعد تراکم هستند.

کاربید سیلیکون سبز در برابر اسیدها و قلیاها و هیدرولیز مقاوم است و تضمین می‌کند که ترکیب گلدان ترک نمی‌خورد یا در استفاده طولانی مدت در فضای باز عایق‌بندی خود را از دست نمی‌دهد.

IV. پوشش‌های عایق ویژه، مقاوم در برابر سایش و خوردگی برای تجهیزات خط تولید باتری لیتیومی

پوشش‌های محافظ سطح رویه و غلتک برای ماشین‌های پوشش‌دهی، پرس‌های غلتکی، ماشین‌های برش، تجهیزات شکل‌دهی و وسایل آزمایش ذخیره‌سازی انرژی، همگی باید از کاربید سیلیکون سبز استفاده کنند؛ کاربید سیلیکون سیاه نمی‌تواند مورد استفاده قرار گیرد.

الزامات عایق کاری

 برای تجهیزاتی که جریان ضعیف یا ولتاژ بالا دارند، پوشش باید عایق باشد تا از نشت و خرابی سلول باتری جلوگیری شود.

مقاومت در برابر سایش و خوردگی

برای جلوگیری از خوردگی تجهیزات توسط گرد و غبار الکترود و پاشش الکترولیت، کاربید سیلیکون سبز سختی لایه پوشش را افزایش می‌دهد و مقاومت در برابر فرسایش و اصطکاک الکترولیت را فراهم می‌کند.

مقاومت در برابر دمای بالا

این پوشش حتی پس از قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دمای بالا (120 تا 180 درجه سانتیگراد) در کوره پوشش‌دهی، گچی یا ترک نمی‌خورد.

V. پرکننده‌های کلیدی برای باتری‌های لیتیوم حالت جامد

۱. کامپوزیت الکترولیت حالت جامد پایه اکسیدی با میکروپودر سبز کاربید سیلیکون

استحکام مکانیکی الکترولیت حالت جامد را بهبود می‌بخشد و از نفوذ دندریت لیتیوم جلوگیری می‌کند؛ همزمان رسانایی حرارتی را بهینه می‌کند و مشکل تولید گرمای متمرکز ناشی از مقاومت داخلی در باتری‌های حالت جامد را حل می‌کند؛ از نظر شیمیایی پایدار است و با الکترولیت حالت جامد واکنش‌های جانبی انجام نمی‌دهد.

۲. رزین کامپوزیت سرامیکی کپسوله‌سازی سلول حالت جامد

رزین پر شده با کاربید سیلیکون سبز، مقاوم در برابر دمای بالا، عایق و مقاوم در برابر تغییر شکل، مناسب برای فرآیند پخت در دمای بالای باتری‌های حالت جامد.

VI. مواد نگهدارنده ذخیره انرژی و اجزای سازه‌ای سرامیکی

۱. اجزای کاربردی سرامیکی باتری لیتیوم-یون (ماده اصلی پخت)
سرامیک‌های کاربید سیلیکون که از میکروپودر کاربید سیلیکون سبز پخت می‌شوند، برای ساخت قطعات برای صنعت ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند:

تیغه‌های سرامیکی برش الکترود و غلتک‌های سرامیکی؛ مقاوم در برابر سایش و عایق، آنها الکترودها را خراش نمی‌دهند و سلول‌های باتری را با خرده‌های فلزی آلوده نمی‌کنند.

 کوره‌های زینترینگ باتری و صفحات پخت؛ مقاوم در برابر دماهای بالا و خوردگی اتمسفر زینترینگ باتری لیتیوم-یون، مناسب برای زینترینگ مواد سلول باتری.

۲. فیلتراسیون الکترولیت و اتصالات لوله‌کشی مقاوم در برابر خوردگی
عناصر و لوله‌های فیلتر سرامیکی کاربید سیلیکون سبز، مقاوم در برابر خوردگی الکترولیت، برای فیلتراسیون گردش الکترولیت و خطوط لوله انتقال در ذخیره‌سازی انرژی استفاده می‌شوند.

VII. پلاستیک‌های عایق و اتلاف گرما برای ذخیره انرژی BMS و قطعات ولتاژ بالا
جعبه‌های تقسیم ذخیره انرژی، کانکتورهای ولتاژ بالا و براکت‌های اتلاف گرما و عایق IGBT عمدتاً از پلاستیک‌های مهندسی اصلاح‌شده مانند PPS، PEEK و PA66 با کاربید سیلیکون سبز به عنوان پرکننده اصلاح‌شده استفاده می‌کنند:

۱. رسانایی حرارتی بالا برای اتلاف گرما، حل مشکل تولید گرما در دستگاه‌های ذخیره انرژی؛

2. عایق کامل، جلوگیری از هدایت ولتاژ بالا و نشت؛

۳. مقاوم در برابر الکترولیت‌ها و فرسودگی در دمای بالا/پایین، مناسب برای استفاده طولانی مدت در ذخیره‌سازی انرژی در فضای باز.