การประยุกต์ใช้ไมโครผงซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในแบตเตอรี่ลิเธียมและวัสดุจัดเก็บพลังงานใหม่
คุณลักษณะหลักของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว ได้แก่ ความเป็นฉนวนที่มีความบริสุทธิ์สูง ทนต่ออุณหภูมิสูง ทนต่อการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ การนำความร้อนสูง และมีสิ่งเจือปนโลหะหนักต่ำ ซึ่งแตกต่างอย่างชัดเจนจากซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำที่เป็นตัวนำ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำเป็นตัวนำและมีแนวโน้มที่จะทำให้เกิดการลัดวงจรขนาดเล็กในเซลล์แบตเตอรี่ ดังนั้นจึงมีเพียงซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเท่านั้นที่สามารถใช้ในสถานการณ์ด้านความปลอดภัยหลักของแบตเตอรี่ลิเธียมได้ ครอบคลุม 6 ภาคส่วนหลัก ได้แก่ แผ่นกั้น วัสดุเซลล์ บรรจุภัณฑ์ PACK การป้องกันอุปกรณ์ แบตเตอรี่โซลิดสเตท และวัสดุเสริมสำหรับการจัดเก็บพลังงาน
I. การเคลือบเซรามิกสำหรับแผ่นกั้นแบตเตอรี่ลิเธียม
แบตเตอรี่ลิเธียมกำลังสูงระดับไฮเอนด์และแบตเตอรี่เก็บพลังงานที่มีอายุการใช้งานยาวนาน ใช้วัสดุเซรามิกผสมที่ประกอบด้วยอะลูมินาและซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว
ทนต่ออุณหภูมิสูง
สามารถทนต่ออุณหภูมิได้สูงถึง 1500℃ ในทันที ระหว่างที่แบตเตอรี่ถูกเจาะหรือเกิดความร้อนสูงเกินควบคุม โครงสร้างชั้นเซรามิกจะไม่ละลาย ทำให้ขนาดของแผ่นกั้นคงที่และป้องกันการสัมผัสกันเป็นบริเวณกว้างระหว่างขั้วบวกและขั้วลบ ซึ่งช่วยลดความเสี่ยงของการเกิดความร้อนสูงเกินควบคุมได้อย่างมาก
รับประกันฉนวนกันความร้อน
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีคุณสมบัติเป็นฉนวนสูง ป้องกันการนำไฟฟ้าของอนุภาคที่อาจทำให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจรขนาดเล็กในเซลล์ ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำเป็นตัวนำไฟฟ้า จึงห้ามใช้ในแผ่นกั้นแบตเตอรี่ลิเธียมโดยเด็ดขาด
ความต้านทานอิเล็กโทรไลต์
เนื่องจากมีคุณสมบัติเฉื่อยทางเคมีสูงมาก จึงไม่ละลายหรือเกิดการกัดกร่อนแม้หลังจากแช่ในสารละลายอิเล็กโทรไลต์คาร์บอเนตเป็นเวลานาน จึงช่วยป้องกันการปนเปื้อนของสารละลายอิเล็กโทรไลต์และการเสื่อมสภาพของแบตเตอรี่
ความทนทานต่อการเสียดสีและการเจาะทะลุ
ความแข็งสูงช่วยป้องกันไม่ให้ผงเคลือบหลุดร่วงง่ายในระหว่างกระบวนการรีด การตัด และการม้วน ซึ่งจะช่วยป้องกันการอุดตันของผงในรูพรุนของอิเล็กโทรด และยับยั้งการแทรกซึมของลิเธียมเดนไดรต์เข้าไปในตัวแยก
II. วัสดุปรับปรุงคุณภาพคอมโพสิตสำหรับขั้วไฟฟ้าและขั้วบวกของเซลล์แบตเตอรี่
1. การปรับปรุงการเคลือบขั้วบวกกราไฟต์
ผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวขนาดนาโนถูกนำมาใช้เคลือบผิวของกราไฟต์ธรรมชาติและกราไฟต์สังเคราะห์ เพื่อใช้เป็นสารเติมแต่งในวัสดุผสมสำหรับขั้วบวก:
อนุภาคแข็งช่วยลดการขยายตัวของกราไฟต์หลังจากการแทรกตัวของลิเธียม ลดการแตกละเอียดของอิเล็กโทรด และเพิ่มอายุการใช้งานได้มากกว่า 30%
ฟิล์ม SEI ที่เสถียรจะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิว ช่วยลดปฏิกิริยาข้างเคียงอย่างต่อเนื่องในอิเล็กโทรไลต์และลดการใช้อิเล็กโทรไลต์
การนำความร้อนของขั้วบวกที่ดีขึ้นช่วยให้ระบายความร้อนได้อย่างรวดเร็วในระหว่างการชาร์จเร็ว ลดความเสี่ยงของการเกิดความร้อนสูงเฉพาะจุดของขั้วไฟฟ้า
2. การเสริมแรงขั้วบวกด้วยซิลิคอน-คาร์บอน
ขั้วบวกซิลิคอน-คาร์บอนมีอัตราการขยายตัวสูง การผสมซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวละเอียดพิเศษช่วยเพิ่มความแข็งสูงเพื่อการรองรับที่แข็งแรง ปรับปรุงความทนทานของอิเล็กโทรด และในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การนำความร้อนสม่ำเสมอ แก้ปัญหาจุดร้อนเฉพาะที่ในขั้วบวกที่ใช้ซิลิคอนเป็นหลัก
III. โมดูลกักเก็บพลังงาน PACK: สารประกอบสำหรับห่อหุ้มฉนวนและนำความร้อน กาวโครงสร้าง และสารเติม
แต่ง สารประกอบสำหรับห่อหุ้มอีพ็อกซี/ซิลิโคนถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในชุดแบตเตอรี่กักเก็บพลังงาน เมนบอร์ด BMS บัสบาร์ทองแดงแรงดันสูง และบล็อกขั้วต่อ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นสารเติมแต่งที่นิยมใช้สำหรับคุณสมบัติการนำความร้อนและฉนวน ซึ่งช่วยแก้ปัญหาที่สำคัญในอุตสาหกรรมได้อย่างสมบูรณ์แบบ:
การบรรลุเป้าหมายสองประการคือ การนำความร้อนและฉนวน
ค่าการนำความร้อน 120~150 วัตต์/เมตร·เคลวิน สูงกว่าอะลูมินามาก เมื่อเติมด้วยซิลิโคนหรืออีพ็อกซี ความร้อนจากการชาร์จและการคายประจุของโมดูลจะถูกระบายออกอย่างรวดเร็ว ในขณะเดียวกัน ความต้านทานปริมาตรที่สูงมากช่วยให้เป็นฉนวนและป้องกันการรั่วซึมภายใต้แรงดันไฟฟ้าสูง ทำให้เหมาะสำหรับชุดเก็บพลังงานแรงดันสูง (แพลตฟอร์ม 800 โวลต์)
กราไฟต์และซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำนำความร้อนได้ดี แต่ก็นำไฟฟ้าได้ดีเช่นกัน และการหล่อด้วยแรงดันสูงอาจทำให้เกิดการรั่วไหลและไฟฟ้าลัดวงจร ในขณะที่อะลูมินามีค่าการนำความร้อนค่อนข้างต่ำ
ทนต่ออิเล็กโทรไลต์และความร้อนชื้น
สภาพแวดล้อมในการจัดเก็บพลังงานมักมีความแตกต่างของอุณหภูมิสูงและมีแนวโน้มที่จะเกิดการควบแน่น
ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวทนต่อกรด ด่าง และการไฮโดรไลซิส ทำให้มั่นใจได้ว่าสารประกอบสำหรับหล่อจะไม่แตกหรือเสื่อมสภาพจากการเป็นฉนวนเมื่อใช้งานกลางแจ้งในระยะยาว
IV. สารเคลือบพิเศษที่มีคุณสมบัติเป็นฉนวน ทนต่อการสึกหรอ และทนต่อการกัดกร่อน สำหรับอุปกรณ์สายการผลิตแบตเตอรี่ลิเธียม
สารเคลือบชั้นบนและสารเคลือบป้องกันพื้นผิวลูกกลิ้งสำหรับเครื่องเคลือบ เครื่องอัดลูกกลิ้ง เครื่องตัด เครื่องขึ้นรูป และอุปกรณ์ทดสอบการจัดเก็บพลังงานทั้งหมดต้องใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเท่านั้น ไม่สามารถใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำได้
ข้อกำหนดเกี่ยวกับฉนวนกันความร้อน
สำหรับอุปกรณ์ที่มีกระแสไฟฟ้าอ่อนหรือการควบคุมแรงดันสูง สารเคลือบจะต้องเป็นฉนวนเพื่อป้องกันการรั่วไหลและการเสียหายของเซลล์แบตเตอรี่
ความทนทานต่อการสึกหรอและการกัดกร่อน
เพื่อป้องกันฝุ่นละอองจากอิเล็กโทรดและการกระเด็นของอิเล็กโทรไลต์ที่อาจทำให้เกิดการกัดกร่อนอุปกรณ์ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวจะช่วยเพิ่มความแข็งของฟิล์มเคลือบ ทำให้ทนทานต่อการกัดกร่อนจากอิเล็กโทรไลต์และแรงเสียดทาน
ทนต่ออุณหภูมิสูง
สารเคลือบจะไม่เป็นผงหรือแตกร้าวแม้หลังจากสัมผัสกับอุณหภูมิสูง (120~180℃) ในเตาอบเคลือบเป็นเวลานาน
V. สารเติมเต็มหลักสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมโซลิดสเตท
1. สารประกอบอิเล็กโทรไลต์ของแข็งชนิดออกไซด์ผสมผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว
ช่วยเพิ่มความแข็งแรงเชิงกลของอิเล็กโทรไลต์ของแข็งและยับยั้งการแทรกซึมของลิเธียมเดนไดรต์ พร้อมทั้งเพิ่มประสิทธิภาพการนำความร้อน แก้ปัญหาการเกิดความร้อนกระจุกตัวเนื่องจากความต้านทานภายในในแบตเตอรี่ของแข็ง มีความเสถียรทางเคมีและไม่เกิดปฏิกิริยาข้างเคียงกับอิเล็กโทรไลต์ของแข็ง
2. วัสดุคอมโพสิตเซรามิกสำหรับห่อหุ้มเซลล์แบบโซลิดสเตท
เรซินสีเขียวที่เติมด้วยซิลิคอนคาร์ไบด์ ทนต่ออุณหภูมิสูง เป็นฉนวน และทนต่อการเสียรูป เหมาะสำหรับกระบวนการเผาผนึกที่อุณหภูมิสูงของแบตเตอรี่โซลิดสเตท
VI. วัสดุรองรับการจัดเก็บพลังงานและส่วนประกอบโครงสร้างเซรามิก
1. ส่วนประกอบเซรามิกสำหรับแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน (วัสดุหลักในการเผาผนึก)
เซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์ที่เผาผนึกจากผงไมโครซิลิคอนคาร์ไบด์ดิบถูกนำมาใช้ในการผลิตชิ้นส่วนสำหรับอุตสาหกรรมการจัดเก็บพลังงาน:
ใบมีดเซรามิกสำหรับตัดอิเล็กโทรดและลูกกลิ้งเซรามิก ทนทานต่อการสึกหรอและเป็นฉนวน จึงไม่ทำให้อิเล็กโทรดเป็นรอยและจะไม่ปนเปื้อนเซลล์แบตเตอรี่ด้วยเศษโลหะ
เตาเผาและแผ่นเผาสำหรับกระบวนการเผาผนึกแบตเตอรี่ ทนต่ออุณหภูมิสูงและการกัดกร่อนจากบรรยากาศการเผาผนึกแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน เหมาะสำหรับการเผาผนึกวัสดุเซลล์แบตเตอรี่
2. การกรองอิเล็กโทรไลต์และข้อต่อท่อที่ทนต่อการกัดกร่อน ไส้
กรองเซรามิกซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวและท่อที่ทนต่อการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ ถูกนำมาใช้สำหรับการกรองแบบหมุนเวียนและท่อส่งอิเล็กโทรไลต์ในระบบกักเก็บพลังงาน
VII. พลาสติกฉนวนและระบายความร้อนสำหรับระบบจัดการแบตเตอรี่ (BMS) และส่วนประกอบแรงดันสูง
กล่องเชื่อมต่อระบบเก็บพลังงาน ขั้วต่อแรงดันสูง และตัวยึดระบายความร้อนและฉนวนสำหรับ IGBT ส่วนใหญ่ใช้พลาสติกวิศวกรรมดัดแปลง เช่น PPS, PEEK และ PA66 โดยใช้ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเป็นสารเติมแต่งดัดแปลง:
1. มีค่าการนำความร้อนสูง ช่วยในการระบายความร้อน และแก้ปัญหาการเกิดความร้อนในอุปกรณ์เก็บพลังงาน
2. ฉนวนหุ้มอย่างสมบูรณ์ ป้องกันการนำไฟฟ้าแรงสูงและการรั่วไหล
3. ทนทานต่ออิเล็กโทรไลต์และการเสื่อมสภาพจากอุณหภูมิสูง/ต่ำ เหมาะสำหรับการจัดเก็บพลังงานกลางแจ้งในระยะยาว