Applicazioni della micropolvera di carburo di silicio verde nelle batterie al litio e nei nuovi materiali per l’accumulo di energia.
Le caratteristiche principali del carburo di silicio verde sono: elevata purezza isolante, resistenza alle alte temperature, resistenza alla corrosione dell’elettrolita, elevata conduttività termica e basso contenuto di impurità di metalli pesanti, che lo distinguono nettamente dal carburo di silicio nero conduttivo. Il carburo di silicio nero è conduttivo e tende a causare micro-cortocircuiti nelle celle della batteria; pertanto, solo il carburo di silicio verde può essere utilizzato negli scenari di sicurezza fondamentali delle batterie al litio. Trova applicazione in sei settori principali: separatori, materiali per celle, confezionamento PACK, protezione delle apparecchiature, batterie a stato solido e materiali ausiliari per l’accumulo di energia.
I. Rivestimento ceramico per separatori di batterie al litio
Le batterie al litio ad alta potenza e le batterie a ciclo lungo per l’accumulo di energia utilizzano una sospensione ceramica composita di allumina e carburo di silicio verde.
Resistenza alle alte temperature
Resiste istantaneamente a temperature fino a 1500℃. In caso di perforazione della batteria e di reazione termica incontrollata, lo scheletro dello strato ceramico non si fonde, bloccando le dimensioni del separatore e impedendo un contatto esteso tra gli elettrodi positivo e negativo, riducendo significativamente il rischio di reazione termica incontrollata.
Garanzia di isolamento
Il carburo di silicio verde offre un elevato isolamento, impedendo che la conduttività delle particelle causi micro-cortocircuiti nella cella; il carburo di silicio nero è conduttivo, il che rende il suo utilizzo severamente vietato nei separatori delle batterie al litio.
Resistenze elettrolitiche
Estremamente inerte dal punto di vista chimico, non si dissolve né si corrode nemmeno dopo un’immersione prolungata in elettroliti a base di carbonati, prevenendo la contaminazione dell’elettrolita e il degrado del ciclo di carica/scarica.
Resistenza all’abrasione e alla perforazione
L’elevata durezza impedisce che la polvere di rivestimento si stacchi facilmente durante i processi di laminazione, taglio e avvolgimento, evitando l’ostruzione dei pori dell’elettrodo da parte della polvere; inoltre, inibisce la formazione di dendriti di litio nel separatore.
II. Materiali compositi modificati per elettrodi e anodi di celle di batterie
1. Modifica del rivestimento dell’anodo di grafite
La micropolvera di carburo di silicio nano-verde viene utilizzata per rivestire la superficie della grafite naturale e artificiale come riempitivo composito per l’anodo:
Le particelle rigide tamponano l’espansione della grafite dopo l’intercalazione del litio, alleviando la polverizzazione dell’elettrodo e aumentando la durata del ciclo di oltre il 30%;
Sulla superficie si forma una pellicola di passivazione SEI stabile, che riduce le continue reazioni collaterali nell’elettrolita e diminuisce il consumo di elettrolita;
La migliore conduttività termica dell’anodo consente una rapida dissipazione del calore durante la ricarica rapida, riducendo il rischio di surriscaldamento localizzato dell’elettrodo.
2. Rinforzo dell’anodo in silicio-carbonio
Gli anodi in silicio-carbonio presentano un elevato tasso di espansione. L’incorporazione di carburo di silicio verde ultrafine conferisce elevata durezza per un supporto rigido, migliorando la tenacità dell’elettrodo; allo stesso tempo, garantisce una conduttività termica uniforme, risolvendo il problema dei punti caldi localizzati negli anodi a base di silicio.
III. PACK Moduli di accumulo di energia: composti di incapsulamento isolanti e termicamente conduttivi, adesivi strutturali e riempitivi
I composti di incapsulamento epossidici/siliconici sono ampiamente utilizzati nei pacchi batteria per l’accumulo di energia, nelle schede madri BMS, nelle barre collettrici in rame ad alta tensione e nei morsetti. Il carburo di silicio verde è il riempitivo preferito per la conduttività termica e l’isolamento, risolvendo perfettamente i problemi del settore:
Doppio risultato di conduttività termica e isolamento
Conduttività termica 120~150 W/m・K, di gran lunga superiore a quella dell’allumina; se riempito con silicone o resina epossidica, il calore generato durante la carica e la scarica del modulo viene dissipato rapidamente; allo stesso tempo, la sua resistività volumetrica estremamente elevata garantisce l’isolamento e previene le dispersioni di corrente ad alta tensione, rendendolo adatto per PACCHETTI di accumulo di energia ad alta tensione (piattaforma 800 V).
La grafite e il carburo di silicio nero sono termicamente conduttivi ma elettricamente conduttivi, e l’incapsulamento ad alta tensione può causare perdite e cortocircuiti; l’allumina ha una conduttività termica relativamente bassa.
Resistente agli elettroliti e al calore umido
Gli ambienti di stoccaggio dell’energia presentano ampie escursioni termiche e sono soggetti alla formazione di condensa.
Il carburo di silicio verde è resistente agli acidi, agli alcali e all’idrolisi, garantendo che il composto di riempimento non si crepi né perda le sue proprietà isolanti anche in caso di utilizzo esterno prolungato.
IV. Rivestimenti speciali isolanti, resistenti all’usura e alla corrosione per apparecchiature di linee di produzione di batterie al litio
Per le macchine di rivestimento, le presse a rulli, le macchine da taglio, le apparecchiature di formatura e i dispositivi di collaudo per l’accumulo di energia, è obbligatorio utilizzare carburo di silicio verde; il carburo di silicio nero non può essere utilizzato.
Requisiti di isolamento
Per le apparecchiature con corrente debole o controllo ad alta tensione, il rivestimento deve essere isolante per prevenire perdite e guasti alle celle della batteria.
Resistenza all’usura e alla corrosione
Per evitare che la polvere degli elettrodi e gli schizzi di elettrolita corrodano le apparecchiature, il carburo di silicio verde aumenta la durezza del film di rivestimento, fornendo resistenza all’erosione e all’attrito dell’elettrolita.
Resistenza alle alte temperature
Il rivestimento non si sfarina né si screpola nemmeno dopo una prolungata esposizione ad alte temperature (120~180℃) nel forno di rivestimento.
V. Componenti chiave per batterie al litio a stato solido
1. Composito elettrolitico allo stato solido a base di ossido con micropolveri di carburo di silicio verde
Migliora la resistenza meccanica dell’elettrolita allo stato solido e inibisce la penetrazione dei dendriti di litio; ottimizza contemporaneamente la conduttività termica, risolvendo il problema della generazione di calore concentrata dovuta alla resistenza interna nelle batterie allo stato solido; è chimicamente stabile e non subisce reazioni collaterali con l’elettrolita allo stato solido.
2. Resina composita ceramica per incapsulamento di cellule allo stato solido
Resina verde caricata con carburo di silicio, resistente alle alte temperature, isolante e indeformabile, adatta al processo di sinterizzazione ad alta temperatura delle batterie a stato solido.
VI. Materiali di supporto per l’accumulo di energia e componenti strutturali ceramici
1. Componenti funzionali in ceramica per batterie agli ioni di litio (materiale principale di sinterizzazione)
Le ceramiche al carburo di silicio sinterizzate da micropolveri di carburo di silicio verde vengono utilizzate per la produzione di componenti per l’industria dell’accumulo di energia:
Lame e rulli in ceramica per il taglio degli elettrodi; resistenti all’usura e isolanti, non graffiano gli elettrodi e non contaminano le celle della batteria con detriti metallici;
Forni e piastre di cottura per la sinterizzazione di batterie; resistenti alle alte temperature e alla corrosione atmosferica tipica della sinterizzazione delle batterie agli ioni di litio, adatti alla sinterizzazione dei materiali delle celle delle batterie.
2. Filtrazione dell’elettrolita e raccordi per tubazioni resistenti alla corrosione
Gli elementi filtranti e i tubi in ceramica di carburo di silicio verde, resistenti alla corrosione dell’elettrolita, sono utilizzati per la filtrazione della circolazione dell’elettrolita e per le condotte di trasporto negli impianti di accumulo di energia.
VII. Materie plastiche isolanti e termodissipanti per BMS di accumulo di energia e componenti ad alta tensione
Le scatole di giunzione per sistemi di accumulo di energia, i connettori ad alta tensione e le staffe di dissipazione del calore e isolamento degli IGBT utilizzano principalmente materie plastiche tecniche modificate come PPS, PEEK e PA66, con carburo di silicio verde come riempitivo modificato:
1. Elevata conduttività termica per la dissipazione del calore, che risolve il problema della generazione di calore nei dispositivi di accumulo di energia;
2. Isolamento completo, che impedisce la conduzione e la dispersione di alta tensione;
3. Resistente agli elettroliti e all’invecchiamento dovuto ad alte/basse temperature, adatto all’utilizzo a lungo termine per l’accumulo di energia all’aperto.