Anwendungen von grünem Siliziumkarbid-Mikropulver in Lithiumbatterien und neuen Energiespeichermaterialien
Grünes Siliziumkarbid zeichnet sich durch hohe Reinheit, hohe Temperaturbeständigkeit, Beständigkeit gegen Elektrolytkorrosion, hohe Wärmeleitfähigkeit und geringe Schwermetallverunreinigungen aus und unterscheidet sich dadurch deutlich von leitfähigem schwarzem Siliziumkarbid. Schwarzes Siliziumkarbid ist leitfähig und neigt dazu, Mikrokurzschlüsse in Batteriezellen zu verursachen. Daher kann in kritischen Lithiumbatterie-Anwendungen ausschließlich grünes Siliziumkarbid eingesetzt werden. Es findet Anwendung in sechs Hauptbereichen: Separatoren, Zellmaterialien, PACK-Gehäuse, Geräteschutz, Festkörperbatterien und Hilfsmaterialien für Energiespeicher.
I. Keramikbeschichtung für Lithiumbatterie-Separatoren
Hochwertige Lithium-Ionen-Akkumulatoren und Energiespeicherbatterien mit langer Lebensdauer nutzen eine keramische Verbundmischung aus Aluminiumoxid und grünem Siliciumcarbid.
Hohe Temperaturbeständigkeit
Hält sofort Temperaturen bis zu 1500℃ stand. Bei Batteriedurchstich und thermischem Durchgehen schmilzt das Keramikschichtgerüst nicht, wodurch die Separatorgröße fixiert und ein großflächiger Kontakt zwischen positiven und negativen Elektroden verhindert wird, wodurch das Risiko eines thermischen Durchgehens deutlich reduziert wird.
Isolationsgarantie
Grünes Siliziumkarbid bietet eine hohe Isolationsfähigkeit und verhindert so, dass Partikelleitfähigkeit Mikrokurzschlüsse in der Zelle verursacht; schwarzes Siliziumkarbid ist leitfähig, weshalb seine Verwendung in Lithiumbatterieseparatoren strengstens verboten ist.
Elektrolytwiderstand
Aufgrund seiner extremen chemischen Inertheit löst es sich auch nach längerem Eintauchen in Carbonatelektrolyte nicht auf und korrodiert nicht, wodurch eine Verunreinigung des Elektrolyten und eine zyklische Degradation verhindert werden.
Abrieb- und Durchstoßfestigkeit
Die hohe Härte verhindert, dass sich das Beschichtungspulver während des Walzens, Schneidens und Wickelns leicht ablöst und somit die Elektrodenporen verstopft; außerdem wird das Eindringen von Lithiumdendriten in den Separator gehemmt.
II. Komposit-Modifikationsmaterialien für Batteriezellenelektroden und -anoden
1. Modifizierung der Graphitanodenbeschichtung
Nano-grünes Siliciumcarbid-Mikropulver wird als Verbundfüllstoff für die Anode zur Beschichtung der Oberfläche von natürlichem und künstlichem Graphit verwendet:
Starre Partikel puffern die Ausdehnung des Graphits nach der Lithium-Interkalation ab, verringern die Elektrodenpulverisierung und erhöhen die Zyklenlebensdauer um über 30 %.
Auf der Oberfläche bildet sich ein stabiler SEI-Passivierungsfilm, wodurch kontinuierliche Nebenreaktionen im Elektrolyten reduziert und der Elektrolytverbrauch gesenkt werden;
Die verbesserte Wärmeleitfähigkeit der Anode ermöglicht eine schnelle Wärmeableitung beim Schnellladen und verringert so das Risiko einer lokalen Überhitzung der Elektrode.
2. Silizium-Kohlenstoff-Anodenverstärkung
Silizium-Kohlenstoff-Anoden weisen eine hohe Ausdehnungsrate auf. Die Einbindung von ultrafeinem, grünem Siliziumkarbid sorgt für eine hohe Härte und damit für eine stabile Unterkonstruktion, wodurch die Zähigkeit der Elektrode verbessert wird. Gleichzeitig gewährleistet es eine gleichmäßige Wärmeleitfähigkeit und löst das Problem lokaler Hotspots in Silizium-basierten Anoden.
III. PACK-Energiespeichermodule: Isolierende und wärmeleitende Vergussmassen, Strukturklebstoffe und Füllstoffe.
Epoxid-/Silikon-Vergussmassen finden breite Anwendung in Energiespeicher-Akkus, BMS-Motherboards, Hochspannungs-Kupferschienen und Klemmenblöcken. Grünes Siliziumkarbid ist der bevorzugte Füllstoff für Wärmeleitfähigkeit und Isolierung und löst damit die Herausforderungen der Branche optimal:
Doppelte Wärmeleitfähigkeit und Isolierung.
Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei 120~150 W/m·K und ist damit deutlich höher als bei Aluminiumoxid. Durch die Füllung mit Silikon oder Epoxidharz wird die Lade- und Entladewärme des Moduls schnell abgeführt. Gleichzeitig gewährleistet der extrem hohe spezifische Widerstand die Isolation und verhindert Kriechströme unter Hochspannung, wodurch es sich für Hochspannungs-Energiespeicher-Packs (800-V-Plattform) eignet.
Graphit und schwarzes Siliziumkarbid sind wärmeleitfähig, aber elektrisch leitfähig, und Hochspannungsverguss kann zu Leckagen und Kurzschlüssen führen; Aluminiumoxid hat eine relativ geringe Wärmeleitfähigkeit.
Beständig gegen Elektrolyte und feuchte Hitze
In Energiespeicherumgebungen treten große Temperaturunterschiede auf, und es kommt häufig zu Kondensation.
Grünes Siliciumcarbid ist beständig gegen Säuren, Laugen und Hydrolyse, wodurch sichergestellt wird, dass die Vergussmasse auch bei langfristiger Verwendung im Freien nicht reißt und ihre Isolierfähigkeit nicht verliert.
IV. Spezielle isolierende, verschleißfeste und korrosionsbeständige Beschichtungen für Anlagen in der Lithiumbatterie-Produktion.
Die Decklacke und Walzenoberflächenschutzbeschichtungen für Beschichtungsmaschinen, Walzenpressen, Schneidemaschinen, Formgebungsanlagen und Prüfvorrichtungen für Energiespeicher müssen alle aus grünem Siliziumkarbid bestehen; schwarzes Siliziumkarbid darf nicht verwendet werden.
Isolationsanforderungen
Bei Geräten mit schwacher Strom- oder Hochspannungssteuerung muss die Beschichtung isolierend sein, um Leckagen und einen Ausfall der Batteriezellen zu verhindern.
Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit
Um zu verhindern, dass Elektrodenstaub und Elektrolytspritzer die Geräte korrodieren, erhöht grünes Siliciumcarbid die Härte des Beschichtungsfilms und bietet so Widerstandsfähigkeit gegen Elektrolyterosion und Reibung.
Hohe Temperaturbeständigkeit
Die Beschichtung kreidet auch nach längerer Einwirkung hoher Temperaturen (120~180℃) im Beschichtungsofen nicht aus und reißt nicht.
V. Schlüsselfüllstoffe für Festkörper-Lithiumbatterien
1. Oxidbasierter Festkörperelektrolyt-Verbundstoff mit grünem Siliciumcarbid-Mikropulver
Verbessert die mechanische Festigkeit des Festkörperelektrolyten und hemmt das Eindringen von Lithiumdendriten; optimiert gleichzeitig die Wärmeleitfähigkeit und löst so das Problem der konzentrierten Wärmeerzeugung aufgrund des Innenwiderstands in Festkörperbatterien; chemisch stabil und geht keine Nebenreaktionen mit dem Festkörperelektrolyten ein.
2. Festkörperzellenverkapselung mit keramischem Kompositharz
Grünes, mit Siliciumcarbid gefülltes Harz, hochtemperaturbeständig, isolierend und verformungsbeständig, geeignet für den Hochtemperatur-Sinterprozess von Festkörperbatterien.
VI. Energiespeichermaterialien und keramische Strukturbauteile
1. Keramische Funktionskomponenten für Lithium-Ionen-Batterien (Sinter-Hauptmaterial)
Siliziumkarbidkeramik, gesintert aus grünem Siliziumkarbid-Mikropulver, wird zur Herstellung von Komponenten für die Energiespeicherindustrie verwendet:
Elektrodentrennscheiben aus Keramik und Keramikwalzen; verschleißfest und isolierend, zerkratzen sie die Elektroden nicht und verunreinigen die Batteriezellen nicht mit Metallabrieb;
Batteriesinteröfen und Brennplatten; beständig gegen hohe Temperaturen und Korrosion durch die Sinteratmosphäre von Lithium-Ionen-Batterien, geeignet zum Sintern von Batteriezellmaterialien.
2. Elektrolytfiltration und korrosionsbeständige Rohrleitungsformstücke
Grüne Siliziumkarbid-Keramikfilterelemente und -rohre, die beständig gegen Elektrolytkorrosion sind, werden für die Elektrolytzirkulationsfiltration und Transportleitungen in Energiespeichern eingesetzt.
VII. Isolierende und wärmeableitende Kunststoffe für Energiespeicher-BMS und Hochspannungskomponenten
Energiespeicher-Anschlusskästen, Hochspannungssteckverbinder und IGBT-Wärmeableitungs- und Isolationshalterungen verwenden meist modifizierte technische Kunststoffe wie PPS, PEEK und PA66 mit grünem Siliciumcarbid als modifiziertem Füllstoff:
1. Hohe Wärmeleitfähigkeit zur Wärmeableitung, wodurch das Problem der Wärmeerzeugung in Energiespeichergeräten gelöst wird;
2. Vollständige Isolierung, die Hochspannungsleitung und Leckströme verhindert;
3. Beständig gegen Elektrolyte und Alterung bei hohen/niedrigen Temperaturen, geeignet für den langfristigen Einsatz als Energiespeicher im Freien.