Aplicaciones del micropulvo de carburo de silicio ecológico en baterías de litio y nuevos materiales de almacenamiento de energía.
Las características principales del carburo de silicio verde son: aislamiento de alta pureza, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión del electrolito, alta conductividad térmica y bajas impurezas de metales pesados, lo que lo distingue claramente del carburo de silicio negro conductor. El carburo de silicio negro es conductor y propenso a causar microcortocircuitos en la celda de la batería; por lo tanto, solo el carburo de silicio verde puede utilizarse en aplicaciones críticas de seguridad de baterías de litio. Abarca seis sectores principales: separadores, materiales para celdas, embalaje de paquetes de baterías (PACK), protección de equipos, baterías de estado sólido y materiales auxiliares para el almacenamiento de energía.
I. Recubrimiento cerámico para separadores de baterías de litio
Las baterías de litio de alta potencia y las baterías de almacenamiento de energía de ciclo largo utilizan una pasta cerámica compuesta de alúmina y carburo de silicio verde.
Resistencia a altas temperaturas
Soporta instantáneamente temperaturas de hasta 1500 ℃. En caso de perforación de la batería o fuga térmica, la estructura de la capa cerámica no se funde, lo que mantiene el tamaño del separador y evita el contacto de gran superficie entre los electrodos positivo y negativo, reduciendo significativamente el riesgo de fuga térmica.
Garantía de aislamiento
El carburo de silicio verde proporciona un alto aislamiento, evitando que la conductividad de las partículas provoque microcortocircuitos en la celda; el carburo de silicio negro es conductor, por lo que su uso está estrictamente prohibido en los separadores de baterías de litio.
Resistencia electrolítica
Extremadamente inerte químicamente, no se disuelve ni se corroe incluso después de una inmersión prolongada en electrolitos de carbonato, lo que evita la contaminación del electrolito y la degradación del ciclo.
Resistencia a la abrasión y a la perforación
Su elevada dureza impide que el polvo de recubrimiento se desprenda fácilmente durante los procesos de laminado, corte y bobinado, evitando así la obstrucción de los poros del electrodo por el polvo; además, inhibe la perforación del separador por dendritas de litio.
II. Materiales compuestos de modificación para electrodos y ánodos de celdas de batería
1. Modificación del recubrimiento del ánodo de grafito
El micropulvo de carburo de silicio nanoverde se utiliza para recubrir la superficie del grafito natural y artificial como relleno compuesto para el ánodo:
Las partículas rígidas amortiguan la expansión del grafito tras la intercalación de litio, lo que reduce la pulverización del electrodo y aumenta la vida útil en más de un 30 %.
Se forma una película de pasivación SEI estable en la superficie, lo que reduce las reacciones secundarias continuas en el electrolito y disminuye el consumo de electrolito;
La mejora de la conductividad térmica del ánodo permite una rápida disipación del calor durante la carga rápida, lo que reduce el riesgo de sobrecalentamiento localizado del electrodo.
2. Refuerzo del ánodo de silicio-carbono
Los ánodos de silicio-carbono presentan una alta tasa de expansión. La incorporación de carburo de silicio verde ultrafino proporciona una elevada dureza para un soporte rígido, mejorando la tenacidad del electrodo; al mismo tiempo, garantiza una conductividad térmica uniforme, resolviendo el problema de los puntos calientes localizados en los ánodos a base de silicio.
III. Módulos de almacenamiento de energía PACK: compuestos de encapsulado aislantes y termoconductores, adhesivos estructurales y rellenos.
Los compuestos de encapsulado de epoxi/silicona se utilizan ampliamente en paquetes de baterías de almacenamiento de energía, placas base BMS, barras colectoras de cobre de alta tensión y bloques de terminales. El carburo de silicio verde es el relleno preferido por su conductividad térmica y aislamiento, lo que resuelve perfectamente los problemas de la industria:
doble logro de conductividad térmica y aislamiento.
Conductividad térmica de 120~150 W/m·K, mucho mayor que la de la alúmina; al rellenarse con silicona o epoxi, el calor de carga y descarga del módulo se disipa rápidamente; al mismo tiempo, su resistividad volumétrica extremadamente alta garantiza el aislamiento y evita fugas bajo alto voltaje, lo que lo hace adecuado para paquetes de almacenamiento de energía de alto voltaje (plataforma de 800 V).
El grafito y el carburo de silicio negro son conductores térmicos pero también eléctricos, y el encapsulado de alto voltaje puede provocar fugas y cortocircuitos; la alúmina tiene una conductividad térmica relativamente baja.
Resistente a electrolitos y calor húmedo
Los entornos de almacenamiento de energía experimentan grandes diferencias de temperatura y son propensos a la condensación.
El carburo de silicio verde es resistente a los ácidos, los álcalis y la hidrólisis, lo que garantiza que el compuesto de encapsulado no se agriete ni deje de proporcionar aislamiento durante su uso prolongado en exteriores.
IV. Recubrimientos especiales aislantes, resistentes al desgaste y a la corrosión para equipos de líneas de producción de baterías de litio.
Las capas protectoras de acabado y de superficie de los rodillos para máquinas de recubrimiento, prensas de rodillos, máquinas de corte, equipos de conformado y dispositivos de prueba de almacenamiento de energía deben utilizar carburo de silicio verde; no se puede utilizar carburo de silicio negro.
Requisitos de aislamiento
En equipos con control de corriente débil o de alto voltaje, el revestimiento debe ser aislante para evitar fugas y la rotura de las celdas de la batería.
Resistencia al desgaste y a la corrosión
Para evitar que el polvo de los electrodos y las salpicaduras de electrolito corroan el equipo, el carburo de silicio verde aumenta la dureza de la película de recubrimiento, proporcionando resistencia a la erosión y la fricción del electrolito.
Resistencia a altas temperaturas
El recubrimiento no se agrietará ni se desintegrará incluso después de una exposición prolongada a altas temperaturas (120~180℃) en el horno de recubrimiento.
V. Principales componentes para baterías de litio de estado sólido
1. Electrolito compuesto de estado sólido a base de óxido con micropartículas de carburo de silicio verde.
Mejora la resistencia mecánica del electrolito sólido e inhibe la penetración de dendritas de litio; optimiza simultáneamente la conductividad térmica, solucionando el problema de la generación de calor concentrado debido a la resistencia interna en las baterías de estado sólido; es químicamente estable y no experimenta reacciones secundarias con el electrolito sólido.
2. Resina compuesta cerámica para encapsulación de células en estado sólido
Resina verde rellena de carburo de silicio, resistente a altas temperaturas, aislante y resistente a la deformación, adecuada para el proceso de sinterización a alta temperatura de baterías de estado sólido.
VI. Materiales de soporte para el almacenamiento de energía y componentes estructurales cerámicos
1. Componentes funcionales de cerámica para baterías de iones de litio (material principal de sinterización)
Las cerámicas de carburo de silicio sinterizadas a partir de micropolvo de carburo de silicio verde se utilizan para fabricar componentes para la industria del almacenamiento de energía:
Cuchillas y rodillos cerámicos para el corte de electrodos; resistentes al desgaste y aislantes, no rayan los electrodos ni contaminan las celdas de la batería con residuos metálicos;
Hornos y placas de cocción para sinterización de baterías; resistentes a altas temperaturas y a la corrosión producida por la atmósfera de sinterización de baterías de iones de litio, adecuados para la sinterización de materiales de celdas de baterías.
2. Filtración de electrolitos y accesorios de tuberías resistentes a la corrosión.
Los elementos filtrantes y tuberías de cerámica de carburo de silicio verde, resistentes a la corrosión electrolítica, se utilizan para la filtración por circulación de electrolitos y las tuberías de transporte en el almacenamiento de energía.
VII. Plásticos aislantes y disipadores de calor para sistemas de gestión de baterías (BMS) de almacenamiento de energía y componentes de alta tensión
Las cajas de conexiones de almacenamiento de energía, los conectores de alta tensión y los soportes de aislamiento y disipación de calor de los IGBT utilizan principalmente plásticos de ingeniería modificados como PPS, PEEK y PA66, con carburo de silicio verde como relleno modificado:
1. Alta conductividad térmica para la disipación del calor, lo que resuelve el problema de la generación de calor en los dispositivos de almacenamiento de energía;
2. Aislamiento completo que evita la conducción y las fugas de alto voltaje;
3. Resistente a los electrolitos y al envejecimiento a altas y bajas temperaturas, apto para el almacenamiento de energía a largo plazo en exteriores.