綠色碳化矽微粉在鋰電池和新型儲能材料的應用

綠色碳化矽微粉在鋰電池和新型儲能材料的應用

綠色碳化矽的核心特性包括:高純度絕緣性、耐高溫性、耐電解液腐蝕性、高導熱性和低重金屬雜質含量,這使其與導電的黑色碳化矽截然不同。黑色碳化矽具有導電性,容易在電池內部造成微短路;因此,只有綠色碳化矽才能用於鋰電池的核心安全場景。綠色碳化矽的應用涵蓋六大領域:隔膜、電芯材料、PACK封裝、設備保護、固態電池和儲能輔助材料。

I. 鋰電池隔離膜用陶瓷塗層 

高階動力鋰電池和長循環儲能電池採用氧化鋁和綠色碳化矽的複合陶瓷漿料。

耐高溫

瞬間可承受高達 1500℃ 的溫度。當電池被刺穿和熱失控時,陶瓷層骨架不會熔化,從而鎖定隔膜尺寸,防止正負極大面積接觸,顯著降低熱失控的風險。

絕緣保證

綠色碳化矽具有高絕緣性,可防止顆粒導電性導致電池內部發生微短路;黑色碳化矽具有導電性,因此嚴禁在鋰電池隔膜中使用。

電解質電阻

它具有極強的化學惰性,即使長期浸泡在碳酸鹽電解液中也不會溶解或腐蝕,從而防止電解液污染和循環性能下降。

耐磨性和抗穿刺性

高硬度可防止塗層粉末在軋製、分切和捲繞過程中輕易脫落,避免粉末堵塞電極孔隙;抑制鋰枝晶刺穿隔膜。

二、電池電極和陽極的複合改質材料

1.石墨陽極塗層改性

奈米綠色碳化矽微粉用作陽極的複合填料,塗覆在天然石墨和人造石墨的表面:

剛性顆粒可緩衝鋰離子嵌入後石墨的膨脹,進而減輕電極粉化,使循環壽命提高 30% 以上;

 在表面形成穩定的SEI鈍化膜,減少電解液中的持續副反應,降低電解液消耗;

提高陽極導熱性,可在快速充電過程中快速散熱,降低電極局部過熱的風險。

2. 矽碳陽極增強

矽碳陽極的膨脹率較高。加入超細綠色碳化矽可提供高硬度,進而提供剛性支撐,提高電極韌性;同時,也能確保均勻導熱,解決矽基陽極局部過熱點的問題。

三、儲能模組封裝:絕緣導熱灌封膠、結構膠和填料
環氧/矽酮灌封膠廣泛應用於儲能電池組、電池管理系統(BMS)主機板、高壓銅母線和接線端子。綠色碳化矽是兼具導熱性和絕緣性的優選填料,完美解決了產業痛點:
同時實現導熱性和絕緣性。

導熱係數為 120~150W/m・K,遠高於氧化鋁;填充矽膠或環氧樹脂後,模組的充放電熱量能夠迅速散發;同時,其極高的體積電阻率確保了絕緣性,並防止高壓下的爬電,使其適用於高壓儲能 PACK(800V 平台)。

石墨和黑色碳化矽導熱性好,但導電性也好,高壓灌封會導致漏電和短路;氧化鋁的導熱性相對較低。

耐電解液和濕熱

儲能環境存在較大的溫差,容易發生冷凝現象。

綠色碳化矽耐酸鹼和水解,確保灌封化合物在長期戶外使用中不會開裂或失去絕緣性能。

四、鋰電池生產線設備專用絕緣、耐磨、耐腐蝕塗層

塗佈機、輥壓機、分切機、成型設備和儲能測試夾具的面漆和輥面保護塗層都必須使用綠色碳化矽;不能使用黑色碳化矽。

絕緣要求

 對於弱電流或高壓控制的設備,塗層必須具有絕緣性,以防止洩漏和電池單元損壞。

耐磨性和耐腐蝕性

為防止電極粉塵和電解液飛濺腐蝕設備,綠色碳化矽提高了塗層薄膜的硬度,從而增強了對電解液侵蝕和摩擦的抵抗力。

耐高溫

即使在塗裝爐中長時間暴露於高溫(120~180℃)下,塗層也不會粉化或開裂。

V. 固態鋰電池的關鍵填料

1. 氧化物基固態電解質複合材料與綠色碳化矽微粉

提高固態電解質的機械強度,抑制鋰枝晶穿透;同時優化導熱性,解決固態電池內阻所造成的熱集中產生問題;化學性質穩定,不會與固態電解質副反應。

2. 固態電池封裝陶瓷複合樹脂

綠色碳化矽填充樹脂,耐高溫,絕緣,抗變形,適用於固態電池的高溫燒結製程。

六、儲能支撐材料及陶瓷結構件

1. 鋰離子電池陶瓷功能組件(燒結主材料)
採用生坯碳化矽微粉燒結而成的碳化矽陶瓷用於製造儲能產業的組件:

電極切割陶瓷刀片和陶瓷輥;耐磨且絕緣,不會刮傷電極,也不會用金屬碎屑污染電池單元;

 電池燒結窯和燒結板;耐高溫和鋰離子電池燒結氣氛腐蝕,適用於燒結電池電芯材料。

2. 電解液過濾和耐腐蝕管道配件 耐
電解液腐蝕的綠色碳化矽陶瓷過濾元件和管道用於儲能中的電解液循環過濾和輸送管道。

VII. 儲能BMS和高壓元件用絕緣散熱塑料
儲能接線盒、高壓連接器和IGBT散熱絕緣支架大多採用改性工程塑料,如PPS、PEEK和PA66,並以綠色碳化矽作為改性填料:

1. 高導熱性有利於散熱,解決了儲能功率元件發熱的問題;

2. 完全絕緣,防止高壓傳導和洩漏;

3. 耐電解液和高/低溫老化,適合長期戶外儲能使用。

 

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