หน้าที่ของซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวในแบตเตอรี่พลังงานใหม่

I. ระบบอิเล็กโทรด: สารเติมแต่งหลักสำหรับแอโนดเพื่อแก้ไขข้อเสียที่สำคัญของแอโนดซิลิคอน-คาร์บอน (ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด)

1. ลดการขยายตัวของปริมาตรและทำให้โครงสร้างของอิเล็กโทรดมีเสถียรภาพ

   การเติมผงซิลิกาคาร์ไบด์สีเขียวละเอียดพิเศษ (ขนาดไมครอน/นาโน D50) ในปริมาณ 3%~5% จะสร้างโครงสร้างสามมิติที่แข็งแรงเพื่อจำกัดการขยายตัวและการหดตัวของอนุภาคซิลิกาคาร์บอน ซึ่งจะช่วยป้องกันการแตกร้าวและการหลุดลอกของขั้วบวก และยืดอายุการใช้งานของแบตเตอรี่ได้มากกว่า 200 รอบ

2. สร้างเครือข่ายนำความร้อนและนำไฟฟ้าเพื่อให้สามารถชาร์จได้อย่างรวดเร็ว

   ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (Green SiC) มีค่าการนำความร้อน 120~200 วัตต์/เมตร·เคลวิน ซึ่งสูงกว่ากราไฟต์ทั่วไป มันมีคุณสมบัติในการเป็นฉนวนและนำความร้อนได้อย่างสมดุล ช่วยระบายความร้อนที่เกิดขึ้นระหว่างการชาร์จเร็วได้อย่างรวดเร็ว ลดอุณหภูมิของเซลล์ลง 8~10 องศาเซลเซียส ที่อัตราการชาร์จเท่ากัน ช่วยลดการสะสมความร้อน การตกตะกอนของลิเธียม และการบวมของเซลล์ระหว่างการชาร์จความเร็วสูงได้อย่างมีประสิทธิภาพ

3. ช่วยให้พื้นผิวสัมผัสของอิเล็กโทรดมีเสถียรภาพและลดการใช้อิเล็กโทรไลต์

   ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวสร้างชั้นพาสซิเวชันที่เสถียรบนพื้นผิววัสดุเพื่อยับยั้งการสลายตัวของอิเล็กโทรไลต์อย่างต่อเนื่อง ช่วยให้การก่อตัวของฟิล์ม SEI สม่ำเสมอและเสถียร และลดการลดลงของความจุระหว่างการใช้งานในระยะยาว เข้ากันได้กับขั้วบวกลิเธียมเหล็กฟอสเฟต ขั้วบวกแบบไตรภาค และขั้วบวกซิลิคอนคาร์บอน

4. ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวที่ผ่านการดัดแปลงสามารถใช้เป็นวัสดุแอโนดคอมโพสิตที่ใช้งานได้ โดยให้ตำแหน่งการแทรกตัวของลิเธียมเพิ่มเติมที่มีความจุจำเพาะตั้งแต่ 450 ถึง 600 mAh/g ซึ่งจะช่วยเพิ่มความหนาแน่นของพลังงานโดยรวมของชุดแบตเตอรี่

II. การเคลือบเซรามิกบนแผ่นกั้นแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน: เกราะป้องกันความปลอดภัยหลักสำหรับแบตเตอรี่กำลังสูง (การใช้งานในระดับการผลิตจำนวนมากที่พัฒนาเต็มที่แล้ว)

1. ปรับปรุงความทนทานต่อความร้อนและป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไป

   แผ่นกั้นที่เคลือบด้วยอะลูมินาจะหดตัวและแตกที่อุณหภูมิประมาณ 150°C ในขณะที่แผ่นกั้นที่เคลือบด้วย SiC สีเขียวจะทนต่อการหดตัวและการเจาะทะลุที่อุณหภูมิ 200°C และมีโอกาสเกิดการลัดวงจรจากการเจาะด้วยเข็มหรือการอัดรีดน้อยกว่ามาก ช่วยเพิ่มความปลอดภัยจากการเจาะทะลุได้ประมาณ 40% ทำให้เหมาะสำหรับแบตเตอรี่แบบใบมีดและเซลล์ทรงกระบอกขนาดใหญ่ 4680

2. เพิ่มความทนทานต่อการสึกหรอและการเจาะทะลุ

   ด้วยคุณสมบัติที่แข็งแกร่งเป็นพิเศษ ซิลิกาคาร์ไบด์สีเขียวช่วยปกป้องแผ่นกั้นจากรอยเจาะที่เกิดจากเศษโลหะและฝุ่นละอองบนอิเล็กโทรด ลดอัตราการชำรุดของเซลล์เนื่องจากไฟฟ้าลัดวงจร นอกจากนี้ยังมีความเสถียรทางเคมีและทนต่อการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ สารเคลือบนี้แทบจะไม่หลุดร่วงเป็นผงแม้หลังจากแช่ในอิเล็กโทรไลต์เป็นเวลานาน

3. ฉนวนและการนำความร้อนที่สมดุล: แผ่นกั้นจะแยกขั้วแคโทดและแอโนดออกจากกันทางไฟฟ้า ในขณะเดียวกันก็ช่วยระบายความร้อนในแนวนอนของเซลล์ เพื่อปรับปรุงความสม่ำเสมอของอุณหภูมิเซลล์ให้ดียิ่งขึ้น

III. วัสดุเสริมแรงสำคัญสำหรับแบตเตอรี่โซลิดสเตทเจเนอเรชั่นใหม่

1. สารเติมแต่งเสริมแรงสำหรับอิเล็กโทรไลต์แข็ง

   อิเล็กโทรไลต์เซรามิกแข็ง เช่น LLZO มีความเปราะและมีอิมพีแดนซ์ที่ส่วนต่อประสานสูง การเติม SiC สีเขียวละเอียดพิเศษช่วยเพิ่มความทนทานของอิเล็กโทรไลต์และลดอิมพีแดนซ์ที่ส่วนต่อประสาน นอกจากนี้ คุณสมบัติการนำความร้อนที่ยอดเยี่ยมยังช่วยแก้ปัญหาการสะสมความร้อนและการแตกร้าวของแบตเตอรี่โซลิดสเตทในระหว่างการชาร์จเร็ว

2. การป้องกันสำหรับขั้วบวกโลหะลิเธียม

   ชั้นป้องกันแบบผสมที่ทำจากผงซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวช่วยยับยั้งการแทรกซึมของลิเธียมเดนไดรต์และการลัดวงจรที่เกิดขึ้น ในขณะเดียวกันก็ช่วยให้การสะสมของลิเธียมไอออนเป็นไปอย่างสม่ำเสมอเพื่อรองรับการชาร์จเร็วพลังงานสูง

IV. วัสดุสิ้นเปลืองที่ทนต่อการสึกหรอและนำความร้อนได้ดีสำหรับการผลิตวัสดุแคโทด

1. ปริมาณธาตุเหล็กต่ำช่วยให้มั่นใจได้ว่าจะไม่มีการปนเปื้อนของโลหะหนักในวัสดุแคโทดระหว่างการบด ซึ่งรับประกันประสิทธิภาพของเซลล์ที่สม่ำเสมอ
2. ค่าการนำความร้อนสูงช่วยระบายความร้อนจากการเสียดสีระหว่างการบดได้อย่างรวดเร็ว เพื่อป้องกันการเสื่อมสภาพของผงแคโทดจากความร้อน และเพิ่มประสิทธิภาพการบด
3. เบ้าหลอมซิลิกาคาร์ไบด์สีเขียวใช้สำหรับการเผาผนึกสารตั้งต้นสามองค์ประกอบที่อุณหภูมิสูง เบ้าหลอมเหล่านี้ทนต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิอย่างรวดเร็วโดยไม่แตแตก ทนต่อความร้อนสูง และยังคงเฉื่อยทางเคมีกับผงแคโทด

V. การประยุกต์ใช้ในชิ้นส่วนโครงสร้างชุดแบตเตอรี่และสารเคลือบกันความร้อน

1. วัสดุคอมโพสิตน้ำหนักเบาทนไฟสำหรับชุดแบตเตอรี่

   แผ่นคอมโพสิตที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์และซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวถูกนำมาใช้กับฝาครอบและตัวหุ้มแบตเตอรี่ มีน้ำหนักเบากว่าเหล็กแต่มีความแข็งแรงสูงและทนทานต่อแรงกระแทก จึงช่วยลดน้ำหนักและเพิ่มความปลอดภัยในการชนได้

2. สารเติมแต่งเคลือบผิวที่มีคุณสมบัติในการระบายความร้อน เป็นฉนวน และป้องกันการกัดกร่อน

   สารเคลือบเซรามิกที่มีคุณสมบัติพิเศษ ซึ่งมีส่วนผสมของ SiC สีเขียวบริสุทธิ์สูง ถูกพ่นลงบนตัวเรือนแบตเตอรี่ แผ่นระบายความร้อน และบัสบาร์ สารเคลือบเหล่านี้ผสานรวมคุณสมบัติการนำความร้อน ฉนวนไฟฟ้า ความต้านทานการกัดกร่อนของอิเล็กโทรไลต์ และความต้านทานการสึกหรอ มีประสิทธิภาพในการระบายความร้อนเหนือกว่าสารเคลือบอะลูมินาแบบดั้งเดิม และถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการปกป้องชิ้นส่วนโลหะในระบบแบตเตอรี่แบบแพ็ค (PACK)

VI. การสนับสนุนการควบคุมทางอิเล็กทรอนิกส์: ผลึกเดี่ยว SiC สีเขียวสำหรับพื้นผิวเซมิคอนดักเตอร์

1. การสูญเสียพลังงานขณะสวิตช์ที่ต่ำกว่า IGBT ที่ทำจากซิลิคอนมาก ช่วยลดการใช้พลังงานของอินเวอร์เตอร์ในรถยนต์และเพิ่มระยะทางการขับขี่ได้ 5%~8%
2. คุณสมบัติทนต่ออุณหภูมิสูงได้อย่างยอดเยี่ยม ช่วยลดขนาดของอินเวอร์เตอร์และเข้ากันได้กับแพลตฟอร์มการชาร์จเร็วแรงดันสูง (ระบบแรงดันสูง 800V มาพร้อมกับอุปกรณ์ SiC เป็นมาตรฐาน)

VII. หลักเกณฑ์การคัดเลือก: ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว เทียบกับ อลูมินา เทียบกับ ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำ

1. ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียว (Green SiC) มีประสิทธิภาพในการนำความร้อนดีกว่าอะลูมินา เหมาะสำหรับการชาร์จเร็วและสถานการณ์ที่อุณหภูมิสูง ในขณะที่อะลูมินามีราคาถูกกว่าและส่วนใหญ่ใช้สำหรับการจัดเก็บพลังงานทั่วไป
2. ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวมีสิ่งเจือปนของเหล็กต่ำมากและจะไม่ทำให้เซลล์คายประจุเองโดยธรรมชาติอันเนื่องมาจากโลหะหนักในปริมาณเล็กน้อย ในขณะที่ซิลิคอนคาร์ไบด์สีดำมีสิ่งเจือปนมากเกินไปและเหมาะสำหรับสถานการณ์ที่ต้องการความทนทานต่อการสึกหรอทั่วไปเท่านั้น ดังนั้น ซิลิคอนคาร์ไบด์สีเขียวเท่านั้นจึงมีคุณสมบัติเหมาะสมสำหรับ การใช้งานในระดับแบตเตอรี่

สรุปข้อดีหลักสี่ประการ

1. ความปลอดภัย: แผ่นกั้นเคลือบผิวที่ทนต่ออุณหภูมิสูงช่วยป้องกันการเกิดความร้อนสูงเกินไป การเสริมความแข็งแรงของขั้วบวกช่วยป้องกันการลัดวงจรที่เกิดจากการขยายตัว และยับยั้งการเติบโตของเดนไดรต์ลิเธียม
2. การชาร์จเร็ว: การนำความร้อนสูงในทุกส่วนประกอบของแบตเตอรี่ช่วยลดอุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ทำให้สามารถชาร์จได้ในอัตราสูง
3. อายุการใช้งานยาวนาน: โครงสร้างอิเล็กโทรดเสริมความแข็งแรงช่วยลดปฏิกิริยาข้างเคียงของอิเล็กโทรไลต์และยืดอายุการใช้งานให้ยาวนานขึ้น
4. ความสม่ำเสมอที่ยอดเยี่ยม: ปริมาณสิ่งเจือปนต่ำช่วยขจัดปัญหาการปนเปื้อนของโลหะหนักในระหว่างกระบวนการผลิต และลดความแตกต่างของประสิทธิภาพระหว่างแบตเตอรี่แต่ละล็อต