Applications de la micropoudre de carbure de silicium verte dans les batteries au lithium et les nouveaux matériaux de stockage d’énergie
Les caractéristiques essentielles du carbure de silicium vert sont les suivantes : isolation de haute pureté, résistance aux hautes températures, résistance à la corrosion par l’électrolyte, conductivité thermique élevée et faible teneur en métaux lourds. Ces caractéristiques le distinguent nettement du carbure de silicium noir conducteur. Ce dernier est conducteur et susceptible de provoquer des micro-courts-circuits dans les cellules de la batterie ; par conséquent, seul le carbure de silicium vert peut être utilisé dans les applications critiques pour la sécurité des batteries au lithium. Il est utilisé dans six grands secteurs : les séparateurs, les matériaux pour cellules, le conditionnement des batteries, la protection des équipements, les batteries à l’état solide et les matériaux auxiliaires pour le stockage de l’énergie.
I. Revêtement céramique pour séparateurs de batteries au lithium
Les batteries lithium haute puissance et les batteries de stockage d’énergie à longue durée de vie utilisent une suspension céramique composite d’alumine et de carbure de silicium vert.
Résistance aux hautes températures
Résiste instantanément à des températures allant jusqu’à 1500 °C. En cas de perforation de la batterie et d’emballement thermique, la structure en céramique ne fond pas, maintenant ainsi la taille du séparateur et empêchant un contact de grande surface entre les électrodes positive et négative, réduisant considérablement le risque d’emballement thermique.
Garantie d’isolation
Le carbure de silicium vert offre une isolation élevée, empêchant la conductivité des particules de provoquer des micro-courts-circuits dans la cellule ; le carbure de silicium noir est conducteur, ce qui rend son utilisation strictement interdite dans les séparateurs de batteries au lithium.
Résistance de l’électrolyte
Extrêmement inerte chimiquement, il ne se dissout ni ne se corrode même après une immersion prolongée dans des électrolytes carbonatés, empêchant ainsi la contamination de l’électrolyte et la dégradation du cycle.
Résistance à l’abrasion et à la perforation
Sa dureté élevée empêche la poudre de revêtement de se détacher facilement lors des opérations de laminage, de découpe et d’enroulement, évitant ainsi l’obstruction des pores des électrodes par la poudre ; elle empêche également la perforation du séparateur par les dendrites de lithium.
II. Matériaux de modification composites pour électrodes et anodes de cellules de batterie
1. Modification du revêtement d’anode en graphite
La micropoudre de carbure de silicium nano-verte est utilisée pour revêtir la surface du graphite naturel et artificiel en tant que charge composite pour l’anode :
Les particules rigides amortissent la dilatation du graphite après l’intercalation du lithium, atténuant ainsi la pulvérisation de l’électrode et augmentant la durée de vie du cycle de plus de 30 % ;
Un film de passivation SEI stable se forme à la surface, réduisant les réactions secondaires continues dans l’électrolyte et diminuant la consommation d’électrolyte ;
L’amélioration de la conductivité thermique de l’anode permet une dissipation rapide de la chaleur lors de la charge rapide, réduisant ainsi le risque de surchauffe localisée de l’électrode.
2. Renforcement de l’anode en silicium-carbone
Les anodes en silicium-carbone présentent un taux de dilatation élevé. L’incorporation de carbure de silicium vert ultrafin leur confère une dureté élevée, assurant un support rigide et améliorant la ténacité de l’électrode ; simultanément, elle garantit une conductivité thermique uniforme, résolvant ainsi le problème des points chauds localisés dans les anodes à base de silicium.
III. Modules de stockage d’énergie PACK : Composés d’enrobage isolants et thermoconducteurs, adhésifs structuraux et charges.
Les composés d’enrobage époxy/silicone sont largement utilisés dans les batteries de stockage d’énergie, les cartes mères de systèmes de gestion de batterie (BMS), les barres omnibus en cuivre haute tension et les borniers. Le carbure de silicium vert est la charge de choix pour sa conductivité thermique et son isolation, répondant ainsi parfaitement aux problématiques du secteur :
une double performance en matière de conductivité thermique et d’isolation.
Conductivité thermique de 120 à 150 W/m・K, bien supérieure à celle de l’alumine ; lorsqu’il est rempli de silicone ou d’époxy, la chaleur de charge et de décharge du module est rapidement dissipée ; simultanément, sa résistivité volumique extrêmement élevée assure l’isolation et empêche les fuites sous haute tension, ce qui le rend adapté aux PACKs de stockage d’énergie haute tension (plateforme 800 V).
Le graphite et le carbure de silicium noir sont thermiquement conducteurs mais électriquement conducteurs, et l’enrobage haute tension peut entraîner des fuites et des courts-circuits ; l’alumine a une conductivité thermique relativement faible.
Résistant aux électrolytes et à la chaleur humide
Les environnements de stockage d’énergie subissent d’importantes différences de température et sont sujets à la condensation.
Le carbure de silicium vert est résistant aux acides, aux alcalis et à l’hydrolyse, ce qui garantit que le composé d’enrobage ne se fissure pas et conserve son pouvoir isolant même après une utilisation extérieure prolongée.
IV. Revêtements spéciaux isolants, résistants à l’usure et à la corrosion pour les équipements de lignes de production de batteries au lithium
Les revêtements de finition et de protection de surface des rouleaux pour les machines de revêtement, les presses à rouleaux, les machines de refendage, les équipements de formation et les dispositifs de test de stockage d’énergie doivent tous utiliser du carbure de silicium vert ; le carbure de silicium noir ne peut pas être utilisé.
Exigences d’isolation
Pour les équipements à faible courant ou à commande haute tension, le revêtement doit être isolant afin d’éviter les fuites et la défaillance des cellules de la batterie.
Résistance à l’usure et à la corrosion
Pour éviter que la poussière des électrodes et les éclaboussures d’électrolyte ne corrodent l’équipement, le carbure de silicium vert augmente la dureté du film de revêtement, offrant une résistance à l’érosion et au frottement de l’électrolyte.
Résistance aux hautes températures
Le revêtement ne farinera pas et ne se fissurera pas même après une exposition prolongée à des températures élevées (120~180℃) dans le four de revêtement.
V. Principaux composants de remplissage pour batteries lithium-ion à l’état solide
1. Composite électrolytique solide à base d’oxyde avec micropoudre de carbure de silicium verte
Améliore la résistance mécanique de l’électrolyte solide et inhibe la pénétration des dendrites de lithium ; optimise simultanément la conductivité thermique, résolvant ainsi le problème de la génération de chaleur concentrée due à la résistance interne des batteries à l’état solide ; chimiquement stable et ne subit pas de réactions secondaires avec l’électrolyte solide.
2. Résine composite céramique pour encapsulation de cellules à l’état solide
Résine verte chargée de carbure de silicium, résistante aux hautes températures, isolante et indéformable, adaptée au processus de frittage à haute température des batteries à l’état solide.
VI. Matériaux de support pour le stockage d’énergie et composants structuraux en céramique
1. Composants fonctionnels en céramique pour batteries lithium-ion (matériau principal de frittage)
Les céramiques en carbure de silicium frittées à partir de micropoudre de carbure de silicium verte sont utilisées pour fabriquer des composants destinés à l’industrie du stockage d’énergie :
Lames et rouleaux en céramique pour la coupe des électrodes ; résistants à l’usure et isolants, ils ne rayent pas les électrodes et ne contaminent pas les cellules de la batterie avec des débris métalliques ;
Fours de frittage et plaques de cuisson pour batteries ; résistants aux hautes températures et à la corrosion de l’atmosphère de frittage des batteries lithium-ion, adaptés au frittage des matériaux des cellules de batteries.
2. Raccords de tuyauterie pour la filtration de l’électrolyte et la résistance à la corrosion
Les éléments filtrants et les tuyaux en céramique de carbure de silicium vert, résistants à la corrosion de l’électrolyte, sont utilisés pour la filtration de la circulation de l’électrolyte et les canalisations de transport dans le stockage de l’énergie.
VII. Plastiques isolants et dissipateurs de chaleur pour les composants haute tension des systèmes de gestion de l’énergie et des systèmes de stockage d’
énergie Les boîtes de jonction de stockage d’énergie, les connecteurs haute tension et les supports de dissipation de chaleur et d’isolation des IGBT utilisent principalement des plastiques techniques modifiés tels que le PPS, le PEEK et le PA66, avec du carbure de silicium vert comme charge modifiée :
1. Conductivité thermique élevée pour la dissipation de la chaleur, résolvant le problème de la génération de chaleur dans les dispositifs de stockage d’énergie ;
2. Isolation complète, empêchant la conduction et les fuites à haute tension ;
3. Résistant aux électrolytes et au vieillissement à haute/basse température, convient à une utilisation de stockage d’énergie extérieur à long terme.