Chức năng của Silicon Carbide xanh trong pin năng lượng mới

I. Hệ thống điện cực: Chất phụ gia chính cho cực dương nhằm khắc phục những nhược điểm quan trọng của cực dương silicon-carbon (được sử dụng rộng rãi nhất)

1. Giảm sự giãn nở thể tích và ổn định cấu trúc điện cực.

   Việc thêm 3%~5% bột SiC xanh siêu mịn (D50 micron/nano) tạo thành một khung ba chiều cứng chắc để hạn chế sự giãn nở và co lại của các hạt silicon-carbon. Điều này ngăn ngừa hiện tượng nứt và bong tróc cực dương, giúp tăng tuổi thọ pin lên hơn 200 chu kỳ.

2. Xây dựng mạng lưới dẫn nhiệt và dẫn điện để hỗ trợ sạc nhanh.

   Vật liệu SiC xanh có độ dẫn nhiệt từ 120 đến 200 W/m·K, vượt trội so với than chì thông thường. Nó cân bằng giữa khả năng cách nhiệt và dẫn nhiệt để nhanh chóng tản nhiệt sinh ra trong quá trình sạc nhanh, làm giảm nhiệt độ pin từ 8 đến 10°C ở cùng tốc độ sạc. Điều này giúp giảm thiểu hiệu quả hiện tượng tích tụ nhiệt, lắng đọng lithium và phồng pin trong quá trình sạc tốc độ cao.

3. Ổn định giao diện điện cực và giảm tiêu thụ chất điện giải

   Silicon carbide màu xanh lá cây tạo thành một lớp thụ động ổn định trên bề mặt vật liệu để hạn chế sự phân hủy liên tục của chất điện giải. Nó tạo điều kiện thuận lợi cho sự hình thành đồng đều và ổn định của màng SEI và giảm sự suy giảm dung lượng trong quá trình chu kỳ dài hạn, tương thích với các cực dương lithium sắt photphat, ternary và silicon-carbon.

4. Silicon carbide xanh được cải tiến có thể đóng vai trò là vật liệu hoạt tính anot composite, cung cấp thêm các vị trí chèn lithium với dung lượng riêng từ 450 đến 600mAh/g, do đó nâng cao mật độ năng lượng tổng thể của bộ pin.

II. Lớp phủ gốm trên màng ngăn pin lithium-ion: Rào chắn an toàn cốt lõi cho pin năng lượng (Ứng dụng sản xuất hàng loạt đã hoàn thiện)

1. Tăng khả năng chịu nhiệt và ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt.

   Các tấm ngăn phủ alumina co lại và vỡ ở nhiệt độ khoảng 150°C; các tấm ngăn phủ SiC màu xanh lá cây có khả năng chống co ngót và thủng ở 200°C. Chúng ít bị đoản mạch hơn khi bị đâm thủng hoặc ép, giúp tăng độ an toàn khi bị đâm thủng lên khoảng 40%, lý tưởng cho pin dạng lưỡi và pin hình trụ lớn 4680.

2. Tăng cường khả năng chống mài mòn và chống đâm thủng.

   Với độ cứng cực cao, lớp phủ SiC màu xanh lá cây bảo vệ các tấm ngăn khỏi bị thủng do các mảnh vụn điện cực và bụi bẩn, làm giảm tỷ lệ phế phẩm do đoản mạch. Ổn định về mặt hóa học và có khả năng chống ăn mòn bởi chất điện phân, lớp phủ này hầu như không bị bong tróc thành bột sau khi ngâm trong chất điện phân trong thời gian dài.

3. Khả năng cách điện và dẫn nhiệt cân bằng: Tấm ngăn cách điện giữa cực âm và cực dương đồng thời hỗ trợ tản nhiệt theo chiều ngang cho các tế bào, giúp cải thiện độ đồng đều nhiệt độ của các tế bào.

III. Vật liệu gia cường quan trọng cho pin trạng thái rắn thế hệ tiếp theo

1. Chất độn gia cường cho chất điện phân rắn

   Các chất điện phân gốm rắn như LLZO dễ vỡ và có trở kháng giao diện cao. Việc pha trộn SiC xanh siêu mịn giúp cải thiện độ bền của chất điện phân và giảm trở kháng giao diện. Khả năng dẫn nhiệt vượt trội của nó giải quyết các vấn đề tích tụ nhiệt và nứt vỡ của pin thể rắn trong quá trình sạc nhanh.

2. Bảo vệ cực dương kim loại lithi

   Các lớp bảo vệ tổng hợp làm từ bột silicon carbide xanh giúp ngăn chặn sự xâm nhập của các nhánh tinh thể lithium và hiện tượng đoản mạch. Đồng thời, nó giúp đạt được sự lắng đọng ion lithium đồng nhất để hỗ trợ sạc nhanh công suất cao.

IV. Vật liệu tiêu hao chịu mài mòn và dẫn nhiệt cho sản xuất vật liệu catốt

1. Hàm lượng tạp chất sắt thấp đảm bảo không có sự nhiễm bẩn kim loại nặng vào vật liệu catốt trong quá trình nghiền, đảm bảo hiệu suất hoạt động ổn định của pin.
2. Độ dẫn nhiệt cao giúp nhanh chóng loại bỏ nhiệt ma sát trong quá trình nghiền, tránh làm giảm chất lượng bột catốt do nhiệt và nâng cao hiệu quả nghiền.
3. Nồi nung SiC màu xanh lá cây được sử dụng để thiêu kết ở nhiệt độ cao các tiền chất ba thành phần. Chúng chịu được sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không bị nứt, chịu được nhiệt độ cực cao và vẫn trơ về mặt hóa học với bột catốt.

V. Ứng dụng trong các bộ phận cấu trúc và lớp phủ nhiệt của bộ pin

1. Vật liệu composite nhẹ, chống cháy dùng cho bộ pin.

   Các tấm composite sợi carbon và silicon carbide xanh được sử dụng cho nắp và vỏ pin. Nhẹ hơn thép nhưng có độ bền cao và khả năng chống va đập, chúng mang lại cả lợi ích về trọng lượng và an toàn khi va chạm.

2. Chất độn phủ chức năng dùng để tản nhiệt, cách nhiệt và chống ăn mòn.

   Các lớp phủ gốm chức năng chứa SiC xanh có độ tinh khiết cao được phun lên vỏ pin, tấm tản nhiệt và thanh dẫn điện. Các lớp phủ này tích hợp khả năng dẫn nhiệt, cách điện, chống ăn mòn điện phân và chống mài mòn. Vượt trội hơn so với các lớp phủ alumina truyền thống về khả năng tản nhiệt, chúng được sử dụng rộng rãi để bảo vệ các thành phần kim loại trong toàn bộ hệ thống PACK.

VI. Hỗ trợ điều khiển điện tử: Tinh thể đơn SiC xanh cho chất nền bán dẫn

1. Mức tổn hao chuyển mạch thấp hơn nhiều so với IGBT silicon giúp giảm mức tiêu thụ điện năng của bộ biến tần trên xe và tăng phạm vi hoạt động từ 5% đến 8%.
2. Khả năng chịu nhiệt độ cao tuyệt vời giúp thu nhỏ kích thước bộ biến tần và phù hợp với các nền tảng sạc nhanh điện áp cao (hệ thống điện áp cao 800V được trang bị tiêu chuẩn với các thiết bị SiC).

VII. Quy tắc lựa chọn: Cacbua silic xanh so với alumina so với cacbua silic đen

1. Vật liệu SiC xanh có khả năng dẫn nhiệt tốt hơn alumina, phù hợp cho các tình huống sạc nhanh và nhiệt độ cao; alumina có giá thành thấp hơn và chủ yếu được sử dụng cho lưu trữ năng lượng nói chung.
2. Silicon carbide màu xanh lá cây có hàm lượng tạp chất sắt cực thấp và sẽ không gây ra hiện tượng phóng điện tự phát của pin do các kim loại nặng có nồng độ thấp. SiC màu đen chứa nhiều tạp chất và chỉ phù hợp với các ứng dụng chịu mài mòn thông thường, vì vậy chỉ có SiC màu xanh lá cây mới đủ điều kiện để sử dụng trong pin .

Tóm tắt bốn lợi thế cốt lõi

1. An toàn: Khả năng chịu nhiệt cao của các tấm ngăn được phủ lớp bảo vệ giúp ngăn ngừa hiện tượng quá nhiệt; việc gia cố cực dương tránh được hiện tượng đoản mạch do giãn nở; sự phát triển của các nhánh tinh thể lithium được ngăn chặn.
2. Sạc nhanh: Khả năng dẫn nhiệt cao của tất cả các thành phần pin giúp giảm sự tăng nhiệt độ, cho phép sạc ở tốc độ cao.
3. Tuổi thọ sử dụng lâu dài: Cấu trúc điện cực được gia cường giúp giảm thiểu các phản ứng phụ của chất điện giải và kéo dài tuổi thọ chu kỳ.
4. Độ ổn định tuyệt vời: Hàm lượng tạp chất thấp giúp loại bỏ ô nhiễm kim loại nặng trong quá trình sản xuất và thu hẹp sự khác biệt về hiệu suất giữa các lô pin.