緑色炭化ケイ素微粉末のリチウム電池および新エネルギー貯蔵材料への応用
緑色炭化ケイ素の主な特徴は、高純度絶縁性、耐高温性、耐電解腐食性、高熱伝導性、低重金属不純物であり、導電性黒色炭化ケイ素とは明確に区別されます。黒色炭化ケイ素は導電性があり、電池セル内で微小短絡を引き起こしやすいため、リチウムイオン電池の安全に関わる主要な用途では緑色炭化ケイ素のみが使用できます。用途は、セパレータ、セル材料、PACKパッケージ、機器保護、固体電池、エネルギー貯蔵補助材料の6つの主要分野にわたります。
I. リチウム電池セパレータ用セラミックコーティング
高性能リチウムイオン電池および長寿命蓄電電池は、アルミナと緑色炭化ケイ素の複合セラミックスラリーを利用している。
高温耐性
瞬時に1500℃までの高温に耐えることができます。バッテリーの破損や熱暴走時にも、セラミック層の骨格は溶融せず、セパレータのサイズを固定し、正極と負極間の広範囲な接触を防ぐことで、熱暴走のリスクを大幅に低減します。
断熱保証
緑色の炭化ケイ素は高い絶縁性を持ち、粒子伝導による電池内部の微小短絡を防ぐ。一方、黒色の炭化ケイ素は導電性があるため、リチウム電池のセパレータへの使用は厳しく禁じられている。
電解質抵抗
極めて化学的に不活性であるため、炭酸塩電解液に長期間浸漬しても溶解したり腐食したりせず、電解液の汚染やサイクル劣化を防ぎます。
耐摩耗性および耐穿刺性
高い硬度により、圧延、スリット加工、巻き取り工程中にコーティング粉末が容易に剥がれ落ちるのを防ぎ、電極の細孔が粉末で詰まるのを回避します。また、リチウムデンドライトがセパレータに穴を開けるのを抑制します。
II．電池セル電極および負極用の複合改質材料
1. グラファイト陽極コーティングの改質
ナノグリーン炭化ケイ素微粉末は、陽極の複合充填材として、天然および人工黒鉛の表面をコーティングするために使用される。
剛性粒子がリチウム挿入後のグラファイトの膨張を緩和し、電極の粉砕を軽減してサイクル寿命を30%以上向上させる。
表面に安定したSEI不動態化膜が形成され、電解液中の連続的な副反応が抑制され、電解液の消費量が減少する。
陽極の熱伝導率が向上したことで、急速充電時の放熱が迅速に行われ、電極の局所的な過熱のリスクが低減される。
2. シリコンカーボン陽極補強材
シリコンカーボンアノードは高い膨張率を有する。超微細な緑色炭化ケイ素を組み込むことで、剛性の高い支持体に高い硬度が得られ、電極の靭性が向上する。同時に、均一な熱伝導が確保され、シリコン系アノードにおける局所的な高温箇所の問題が解消される。
III. PACKエネルギー貯蔵モジュール：絶縁性および熱伝導性ポッティングコンパウンド、構造用接着剤および充填剤
エポキシ/シリコーンポッティングコンパウンドは、エネルギー貯蔵バッテリーパック、BMSマザーボード、高電圧銅バスバー、および端子台に広く使用されています。グリーンシリコンカーバイドは、熱伝導性と絶縁性の両方を実現する充填剤として最適であり、業界の課題で
ある熱伝導性と絶縁性の二重実現を完璧に解決します。
熱伝導率は120～150W/m・Kで、アルミナよりもはるかに高い。シリコンやエポキシ樹脂を充填すると、モジュールの充放電熱が素早く放散される。同時に、極めて高い体積抵抗率により絶縁が確保され、高電圧下での沿面電流が防止されるため、高電圧エネルギー貯蔵パック（800Vプラットフォーム）に適している。
グラファイトと黒色炭化ケイ素は熱伝導性があるが電気伝導性もあるため、高電圧での封止は漏電や短絡を引き起こす可能性がある。一方、アルミナは熱伝導率が比較的低い。
電解質と湿熱に耐性がある
エネルギー貯蔵環境は大きな温度差が生じやすく、結露が発生しやすい。
緑色の炭化ケイ素は酸やアルカリ、加水分解に強く、屋外での長期使用においても、封止材にひび割れが生じたり、断熱性能が低下したりすることを防ぎます。
IV．リチウム電池製造ライン設備用特殊絶縁性、耐摩耗性、耐腐食性コーティング
塗装機、ローラープレス、スリッター機、成形装置、エネルギー貯蔵試験装置用のトップコートおよびローラー表面保護コーティングには、すべて緑色の炭化ケイ素を使用しなければならず、黒色の炭化ケイ素は使用できません。
断熱要件
微弱電流または高電圧制御を行う機器の場合、漏電や電池セルの破損を防ぐために、コーティングは絶縁性でなければならない。
耐摩耗性および耐腐食性
電極粉塵や電解液の飛沫による装置の腐食を防ぐため、緑色の炭化ケイ素はコーティング膜の硬度を高め、電解液の浸食や摩擦に対する耐性を向上させる。
高温耐性
このコーティングは、コーティングオーブン内で長時間高温（120～180℃）にさらされても、白化したりひび割れたりすることはありません。
V. 固体リチウム電池の主要充填剤
1.緑色炭化ケイ素微粉末を含む酸化物系固体電解質複合体
固体電解質の機械的強度を向上させ、リチウムデンドライトの侵入を抑制します。同時に熱伝導率を最適化し、固体電池の内部抵抗による発熱集中問題を解決します。化学的に安定しており、固体電解質との副反応を起こしません。
2. 固体細胞封止用セラミック複合樹脂
緑色の炭化ケイ素充填樹脂は、耐高温性、絶縁性、耐変形性に優れており、固体電池の高温焼結プロセスに適しています。
VI．エネルギー貯蔵支持材料およびセラミック構造部品
1. リチウムイオン電池用セラミック機能部品（焼結主材料）
グリーン炭化ケイ素微粉末から焼結された炭化ケイ素セラミックスは、エネルギー貯蔵産業向け部品の製造に使用されます。
電極切断用セラミックブレードとセラミックローラー。耐摩耗性と絶縁性に優れ、電極を傷つけず、金属片で電池セルを汚染することもありません。
電池焼結炉および焼成プレート。高温およびリチウムイオン電池焼結雰囲気腐食に耐性があり、電池セル材料の焼結に適しています。
2. 電解液ろ過および耐腐食性配管継手 電解液
の腐食に耐性のある緑色の炭化ケイ素セラミックフィルターエレメントとパイプは、エネルギー貯蔵における電解液の循環ろ過および輸送パイプラインに使用されます。
VII. エネルギー貯蔵BMSおよび高電圧コンポーネント用の絶縁性および放熱性プラスチック エネルギー
貯蔵用ジャンクションボックス、高電圧コネクタ、IGBT放熱および絶縁ブラケットには、主にPPS、PEEK、PA66などの改質エンジニアリングプラスチックが使用され、緑色の炭化ケイ素が改質充填剤として使用されています。
1. 高い熱伝導率により放熱性を高め、エネルギー貯蔵機器における発熱問題を解決します。
2. 完全絶縁により、高電圧の伝導と漏電を防止します。
3. 電解質や高温・低温による劣化に強く、長期的な屋外エネルギー貯蔵用途に適しています。