리튬 배터리 및 새로운 에너지 저장 재료 분야에서 친환경 탄화규소 미세분말의 응용
녹색 탄화규소는 고순도 절연성, 고온 저항성, 전해질 부식 저항성, 높은 열전도율, 낮은 중금속 불순물 함량 등의 핵심 특성을 지니고 있어 전도성 흑색 탄화규소와 확연히 구분됩니다. 흑색 탄화규소는 전도성이 있어 배터리 셀 내부에서 미세 단락을 일으키기 쉽기 때문에 리튬 배터리의 핵심 안전 영역에는 녹색 탄화규소만 사용될 수 있습니다. 녹색 탄화규소는 분리막, 셀 소재, PACK 패키징, 장비 보호, 고체 배터리, 에너지 저장 보조 소재 등 6대 주요 분야에 널리 사용됩니다.
I. 리튬 배터리 분리막용 세라믹 코팅
고성능 리튬 배터리와 장주기 에너지 저장 배터리는 알루미나와 친환경 탄화규소의 복합 세라믹 슬러리를 사용합니다.
고온 저항성
최대 1500℃의 고온을 즉시 견뎌냅니다. 배터리 파손 및 열폭주 발생 시 세라믹 층 골격은 녹지 않아 분리막 크기를 고정하고 양극과 음극 사이의 넓은 접촉면을 방지하여 열폭주 위험을 크게 줄입니다.
단열 보증
녹색 탄화규소는 높은 절연성을 제공하여 입자 전도성으로 인한 전지 내 미세 단락을 방지하는 반면, 검은색 탄화규소는 전도성이 있어 리튬 배터리 분리막에 사용이 엄격히 금지되어 있습니다.
전해질 저항
화학적으로 매우 불활성인 이 소재는 탄산염 전해액에 장기간 담가 두어도 용해되거나 부식되지 않아 전해액 오염 및 사이클 성능 저하를 방지합니다.
내마모성 및 내천공성
높은 경도는 롤링, 슬리팅 및 와인딩 공정 중 코팅 분말이 쉽게 떨어져 나가는 것을 방지하여 전극 기공의 분말 막힘을 방지하고, 리튬 덴드라이트가 분리막을 뚫고 들어가는 것을 억제합니다.
II. 배터리 셀 전극 및 음극용 복합 개질 재료
1. 흑연 양극 코팅 개량
나노 크기의 친환경 탄화규소 미세분말은 천연 및 인공 흑연의 표면을 코팅하는 데 사용되며, 이는 양극용 복합 충전재로 활용됩니다.
단단한 입자는 리튬 삽입 후 흑연의 팽창을 완충하여 전극의 분쇄를 완화하고 사이클 수명을 30% 이상 증가시킵니다.
표면에 안정적인 SEI 보호막이 형성되어 전해액 내에서 지속적인 부반응을 줄이고 전해액 소모량을 낮춥니다.
향상된 양극 열전도율은 고속 충전 중 빠른 열 방출을 가능하게 하여 전극의 국부적인 과열 위험을 줄입니다.
2. 실리콘-탄소 양극 강화
실리콘-탄소 양극은 열팽창률이 높습니다. 초미세 녹색 탄화규소를 첨가하면 높은 경도로 견고한 지지대를 제공하여 전극의 인성을 향상시키고, 동시에 균일한 열전도율을 보장하여 실리콘 기반 양극에서 발생하는 국부적인 과열 지점 문제를 해결합니다.
III. PACK 에너지 저장 모듈: 절연 및 열전도성 포팅 컴파운드, 구조용 접착제 및 충전재 에폭시/실리콘 포팅 컴파운드는 에너지 저장 배터리 팩, BMS 마더보드, 고전압 구리 버스바 및 터미널 블록에 널리 사용됩니다. 친환경 실리콘 카바이드는 열전도성과 절연성이 뛰어나 열전도성과 절연성을 동시에 달성하는 데
적합한 충전재로, 업계의 주요 문제점을 완벽하게 해결합니다.
열전도율이 120~150W/m·K로 알루미나보다 훨씬 높으며, 실리콘이나 에폭시로 충전할 경우 모듈의 충전 및 방전열이 빠르게 방출됩니다. 또한, 매우 높은 체적 저항으로 절연성을 확보하고 고전압 환경에서 누설 전류를 방지하여 고전압 에너지 저장 팩(800V 플랫폼)에 적합합니다.
흑연과 흑색 탄화규소는 열전도성이 있지만 전기전도성도 있어 고전압 포팅 시 누전 및 단락이 발생할 수 있습니다. 반면 알루미나는 열전도율이 상대적으로 낮습니다.
전해질 및 습열에 강함
에너지 저장 환경은 큰 온도 변화에 노출되며 결로 현상이 발생하기 쉽습니다.
녹색 탄화규소는 산, 알칼리 및 가수분해에 대한 저항성이 뛰어나 장기간 옥외 사용 시에도 포팅 화합물이 갈라지거나 절연 기능을 상실하지 않도록 보장합니다.
IV. 리튬 배터리 생산 라인 장비용 특수 절연, 내마모성 및 내식성 코팅
코팅기, 롤러 프레스, 슬리팅기, 성형 장비 및 에너지 저장 시험 설비의 상도 코팅 및 롤러 표면 보호 코팅에는 모두 녹색 탄화규소를 사용해야 하며, 검은색 탄화규소는 사용할 수 없습니다.
절연 요구 사항
전류가 약하거나 전압 제어가 필요한 장비의 경우, 누액 및 배터리 셀 파손을 방지하기 위해 코팅은 절연성이어야 합니다.
내마모성 및 내식성
전극 분진과 전해액 비산으로 인한 장비 부식을 방지하기 위해, 녹색 탄화규소는 코팅막의 경도를 높여 전해액 침식 및 마찰에 대한 저항성을 제공합니다.
고온 저항성
코팅은 코팅 오븐에서 고온(120~180℃)에 장시간 노출되어도 분필처럼 갈라지거나 갈라지지 않습니다.
V. 고체 리튬 배터리의 주요 충전재
1. 친환경 탄화규소 미세분말을 함유한 산화물 기반 고체 전해질 복합체
고체 전해질의 기계적 강도를 향상시키고 리튬 덴드라이트 침투를 억제하는 동시에 열전도율을 최적화하여 고체 배터리의 내부 저항으로 인한 집중 발열 문제를 해결합니다. 또한 화학적으로 안정적이며 고체 전해질과 부반응을 일으키지 않습니다.
2. 고체 상태 세포 캡슐화 세라믹 복합 수지
고온 내성, 절연성 및 변형 방지 기능을 갖춘 친환경 탄화규소 충전 수지로, 고체 배터리의 고온 소결 공정에 적합합니다.
VI. 에너지 저장 보조 재료 및 세라믹 구조 부품
1. 리튬 이온 배터리 세라믹 기능성 부품(소결 주재료)
에너지 저장 산업용 부품 제조에는 미성형 탄화규소 미세분말을 소결하여 만든 탄화규소 세라믹이 사용됩니다.
전극 절단용 세라믹 날과 세라믹 롤러는 내마모성과 절연성이 뛰어나 전극에 흠집을 내지 않고 금속 파편으로 배터리 셀을 오염시키지 않습니다.
배터리 소결로 및 소성판; 고온 및 리튬 이온 배터리 소결 분위기 부식에 대한 내성이 있으며, 배터리 셀 재료 소결에 적합합니다.
2. 전해액 여과 및 내식성 배관 부속품
에너지 저장 장치의 전해액 순환 여과 및 수송 파이프라인에는 전해액 부식에 강한 친환경 탄화규소 세라믹 필터 엘리먼트와 파이프가 사용됩니다.
VII. 에너지 저장 BMS 및 고전압 부품용 절연 및 방열 플라스틱
에너지 저장 접속함, 고전압 커넥터, IGBT 방열 및 절연 브래킷은 주로 PPS, PEEK, PA66과 같은 개량 엔지니어링 플라스틱에 녹색 탄화규소를 개량 충전재로 사용하여 제조됩니다.
1. 높은 열전도율로 열을 효과적으로 방출하여 에너지 저장 장치의 발열 문제를 해결합니다.
2. 완벽한 절연으로 고전압 전도 및 누설을 방지합니다.
3. 전해질 및 고온/저온 노화에 대한 저항성이 뛰어나 장기간 옥외 에너지 저장에 적합합니다.