锂电材料行业设备防腐与金属隔离措施

设备腐蚀和金属异物污染是锂电新能源材料行业生产过程中的两大“顽疾”。它们不仅导

致设备频繁维修、缩短寿命，更会直接影响产品一致性、安全性能和最终电池的循环寿

命。

1、原料的强腐蚀性与高纯度要求：

强酸/强碱环境： 前驱体合成、正极材料酸洗/水洗、湿法回收等环节常使用硫酸、盐酸、氢氧化钠等，对金属设备造成严重化学腐蚀（均匀腐蚀、点蚀、晶间腐蚀）。

高温高湿环境： 干燥、烧结、陈化等工序产生的高温蒸汽、冷凝水加剧氧化腐蚀和电化学腐蚀。

活性物质： 如高镍三元材料本身具有一定腐蚀性，高温下更甚；某些添加剂也可能具有腐蚀性。

氯离子(Cl⁻)： 原料或水中带入的Cl⁻是诱发不锈钢点蚀和应力腐蚀开裂(SCC)的“头号杀手”。

高纯度要求： 电池材料对Fe, Cu, Zn, Cr, Ni等金属杂质含量要求极为苛刻 (PPm甚至ppb级)，任何设备接触面的微量腐蚀或磨损都可能成为污染源。

2、物理磨损与疲劳：

机械运动部件磨损： 搅拌桨、粉碎机转子/定子、分级机叶轮、泵叶轮/蜗壳、阀门阀芯/阀座、管道弯头等，在输送、混合、研磨粉体过程中，硬质颗粒（前驱体、正极材料本身）造成持续的冲蚀磨损和磨粒磨损，产生金属碎屑。

振动疲劳： 设备运行振动导致连接件松动、微动磨损，产生细小金属颗粒。

密封件磨损： 机械密封、填料密封、O型圈等磨损产生的非金属异物也可能夹杂金属骨架材料。

3、设备选材与设计缺陷：

材料不耐腐蚀/不耐磨： 为降低成本选用普通304不锈钢代替316L或更高等级材料；耐磨部位未使用硬质合金或陶瓷涂层。

结构设计不合理：存在死区、积液区、流速过低区，导致物料堆积、局部浓度过高加剧腐蚀；锐角、尖边易产生磨损和应力集中；焊接质量差（未焊透、夹渣、未抛光）成为腐蚀起始点和异物源。

密封设计不当： 密封形式选择错误或安装不良，导致腐蚀性介质泄漏或外部污染物侵入。

4、操作与维护不当：

清洗不彻底： 换产或停机后设备内残留腐蚀性介质或物料，长期作用加速腐蚀。

超范围运行： 超出设计温度、压力、浓度、转速运行，加速材料劣化和磨损。

维护不及时/不规范： 未定期检查更换易损件（密封、衬里、搅拌桨等）；维修带入异物（焊渣、工具碎屑）；维修后表面处理（酸洗钝化、抛光）不到位。

1、对产品的危害 (直接影响电池性能与安全)：

降低电池容量和能量密度： 杂质消耗活性锂离子。

加剧自放电： 杂质在电极表面发生副反应。

诱发析锂：增加短路风险。

形成枝晶刺穿隔膜： 导致热失控，引发燃烧爆炸（最严重后果！）。

缩短循环寿命： 加速电解液分解和电极结构破坏。

金属异物污染： 这是最致命的危害！Fe, Cu, Zn, Cr, Ni等金属杂质进入正负极材料：

产品一致性差： 污染具有随机性，导致批次间、甚至同批次内产品性能波动大。

外观不良： 腐蚀产物（如铁锈）可能导致材料颜色异常、黑点等问题。

2、对设备的危害 (增加成本，影响生产)：

设备损坏与失效： 腐蚀穿孔、磨损减薄、应力开裂导致设备泄漏、甚至破裂，引发安全事故和环境风险。

频繁停机维修： 更换腐蚀/磨损部件，清洗系统，处理污染批次，极大降低设备OEE（综合设备效率）。

高昂的维修与备件成本： 特种材料备件（如哈氏合金、钛材、陶瓷件）价格昂贵。

缩短设备使用寿命： 核心设备（反应釜、砂磨机、烧结炉）提前报废。

3、对生产成本与效率的危害：

原料浪费： 被污染的批次产品往往需要报废或降级处理。

能耗增加： 设备效率下降（如泵磨损导致流量不足）、频繁启停增加能耗。

质量成本飙升： 客户索赔、退货、信誉损失。

反应釜/储罐/管道/阀门：

首选 高等级不锈钢：316L (优于304)， 904L， 双相钢(2205, 2507) - 显著提高耐Cl⁻点蚀和应力腐蚀能力。

强腐蚀环境（浓酸、高温酸、含F⁻环境）：哈氏合金(C276, C22), 钛及钛合金(Gr2, Gr7), 锆及锆合金。 虽成本高，但寿命长、污染风险极低，综合成本可能更低。

内衬技术： 碳钢基体 + 内衬PTFE (聚四氟乙烯)、PFA (可熔性聚四氟乙烯)、ETFE (乙烯-四氟乙烯共聚物)、PP (聚丙烯)、PO (聚烯烃)、搪玻璃、橡胶（如丁基橡胶）。关键在焊缝质量和衬里完整性，严防衬里破损。

陶瓷涂层/内衬：氧化铝、氧化锆、碳化硅、氮化硅 等纳米陶瓷涂层或整体陶瓷内衬/部件，具有极佳的耐腐蚀、耐磨、绝缘性能，是隔离金属的理想选择。适用于管道、弯头、阀门、泵腔体、搅拌桨等。

搅拌系统：

桨叶与轴：优先选用整体陶瓷（氧化锆、碳化硅） 或 金属基体+陶瓷涂层（HVOF喷涂、等离子喷涂）。

次选：哈氏合金、钛合金。避免使用易腐蚀磨损的普通不锈钢。

首选 高等级不锈钢：316L (优于304)， 904L， 双相钢(2205, 2507) - 显著提高耐Cl⁻点蚀和应力腐蚀能力。

粉碎/研磨设备 (砂磨机、气流磨)：

腔体、转子、定子、分级轮：必须使用高硬度耐磨材料！碳化钨(WC-Co)硬质合金、陶瓷（氧化锆、碳化硅、氧化铝）、聚氨酯(PU)内衬（特定场合）。普通不锈钢在此处是灾难性的异物源。

研磨介质：氧化锆珠（首选高钇稳定）、碳化硅珠。严格监控珠子破损率，及时筛补。

泵：

过流部件（叶轮、蜗壳、密封腔）：全衬氟塑料泵（磁力驱动无泄漏）、陶瓷泵、哈氏合金/钛合金泵。避免使用机械密封易泄漏的金属泵。

密封：首选磁力密封（无接触、零泄漏）、双端面机械密封+隔离液（需确保隔离液纯净）。填料密封易磨损泄漏，不推荐。

干燥设备（喷雾干燥、盘式干燥、回转窑）：

与热风、湿物料接触部位：316L以上不锈钢、内衬（如PTFE防粘）、特殊表面处理（如铁氟龙喷涂）。注意高温区域的材质选择。

窑内构件（扬料板等）：耐热钢+耐磨涂层（如碳化钨）。

烧结炉：

炉管/匣钵：高纯刚玉、石英、石墨（需惰性气氛）、特种合金（如Inconel 600/601）。严格避免炉管材料在高温下释放杂质污染物料。气氛保护至关重要，防止金属部件高温氧化产生粉末。

非接触但关键区域：

框架、支撑：可适当降低要求（如304），但需做好防护，防止腐蚀产物滴落或飞溅污染。

1、消除死角与积液：

设备底部采用碟形或锥形底，坡度足够，排净口位置合理。

管道设计保证自排净坡度，避免U型弯。必要时设置最低点排放阀。

搅拌设计确保无搅拌死角。

2、降低流速与冲击：

高流速、易磨损部位（弯头、阀门下游、泵出口）采用大曲率半径弯头，或加装耐磨衬板/陶瓷内衬。

进料口、循环口避免物料直接冲刷器壁。

3、优化连接与密封：

优先采用焊接代替法兰连接（减少潜在泄漏点和异物夹藏）。必须焊接时，采用氩弧焊（TIG），确保全焊透、内焊缝平整光滑（磨平抛光），并进行酸洗钝化处理。

无法避免的法兰连接：使用PTFE、石墨、金属缠绕垫片，避免使用含金属丝、易碎的石棉垫片。螺栓螺母采用防松设计，并考虑防腐（如达克罗涂层）。

人孔、手孔、视镜：设计应平滑无死角，密封可靠。

4、表面处理：

所有接触物料的金属表面必须进行精细抛光（Ra ≤ 0.4μm，最好Ra ≤ 0.2μm），减少附着点，提高耐蚀性。

酸洗钝化： 不锈钢设备制造/维修后必须严格执行，去除游离铁，形成完整钝化膜。严格验证钝化效果（如蓝点试验）。

电解抛光： 效果优于机械抛光，表面更光滑，耐蚀性更好，适用于高要求场合。

全面衬里： 如前述，在碳钢设备内部衬覆非金属层（纳米陶瓷涂层、PTFE、PFA、PO、橡胶、陶瓷），形成最可靠的隔离屏障。确保衬里施工质量（无针孔、无鼓包、焊缝覆盖良好），定期检测（电火花测试）。

关键部位衬板/耐磨套：在易磨损部位（搅拌桨根部、釜底、管道弯头、溜槽）加装可更换的纳米陶瓷涂层/高分子耐磨衬板或护套。

非金属部件替代：

视镜：钢化玻璃+PTFE包边。

滤器：PP、PTFE、尼龙滤芯/滤袋，避免金属滤网。

取样工具、软管：PTFE、硅胶。

垫圈、密封条：PTFE、硅胶、EPDM、氟橡胶。

磁力隔离：

在物料进入关键设备（如砂磨机、反应釜）前的管道上安装强磁棒过滤器（除铁器），并严格规定磁棒材质（必须为不锈钢包覆，防止自身腐蚀污染）、定期清理频次和记录。注意磁棒仅对铁磁性金属有效。

1、严格的清洗程序 (CIP/SIP)：

制定并严格执行不同产品、不同工序切换时的设备清洗、吹扫、干燥标准操作规程(SOP)。

使高纯水、指定溶剂，确保无残留腐蚀介质和污染物。

验证清洗效果（如电导率、pH、目视检查）。

2、预防性维护(PM)与预测性维护(PdM)：

建立关键设备腐蚀/磨损监测点清单（如搅拌桨、泵叶轮、管道弯头、密封）。

定期检查： 目视检查腐蚀、磨损迹象；测量关键部位壁厚（超声波测厚）；检查密封状态；检查紧固件。

定期更换： 对易损件（密封件、搅拌桨叶、衬板、磁棒、滤芯）严格执行基于运行时间或状态的更换制度，不要等到坏了才换。

状态监测： 利用振动分析、温度监测、润滑油分析等手段预判设备异常。

3、维修过程控制：

维修区隔离： 在远离洁净生产区的地方设立专用维修间。

异物控制： 维修前彻底清理设备内部；维修中使用无绒布、专用工具（避免产生火花和碎屑）；维修后彻底清理现场，使用吸尘器（不能用压缩空气吹扫！），进行异物检查（白光灯、黑光灯）。

焊接控制： 必须在受控环境下焊接，焊后100%内窥镜检查焊缝质量，严格进行内表面抛光、酸洗钝化。

备件管理： 确保更换的备件材质正确、表面状态符合要求（清洁、无损伤）。

4、人员培训与意识：

对所有操作、维修、清洁人员进行金属异物危害、防腐重要性、SOP执行的持续培训。

原材料监控： 严格监控原料中Cl⁻、F⁻、S等腐蚀性离子含量以及金属杂质含量。

过程监控： 在关键工序（如粉碎后、干燥后、合批前）设置金属异物检测点（金属探测器、X光异物检测仪），并制定超标处理流程。

产品检测： 最终产品严格检测关键金属杂质含量（ICP-MS/OES）。

建立追溯系统： 当产品检测出金属异物超标时，能快速追溯到对应的设备、时间段、操作批次、维护记录，以便精准分析原因并改进。

不懈坚持的攻坚战。没有一劳永逸的“银弹”，关键在于：

源头防控： 在设备选型、设计、选材阶段就将防腐和金属隔离作为核心考量，不惜前期

投入选用优质耐腐蚀耐磨材料（陶瓷、高级合金、优质衬里）和合理设计。

多重屏障： 结合材质升级、结构优化、物理隔离（衬里、非金属件）、磁力过滤等多种手段，构建多层防御体系。

精细管理： 制定并铁腕执行覆盖设备全生命周期的严格操作规程、维护规程、清洁规程和维修规范。将“洁净”意识融入每一个操作细节。