【设备篇】新能源化工设备防腐、金属异物防控克星

从事锂电新能源行业的朋友们都知道，无论是正负极材料行业，还是原料行业、锂电池行业，面临的两大头疼问题就是设备腐蚀和金属异物。

新能源材料行业和锂电行业在生产过程中，由于原辅料的特性和工艺的特性，往往面临高腐蚀性、高温性等恶劣环境。很容易导致我们的设备被腐蚀损坏甚至造成安全事故。

而我们在选择耐腐蚀的设备材质时，往往选择耐腐蚀的不锈钢设备，但这类设备在实际生产过程中，因与物料长期接触，磨损，又容易产生金属粉末异物带入物料产品中。随着终端产品对金属杂质异物管控越来越严格，因此不得不想方设法对这类设备进行必要的防护。本文就以上两个问题给大家进行分析参考。

金属异物在电池化成阶段会先在正极氧化再到负极还原，当 负极处的金属单质累积到一定程度会形成枝晶，导致隔膜穿孔，造成电池内部短路，提高电池的自放电率，严重时甚至会电池起火、爆炸，影响电池的安全性能。

正极材料是锂离子电池的关键材料之一，也是锂离子电池中金属异物的重要的引入源之一，正极材料的金属异物含量直接影响下游锂电池产品的安 全性，故而如何控制正极材料中的金属异物含量是各大锂离子电池正极材料厂商的重大难题，对金属异物的管控水平已经成为衡量锂离子电池正极材料生产线的最核心指标之一。

生产线中金属异物的来源主要有以下两个方面：一是设备和物料直接接触引入（直接引入）；二是空气中的金属飞散物进入材料中引入（间接引入）。下面详细分析一下两种引入方式的区别：正极材料生产线最主要的工序有：混合，焙烧以及粉碎，涉及到的设备主要有混合机，辊道窑以及粉碎机。一般而言，设备上有金属部件直接与物料接触的都有可能造成直接引入风险，其中，和物料有连续 的相对运动的部件产生磨损的可能性更大，为红线区域，需要重点防护，和物料无连续的相对运动的部件也需要采取必要的防护措施。间接引入的来源更加复杂，空气中的飞散物有可能来自设备零部件磨损产生的碎屑，也有可能由外界环境引入，甚至有可能由人员引入，因此管控起 来就更加困难。

直接接触部分控制方法正极材料生产线设计中对金属异物的防护有几项通用的规则：生产线所有设备与物料直接接触的部分必须要求为非金属材质或者在金属基材表面进行喷涂涂层进行防护。

金属基材一般要求为304或者316L不锈钢，但是不锈钢金属不耐磨，特别是在粉体输送中，摩擦亦会造成金属粉末或颗粒带入材料中。常用的喷涂材料有 PTFE，ECTFE，WC 等，也有直接贴陶瓷片或者做整体陶瓷防护的。

腐蚀一直以来就是锂电新能源化工行业的危害之一，稍有不慎，轻则腐蚀损坏设备，重则造成安全爆炸事故甚至引发灾害、环保问题。

化工设备是新能源化工的主要生产力之一，因为很多机械长期处在较差环境条件下生产运作，温度、空气湿度等因素均影响其使用状态，且化学侵蚀问题无法完全规避，进而对设备的部分物理属性造成不同程度的损害，一些使用功能逐渐异常，甚至会造成一些装置产品终止生产。

化工设备腐蚀的类型主要有两种：一是化学腐蚀，二为电化学腐蚀。前者的成因通常是设备本体与化学物质发生反应而出现的腐蚀问题，后者则是机械部分构造和电解质溶液执行了电荷互换过程导致的，以上两种腐蚀类型在本质上存在着差异，这也决定了其表征会存在着一定区别，和化学腐蚀的机械装置相比，发生电化学腐蚀情况的设备会产生一些电流。依照设备被腐蚀位置的不同，可以把腐蚀问题分成整体腐蚀与局部腐蚀，前者实质是就是整个机械的外表面出现了腐蚀，而后者的腐蚀仅在单一位置表现出来。大部分化工设备的制造原料以金属为主，那么，可以由此推测当其出现整体腐蚀现象时，那么带来的最直接后果是设备管壁厚度减少，若现实生产中给其施加一些压力，则管道破裂的风险会显著增加，严重时会诱发爆炸事故。

据有关统计，化工设备的破坏约有60%是由于腐蚀引起的，因此在化工设备及材料选型时首先要注意选型的科学性。下面针对一些不同环境下的腐蚀类型谈谈设备材料的选择与防护的要点。

防腐蚀的方法总的来说可以分为两大类：一是正确地选择防腐蚀材料和其他防腐蚀措施；二是选择合理的工艺操作及设备结构。严格遵守化工生产的工艺规程，可以消除不应当发生的腐蚀现象，而即使采用良好的耐腐蚀材料，在操作工艺上不腐蚀规程，也会引起严重的腐蚀。

一. 正确选材和设计

了解不同材料的耐蚀性能，正确地、合理地选择防腐蚀材料是最行之有效的方法，如不锈钢、玻璃钢等材料。众所周知，材料的品种很多，不同材料在不同环境中的腐蚀速度也不同，选材人员应当针对某一特定环境选择腐蚀率低、价格较便宜、物理力学性能等满足设计要求的材料，以便设备获得经济、合理的使用寿命。

二. 表面处理

金属在接触使用环境前先用钝化剂或成膜剂处理，表面生成稳定密实的钝化膜，抗蚀性大大增加。它与缓蚀剂方法不同之处，在于它在以后的使用环境中不需要再加入缓蚀剂，铝经过阳极处理，表面可以生成比在大气中生成的更为密实的膜，这类膜在温和的腐蚀环境中有优良的抗蚀能力，钢铁部件表面发蓝也是这个原理。

三. 金属镀层和包覆层

在钢铁底层上可用一薄层更耐腐蚀的金属保护。常用的方法是电镀，一般镀2~3层，只有几十微米厚，因而不可避免地存在微孔，溶液可渗入微孔，将构成镀层-底层腐蚀电池。镀层若为贵金属，其电位比铁高，将成为阴极，会加速底层铁腐蚀。因此，这类镀层不适于强腐蚀环境，但可用于大气、水等环境，缓慢产生的腐蚀产物可将微孔堵塞，电阻增大，获得一定的使用寿命。若用廉价的金属，构成腐蚀电池的极性则与上述相反，使钢得到阴极保护，可以保持较长的寿命。除了电镀外，还常用热浸镀（熔融浸镀）、火焰喷镀、蒸汽镀和整体金属薄板包镀。后者因无微孔，耐蚀性强，寿命更长，但价格稍高。

四. 涂层

用有机涂料保护大气中的金属结构，是最广泛的防腐手段。涂料覆盖在金属表面，干后形成多孔薄膜，虽然不能使金属与介质完全隔绝，但增大价值通过微孔的扩散阻力和溶液电阻，使腐蚀电流下降。在缓和的环境中，如大气、海水等，微孔底金属腐蚀缓慢，腐蚀产物可堵塞微孔，有很长的使用寿命，但不适于强腐蚀溶液，因为金属腐蚀速度较快，并伴随有氢气的产生，会使漆膜破裂。

五. 衬里

衬里一般为整片材料，适用于和强腐蚀介质接触的设备内部。如盐酸、稀硫酸的贮槽会用橡胶或塑料衬里，贮存硝酸的钢槽用不锈钢薄板作衬里等。搪瓷实际上是一种玻璃衬里，工业上称为搪瓷玻璃，它的耐酸性强，广用于食品、医药等工业，可保证产品质量，但是不能烧制太大的设备。

行业里我们常见的几种设备涂层防护措施有特氟龙，碳化钨，陶瓷喷涂等。

很多厂家往往用碳化钨来进行涂层，殊不知，碳化钨弊大于利。

5、WC耐磨但不防腐；尤其是遇到大颗粒冲刷、高镍的氢氧化锂腐蚀，表现寿命非常短，高镍高混机使用碳化钨涂层寿命是6个月到18月。螺带混料机搅拌用WC涂层完全无漏点寿命是12月-24月。

是非金属、无磁性、不导电。材质主要是复合型氧化铝氧化锆氧化钛等复合陶瓷，0%金属杂质磨损引入到物料后不增加金杂PPB数值、不增加金属颗粒数值。

长期使用对比：纳米陶瓷涂层比WC涂层，会降低5-20个PPB；同时会降低金属颗粒数。

纳米陶瓷涂层既耐磨又防腐，使用寿命是碳化钨的5倍。

降本增效

涂层方案设计主要取决于3方面：

涂层是损耗品，因此大家在选择涂层时要关注几点点。寿命长短主要看硬度和厚度、抗腐蚀、耐温。

①物料工况：物料特性、温度+腐蚀+磨损等。②质保要求：期望寿命、质保时间。③ 涂层特性：防腐+耐磨+耐温+厚度等。

在实际生产中，我们可以参考以下区域对设备进行涂层防护。

大家在选择纳米涂层厂家时，要注意选择拥有众多行业业绩、口碑、技术过硬的厂家。

大家在设备涂层方面如有技术咨询或业务合作，可扫码上方加微信或电话联系15501178737（微信同号）钟成

欢迎“转发与分享”关注