隨著國(guó)家環(huán)保政策的推進(jìn)，以及碳達(dá)峰碳中和時(shí)間表的出臺(tái)，新能源汽車的研發(fā)和銷售都取得較大突破，且發(fā)展?jié)摿薮?。?dāng)前，鋰電池作為新能源汽車動(dòng)力電池的首選，受到越來(lái)越多汽車廠商的關(guān)注。因?yàn)橄噍^于傳統(tǒng)電池，鋰電池具有高儲(chǔ)存能量密度、使用壽命長(zhǎng)、額定電壓高、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前我國(guó)是鋰電池最大的生產(chǎn)國(guó)，同時(shí)也是最大的出口國(guó)。

鋰電池生產(chǎn)工藝復(fù)雜，也涉及到多種原輔材料。其中， N-甲基吡咯烷酮（NMP）在鋰電池的生產(chǎn)中消耗巨大，其主要作用是在生產(chǎn)過(guò)程中充當(dāng)正極漿料的溶劑，用于溶解粘結(jié)劑和分散活性物質(zhì)，在涂布干燥工藝中可以通過(guò)回收系統(tǒng)來(lái)回收。NMP廢氣一般利用設(shè)備余熱回收，采用閉式循環(huán)，回收效率可達(dá)85%~95%。這也意味著廢氣中會(huì)含有少量的NMP會(huì)隨著廢氣一起排放到電池工廠外界的大氣環(huán)境。

甲基吡咯烷酮 ( NMP) 是一種高極性非質(zhì)子傳遞溶劑，外觀為無(wú)色透明或微黃色油狀液體，微有胺的氣味，對(duì)皮膚有輕度刺激。NMP具有高沸點(diǎn)、強(qiáng)極性、低粘度、強(qiáng)溶解能力、無(wú)腐蝕、毒性小、揮發(fā)度低，不易燃，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，可降解，可回收利用的特點(diǎn)，易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多數(shù)有機(jī)與無(wú)機(jī)化合物、極性氣體、天然及合成高分子化合物。NMP目前主要應(yīng)用于涂料、鋰電池、塑膠、化學(xué)生產(chǎn)藥劑、農(nóng)用化學(xué)制品、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業(yè)。

NMP在鋰電池生產(chǎn)中的用途，是溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料，濃度要求一般在99.9%以上。NMP是鋰電池正極粘結(jié)劑PVDF（聚偏氟乙烯）的配套溶劑，也是PVDF（聚偏氟乙烯）必需的配套溶劑。NMP能與水、PVDF、正、負(fù)極材料等物質(zhì)互溶，因此被廣泛運(yùn)用于鋰電池制備中，制作電極片時(shí)，NMP作為溶劑，可以將粘結(jié)劑、正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各種電極所需物質(zhì)融合在一起，使粘結(jié)劑與其他物質(zhì)充分接觸，均勻分布。

NMP作為鋰離子電池制造過(guò)程中主要原材料之一，直接影響鋰離子電池拉漿涂布質(zhì)量和環(huán)境保護(hù)的要求。根據(jù)行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)分析，雖然型號(hào)和規(guī)格的差異會(huì)導(dǎo)致NMP 占鋰離子電池價(jià)值的比重有所不同，但整體而言，NMP 占鋰離子電池制造成本比重約為 3%-6%，NMP 的市場(chǎng)規(guī)模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程分析：

從以上圖中可以看出，NMP主要使用及排放均在正極制備工序，其中使用NMP的主要工序如下：

涂布：采用涂布機(jī)將正極漿料（鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電炭黑、溶劑NMP、粘結(jié)劑PVDF的混合物）均勻涂敷在鋁箔的兩側(cè)；

烘干機(jī)采用密閉的負(fù)壓抽風(fēng)烘干機(jī)(烘干通道)。在涂布過(guò)程中，僅在涂布機(jī)進(jìn)出口處有少量NMP揮發(fā)，烘干機(jī)內(nèi)的廢氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)引至廢氣處理設(shè)施處理后高空排放；NMP廢氣有極少量由于烘干不充分等原因在車間內(nèi)無(wú)組織揮發(fā)。

烘烤：涂布完成后，在真空干燥機(jī)內(nèi)對(duì)正極片進(jìn)行烘烤干燥，烘烤溫度為120士5℃;去除電極上的NMP成分。烘干的氣體進(jìn)入NMP回收裝置進(jìn)行回收。

綜上，NMP在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，主要在涂布的環(huán)節(jié)中使用，之后就是NMP的回收控制。

NMP回收控制措施：

NMP回收工藝的原理：將涂布車間涂布機(jī)內(nèi)渾發(fā)的NMP氣體用抽風(fēng)機(jī)抽走，通過(guò)管道進(jìn)入NMP回收設(shè)備內(nèi)，利用冷卻水和冷凍水盤管使得NMP從空氣中冷凝出來(lái)(冷卻溫度約5℃),然后通過(guò)收集提純達(dá)到回收目的。

鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中涂布機(jī)排出廢氣中的NMP有較高溫度，前段利用水氣，氣氣換熱等對(duì)廢氣進(jìn)行降溫冷凝回收絕大部分NMP，殘余尾氣進(jìn)入后段處理系統(tǒng)，處理后達(dá)標(biāo)排放。

工藝流程：廢氣降溫后，采用工藝水將塔內(nèi)填料潤(rùn)濕，304不銹鋼填料有較大的比表面積，廢氣與工藝水在填料上充分接觸融合降到底部完成一次回收，廢氣不斷送入隨著融合循環(huán)次數(shù)的增加，NMP廢液濃度不斷升高，最終達(dá)到設(shè)定濃度(≥80%)排入儲(chǔ)液罐中；部分尾氣送入二級(jí)吸收塔中用低濃度工藝水再次將低濃度尾氣洗氣最終達(dá)標(biāo)排放。

鑒于鋰電池行業(yè)中NMP消耗量及廢液及廢氣產(chǎn)生量巨大，長(zhǎng)期的逃逸累加量不可避免會(huì)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)人員和周圍環(huán)境產(chǎn)生一定影響。這也意味著需要將NMP納入到電池生產(chǎn)園區(qū)定點(diǎn)或走航常規(guī)檢測(cè)因子庫(kù)中。

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圖為在某園區(qū)生產(chǎn)車間注液機(jī)旁安裝的固定式NMP濃度檢測(cè)儀，搭載進(jìn)口Alphasense PID光離子氣體傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到NMP氣體的泄露并引發(fā)超標(biāo)報(bào)警。

Alphasense PID光離子氣體傳感器系列主要包含兩條產(chǎn)品線：PID Legacy（涵蓋 PID-AH5、PID-AG、PID-A15、PID-AR5 和 PID-AY5）和 PIDX（包括 PIDX-A-004、PIDX-A-020、PIDX-A-200、PIDX-A-04K、PIDX-A-10K）。這兩條產(chǎn)品線憑借豐富多樣的檢測(cè)范圍、不同的價(jià)格定位以及獨(dú)特的特定功能，能夠全方位滿足市場(chǎng)上各種不同的應(yīng)用需求。無(wú)論是對(duì)檢測(cè)精度要求極高的科研實(shí)驗(yàn)，還是側(cè)重于成本控制的工業(yè)生產(chǎn)日常監(jiān)測(cè)，都能找到與之適配的產(chǎn)品。

審核編輯 黃宇