隨著國家環(huán)保政策的推進(jìn)，以及碳達(dá)峰碳中和時間表的出臺，新能源汽車的研發(fā)和銷售都取得較大突破，且發(fā)展?jié)摿薮蟆．?dāng)前，鋰電池作為新能源汽車動力電池的首選，受到越來越多汽車廠商的關(guān)注。因為相較于傳統(tǒng)電池，鋰電池具有高儲存能量密度、使用壽命長、額定電壓高、高低溫適應(yīng)性強(qiáng)等一系列優(yōu)點(diǎn)。目前我國是鋰電池最大的生產(chǎn)國，同時也是最大的出口國。
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回收系統(tǒng)來回收。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含有少量的NMP會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，外觀為無色透明或微黃色油狀液體，微有胺的氣味，對皮膚有輕度刺激。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，同時用來稀釋漿料，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，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，雖然型號和規(guī)格的差異會導(dǎo)致NMP 占鋰離子電池價值的比重有所不同，但整體而言，NMP 占鋰離子電池制造成本比重約為 3%-6%，NMP 的市場規(guī)模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲能電池、動力電池的增長而增長。
鋰電池生產(chǎn)過程分析：
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)無組織揮發(fā)。
烘烤：涂布完成后，在真空干燥機(jī)內(nèi)對正極片進(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(冷卻溫度約5℃),然后通過收集提純達(dá)到回收目的。
鋰離子電池生產(chǎn)過程中涂布機(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%)排入儲液罐中；部分尾氣送入二級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，長期的逃逸累加量不可避免會對現(xiàn)場人員和周圍環(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)檢測因子庫中。
圖為在某園區(qū)生產(chǎn)車間注液機(jī)旁安裝的固定式NMP濃度檢測儀，搭載進(jìn)口Alphasense PID光離子氣體傳感器，可以實(shí)時監(jiān)測到NMP氣體的泄露并引發(fā)超標(biāo)報警。
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范圍、不同的價格定位以及獨(dú)特的特定功能，能夠全方位滿足市場上各種不同的應(yīng)用需求。無論是對檢測精度要求極高的科研實(shí)驗，還是側(cè)重于成本控制的工業(yè)生產(chǎn)日常監(jiān)測，都能找到與之適配的產(chǎn)品。
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