盧海勇 石清俠 吳 瑋 蔣建勇

（1 浙江瑞陽(yáng)環(huán)保科技有限公司 浙江杭州 310000 2 浙江博越環(huán)境科技有限公司 浙江溫州 325000 3 杭州環(huán)科環(huán)保咨詢(xún)有限公司 浙江杭州 310000 4 天能控股集團(tuán)有限公司 浙江湖州 313100）

引言

在現(xiàn)代社會(huì)中，燃油車(chē)輛是人們經(jīng)常使用的交通工具，為人們的生活提供了極大的便利。相關(guān)科學(xué)研究結(jié)果表明，傳統(tǒng)燃油車(chē)在行駛過(guò)程中排放的尾氣會(huì)帶有較多的一氧化碳、碳?xì)浠衔?、氮氧化物等物質(zhì)，這些物質(zhì)都很容易造成大氣污染現(xiàn)象，也是溫室效應(yīng)發(fā)生的罪魁禍?zhǔn)字?。在世界范圍?nèi)化石能源儲(chǔ)備數(shù)量逐漸接近警戒線(xiàn)的背景下，可持續(xù)、高效、清潔的交通方式已經(jīng)成為了人們關(guān)注的核心。如今，新能源汽車(chē)已經(jīng)成為汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的主要方向，這也是我國(guó)達(dá)成雙碳目標(biāo)、有效應(yīng)對(duì)氣候環(huán)境負(fù)向變化的重要方法途徑。

鋰離子電池因?yàn)樵隗w積、重量、能量等方面有著明顯的優(yōu)勢(shì)，成為我國(guó)新能源汽車(chē)發(fā)展過(guò)程中十分理想的能量供應(yīng)載體。在我國(guó)政府部門(mén)大力支持新能源汽車(chē)發(fā)展的背景下，鋰離子電池生產(chǎn)工業(yè)發(fā)展十分迅速，但在具體的生產(chǎn)過(guò)程中，所用的各項(xiàng)原材料以及生產(chǎn)工藝通常會(huì)帶來(lái)一定數(shù)量的廢氣、廢水和固體廢棄物。如不經(jīng)過(guò)處理即排放，會(huì)對(duì)附近的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生十分明顯的負(fù)面影響，完全違背了我國(guó)可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護(hù)戰(zhàn)略的要求。

故此，本文通過(guò)研究分析鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中的環(huán)境污染現(xiàn)象以及具體的防治對(duì)策，為鋰離子電池的環(huán)保化生產(chǎn)及應(yīng)用提供參考。

1 鋰離子電池概述

1.1 基本結(jié)構(gòu)

鋰元素是所有金屬元素中質(zhì)量最輕的，并且在氧化還原性方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是電池制造過(guò)程中應(yīng)用性能較為優(yōu)秀的負(fù)極材料。一般的鋰離子電池將鋰金屬元素作為負(fù)極材料，二氧化錳或者是二硫化鐵則是作為鋰離子電池的正極材料。目前以我國(guó)鋰離子電池生產(chǎn)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r看來(lái)，具體的組成結(jié)構(gòu)包括正極的富鋰化合物、負(fù)極的可脫嵌活性材料（一般這類(lèi)活性材料以石墨為主）、隔膜、電解液以及電池外殼等[1]。

1.2 電池組成分析

對(duì)于鋰離子電池使用而言，電極材料、電解液會(huì)對(duì)電池的性能產(chǎn)生最為直接的影響。從某種程度上看，鋰離子電池生產(chǎn)制造中所用的電極和電極材料對(duì)于鋰離子電池的能量供給、使用壽命以及循環(huán)次數(shù)等都會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。總體而言，鋰離子電池的重要組成部分可以分為正負(fù)極材料和電解液兩部分。

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過(guò)程中，正極材料是整個(gè)鋰離子電池形成能量、使用壽命和投入成本等方面優(yōu)勢(shì)的重要因素，用于鋰離子電池生產(chǎn)的正極材料最為理想的狀態(tài)是有著較高的脫嵌鋰電位，這意味著電池在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的工作電壓水平較高。同時(shí)，狀態(tài)最為理想的正極材料需要有著較高的脫嵌鋰容量以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并且能夠在電池運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中生成良好的可逆轉(zhuǎn)性。在鋰離子電池充放電過(guò)程中，正極材料需要避免和電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)[2]。

自鋰離子電池問(wèn)世以來(lái)，負(fù)極材料的生產(chǎn)制造，先是使用了金屬鋰，后來(lái)鋁合金成為主要的負(fù)極材料，隨后又先后經(jīng)過(guò)了碳材料、氧化物以及新型納米合金材料的發(fā)展階段。用于鋰離子電池生產(chǎn)的負(fù)極材料同樣需要有較低的脫嵌鋰電位數(shù)值，且要保持平穩(wěn)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。它還需要有較高的比容量，在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中也需要與電解液不發(fā)生任何反應(yīng)，具備靈活性方面的優(yōu)勢(shì)，并且要最大程度地降低鋰離子電池生產(chǎn)制造的成本投入。以當(dāng)下材料學(xué)科的發(fā)展情況看來(lái)，用于鋰離子生產(chǎn)制造的負(fù)極材料大致可以分為碳負(fù)極材料、錫合金負(fù)極材料、納米級(jí)金屬氧化物負(fù)極材料以及硅負(fù)極材料四種。

作為鋰離子電池重要組成部分之一的電解液，能夠在正負(fù)極之間發(fā)揮傳導(dǎo)作用，其性能水平以及與正負(fù)極的接觸狀況，從某種程度上看，會(huì)對(duì)鋰離子電池的性能水平產(chǎn)生最為直接的影響[3]。一個(gè)狀態(tài)十分優(yōu)良的鋰離子電池，其內(nèi)部的電解液需要具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性，并避免和正負(fù)極中的各類(lèi)活性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。同時(shí)電解液需要有較高的鋰離子電導(dǎo)率和成膜特性，以提高負(fù)極材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性。

1.3 基本工作原理

實(shí)際上，鋰離子電池的正負(fù)極使用了能夠進(jìn)行逆嵌脫鋰離子的插層化合物。在鋰離子脫出和嵌入的過(guò)程中提供了相應(yīng)的通道。鋰離子電池在充電狀態(tài)時(shí)，正極處于負(fù)鋰狀態(tài)，從其脫出的鋰離子可以借助電解液逐漸嵌入到電池負(fù)極的晶格內(nèi)部，隨后電子可以在接通外部電流的影響下逐漸進(jìn)入電池的負(fù)極。在這種情況下，電池的正極會(huì)從之前的負(fù)鋰狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢粩?shù)值較高的貧鋰狀態(tài)，而負(fù)極則是處于一種電位數(shù)值較低的負(fù)鋰狀態(tài)。鋰電池的放電過(guò)程則是完全相反，鋰離子會(huì)從電池負(fù)極的負(fù)鋰狀態(tài)中逐漸擺脫出來(lái)，隨后透過(guò)隔膜逐漸嵌入到處于貧鋰狀態(tài)的電池正極，正極電子同樣可以從接通狀態(tài)的外部電流逐漸流入電池正極。以電荷守恒定律的相關(guān)知識(shí)來(lái)看，在鋰離子電池充放電的過(guò)程中，等量電子傳遞是一種十分常見(jiàn)的現(xiàn)象，正負(fù)極材料能夠產(chǎn)生較為明顯的氧化還原反應(yīng)[4]。因?yàn)殇囯x子和電子在電池充放電的過(guò)程中，處于一種正負(fù)極循環(huán)往復(fù)嵌入和脫嵌狀態(tài)，從某種程度上看，這種充放電模式也被人們稱(chēng)為是搖椅式充放電工作模式。鋰離子電池這種最為傳統(tǒng)的充放電模式，能夠有效地解決電池循環(huán)使用的壽命問(wèn)題，在電池容量和電壓方面也有著明顯的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)成為未來(lái)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中較為理想的輕質(zhì)量動(dòng)力裝置。

2 鋰離子電池生產(chǎn)中的污染物及其環(huán)境污染現(xiàn)象分析

目前我國(guó)鋰離子電池行業(yè)的生產(chǎn)工藝水平和流程基本一致，生產(chǎn)的工序可以分為制作電極片、裝配電芯以及模組組裝等。廢氣、廢水、噪聲和固體廢棄物是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中最為常見(jiàn)的副產(chǎn)物。在離子電池生產(chǎn)的過(guò)程中顆粒物是大氣污染物的主要部分。在鋰離子電池正負(fù)極的制漿配料過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)碳黑、鈷、鎳、錳這類(lèi)重金屬元素的粉塵物質(zhì)，這些顆粒物在可見(jiàn)光狀態(tài)下有著明顯的散射作用，尤其是排放到大氣環(huán)境中之后，附近區(qū)域的大氣能見(jiàn)度數(shù)值會(huì)明顯下降，這也是霧霾天氣出現(xiàn)的主要原因之一[5]。這些濃度較高的包括重金屬顆粒物的粉塵污染物長(zhǎng)期存在于大氣環(huán)境中，會(huì)通過(guò)人體的呼吸系統(tǒng)逐漸在肺部積累。當(dāng)這些重金屬元素積累到一定數(shù)量時(shí)，很容易引發(fā)呼吸道疾病。而在鋰離子電池生產(chǎn)的過(guò)程中，涂布烘干、注液這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的揮發(fā)性有機(jī)物，其中包括NMP 在內(nèi)的有機(jī)廢氣、氟化氫電解質(zhì)揮發(fā)有機(jī)廢氣。這類(lèi)在鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的揮發(fā)性有機(jī)物同樣也是細(xì)顆粒物、臭氧這類(lèi)二次污染物形成的重要前提條件，排放到大氣環(huán)境之后，可能會(huì)引發(fā)光化學(xué)煙霧等污染。

同時(shí)，在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過(guò)程中，排氣和二封這類(lèi)生產(chǎn)工序會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的氟化氫氣體，這類(lèi)氣體易溶于水，并且很容易形成氫氟酸，在未經(jīng)處理排放到大氣環(huán)境之后很容易在自然水體中產(chǎn)生一定數(shù)量的氫氟酸物質(zhì)，從而帶來(lái)嚴(yán)重的水體污染。同時(shí)，氟化氫作為氣體也有著明顯的刺激性和腐蝕性，是一種有毒氣體，在對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生污染的同時(shí)，會(huì)隨著人體的呼吸進(jìn)入呼吸器官中，從而對(duì)呼吸道黏膜和皮膚產(chǎn)生刺激，直接威脅到人們的健康[6]。

鋰離子電池的生產(chǎn)企業(yè)在處理其廢水的過(guò)程中，也會(huì)產(chǎn)生帶有惡臭氣味的氣體，給人們的嗅覺(jué)器官造成直接的危害。鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中的廢水一般來(lái)自涂布設(shè)備的清洗或者是鋰離子正負(fù)極的制漿工序，這類(lèi)清洗廢水不僅pH 數(shù)值較低，且擁有較高的化學(xué)需氧量以及懸浮物含量，其中的鎳、鈷、錳等金屬元素的含量明顯較高，這類(lèi)包含重金屬元素的廢水如果在未經(jīng)過(guò)妥善處理的情況下直接排放到自然水體，會(huì)對(duì)周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。水域中的底泥以及水生動(dòng)植物體內(nèi)的重金屬元素將會(huì)不斷積累，在生物鏈的影響下，最終在人體的各器官不斷累積，從而威脅到人們的身體健康，在累積嚴(yán)重的情況下，很容易令人產(chǎn)生重金屬中毒現(xiàn)象。

冷卻塔、水泵和風(fēng)機(jī)都是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中不可或缺的重要設(shè)備，但在具體運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)卻很容易產(chǎn)生噪聲污染，對(duì)于環(huán)境敏感性較高區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量必然會(huì)產(chǎn)生明顯的影響。噪聲污染能夠?qū)θ梭w的聽(tīng)覺(jué)以及其他非聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)產(chǎn)生明顯的影響，在影響到人們正常休息和睡眠的同時(shí)，還會(huì)令其工作效率下降。此外，噪聲污染對(duì)于人們的心血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)健康也會(huì)產(chǎn)生明顯的影響，頭痛、頭暈、心慌、記憶力減退這類(lèi)癥狀十分常見(jiàn)，如果人們長(zhǎng)時(shí)間受到噪聲污染，精神錯(cuò)亂的發(fā)生概率也會(huì)明顯增加。

鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的固體廢棄物可以細(xì)分為一般固體廢棄物和危險(xiǎn)固體廢棄物，前者以廢隔膜、銅箔和廢鋁箔這類(lèi)物質(zhì)為主，后者則是包括了在電解質(zhì)注液和儲(chǔ)存過(guò)程中產(chǎn)生的廢電解液以及電解液包裝桶。一般類(lèi)型的固體廢物在不進(jìn)行二次資源回收的情況下帶來(lái)的結(jié)果是資源浪費(fèi)，而危險(xiǎn)廢物如果未能妥善地進(jìn)行收集和處理，造成的環(huán)境污染現(xiàn)象將會(huì)十分嚴(yán)重。

3 鋰離子電池生產(chǎn)中的污染物防治工作對(duì)策

3.1 生產(chǎn)廢氣的積極防治

在鋰離子電池生產(chǎn)的過(guò)程中，粉塵污染現(xiàn)象的處理需要生產(chǎn)企業(yè)合理地引進(jìn)除塵設(shè)備，除塵器以機(jī)械式、袋式、濕式以及靜電除塵器四類(lèi)為主，這些除塵器在粉塵污染處理中有著良好的除塵效率以及質(zhì)量。企業(yè)生產(chǎn)鋰離子電池的過(guò)程中，固體粉狀物質(zhì)需要適當(dāng)加入制漿系統(tǒng)中進(jìn)行全方位攪拌，這會(huì)帶來(lái)包括正極和負(fù)極材料的各種粉塵物質(zhì)，以鈷、鎳、錳等重金屬元素的顆粒污染物為主[7]。在具體的生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，生產(chǎn)企業(yè)會(huì)設(shè)置密閉的微負(fù)壓狀態(tài)制漿車(chē)間，將粉塵收集之后，使用濕式除塵器或者高效過(guò)濾網(wǎng)，完成除塵處理并向高空進(jìn)行排放，這樣粉塵中金屬元素顆粒物的排放濃度和速率能夠明顯下降，并可盡量避免對(duì)周邊大氣環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響。

廢氣是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中最為常見(jiàn)的污染物，就目前我國(guó)環(huán)境污染處理技術(shù)的發(fā)展看來(lái)，冷凝法、吸收法、吸附法是最為常見(jiàn)的回收處理方法，銷(xiāo)毀技術(shù)以熱力燃燒法和催化燃燒法等為主。在使用冷凝法進(jìn)行廢氣處理工作時(shí)，一般會(huì)預(yù)先進(jìn)行廢氣的降溫處理，保障廢氣能夠降低到露點(diǎn)之下，促進(jìn)廢氣的液態(tài)轉(zhuǎn)化，之后可以實(shí)施二次回收，其在那些濃度較高、組成成分單一，具備一定回收價(jià)值的廢氣處理中有著十分廣泛的應(yīng)用。吸附處理技術(shù)則是利用吸附劑與廢氣污染物質(zhì)進(jìn)行全方位結(jié)合，在二者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的前提下，去除其中的污染物，其在那些濃度中等的廢氣凈化中有著十分廣泛的應(yīng)用。在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過(guò)程中，制漿環(huán)節(jié)不可或缺的重要生產(chǎn)溶劑就是NMP，其回收利用價(jià)值較高，在具體回收處理的過(guò)程中需要使用冷凝法對(duì)于包含NMP 的有機(jī)廢氣進(jìn)行全方位處理。在電解液中包含一定數(shù)量氟化氫的前提下，產(chǎn)生的有機(jī)廢氣可以使用堿液噴淋以及活性炭吸附的方法進(jìn)行處理，以對(duì)于這類(lèi)污染物的數(shù)量合理管控，避免其對(duì)大氣環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。

污水作為鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中常見(jiàn)的污染物，在其吸附處理的過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的惡臭廢氣，組成物質(zhì)主要以硫化氫、銨為主。對(duì)于這類(lèi)氣體的處理，可以使用物理化學(xué)或者是生物學(xué)方法，總體看來(lái)，因?yàn)槲鬯幚韴?chǎng)所內(nèi)部的惡臭廢氣數(shù)量相對(duì)較少，一般可以選擇密閉負(fù)壓收集、處理的方法，使用化學(xué)藥液吸收以及生物滴濾等進(jìn)行綜合處理之后，惡臭廢氣的排放量基本能夠符合國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對(duì)于周邊環(huán)境的影響也會(huì)降到最低。

3.2 生產(chǎn)廢水的積極防治

設(shè)備清洗是鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中廢水的主要來(lái)源。鋰離子電池的正極設(shè)備在清洗過(guò)程中產(chǎn)生的廢水種類(lèi)與清洗使用的介質(zhì)有著密切的聯(lián)系。如果相關(guān)人員使用純水清洗正極設(shè)備，則pH、COD、SS 等指標(biāo)將是污染物的主要檢測(cè)項(xiàng)目，并且其中的重金屬元素含量較高。而部分磷酸鐵鋰動(dòng)力鋰離子電池在生產(chǎn)的過(guò)程中，即便經(jīng)過(guò)設(shè)備清洗之后，其中的廢水產(chǎn)物也會(huì)包括重金屬元素。以目前國(guó)內(nèi)廢棄物污染處理技術(shù)的發(fā)展看來(lái)，在鋰離子生產(chǎn)廢水處理的過(guò)程中，物理法、化學(xué)法、生物法等技術(shù)應(yīng)用相對(duì)普遍，需要在鋰離子電池持續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程中，綜合考慮廢水的具體特性以及當(dāng)?shù)丨h(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求，恰當(dāng)選擇處理技術(shù)，保障經(jīng)過(guò)處理之后的廢水各項(xiàng)指標(biāo)能夠全方位滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)的需求。如果用于鋰電池生產(chǎn)的正極設(shè)備選擇使用NMP 進(jìn)行清洗，則其中包含NMP 的這類(lèi)有機(jī)廢水，需要嚴(yán)格按照危險(xiǎn)廢物管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行全方位收集和處理之后，委托具備資質(zhì)的單位進(jìn)一步處理。

3.3 生產(chǎn)固廢及噪聲的防治

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生各種固體廢氣污染物，其防治工作需要嚴(yán)格遵照我國(guó)現(xiàn)行的法律法規(guī)。

一般固體廢棄物在經(jīng)過(guò)全方位的分類(lèi)收集以及暫存處理之后，會(huì)請(qǐng)第三方有處理能力及資質(zhì)的資源利用單位進(jìn)行二次回收利用。而對(duì)于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的各種危險(xiǎn)廢物，需要企業(yè)形成完善的管理工作制度，建立對(duì)應(yīng)的臺(tái)賬，將危險(xiǎn)廢物產(chǎn)生的數(shù)量、類(lèi)型等相關(guān)信息進(jìn)行記錄，嚴(yán)格通過(guò)國(guó)家統(tǒng)一的危險(xiǎn)廢棄物信息管理系統(tǒng)，將相關(guān)信息及時(shí)向當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境主管部門(mén)進(jìn)行申報(bào)。危險(xiǎn)廢棄物在處理的過(guò)程中，同樣需要由企業(yè)設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)要求的暫存空間，在達(dá)到一定數(shù)量之后，委托第三方專(zhuān)業(yè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行處理，并嚴(yán)格按照相關(guān)要求填寫(xiě)對(duì)應(yīng)的信息。

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過(guò)程中，攪拌設(shè)備、涂布設(shè)備以及冷卻塔、水泵、風(fēng)機(jī)這類(lèi)都是不可或缺的重要生產(chǎn)設(shè)備，但這些設(shè)備在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的噪聲，如果這些噪聲數(shù)值超過(guò)國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)要求，附近居民長(zhǎng)時(shí)間處于噪聲的影響下，身體健康會(huì)出現(xiàn)明顯問(wèn)題。企業(yè)為了對(duì)鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中的噪聲污染及時(shí)進(jìn)行管控，需要根據(jù)附近環(huán)境對(duì)生產(chǎn)車(chē)間進(jìn)行科學(xué)布局，始終保持動(dòng)靜分離，將那些噪聲相對(duì)較高的設(shè)備設(shè)置在遠(yuǎn)離辦公生活區(qū)的地方，水泵和備用柴油發(fā)電機(jī)等需要放置在專(zhuān)業(yè)的隔聲房?jī)?nèi)，保證在鋰離子電池生產(chǎn)的過(guò)程中，各項(xiàng)噪聲數(shù)值能夠控制在合理范圍內(nèi)。

結(jié)語(yǔ)

鋰離子電池是當(dāng)下智能手機(jī)、筆記本電腦以及新能源汽車(chē)的主要能源供應(yīng)裝置，在其生產(chǎn)的過(guò)程中，廢氣、廢水、噪聲以及固體廢棄物都是十分常見(jiàn)的污染物，在未經(jīng)過(guò)妥善處理的情況下，會(huì)帶來(lái)較為嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染問(wèn)題，這也完全違背了我國(guó)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的基本國(guó)策。生產(chǎn)企業(yè)需要嚴(yán)格遵照我國(guó)有關(guān)鋰離子電池生產(chǎn)污染防治的具體工作要求，針對(duì)生產(chǎn)廢氣、廢水、固體廢棄物和噪聲污染進(jìn)行處理，在保證鋰離子電池產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，最大程度地降低對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的負(fù)面影響。