李曉玲

（深圳市立拓環(huán)?？萍加邢薰?廣東深圳 518000）

引言

長期以來，人們一直以燃油車作為主要的交通工具，極大地方便了人們的生活。但目前的研究表明，傳統(tǒng)燃油汽車排放的尾氣中含有一氧化碳、碳?xì)浠衔铩⒌趸?、二氧化硫、顆粒物等污染物，容易造成大氣污染和“溫室效應(yīng)”[1]。同時，隨著石油資源的日趨枯竭和人們的環(huán)保意識的逐漸提高，尋求清潔、高效和可持續(xù)的交通出行方式是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)之一[2]。

新能源汽車已成為未來汽車工業(yè)的主要發(fā)展方向之一，是應(yīng)對氣候變化、實(shí)現(xiàn)“碳中和”的重要戰(zhàn)略舉措。鋰離子電池具有可充電、體積小、質(zhì)量輕、能量高、循環(huán)壽命長、充電快、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，是新能源汽車?yán)硐氲哪芰枯d體[3]。目前，國內(nèi)鋰離子電池工業(yè)發(fā)展迅速，但在制造過程會產(chǎn)生一定的負(fù)面環(huán)境效應(yīng)，需采取有效的防治技術(shù)減輕其環(huán)境影響，促使鋰電池產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。本文從鋰電池制造工藝及使用的原輔材料角度出發(fā)，分析其生產(chǎn)過程中的主要污染物及其環(huán)境影響，提出污染防治的技術(shù)要點(diǎn)、環(huán)境管理及監(jiān)管要求，為環(huán)境管理人員提供一定的技術(shù)參考。

1 鋰離子電池的結(jié)構(gòu)、主要原輔材料及潛在的環(huán)境危險性

鋰離子電池主要由正極、負(fù)極、有機(jī)電解液、隔膜、電池外殼五大部分組成，主要依靠鋰離子在正極和負(fù)極之間的移動來實(shí)現(xiàn)充放電。充電時，Li+從正極脫嵌，經(jīng)過電解質(zhì)嵌入負(fù)極，負(fù)極處于富鋰狀態(tài)；放電時，負(fù)極的鋰會失去電子成為鋰離子，通過隔膜經(jīng)過電解液向正極方向遷移并進(jìn)入正極材料中儲存。

鋰離子電池生產(chǎn)過程中的主要原輔材料包括正負(fù)極電極材料、正負(fù)極極流體、溶劑和電解液等。原輔材料的毒性及潛在的環(huán)境危害概況如下：

（1）正負(fù)極電極材料：目前正極材料主要使用鈷酸鋰（LiCoO2）、鎳酸鋰（LiNiO2）、錳酸鋰（LiMnO2）、磷酸鐵鋰以及三元材料鎳鈷錳酸鋰等。鈷、鎳錳等為重金屬，具有一定的毒性效應(yīng)，可危害人體健康。負(fù)極材料一般是石墨，粉塵經(jīng)呼吸道吸入會引起呼吸道疾病[4]。（2）正負(fù)極集流體：正極一般使用鋁箔，負(fù)極一般使用銅箔，為金屬材料，廢邊角料具有資源回收價值，但若管理不善進(jìn)入自然環(huán)境，對環(huán)境也有一定影響。（3）溶劑：正負(fù)極材料制漿過程，需加入溶劑溶解正負(fù)極材料。正極主要使用N-甲基吡咯烷酮（NMP），屬于揮發(fā)性有機(jī)物，微毒；負(fù)極使用純水，無毒。（4）電解液：電解液在電池中起到傳輸離子的作用，由有機(jī)溶劑和鋰鹽電解質(zhì)組成。有機(jī)溶劑一般為有機(jī)碳酸酯類物質(zhì)，包括碳酸二甲酯、碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸甲乙酯等，為易燃揮發(fā)性有機(jī)物。鋰鹽主要為六氟磷酸鋰，遇水則分解生成氟化氫（HF），有腐蝕和毒害作用，對眼睛、皮膚、肺部等有侵蝕作用。（5）其他：外殼、隔膜、粘結(jié)劑等。原材料為金屬、塑料、高聚性材料等，在生產(chǎn)過程中必須注意一般工業(yè)固體廢物的規(guī)范化處理處置。

因此，在鋰離子電池制造過程應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注正負(fù)極材料、NMP 及電解液產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，并做好揮發(fā)性有機(jī)物的回收及處理。其中，含銅、鋁等廢棄物的處理應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)環(huán)保要求。

2 主要污染物排放及環(huán)境影響

鋰離子電池的生產(chǎn)工藝大體一致，主要包括電極極片制作、電芯裝配、模組組裝等工序，且生產(chǎn)過程中將會產(chǎn)生一定的廢氣、廢水、噪聲及固體廢物。生產(chǎn)過程中的大氣污染物主要為顆粒物，系正負(fù)極制漿配料產(chǎn)生含有炭黑、鈷、鎳、錳等重金屬元素的粉塵。研究表明，顆粒物對可見光有很強(qiáng)的散射作用，從而降低大氣能見度，引發(fā)城市霧霾天氣。人體長期吸入高濃度的有毒重金屬顆粒物，也會引發(fā)呼吸道疾病。涂布烘干、注液、預(yù)封、Degas 排氣及二封等過程將產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs）（含NMP 的有機(jī)廢氣以及可能含氟化氫的電解液揮發(fā)有機(jī)廢氣）。VOCs 是形成細(xì)顆粒物（PM2.5）、臭氧（O3）等大氣二次污染物的重要前體物，可引發(fā)光化學(xué)煙霧等大氣環(huán)境問題。同時，排氣、二封工序?qū)a(chǎn)生少量氟化氫（HF）。氟化氫易溶于水形成氫氟酸，對水體造成污染，同時，氟化氫具有刺激性、腐蝕性的有毒氣體，污染大氣環(huán)境并會刺激呼吸道粘膜和皮膚，危害人類健康。此外，廢水處理過程會產(chǎn)生惡臭廢氣，刺激人體嗅覺器官。生產(chǎn)過程中的廢水主要來源于正負(fù)極制漿及涂布設(shè)備清洗等產(chǎn)生的清洗廢水，具有低pH、高化學(xué)需氧量（CODCr）、高懸浮物（SS）和高氨氮（NH3-N）、鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）等特征。含鎳（Ni）、鈷（Co）等重金屬污染物的廢水的直接排放將對廠區(qū)周圍水環(huán)境產(chǎn)生較大影響，且底泥及水生動植物體內(nèi)的鎳會不斷積累最終進(jìn)入食物鏈，影響人類健康，嚴(yán)重時會造成鎳中毒，具有致癌和對生殖系統(tǒng)的潛在危害[5]。生產(chǎn)設(shè)備、公輔設(shè)備如冷卻塔、水泵、風(fēng)機(jī)等的運(yùn)行會產(chǎn)生噪聲污染，影響敏感點(diǎn)的聲環(huán)境質(zhì)量。研究表明，噪聲污染對人體的危害是多方面的，能對聽覺系統(tǒng)和非聽覺系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響，干擾休息和睡眠，降低工作效率。同時，噪聲污染會影響心血管及中樞神經(jīng)系統(tǒng)的健康，引發(fā)頭暈、頭痛、心慌、記憶力減退等癥狀，嚴(yán)重者可產(chǎn)生精神錯亂[6]。生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢物主要包括一般固體廢物和危險廢物。一般固體廢物主要有廢鋁箔、銅箔、廢隔膜等，而危險廢物主要有在注液和電解液貯存過程中產(chǎn)生的廢電解液及電解液包裝桶等。一般固體廢物若不進(jìn)行資源化回收利用，將會造成資源浪費(fèi)，同時污染周圍環(huán)境，危險廢物若不妥善收集和處理將會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。

3 污染防治技術(shù)要點(diǎn)

3.1 廢氣污染防治技術(shù)要點(diǎn)

除塵是治理粉塵污染的有效措施，主要依托除塵器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)。除塵器除塵效率較高，主要有機(jī)械式除塵器（如重力沉降室、慣性除塵器、旋風(fēng)除塵器）、濕式除塵器（噴淋塔、填料塔等）、袋式除塵器（如脈沖布袋除塵器等）和靜電除塵器等。鋰離子電池生產(chǎn)過程中需將固體粉狀物料加入制漿系統(tǒng)進(jìn)行攪拌制漿，會產(chǎn)生含有正極或負(fù)極電極材料的配料粉塵，主要為含炭黑、鈷、鎳、錳等重金屬元素的顆粒物。一般設(shè)置密閉微負(fù)壓制漿車間，粉塵經(jīng)收集后進(jìn)入濕式除塵器（噴淋塔、填料塔等）或者高效過濾網(wǎng)除塵后高空排放，可有效降低粉塵中顆粒物的排放濃度和速率，降低對周邊的環(huán)境影響程度及范圍。

生產(chǎn)過程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，研究表明，國內(nèi)揮發(fā)性有機(jī)廢氣污染防治末端治理技術(shù)主要有回收利用技術(shù)和銷毀技術(shù)。常用的回收利用技術(shù)有冷凝法、吸收法、吸附法、膜分離法；常用的銷毀技術(shù)熱力燃燒法、催化燃燒法、生物降解法、UV 光催化降解法、低溫等離子體技術(shù)法。冷凝法是使廢氣降溫至VOCs 成分的露點(diǎn)之下，使其冷凝為液態(tài)后加以回收的方法，多適用于高濃度、成分單一且有回收利用價值的VOCs 處理。吸附（收）技術(shù)是利用吸附（收）劑與污染物質(zhì)VOCs 進(jìn)行物理結(jié)合或化學(xué)反應(yīng)將污染物去除，如活性炭吸附、雙氧水化學(xué)洗滌等，適用于中低濃度VOCs 廢氣凈化。NMP作為鋰離子電池生產(chǎn)制漿過程一種重要溶劑，具有回收利用價值，宜采用回收法如冷凝法技術(shù)處理其產(chǎn)生的含NMP 有機(jī)廢氣。含氟化氫的電解液揮發(fā)有機(jī)廢氣等，可采用堿液噴淋+活性炭吸附、雙氧水化學(xué)洗滌等措施控制此類污染物的排放。實(shí)際生產(chǎn)中可根據(jù)有機(jī)廢氣特點(diǎn)，采用回收利用技術(shù)與銷毀技術(shù)結(jié)合的處理技術(shù)、多級處理技術(shù)等。如UV 光催化降解法+活性炭吸附法、冷凝法+活性炭吸附法等，使生產(chǎn)過程中的有機(jī)廢氣、氟化氫廢氣等得到有效處理并達(dá)標(biāo)排放。

污水處理站處理污水過程還會產(chǎn)生少量惡臭廢氣，主要污染因子為硫化氫、氨、臭氣濃度。惡臭廢氣處理技術(shù)主要有三類：一是物理方法，主要有水洗法、物理吸附法、稀釋和掩蔽法；二是化學(xué)方法，主要有藥液吸收（氧化吸收、酸堿液吸收）法、化學(xué)吸附（離子交換樹脂、堿性氣體吸附劑和酸性氣體吸附劑）法等；三是生物學(xué)方法，主要有生物滴慮、生物過濾和生物吸收法。一般情況下污水處理站惡臭廢氣產(chǎn)生量較小，經(jīng)采取密閉負(fù)壓收集，聯(lián)合除臭如化學(xué)藥液吸收+生物滴慮+活性炭吸附工藝處理后，惡臭廢氣可達(dá)標(biāo)排放，對周圍環(huán)境影響不大。

3.2 廢水污染防治技術(shù)要點(diǎn)分析

鋰離子電池生產(chǎn)過程會產(chǎn)生設(shè)備清洗廢水。正極設(shè)備清洗與采用的清洗介質(zhì)有關(guān)。若采用純水清洗，則廢水中主要污染物為pH、COD、SS、NH3-N、Ni（鎳）、Co（鈷）、Mn（錳）等，為含Ni、Co、Mn 等重金屬的廢水，負(fù)極設(shè)備清洗廢水主要污染物為pH、COD、SS、NH3-N等。磷酸鐵鋰動力鋰離子電池生產(chǎn)過程設(shè)備清洗廢水不含重金屬。研究表明，常見廢水處理技術(shù)有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法、生物法等。相關(guān)企業(yè)在生產(chǎn)中，需根據(jù)廢水特性，當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求等選擇適當(dāng)處理技術(shù)，使廢水處理達(dá)到 《電池工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB30484-2013）相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)限值后達(dá)標(biāo)排放。若正極采用NMP 清洗，則產(chǎn)生含NMP 的有機(jī)清洗廢水，可作為危險廢物按照 《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18597-2001）及其修改單的有關(guān)規(guī)定收集、貯存后，委托有相應(yīng)處理資質(zhì)的單位拉運(yùn)處理。

3.3 噪聲污染防治措施分析

生產(chǎn)設(shè)備如攪拌機(jī)、涂布機(jī)、輥壓機(jī)及公輔設(shè)備如冷卻塔、水泵、風(fēng)機(jī)等運(yùn)行會產(chǎn)生噪聲，噪聲超標(biāo)排放可能會影響周圍聲環(huán)境質(zhì)量，危害人體健康。

企業(yè)生產(chǎn)車間宜合理布局，靜鬧分開，高噪聲設(shè)備遠(yuǎn)離辦公生活區(qū)、敏感目標(biāo)而布設(shè)。高噪聲設(shè)備如水泵、備用柴油發(fā)電機(jī)等盡量安裝專用隔聲房內(nèi)，并安裝減振墊、消聲器等。冷卻塔腳座與地面之間安裝減振器，受水盤水面鋪設(shè)多孔泡沫塑料墊等。

3.4 固體廢物污染防治措施分析

固體廢物污染防治需要嚴(yán)格落實(shí)《中華人民共和國固體廢物污染環(huán)境防治法》（2020 年9 月1 日起施行）的各項(xiàng)要求。需設(shè)置符合要求的一般固體廢物暫存間，經(jīng)分類收集暫存后，外售有資質(zhì)的資源利用單位回收利用。企業(yè)應(yīng)制定危險廢物管理計劃，建立危險廢物管理臺賬，如實(shí)記錄有關(guān)信息，并通過國家危險廢物信息管理系統(tǒng)向所在地生態(tài)環(huán)境主管部門申報危險廢物的種類、產(chǎn)生量、流向、貯存、處置等資料。同時配套建設(shè)符合《危險廢物貯存污染控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB18597-2001）及“2013 年6 月修訂單”相關(guān)要求的危險廢物暫存間，危險廢物分類收集并暫存后，委托有危險廢物處理資質(zhì)的單位拉運(yùn)處理，并按照有關(guān)規(guī)定填寫、運(yùn)行危險廢物電子或者紙質(zhì)轉(zhuǎn)移聯(lián)單。

4 環(huán)境管理及監(jiān)管要求

企業(yè)應(yīng)建立、健全環(huán)境管理制度，履行各項(xiàng)環(huán)保手續(xù)，采用先進(jìn)適用的污染防治技術(shù)，使鋰離子電池制造過程中的各類環(huán)境影響得到有效控制。

環(huán)境管理人員可核查企業(yè)各項(xiàng)環(huán)境管理制度的落實(shí)情況，環(huán)境管理機(jī)構(gòu)、人員、應(yīng)急物資的配置情況；是否進(jìn)行了環(huán)境影響評價；是否建設(shè)了對應(yīng)的污染防治措施且進(jìn)行了竣工環(huán)境保護(hù)驗(yàn)收；是否制定了突發(fā)環(huán)境事件應(yīng)急預(yù)案并演練；是否取得排污許可證并定期提交排污許可執(zhí)行報告；是否按照要求進(jìn)行了自行監(jiān)測，污染物排放是否超標(biāo)、超總量；對于企業(yè)主要廢氣和廢水排放口，可安裝在線監(jiān)測裝置并與主管部門聯(lián)網(wǎng)。必要時可進(jìn)行監(jiān)督性檢測，對周圍敏感目標(biāo)進(jìn)行民意調(diào)查，以便監(jiān)督和督促企業(yè)有效落實(shí)各項(xiàng)污染防治措施，進(jìn)一步降低鋰離子電池制造過程中的環(huán)境影響。

結(jié)語

在鋰離子電池制造過程中，使用電極材料、電解液與溶劑NMP 等，可能會給鋰離子電池制造企業(yè)周邊的大氣環(huán)境和水環(huán)境等造成鎳、鈷、錳重金屬污染、氟污染，加重大氣環(huán)境的揮發(fā)性有機(jī)物污染，同時還會產(chǎn)生噪聲及少量固體廢物，若不能得到有效處理，將損害人類賴以生存的生態(tài)環(huán)境，最終危害人體健康。但相較于傳統(tǒng)鎳氫、鎳鎘電池以及鉛酸電池，其生產(chǎn)過程中不需添加鎘、鉛等物質(zhì)，鋰離子電池相對更加環(huán)保。為實(shí)現(xiàn)“碳中和”宏大目標(biāo)，發(fā)展和推廣鋰離子電池在新能源汽車中的應(yīng)用是不可或缺的版塊，因此，須采取有效的污染防治技術(shù)控制、減輕鋰離子電池制造過程中的各類環(huán)境影響，促使鋰電池產(chǎn)業(yè)與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展。