盧海勇 石清俠 吳 瑋 蔣建勇

（1 浙江瑞陽環(huán)?？萍加邢薰?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)保咨詢有限公司 浙江杭州 310000 4 天能控股集團有限公司 浙江湖州 313100）

引言

在現(xiàn)代社會中，燃油車輛是人們經(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)燃油車在行駛過程中排放的尾氣會帶有較多的一氧化碳、碳氫化合物、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弧Ｔ谑澜绶秶鷥?nèi)化石能源儲備數(shù)量逐漸接近警戒線的背景下，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，新能源汽車已經(jīng)成為汽車工業(yè)發(fā)展的主要方向，這也是我國達成雙碳目標(biāo)、有效應(yīng)對氣候環(huán)境負向變化的重要方法途徑。

鋰離子電池因為在體積、重量、能量等方面有著明顯的優(yōu)勢，成為我國新能源汽車發(fā)展過程中十分理想的能量供應(yīng)載體。在我國政府部門大力支持新能源汽車發(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)過程中，所用的各項原材料以及生產(chǎn)工藝通常會帶來一定數(shù)量的廢氣、廢水和固體廢棄物。如不經(jīng)過處理即排放，會對附近的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生十分明顯的負面影響，完全違背了我國可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)環(huán)境保護戰(zhàn)略的要求。

故此，本文通過研究分析鋰離子電池生產(chǎn)過程中的環(huán)境污染現(xiàn)象以及具體的防治對策，為鋰離子電池的環(huán)?；a(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，是電池制造過程中應(yīng)用性能較為優(yōu)秀的負極材料。一般的鋰離子電池將鋰金屬元素作為負極材料，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。目前以我國鋰離子電池生產(chǎn)工業(yè)的持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r看來，具體的組成結(jié)構(gòu)包括正極的富鋰化合物、負極的可脫嵌活性材料（一般這類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

對于鋰離子電池使用而言，電極材料、電解液會對電池的性能產(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)等都會產(chǎn)生明顯的影響?？傮w而言，鋰離子電池的重要組成部分可以分為正負極材料和電解液兩部分。

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過程中，正極材料是整個鋰離子電池形成能量、使用壽命和投入成本等方面優(yōu)勢的重要因素，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，這意味著電池在運轉(zhuǎn)過程中的工作電壓水平較高。同時，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，并且能夠在電池運轉(zhuǎn)的過程中生成良好的可逆轉(zhuǎn)性。在鋰離子電池充放電過程中，正極材料需要避免和電解液產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)[2]。

自鋰離子電池問世以來，負極材料的生產(chǎn)制造，先是使用了金屬鋰，后來鋁合金成為主要的負極材料，隨后又先后經(jīng)過了碳材料、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)的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。它還需要有較高的比容量，在運轉(zhuǎn)過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，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，用于鋰離子生產(chǎn)制造的負極材料大致可以分為碳負極材料、錫合金負極材料、納米級金屬氧化物負極材料以及硅負極材料四種。

作為鋰離子電池重要組成部分之一的電解液，能夠在正負極之間發(fā)揮傳導(dǎo)作用，其性能水平以及與正負極的接觸狀況，從某種程度上看，會對鋰離子電池的性能水平產(chǎn)生最為直接的影響[3]。一個狀態(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，并避免和正負極中的各類活性物質(zhì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。同時電解液需要有較高的鋰離子電導(dǎo)率和成膜特性，以提高負極材料表面鈍化膜的穩(wěn)定性。

1.3 基本工作原理

實際上，鋰離子電池的正負極使用了能夠進行逆嵌脫鋰離子的插層化合物。在鋰離子脫出和嵌入的過程中提供了相應(yīng)的通道。鋰離子電池在充電狀態(tài)時，正極處于負鋰狀態(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入電池的負極。在這種情況下，電池的正極會從之前的負鋰狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娢粩?shù)值較高的貧鋰狀態(tài)，而負極則是處于一種電位數(shù)值較低的負鋰狀態(tài)。鋰電池的放電過程則是完全相反，鋰離子會從電池負極的負鋰狀態(tài)中逐漸擺脫出來，隨后透過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)知識來看，在鋰離子電池充放電的過程中，等量電子傳遞是一種十分常見的現(xiàn)象，正負極材料能夠產(chǎn)生較為明顯的氧化還原反應(yīng)[4]。因為鋰離子和電子在電池充放電的過程中，處于一種正負極循環(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)使用的壽命問題，在電池容量和電壓方面也有著明顯的優(yōu)勢，已經(jīng)成為未來經(jīng)濟社會發(fā)展過程中較為理想的輕質(zhì)量動力裝置。

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)過程中最為常見的副產(chǎn)物。在離子電池生產(chǎn)的過程中顆粒物是大氣污染物的主要部分。在鋰離子電池正負極的制漿配料過程中，會出現(xiàn)碳黑、鈷、鎳、錳這類重金屬元素的粉塵物質(zhì)，這些顆粒物在可見光狀態(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)域的大氣能見度數(shù)值會明顯下降，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期存在于大氣環(huán)境中，會通過人體的呼吸系統(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，很容易引發(fā)呼吸道疾病。而在鋰離子電池生產(chǎn)的過程中，涂布烘干、注液這些生產(chǎn)環(huán)節(jié)會產(chǎn)生一定數(shù)量的揮發(fā)性有機物，其中包括NMP 在內(nèi)的有機廢氣、氟化氫電解質(zhì)揮發(fā)有機廢氣。這類在鋰離子電池生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的揮發(fā)性有機物同樣也是細顆粒物、臭氧這類二次污染物形成的重要前提條件，排放到大氣環(huán)境之后，可能會引發(fā)光化學(xué)煙霧等污染。

同時，在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過程中，排氣和二封這類生產(chǎn)工序會產(chǎn)生一定數(shù)量的氟化氫氣體，這類氣體易溶于水，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)，從而帶來嚴重的水體污染。同時，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，在對大氣環(huán)境產(chǎn)生污染的同時，會隨著人體的呼吸進入呼吸器官中，從而對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)在處理其廢水的過程中，也會產(chǎn)生帶有惡臭氣味的氣體，給人們的嗅覺器官造成直接的危害。鋰離子電池生產(chǎn)過程中的廢水一般來自涂布設(shè)備的清洗或者是鋰離子正負極的制漿工序，這類清洗廢水不僅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，這類包含重金屬元素的廢水如果在未經(jīng)過妥善處理的情況下直接排放到自然水體，會對周邊的生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。水域中的底泥以及水生動植物體內(nèi)的重金屬元素將會不斷積累，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)機都是鋰離子電池生產(chǎn)過程中不可或缺的重要設(shè)備，但在具體運轉(zhuǎn)時卻很容易產(chǎn)生噪聲污染，對于環(huán)境敏感性較高區(qū)域的聲環(huán)境質(zhì)量必然會產(chǎn)生明顯的影響。噪聲污染能夠?qū)θ梭w的聽覺以及其他非聽覺系統(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，還會令其工作效率下降。此外，噪聲污染對于人們的心血管和中樞神經(jīng)系統(tǒng)健康也會產(chǎn)生明顯的影響，頭痛、頭暈、心慌、記憶力減退這類癥狀十分常見，如果人們長時間受到噪聲污染，精神錯亂的發(fā)生概率也會明顯增加。

鋰離子電池生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體廢棄物可以細分為一般固體廢棄物和危險固體廢棄物，前者以廢隔膜、銅箔和廢鋁箔這類物質(zhì)為主，后者則是包括了在電解質(zhì)注液和儲存過程中產(chǎn)生的廢電解液以及電解液包裝桶。一般類型的固體廢物在不進行二次資源回收的情況下帶來的結(jié)果是資源浪費，而危險廢物如果未能妥善地進行收集和處理，造成的環(huán)境污染現(xiàn)象將會十分嚴重。

3 鋰離子電池生產(chǎn)中的污染物防治工作對策

3.1 生產(chǎn)廢氣的積極防治

在鋰離子電池生產(chǎn)的過程中，粉塵污染現(xiàn)象的處理需要生產(chǎn)企業(yè)合理地引進除塵設(shè)備，除塵器以機械式、袋式、濕式以及靜電除塵器四類為主，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)鋰離子電池的過程中，固體粉狀物質(zhì)需要適當(dāng)加入制漿系統(tǒng)中進行全方位攪拌，這會帶來包括正極和負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)會設(shè)置密閉的微負壓狀態(tài)制漿車間，將粉塵收集之后，使用濕式除塵器或者高效過濾網(wǎng)，完成除塵處理并向高空進行排放，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，并可盡量避免對周邊大氣環(huán)境產(chǎn)生的負面影響。

廢氣是鋰離子電池生產(chǎn)過程中最為常見的污染物，就目前我國環(huán)境污染處理技術(shù)的發(fā)展看來，冷凝法、吸收法、吸附法是最為常見的回收處理方法，銷毀技術(shù)以熱力燃燒法和催化燃燒法等為主。在使用冷凝法進行廢氣處理工作時，一般會預(yù)先進行廢氣的降溫處理，保障廢氣能夠降低到露點之下，促進廢氣的液態(tài)轉(zhuǎn)化，之后可以實施二次回收，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，其回收利用價值較高，在具體回收處理的過程中需要使用冷凝法對于包含NMP 的有機廢氣進行全方位處理。在電解液中包含一定數(shù)量氟化氫的前提下，產(chǎn)生的有機廢氣可以使用堿液噴淋以及活性炭吸附的方法進行處理，以對于這類污染物的數(shù)量合理管控，避免其對大氣環(huán)境產(chǎn)生負面影響。

污水作為鋰離子電池生產(chǎn)過程中常見的污染物，在其吸附處理的過程中也會產(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。對于這類氣體的處理，可以使用物理化學(xué)或者是生物學(xué)方法，總體看來，因為污水處理場所內(nèi)部的惡臭廢氣數(shù)量相對較少，一般可以選擇密閉負壓收集、處理的方法，使用化學(xué)藥液吸收以及生物滴濾等進行綜合處理之后，惡臭廢氣的排放量基本能夠符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，對于周邊環(huán)境的影響也會降到最低。

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)過程中廢水的主要來源。鋰離子電池的正極設(shè)備在清洗過程中產(chǎn)生的廢水種類與清洗使用的介質(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項目，并且其中的重金屬元素含量較高。而部分磷酸鐵鋰動力鋰離子電池在生產(chǎn)的過程中，即便經(jīng)過設(shè)備清洗之后，其中的廢水產(chǎn)物也會包括重金屬元素。以目前國內(nèi)廢棄物污染處理技術(shù)的發(fā)展看來，在鋰離子生產(chǎn)廢水處理的過程中，物理法、化學(xué)法、生物法等技術(shù)應(yīng)用相對普遍，需要在鋰離子電池持續(xù)生產(chǎn)的過程中，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)過處理之后的廢水各項指標(biāo)能夠全方位滿足排放標(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 進行清洗，則其中包含NMP 的這類有機廢水，需要嚴格按照危險廢物管理標(biāo)準(zhǔn)進行全方位收集和處理之后，委托具備資質(zhì)的單位進一步處理。

3.3 生產(chǎn)固廢及噪聲的防治

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過程中，會產(chǎn)生各種固體廢氣污染物，其防治工作需要嚴格遵照我國現(xiàn)行的法律法規(guī)。

一般固體廢棄物在經(jīng)過全方位的分類收集以及暫存處理之后，會請第三方有處理能力及資質(zhì)的資源利用單位進行二次回收利用。而對于生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的各種危險廢物，需要企業(yè)形成完善的管理工作制度，建立對應(yīng)的臺賬，將危險廢物產(chǎn)生的數(shù)量、類型等相關(guān)信息進行記錄，嚴格通過國家統(tǒng)一的危險廢棄物信息管理系統(tǒng)，將相關(guān)信息及時向當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境主管部門進行申報。危險廢棄物在處理的過程中，同樣需要由企業(yè)設(shè)置符合標(biāo)準(zhǔn)要求的暫存空間，在達到一定數(shù)量之后，委托第三方專業(yè)機構(gòu)進行處理，并嚴格按照相關(guān)要求填寫對應(yīng)的信息。

在鋰離子電池生產(chǎn)制造的過程中，攪拌設(shè)備、涂布設(shè)備以及冷卻塔、水泵、風(fēng)機這類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)過程中會產(chǎn)生較大的噪聲，如果這些噪聲數(shù)值超過國家的標(biāo)準(zhǔn)要求，附近居民長時間處于噪聲的影響下，身體健康會出現(xiàn)明顯問題。企業(yè)為了對鋰離子電池生產(chǎn)過程中的噪聲污染及時進行管控，需要根據(jù)附近環(huán)境對生產(chǎn)車間進行科學(xué)布局，始終保持動靜分離，將那些噪聲相對較高的設(shè)備設(shè)置在遠離辦公生活區(qū)的地方，水泵和備用柴油發(fā)電機等需要放置在專業(yè)的隔聲房內(nèi)，保證在鋰離子電池生產(chǎn)的過程中，各項噪聲數(shù)值能夠控制在合理范圍內(nèi)。

結(jié)語

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