卢海勇 石清侠 吴 玮 蒋建勇
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在现代社会中，燃油车辆是人们经常使用的交通工具，为人们的生活提供了极大的便利。相关科学研究结果表明，传统燃油车在行驶过程中排放的尾气会带有较多的一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物等物质，这些物质都很容易造成大气污染现象，也是温室效应发生的罪魁祸首之一。在世界范围内化石能源储备数量逐渐接近警戒线的背景下，可持续、高效、清洁的交通方式已经成为了人们关注的核心。如今，新能源汽车已经成为汽车工业发展的主要方向，这也是我国达成双碳目标、有效应对气候环境负向变化的重要方法途径。
锂离子电池因为在体积、重量、能量等方面有着明显的优势，成为我国新能源汽车发展过程中十分理想的能量供应载体。在我国政府部门大力支持新能源汽车发展的背景下，锂离子电池生产工业发展十分迅速，但在具体的生产过程中，所用的各项原材料以及生产工艺通常会带来一定数量的废气、废水和固体废弃物。如不经过处理即排放，会对附近的生态环境产生十分明显的负面影响，完全违背了我国可持续发展以及生态环境保护战略的要求。
故此，本文通过研究分析锂离子电池生产过程中的环境污染现象以及具体的防治对策，为锂离子电池的环保化生产及应用提供参考。
1.1 基本结构
锂元素是所有金属元素中质量最轻的，并且在氧化还原性方面也具有明显的优势，是电池制造过程中应用性能较为优秀的负极材料。一般的锂离子电池将锂金属元素作为负极材料，二氧化锰或者是二硫化铁则是作为锂离子电池的正极材料。目前以我国锂离子电池生产工业的持续发展状况看来，具体的组成结构包括正极的富锂化合物、负极的可脱嵌活性材料（一般这类活性材料以石墨为主）、隔膜、电解液以及电池外壳等[1]。
1.2 电池组成分析
对于锂离子电池使用而言，电极材料、电解液会对电池的性能产生最为直接的影响。从某种程度上看，锂离子电池生产制造中所用的电极和电极材料对于锂离子电池的能量供给、使用寿命以及循环次数等都会产生明显的影响。总体而言，锂离子电池的重要组成部分可以分为正负极材料和电解液两部分。
在锂离子电池生产制造的过程中，正极材料是整个锂离子电池形成能量、使用寿命和投入成本等方面优势的重要因素，用于锂离子电池生产的正极材料最为理想的状态是有着较高的脱嵌锂电位，这意味着电池在运转过程中的工作电压水平较高。同时，状态最为理想的正极材料需要有着较高的脱嵌锂容量以及结构稳定性，并且能够在电池运转的过程中生成良好的可逆转性。在锂离子电池充放电过程中，正极材料需要避免和电解液产生化学反应[2]。
自锂离子电池问世以来，负极材料的生产制造，先是使用了金属锂，后来铝合金成为主要的负极材料，随后又先后经过了碳材料、氧化物以及新型纳米合金材料的发展阶段。用于锂离子电池生产的负极材料同样需要有较低的脱嵌锂电位数值，且要保持平稳的运转状态。它还需要有较高的比容量，在运转过程中也需要与电解液不发生任何反应，具备灵活性方面的优势，并且要最大程度地降低锂离子电池生产制造的成本投入。以当下材料学科的发展情况看来，用于锂离子生产制造的负极材料大致可以分为碳负极材料、锡合金负极材料、纳米级金属氧化物负极材料以及硅负极材料四种。
作为锂离子电池重要组成部分之一的电解液，能够在正负极之间发挥传导作用，其性能水平以及与正负极的接触状况，从某种程度上看，会对锂离子电池的性能水平产生最为直接的影响[3]。一个状态十分优良的锂离子电池，其内部的电解液需要具备良好的化学稳定性，并避免和正负极中的各类活性物质产生化学反应。同时电解液需要有较高的锂离子电导率和成膜特性，以提高负极材料表面钝化膜的稳定性。
1.3 基本工作原理
实际上，锂离子电池的正负极使用了能够进行逆嵌脱锂离子的插层化合物。在锂离子脱出和嵌入的过程中提供了相应的通道。锂离子电池在充电状态时，正极处于负锂状态，从其脱出的锂离子可以借助电解液逐渐嵌入到电池负极的晶格内部，随后电子可以在接通外部电流的影响下逐渐进入电池的负极。在这种情况下，电池的正极会从之前的负锂状态转变为电位数值较高的贫锂状态，而负极则是处于一种电位数值较低的负锂状态。锂电池的放电过程则是完全相反，锂离子会从电池负极的负锂状态中逐渐摆脱出来，随后透过隔膜逐渐嵌入到处于贫锂状态的电池正极，正极电子同样可以从接通状态的外部电流逐渐流入电池正极。以电荷守恒定律的相关知识来看，在锂离子电池充放电的过程中，等量电子传递是一种十分常见的现象，正负极材料能够产生较为明显的氧化还原反应[4]。因为锂离子和电子在电池充放电的过程中，处于一种正负极循环往复嵌入和脱嵌状态，从某种程度上看，这种充放电模式也被人们称为是摇椅式充放电工作模式。锂离子电池这种最为传统的充放电模式，能够有效地解决电池循环使用的寿命问题，在电池容量和电压方面也有着明显的优势，已经成为未来经济社会发展过程中较为理想的轻质量动力装置。
目前我国锂离子电池行业的生产工艺水平和流程基本一致，生产的工序可以分为制作电极片、装配电芯以及模组组装等。废气、废水、噪声和固体废弃物是锂离子电池生产过程中最为常见的副产物。在离子电池生产的过程中颗粒物是大气污染物的主要部分。在锂离子电池正负极的制浆配料过程中，会出现碳黑、钴、镍、锰这类重金属元素的粉尘物质，这些颗粒物在可见光状态下有着明显的散射作用，尤其是排放到大气环境中之后，附近区域的大气能见度数值会明显下降，这也是雾霾天气出现的主要原因之一[5]。这些浓度较高的包括重金属颗粒物的粉尘污染物长期存在于大气环境中，会通过人体的呼吸系统逐渐在肺部积累。当这些重金属元素积累到一定数量时，很容易引发呼吸道疾病。而在锂离子电池生产的过程中，涂布烘干、注液这些生产环节会产生一定数量的挥发性有机物，其中包括NMP 在内的有机废气、氟化氢电解质挥发有机废气。这类在锂离子电池生产过程中出现的挥发性有机物同样也是细颗粒物、臭氧这类二次污染物形成的重要前提条件，排放到大气环境之后，可能会引发光化学烟雾等污染。
同时，在锂离子电池生产制造的过程中，排气和二封这类生产工序会产生一定数量的氟化氢气体，这类气体易溶于水，并且很容易形成氢氟酸，在未经处理排放到大气环境之后很容易在自然水体中产生一定数量的氢氟酸物质，从而带来严重的水体污染。同时，氟化氢作为气体也有着明显的刺激性和腐蚀性，是一种有毒气体，在对大气环境产生污染的同时，会随着人体的呼吸进入呼吸器官中，从而对呼吸道黏膜和皮肤产生刺激，直接威胁到人们的健康[6]。
锂离子电池的生产企业在处理其废水的过程中，也会产生带有恶臭气味的气体，给人们的嗅觉器官造成直接的危害。锂离子电池生产过程中的废水一般来自涂布设备的清洗或者是锂离子正负极的制浆工序，这类清洗废水不仅pH 数值较低，且拥有较高的化学需氧量以及悬浮物含量，其中的镍、钴、锰等金属元素的含量明显较高，这类包含重金属元素的废水如果在未经过妥善处理的情况下直接排放到自然水体，会对周边的生态环境产生影响。水域中的底泥以及水生动植物体内的重金属元素将会不断积累，在生物链的影响下，最终在人体的各器官不断累积，从而威胁到人们的身体健康，在累积严重的情况下，很容易令人产生重金属中毒现象。
冷却塔、水泵和风机都是锂离子电池生产过程中不可或缺的重要设备，但在具体运转时却很容易产生噪声污染，对于环境敏感性较高区域的声环境质量必然会产生明显的影响。噪声污染能够对人体的听觉以及其他非听觉系统产生明显的影响，在影响到人们正常休息和睡眠的同时，还会令其工作效率下降。此外，噪声污染对于人们的心血管和中枢神经系统健康也会产生明显的影响，头痛、头晕、心慌、记忆力减退这类症状十分常见，如果人们长时间受到噪声污染，精神错乱的发生概率也会明显增加。
锂离子电池生产过程中产生的固体废弃物可以细分为一般固体废弃物和危险固体废弃物，前者以废隔膜、铜箔和废铝箔这类物质为主，后者则是包括了在电解质注液和储存过程中产生的废电解液以及电解液包装桶。一般类型的固体废物在不进行二次资源回收的情况下带来的结果是资源浪费，而危险废物如果未能妥善地进行收集和处理，造成的环境污染现象将会十分严重。
3.1 生产废气的积极防治
在锂离子电池生产的过程中，粉尘污染现象的处理需要生产企业合理地引进除尘设备，除尘器以机械式、袋式、湿式以及静电除尘器四类为主，这些除尘器在粉尘污染处理中有着良好的除尘效率以及质量。企业生产锂离子电池的过程中，固体粉状物质需要适当加入制浆系统中进行全方位搅拌，这会带来包括正极和负极材料的各种粉尘物质，以钴、镍、锰等重金属元素的颗粒污染物为主[7]。在具体的生产环节中，生产企业会设置密闭的微负压状态制浆车间，将粉尘收集之后，使用湿式除尘器或者高效过滤网，完成除尘处理并向高空进行排放，这样粉尘中金属元素颗粒物的排放浓度和速率能够明显下降，并可尽量避免对周边大气环境产生的负面影响。
废气是锂离子电池生产过程中最为常见的污染物，就目前我国环境污染处理技术的发展看来，冷凝法、吸收法、吸附法是最为常见的回收处理方法，销毁技术以热力燃烧法和催化燃烧法等为主。在使用冷凝法进行废气处理工作时，一般会预先进行废气的降温处理，保障废气能够降低到露点之下，促进废气的液态转化，之后可以实施二次回收，其在那些浓度较高、组成成分单一，具备一定回收价值的废气处理中有着十分广泛的应用。吸附处理技术则是利用吸附剂与废气污染物质进行全方位结合，在二者发生化学反应的前提下，去除其中的污染物，其在那些浓度中等的废气净化中有着十分广泛的应用。在锂离子电池生产制造的过程中，制浆环节不可或缺的重要生产溶剂就是NMP，其回收利用价值较高，在具体回收处理的过程中需要使用冷凝法对于包含NMP 的有机废气进行全方位处理。在电解液中包含一定数量氟化氢的前提下，产生的有机废气可以使用碱液喷淋以及活性炭吸附的方法进行处理，以对于这类污染物的数量合理管控，避免其对大气环境产生负面影响。
污水作为锂离子电池生产过程中常见的污染物，在其吸附处理的过程中也会产生一定数量的恶臭废气，组成物质主要以硫化氢、铵为主。对于这类气体的处理，可以使用物理化学或者是生物学方法，总体看来，因为污水处理场所内部的恶臭废气数量相对较少，一般可以选择密闭负压收集、处理的方法，使用化学药液吸收以及生物滴滤等进行综合处理之后，恶臭废气的排放量基本能够符合国家相关标准的要求，对于周边环境的影响也会降到最低。
3.2 生产废水的积极防治
设备清洗是锂离子电池生产过程中废水的主要来源。锂离子电池的正极设备在清洗过程中产生的废水种类与清洗使用的介质有着密切的联系。如果相关人员使用纯水清洗正极设备，则pH、COD、SS 等指标将是污染物的主要检测项目，并且其中的重金属元素含量较高。而部分磷酸铁锂动力锂离子电池在生产的过程中，即便经过设备清洗之后，其中的废水产物也会包括重金属元素。以目前国内废弃物污染处理技术的发展看来，在锂离子生产废水处理的过程中，物理法、化学法、生物法等技术应用相对普遍，需要在锂离子电池持续生产的过程中，综合考虑废水的具体特性以及当地环保标准的要求，恰当选择处理技术，保障经过处理之后的废水各项指标能够全方位满足排放标准的需求。如果用于锂电池生产的正极设备选择使用NMP 进行清洗，则其中包含NMP 的这类有机废水，需要严格按照危险废物管理标准进行全方位收集和处理之后，委托具备资质的单位进一步处理。
3.3 生产固废及噪声的防治
在锂离子电池生产制造的过程中，会产生各种固体废气污染物，其防治工作需要严格遵照我国现行的法律法规。
一般固体废弃物在经过全方位的分类收集以及暂存处理之后，会请第三方有处理能力及资质的资源利用单位进行二次回收利用。而对于生产过程中产生的各种危险废物，需要企业形成完善的管理工作制度，建立对应的台账，将危险废物产生的数量、类型等相关信息进行记录，严格通过国家统一的危险废弃物信息管理系统，将相关信息及时向当地的生态环境主管部门进行申报。危险废弃物在处理的过程中，同样需要由企业设置符合标准要求的暂存空间，在达到一定数量之后，委托第三方专业机构进行处理，并严格按照相关要求填写对应的信息。
在锂离子电池生产制造的过程中，搅拌设备、涂布设备以及冷却塔、水泵、风机这类都是不可或缺的重要生产设备，但这些设备在生产过程中会产生较大的噪声，如果这些噪声数值超过国家的标准要求，附近居民长时间处于噪声的影响下，身体健康会出现明显问题。企业为了对锂离子电池生产过程中的噪声污染及时进行管控，需要根据附近环境对生产车间进行科学布局，始终保持动静分离，将那些噪声相对较高的设备设置在远离办公生活区的地方，水泵和备用柴油发电机等需要放置在专业的隔声房内，保证在锂离子电池生产的过程中，各项噪声数值能够控制在合理范围内。
锂离子电池是当下智能手机、笔记本电脑以及新能源汽车的主要能源供应装置，在其生产的过程中，废气、废水、噪声以及固体废弃物都是十分常见的污染物，在未经过妥善处理的情况下，会带来较为严重的生态环境污染问题，这也完全违背了我国生态环境保护的基本国策。生产企业需要严格遵照我国有关锂离子电池生产污染防治的具体工作要求，针对生产废气、废水、固体废弃物和噪声污染进行处理，在保证锂离子电池产品质量的同时，最大程度地降低对生态环境造成的负面影响。
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