N-甲基吡咯烷酮（NMP）逃逸监测在锂电池生产中的重要性

N-甲基吡咯烷酮 ( NMP) 是一种高极性非质子传递溶剂，外观为无色透明或微黄色油状液体，微有胺的气味，对皮肤有轻度刺激。

（N-甲基吡咯烷酮/NMP特性）

NMP具有高沸点、强极性、低粘度、强溶解能力、无腐蚀、毒性小、挥发度低，不易燃，化学及热稳定性好，可降解，可回收利用的特点，易溶于水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多数有机与无机化合物、极性气体、天然及合成高分子化合物。

NMP是一种对生育能力有害的物质。2001年，NMP在生育方面有毒物质的研究被加利福尼亚州一科研机构提出，紧接着2003年欧盟即将列为影响生育的有毒物质。另外，NMP与空气混合时有爆炸的可能。因此NMP的监测与回收不仅关系到电池生产企业的节能减排效益，更是攸关人员健康与生命安全的头等大事。为了减少NMP对工作人员的潜在影响，据此，世界各国对工作环境中NMP的低溶度值有严格界定，在德国，NMP已被列为三类有毒化学品，允许排入大气的含量为100μ／L以下，日本(1ppm)到南非(100ppm)，欧盟以及美国(10ppm)，但目前我国对大气中的NMP含量尚未有明确规定。

NMP目前主要应用于涂料、锂电池、塑胶、化学生产药剂、农用化学制品、颜料、清洗剂、绝缘材料等行业。这里我们主要讲述NMP在锂电池行业中的应用。

随着国家环保政策的推进，以及碳达峰碳中和时间表的出台，新能源汽车的研发和销售都取得较大突破，且发展潜力巨大。当前，锂电池作为新能源汽车动力电池的首选，受到越来越多汽车厂商的关注。因为相较于传统电池，锂电池具有高储存能量密度、使用寿命长、额定电压高、高低温适应性强等一系列优点。目前我国是锂电池最大的生产国，也是最大的出口国。

NMP在锂电池领域的应用：

锂离子电池目前广泛应用于诸多领域，除日常生活中的笔记本电脑、手机、电动自行车、电动汽车之外，锂离子电池在能源储存领域也有重要应用。

根据行业调研数据，从整体上看，NMP占锂离子电池制造成本的比重约为3%-6%，跟正极、负极、电解液和隔膜比起来，成本占比较小，但作用不可忽视。NMP的市场规模和需求也随锂离子电池，特别是储能电池、动力电池的增长而增长。

NMP在锂电池生产中的用途，是溶解/溶胀PVDF，同时用来稀释浆料，浓度要求一般在99.9%以上。NMP是锂电池正极粘结剂PVDF（聚偏氟乙烯）的配套溶剂，也是PVDF（聚偏氟乙烯）必需的配套溶剂。NMP能与水、PVDF、正、负极材料等物质互溶，因此被广泛运用于锂电池制备中，制作电极片时，NMP作为溶剂，可以将粘结剂、正极活性物质、导电剂等各种电极所需物质融合在一起，使粘结剂与其他物质充分接触，均匀分布。

在锂电池生产的涂布环节中，涂布浆料中的溶剂NMP经加热后会形成气态。涂布干燥工艺中可以通过回收系统来回收。NMP废气一般利用设备余热回收，采用闭式循环，回收效率可达85%~95%。这也意味着废气中会含有少量的NMP会随着废气一起排放到电池工厂外界的大气环境。

NMP作为锂离子电池制造过程中主要原材料之一，直接影响锂离子电池拉浆涂布质量和环境保护的要求。根据行业调研数据分析，虽然型号和规格的差异会导致NMP 占锂离子电池价值的比重有所不同，但整体而言，NMP 占锂离子电池制造成本比重约为 3%-6%，NMP 的市场规模和需求也随锂离子电池，特别是储能电池、动力电池的增长而增长。

锂电池生产过程分析：

（N-甲基吡咯烷酮/NMP特性）

从以上图中可以看出，NMP主要使用及排放均在正极制备工序，其中使用NMP的主要工序如下：

涂布：采用涂布机将正极浆料（镍钴锰酸锂、导电炭黑、溶剂NMP、粘结剂PVDF的混合物）均匀涂敷在铝箔的两侧；

烘干机采用密闭的负压抽风烘干机(烘干通道)。在涂布过程中，仅在涂布机进出口处有少量NMP挥发，烘干机内的废气通过引风机引至废气处理设施处理后高空排放；NMP废气有极少量由于烘干不充分等原因在车间内无组织挥发。

烘烤：涂布完成后，在真空干燥机内对正极片进行烘烤干燥，烘烤温度为120士5℃;去除电极上的NMP成分。烘干的气体进入NMP回收装置进行回收。

综上，NMP在锂电池生产过程中，主要在涂布的环节中使用，之后就是NMP的回收控制。

NMP回收控制措施：

NMP回收工艺的原理：将涂布车间涂布机内浑发的NMP气体用抽风机抽走，通过管道进入NMP回收设备内，利用冷却水和冷冻水盘管使得NMP从空气中冷凝出来(冷却温度约5℃),然后通过收集提纯达到回收目的。

（N-甲基吡咯烷酮/NMP回收处理工艺流程图）

锂离子电池生产过程中涂布机排出废气中的NMP有较高温度，前段利用水气，气气换热等对废气进行降温冷凝回收绝大部分NMP，残余尾气进入后段处理系统，处理后达标排放。

工艺流程：废气降温后，采用工艺水将塔内填料润湿，304不锈钢填料有较大的比表面积，废气与工艺水在填料上充分接触融合降到底部完成一次回收，废气不断送入随着融合循环次数的增加，NMP废液浓度不断升高，最终达到设定浓度(≥80%)排入储液罐中；部分尾气送入二级吸收塔中用低浓度工艺水再次将低浓度尾气洗气最终达标排放。

鉴于锂电池行业中NMP消耗量及废液及废气产生量巨大，长期的逃逸累加量不可避免会对现场人员和周围环境产生一定影响。这也意味着需要将NMP纳入到电池生产园区定点或走航常规检测因子库中。

NMP气体泄露的在线监测：

1）智能N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）传感器

产品介绍

4C、7C系列智能N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）传感器是我司最新开发的一款智能化、标准化、模块化等诸多特点集于一体的N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）气体检测产品。开发此系列产品的主要目的是为解决气体检测种类繁多、各品牌气体传感器互不兼容、生产标定复杂、核心元器件更换受限等问题；采用我司所生产的4C、7C系列智能气体传感器后，您只需开发一款产品，即可满足不同使用场所及不同气体的检测需求；且传感器无需再次标定，即插即用、安装简单快速。大幅度降低您企业的研发生产成本。

4C、7C系列智能N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）传感器以国外知名品牌原装传感器为核心，将进口气体传感器进行信号放大、数据处理、智能计算后，再进行全量程三点温湿度补偿，然后再用对应标准气体进行数据校准及标定。因此您购买后，无需任何操作，可直接采集传感器所输出的标准信号（0-5V、4-20mA、TTL、RS485等），上传到控制主机、PLC等系统上。

产品特点

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• 传感器直接可与电脑连接通讯读取测试数据；

• 传感器自带零点标定及微调功能；

• 传感器自身功耗低，可直接采用电池供电。

2）N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）报警器

产品介绍

VLAN/PGA 系列N-甲基吡咯烷酮（C5H9NO/NMP）点型气体报警器是我司最新研制开发的气体报警器，用于长期连续监测空气中气体的含量，安装在气体易泄漏的场所。可与我司的气体报警主机相连，组成完整的气体监测系统。

该产品按照国家规范设计而成，具有高稳定性，低功耗，抗干扰性。特别适用于工作环境恶劣，工作人员不易靠近的易燃易爆场所。是保证财产和人身安全的理想产品。

产品特点

• 良好的重复性和抗温湿度干扰性；

• 长寿命、高灵敏度、低漂移、工作稳定可靠；

• 多种信号输出，可配套各类控制仪表和DCS/PLC系统；

• 防爆设计, 可用于工厂条件的1、2区危险场合；

• 采用模块化结构设计，便于系统维护；

• 传感器采用进口气体敏感元件，精度高、零点漂移小、抗中毒性能好；

• 响应速度快，重复性好，工作稳定；

• 红外遥控功能，可非接触操作设备；

• 检测参数多种类可选，量程可按需定制。

NMP的经济效益和环境效益分析：

2021年受益于新能源汽车行业的迅猛发展，NMP价格不断走高，已经从2021年初的1.5万元/吨涨至目前的4万元/吨以上。

在锂电池生产过程中，NMP作为昂贵的溶剂，在涂布环节会产生高温NMP废气。若不进行有效回收，不仅造成原辅料的浪费，还会对环境产造成严重污染。我国对NMP的排放也有相关的控制要求，《电池行业清洁生产评价指标体系（试行）中废气污染物指标NMP的基准值1.5mg/m³》。《电池工业污染物排放标准》规定了NMP废气有组织排放浓度的限值要求为50mg/ m³。因此，加强锂电池生产过程中的NMP排放控制及回收再生，具有较大的经济效益和环境效益。

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