锂电池的生产和回收环节会造成哪些污染?

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谢邀,最近和导师去出差了,回答晚了点,见谅。自己一直在研究锂电池,不过生产实际上一直接触的比较少,所以专门问了已经工作的同学查阅了相关的资料,希望能得到接近真实的答案,也希望能得到各位的指点和斧正。
其实,污染要看怎么看,这里可能强调的是其他电池的对比,然后主要是指锂离子电池,因为锂原电池现在生产的企业也比较少。

锂电池产线生产过程,以及过程中会不会引起(气体、水和土壤)污染?就现阶段锂电池生产过程,锂电池(Li-ion)是不会有(有毒重金属)污染的。

1.从电池本身先说起

摘自"battery knowledge"

当然,这个概念是相对的,和铅酸,镍铬电池,它的污染是很小的,没有重金属污染。但是对于环境,还是肯定有害的(化学啥东西不毒?)。

电极材料和电解质及溶剂可能污染:


需要再次说明的是,这些和传统的电池相比,污染都是极低的。

2.再说的生产电池的工序中可能产生的污染。(图片摘自Lithium-ion batteries:A Japanese tech growth story?)


极片制成过程:在这几个环节过程中,以国内主流磷酸铁锂的体系,甚至是三元体系,不存在比较大的污染,当然三元体系可能和钴酸锂还是有一定的污染的,比如说钴、锰、镍都算是重金属,但是相对来说还算是比较环保。其中,磷酸铁锂最为环保。
剩余部分,除了按上面所说材料的污染,注液中溶剂主要是环状/链状碳酸酯或者羧酸酯。溶质主要是锂盐六氟磷酸锂,添加剂主要是成膜添加剂、阻燃添加剂、导电添加剂、改善低温放电添加剂。整个过程污染也都还好,当然化学药剂,不注意其控制,对环境肯定是有污染的。至于最后封装和化成,那污染就更小了。图示几种不同的生产方法如下:

3.再谈谈回收部分
对于钴酸锂和三元体系,当然还是有回收必要的,毕竟里面含有重金属。但是,磷酸铁锂,除了内部电解液等等基本无害,对比其他电池也不产生任何铅、汞、镉等有毒有害中金属元素和物质,所以污染相对较小。
不过,废旧锂离子电池中的物质进入环境中还是可造成重金属镍、钴污染(包括砷),氟污染,有机物污染,粉尘和酸碱污染。废旧锂离子电池的电解质及其转化产物,如 LiPF6,LiAsF6,LiCF3S03,HF,P201等,溶剂及其分解和水解产物,如 DME,甲醇、甲酸等,都是有毒有害物质,还是需要将废旧锂电池送到有资质的地方进行统一处理,不要随意丢弃。
收获了17个赞!!!!这让我得意忘形的以至于要丰富一下答案了。
在东莞一家电池厂上班,做的是聚合物锂电池。就是外壳用的铝塑膜,里边用的电解液。从污染上来说。。。我不懂化学,不知道那些数据,只能说出来我看到的和闻到的。
1、最开始的打浆车间,将正极材料放入打浆机搅拌,研发出的工艺,高速低速、什么阶段打多长时间。打浆车间能是什么样?今年开厂搞了卫生,半个月之后地板就黑的不成样了,到了车间里边味道就是从来没有闻到的异味。但不是最难闻的,高票答案里的磷酸铁锂我们用的很少很少,除非接到订单时客户要求,毕竟贵嘛。大多数用锰,但很多时候是锰和钴混着用,三元(包装上都写着镍钴锰)在年前投了好多,看订单的电池尺寸,约摸着像是充电宝用。【++电池成本有一多半都是在正极材料里,有一次我们用了非常牛逼的纯钴正极粉料,可是在搅拌机工作的时候员工发现越来越不对劲,那次的浆料没有正常的变为“浆”料,而是变成了一锅果冻,一碰就晃荡不停的样儿。据不准确说因此损失3万左右。一直到现在那一锅果冻都散装之后封存在仓库门口未处理,研发找出来是因为PVDF的问题。++】
来说说这些粉料?文科生,我也说出来为什么会有以下出现的那些感觉以及为什么会有各种味道。
PVDF,闻起来酸酸的,看起来跟面粉一样,但是到手上之后就没有面粉一样那么滑溜溜的,一会儿就感觉手变得干涩。
正极粉料,在没进打浆机之前我是没闻出来啥味儿,放在烤箱里烤过之后也没有太重的味道。【++正极粉料在光线好的情况下看起来略有一些紫色,打浆的组长告诉我:磷酸铁锂这个材料不好打,因为太轻,在搅拌机里会飘。(果然环保的就是出众)++】
负极材料,就是各种石墨,那是没味道的,不过太脏而已。铅笔那笔芯,玩儿多了手上乌黑发亮的,就是那样,用黑手粉洗一下挺干净。我们负极材料供应商送货的车,车厢滑溜溜的。。箱子一推就滑到车屁股那里。
NMP,应该是作为电池浆料的主要溶剂,我们厂废液罐那里,好难闻,有一次回收废液的管子破了,所以临时换了个薄的那种橡胶管,没几天就又破了。现在用的是硬又厚的那种,PVC管吗?这种东西的污染应该是最大的。【++听送货的司机师傅说,这种NMP每次新货都是要用全新的金属桶去装,不会用二手桶的,看来对于电池的浆料来说,是需要非常纯粹的,而废液,则是正常使用NMP时通过某种机器排出的跟原液差不多的东西,一般我们用10t左右会有3t左右的废液,所有厂里的人都说这个是最毒的,盛放废液的大罐子是离地有5厘米左右,这种应该是政策要求,不能直接接触地面。废液会被拿去做什么,不知道。。。但是供应商回收是按照原液的半价收回去,++】
导电粉,供应商叫碳黑,包装袋都用的是牛皮纸,颗粒极细,这种黑是纯黑纯黑的,特别特别黑。只有黑的黑。袋子上有写Corban?(估计拼错了。。)
没了。。
2、涂布车间就干净很多了,因为打浆完了之后直接封装入罐,只用一根管子给涂布机添料,这时候的浆料从粉尘变成了奶昔一样的黑色,看起来要更纯一些,颗粒几乎没有了。【++涂布这个工序,就是把浆料均匀的涂在厚度为8um铜箔(做负极片)、16um的铝箔(做正极片)上。这时候的铜铝箔宽度最少最少都在380mm往上,铜箔的价格几乎是铝箔的3倍。++】
3、涂布到滚压之前的干燥车间,是一条线,从浆料一路顺着传送带过去到了机位就干了,直接收卷。在这个地方。。大概10米?我艹,真是要了命了。气味刺鼻,可又不是那种尖尖的刺鼻感,眼睛也会有些不太舒服。中间不停的走,出车间之后,舔一下嘴唇,嗯,是苦的(会不会变异成电池侠啊?)哦,对了,这里涂布的工人师傅,难免工作中会接触浆料,然后。。下班打卡的时候,机器指纹识别就会很困难,摁了半天都没反应,我之前在仓库,因为要搬运一些粉料,卸货什么的,也有打卡不灵的时候。后来这师傅上班就把那根指头包起来了。。【++这个地方就是两条干燥线,涂好的沾有液态浆料的箔材通过传送带缓缓的从线上传过去,大概10m吧,出来的就干了,所以这里的味道会那么给力。一口都不想多吸。++】
3、接着走,然后是对辊、分条车间,这里就好多了,无论机器、还是地板,空调的送风口,当然是黑乎乎的。好在味道少了好多。【++这里,就要分切涂好的箔材,排名第二答案里那条黑黑的,就是极片,它的宽度就是在这个车间里做到的。++】
4、制片卷绕车间,不干净,机器声音大,异味大,可不知道为什么是一种略微香一些的味道(我不敢说这里好闻,但是对比前边车间,这儿的确好闻)工作台上都很脏,虽然已经是对辊压过得极片,可还是轻轻一摸就会粘手上一些。【++这里分两个,一个制片,就是给极片焊上极耳,正极用铝的、负极用镍的,在生产放电倍率大的电池时负极会用铜做为极耳,而且宽度也会更宽,我们做的最最常用的极耳宽为4mm,在生产高倍率电池时极耳会宽一倍。一个卷绕,这里的东西,在排名第二那个答案里你能看到的白色的长条,就是隔膜。这个东西把正极跟负极隔开,如果电池内部这层隔膜破了,电池就短路废掉了。这种东西我们每生产都会报废很多,像手纸一样扔掉了。这里处理不当造成的污染,大概就像塑料袋一样,但是不知道会不会和塑料袋一样那么难降解,我们用的隔膜厚度通常是16um和20um,比塑料袋要。。薄一些么?卷绕完成就是隔膜既在内部隔开了正极片和负极片,又包裹了正极片和负极片这时候的电池整体呈白色。这俩工序都会用到终止绿胶,一种能抗腐蚀的胶带。++】
5、顶封车间,这里用的铝塑膜,味道的话。。。就是一些高温燃烧铝塑膜产生的类似加温塑料又不见明火时的味道。干净,真的,比前几道工序干净多了。【++铝塑膜,这个东西几乎都是进口的,我们厂用的不是日本就是韩国,额。。。不是我们直接买,是通过一些搞贸易的公司或者生产铝塑膜的公司(其实他们只是做了分切而已。你要多宽他就把韩国进口的母卷切多宽给你送来)。国内自主生产的问题很多,我们只能挑着用,如果提高标准的话,可能买1000平只用了100平不到其余都得退回。但是!!客户从我们这儿订电池给啥价格,我们就对应的。。咳咳。这个跟箔材一样,母卷的宽度一般在480mm,根据需要的电池尺寸再去分切。所以,这也就是锂离子聚合物电池能做出来各种形状的原因,私人订制啊!从一开始就是订制。。极片、隔膜、铝塑膜。决定尺寸的三大要素全都自己说了算。楼下有个答案说外包装的污染,这个微乎其微了吧,铝塑膜无味,银灰色。头次回答我说“高温燃烧”其实不对。。。是高温加热金属封条,通过封条再加热很窄一部分让其被加热部分铝塑膜内部融胶粘在一块儿达到封闭的目的(好像很拗口。神表达了,抱歉。)工序是不出现明火的,所以会有描述的味道。】
6、接下来是抽真空什么的,需要时间来完成的,也都没有员工值守,只是到点儿了检查然后转交下个工序。
7、这个车间?太刺激了!!我说的就是味道,还有这车间用的东西接触到皮肤之后的感觉,都是刺激!!!注液车间。气味是刺鼻的那种味道,但不至于流鼻涕【++虽然刺激,但措施较到位,这里的员工也不怎么戴口罩。再说点别的数据,电解液一桶净重200㎏,光桶就重20kg左右,所以……是吧?污染是杠杠的。】有些。。。闻了让人更清醒的感觉~员工操作都是隔开的,就电视上、电影里:一个箱子,人在外边,胳膊进去的时候戴手套,手套是跟箱子连着的。我有次帮忙厂里回收报废电池,傻逼逼的用手去扒拉,然后那只手手掌的指甲根部分,疼了好几天,微微的破皮,腐蚀了呗。这个应该是很污染的。哦对了,此时车间已经很干净,地板能看到本来颜色。
我说到哪儿了、接下来的工序就是在外形上做修整了,还有一些保持一个姿势花费时间的工序,老化什么的。
9、涂布机上关键部位和打浆之后周转罐的清洗产生的污水。。。。小厂,只能是你想的那样做了。所以说:不知道老鼠会不会改教乌龟做电池。
【+10,还有一个污染,就是塑料的污染,电池的尺寸各种各样,因此拿来装电池的也是定做,得有尺寸啊、得有槽啊、还能用模具来量产啊、因此吸塑就来了,没了电池,对应规格的吸塑就什么也不是了。。。那么多,怎么办?+】
以上这些,都是我在仓库时候了解的,这也只是我们厂,并不代表所有生产电池的地方不是?二三百人的规模而已。你要是去比亚迪,那肯定就不一样了。所以还望没见过电池生产的朋友不要以我的回答概全。(就好像我回答的很形象生动一样。呵呵)
没了。。也歪了。抱歉。
但是我特别喜欢跟别人说这些幕后的事儿,就是从另一个角度看东西,特别是光鲜亮丽的东西。
这么长的还歪了的作答,真的是逛知乎以来第一次。都一个小时了。也没去加班,就不去了。。整天对着Excel表格,真没看知乎有意思。匿了。

好像加了很多之后看起来更详细也更乱了,我也PS一下:有很多关于锂离子电池的知识是在知乎上看的。。没来这儿上班之前电池我是不在乎锂不锂的,有电就行。
再PS一个题外话:14年啊,来东莞来的不是时候。听那些工序组长说,大街都不一样的。