N-甲基吡咯烷酮 ( NMP) 是一種高極性非質(zhì)子傳遞溶劑，外觀為無(wú)色透明或微黃色油狀液體，微有胺的氣味，對(duì)皮膚有輕度刺激。

NMP具有高沸點(diǎn)、強(qiáng)極性、低粘度、強(qiáng)溶解能力、無(wú)腐蝕、毒性小、揮發(fā)度低，不易燃，化學(xué)及熱穩(wěn)定性好，可降解，可回收利用的特點(diǎn)，易溶于水、乙醇、、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多數(shù)有機(jī)與無(wú)機(jī)化合物、極性氣體、天然及合成高分子化合物。

目前主要應(yīng)用于涂料、鋰電池、塑膠、化學(xué)生產(chǎn)藥劑、農(nóng)用化學(xué)制品、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業(yè)。這里我們主要講述NMP在鋰電池行業(yè)中的應(yīng)用。

NMP在鋰電池領(lǐng)域的應(yīng)用

鋰離子電池目前廣泛應(yīng)用于諸多領(lǐng)域，除日常生活中的筆記本電腦、手機(jī)、電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)之外，鋰離子電池在能源儲(chǔ)存領(lǐng)域也有重要應(yīng)用。

根據(jù)行業(yè)調(diào)研數(shù)據(jù)，從整體上看，NMP占鋰離子電池制造成本的比重約為3%-6%，跟正極、負(fù)極、電解液和隔膜比起來(lái)，成本占比較小，但作用不可忽視。NMP的市場(chǎng)規(guī)模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲(chǔ)能電池、動(dòng)力電池的增長(zhǎng)而增長(zhǎng)。

NMP在鋰電池生產(chǎn)中的重要作用

NMP在鋰電池生產(chǎn)中的用途，是溶解/溶脹PVDF，同時(shí)用來(lái)稀釋漿料，濃度要求一般在99.9%以上。NMP作為鋰離子電池制造過(guò)程中主要輔助材料之一，直接影響鋰離子電池拉漿涂布質(zhì)量和環(huán)保要求。

NMP是鋰電池正極粘結(jié)劑PVDF（聚偏氟乙烯）的配套溶劑，也是PVDF（聚偏氟乙烯）必需的配套溶劑。NMP能與水、PVDF、正、負(fù)極材料等物質(zhì)互溶，因此被廣泛運(yùn)用于鋰電池制備中，制作電極片時(shí)，NMP作為溶劑，可以將粘結(jié)劑、正極活性物質(zhì)、導(dǎo)電劑等各種電極所需物質(zhì)融合在一起，使粘結(jié)劑與其他物質(zhì)充分接觸，均勻分布。

NMP的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益分析

2021年受益于新能源汽車(chē)行業(yè)的迅猛發(fā)展，NMP價(jià)格不斷走高，已經(jīng)從2021年初的1.5萬(wàn)元/噸漲至目前的4萬(wàn)元/噸以上。

在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，NMP作為昂貴的溶劑，在涂布環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生高溫NMP廢氣。若不進(jìn)行有效回收，不僅造成原輔料的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)造成嚴(yán)重污染。我國(guó)對(duì)NMP的排放也有相關(guān)的控制要求，《電池行業(yè)清潔生產(chǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系（試行）中廢氣污染物指標(biāo)NMP的基準(zhǔn)值1.5mg/m3》?！峨姵毓I(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定了NMP廢氣有組織排放濃度的限值要求為50mg/ m3。因此，加強(qiáng)鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中的NMP排放控制及回收再生，具有較大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中NMP的產(chǎn)生及回收控制

鋰電池生產(chǎn)過(guò)程分析：

從以上圖中可以看出，NMP主要使用及排放均在正極制備工序，其中使用NMP的主要工序如下：

涂布：采用涂布機(jī)將正極漿料（鎳鈷錳酸鋰、導(dǎo)電炭黑、溶劑NMP、粘結(jié)劑PVDF的混合物）均勻涂敷在鋁箔的兩側(cè)；

烘干機(jī)采用密閉的負(fù)壓抽風(fēng)烘干機(jī)(烘干通道)。在涂布過(guò)程中，僅在涂布機(jī)進(jìn)出口處有少量NMP揮發(fā)，烘干機(jī)內(nèi)的廢氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)引至廢氣處理設(shè)施處理后高空排放；NMP廢氣有極少量由于烘干不充分等原因在車(chē)間內(nèi)無(wú)組織揮發(fā)。

烘烤：涂布完成后，在真空干燥機(jī)內(nèi)對(duì)正極片進(jìn)行烘烤干燥，烘烤溫度為120±5℃;去除電極上的NMP成分。烘干的氣體進(jìn)入NMP回收裝置進(jìn)行回收。

綜上，NMP在鋰電池生產(chǎn)過(guò)程中，主要在涂布的環(huán)節(jié)中使用，之后就是NMP的回收控制。

NMP回收控制措施

NMP回收工藝的原理：將涂布車(chē)間涂布機(jī)內(nèi)渾發(fā)的NMP氣體用抽風(fēng)機(jī)抽走，通過(guò)管道進(jìn)入NMP回收設(shè)備內(nèi)，利用冷卻水和冷凍水盤(pán)管使得NMP從空氣中冷凝出來(lái)(冷卻溫度約5℃),然后通過(guò)收集提純達(dá)到回收目的。

NMP回收處理工藝流程見(jiàn)下圖：

鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中涂布機(jī)排出廢氣中的NMP有較高溫度，前段利用水氣，氣氣換熱等對(duì)廢氣進(jìn)行降溫冷凝回收絕大部分NMP，殘余尾氣進(jìn)入后段處理系統(tǒng)，處理后達(dá)標(biāo)排放。

工藝流程：廢氣降溫后，采用工藝水將塔內(nèi)填料潤(rùn)濕，304不銹鋼填料有較大的比表面積，廢氣與工藝水在填料上充分接觸融合降到底部完成一次回收，廢氣不斷送入隨著融合循環(huán)次數(shù)的增加，NMP廢液濃度不斷升高，最終達(dá)到設(shè)定濃度(≥80%)排入儲(chǔ)液罐中；部分尾氣送入二級(jí)吸收塔中用低濃度工藝水再次將低濃度尾氣洗氣最終達(dá)標(biāo)排放。

在目前常用的NMP回收工藝中，NMP液體濃度傳感器產(chǎn)品安裝在噴淋塔內(nèi)循環(huán)管道上，用于在線(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)NMP溶液的濃度。

NMP溶液濃度檢測(cè)在鋰電池涂布機(jī)工藝中的重要作用

NMP在鋰電池電極制造過(guò)程中，涂布機(jī)漿料中的溶劑NMP經(jīng)加熱后會(huì)形成氣態(tài)，NMP氣體有毒。而且NMP還是一種易燃易爆的液體，NMP與空氣混合時(shí)有爆炸的可能。因此，這個(gè)環(huán)節(jié)特別需要一種設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)NMP濃度的自動(dòng)檢測(cè)，以保證作業(yè)工人的人身安全。

NMP溶液在線(xiàn)濃度儀利用折光的原理測(cè)得NMP溶液的折光率，折光率與NMP溶液的濃度有的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)換算從而得到準(zhǔn)確的溶液濃度數(shù)值。

當(dāng)前的工藝回收原理是用冷卻水經(jīng)水一氣換熱器將含有NMP的高溫空氣冷卻，使廢氣中的NMP以液態(tài)的形式從空氣中分離后回收，用在線(xiàn)濃度傳感器實(shí)時(shí)控制NMP實(shí)時(shí)濃度值，大幅度提高了回收效率和自動(dòng)化科技生產(chǎn)率。已分離NMP的空氣經(jīng)過(guò)氣-氣換熱器進(jìn)行熱能交換再循環(huán)利用，達(dá)到節(jié)省能源、環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

生產(chǎn)裝置廢氣經(jīng)過(guò)吸收單元吸附，根據(jù)廢氣中的NMP基本上都溶于水或者水蒸汽，經(jīng)過(guò)氣液分離、漂洗使廢氣中的NMP被吸附。

基于回收裝置都有組裝循環(huán)泵，NMP在線(xiàn)濃度傳感器安裝在循環(huán)泵的管道中實(shí)時(shí)檢測(cè)NMP液體濃度，可有效減少水資源的浪費(fèi)及監(jiān)測(cè)成品NMP回收液排放。

NMP溶液在線(xiàn)濃度傳感器通常安裝在段循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）回路上，這一段的吸收溶劑（如水）來(lái)自于第二段回路，溶劑已經(jīng)在第二段循環(huán)回路吸收過(guò)廢氣中的目標(biāo)組分，經(jīng)過(guò)在段循環(huán)回路進(jìn)一步吸收，溶劑的吸收能力將降低，濃度儀即時(shí)監(jiān)測(cè)溶劑中目標(biāo)組分的濃度、判斷溶劑對(duì)目標(biāo)組分的吸收能力、決定是否排出內(nèi)循環(huán)溶液以及是否增加新鮮的吸收溶劑來(lái)提高回收效率。

NMP溶液在線(xiàn)濃度傳感器 應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：

1.提高測(cè)量精度，減少測(cè)量誤差（±0.5%）：NMP溶液在線(xiàn)濃度儀帶有精確的自動(dòng)溫度補(bǔ)償功能，確保在不同的測(cè)量環(huán)境下，都能精準(zhǔn)測(cè)量出NMP溶液的濃度。

2.提高控制精度：通過(guò)輸出標(biāo)準(zhǔn)控制信號(hào)來(lái)控制排液液閥門(mén)開(kāi)關(guān)，不斷地閉環(huán)檢測(cè)與控制，確保NMP溶液濃度值的穩(wěn)定和準(zhǔn)確性。

3.提高回收效率：避免高濃度的內(nèi)循環(huán)廢水在回收過(guò)程中，與廢氣交換與稀釋的能力降低，使廢氣中的NMP回收不充分而排出塔外，降低回收效率，造成NMP的浪費(fèi)。

4.可實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)，提高自動(dòng)化程度，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，減少人工成本。