nmp濃度檢測校準方法（NMP溶液濃度檢測在鋰電池生產中的重要性）

2023-04-30 14:09:03

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

NMP的物理特性

NMP具有高沸點、強極性、低粘度、強溶解能力、無腐蝕、毒性小、揮發度低，不易燃，化學及熱穩定性好，可降解，可回收利用的特點，易溶於水、乙醇、乙醚、丙酮、乙酸乙酯、氯仿和苯，能溶解大多數有機與無機化合物、極性氣體、天然及合成高分子化合物。

NMP溶液的特性

目前主要應用於塗料、鋰電池、塑膠、化學生產藥劑、農用化學製品、顏料、清洗劑、絕緣材料等行業。這裡我們主要講述NMP在鋰電池行業中的應用。

NMP在鋰電池領域的應用

鋰離子電池目前廣泛應用於諸多領域，除日常生活中的筆記本電腦、手機、電動自行車、電動汽車之外，鋰離子電池在能源儲存領域也有重要應用。

根據行業調研數據，從整體上看，NMP佔鋰離子電池製造成本的比重約為3%-6%，跟正極、負極、電解液和隔膜比起來，成本佔比較小，但作用不可忽視。NMP的市場規模和需求也隨鋰離子電池，特別是儲能電池、動力電池的增長而增長。

NMP在鋰電池生產中的重要作用

NMP在鋰電池生產中的用途，是溶解/溶脹PVDF，同時用來稀釋漿料，濃度要求一般在99.9%以上。NMP作為鋰離子電池製造過程中主要輔助材料之一，直接影響鋰離子電池拉漿塗布質量和環保要求。

NMP是鋰電池正極粘結劑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、負極材料等物質互溶，因此被廣泛運用於鋰電池製備中，製作電極片時，NMP作為溶劑，可以將粘結劑、正極活性物質、導電劑等各種電極所需物質融合在一起，使粘結劑與其他物質充分接觸，均勻分布。

NMP的經濟效益和環境效益分析

2021年受益於新能源汽車行業的迅猛發展，NMP價格不斷走高，已經從2021年初的1.5萬元/噸漲至目前的4萬元/噸以上。

在鋰電池生產過程中，NMP作為昂貴的溶劑，在塗布環節會產生高溫NMP廢氣。若不進行有效回收，不僅造成原輔料的浪費，還會對環境產造成嚴重汙染。我國對NMP的排放也有相關的控制要求，《電池行業清潔生產評價指標體系（試行）中廢氣汙染物指標NMP的基準值1.5mg/m3》。《電池工業汙染物排放標準》規定了NMP廢氣有組織排放濃度的限值要求為50mg/ m3。因此，加強鋰電池生產過程中的NMP排放控制及回收再生，具有較大的經濟效益和環境效益。

鋰電池生產過程中NMP的產生及回收控制

鋰電池生產過程分析：

鋰離子電池生產工藝流程及汙染物產生示意圖

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

塗布：採用塗布機將正極漿料（鎳鈷錳酸鋰、導電炭黑、溶劑NMP、粘結劑PVDF的混合物）均勻塗敷在鋁箔的兩側；

烘乾機採用密閉的負壓抽風烘乾機(烘乾通道)。在塗布過程中，僅在塗布機進出口處有少量NMP揮發，烘乾機內的廢氣通過引風機引至廢氣處理設施處理後高空排放；NMP廢氣有極少量由於烘乾不充分等原因在車間內無組織揮發。

烘烤：塗布完成後，在真空乾燥機內對正極片進行烘烤乾燥，烘烤溫度為120士5℃;去除電極上的NMP成分。烘乾的氣體進入NMP回收裝置進行回收。

綜上，NMP在鋰電池生產過程中，主要在塗布的環節中使用，之後就是NMP的回收控制。

NMP回收控制措施

NMP回收工藝的原理：將塗布車間塗布機內渾發的NMP氣體用抽風機抽走，通過管道進入NMP回收設備內，利用冷卻水和冷凍水盤管使得NMP從空氣中冷凝出來(冷卻溫度約5℃),然後通過收集提純達到回收目的。

NMP回收處理工藝流程見下圖：

NMP回收工藝流程

鋰離子電池生產過程中塗布機排出廢氣中的NMP有較高溫度，前段利用水氣，氣氣換熱等對廢氣進行降溫冷凝回收絕大部分NMP，殘餘尾氣進入後段處理系統，處理後達標排放。

工藝流程：廢氣降溫後，採用工藝水將塔內填料潤溼，304不鏽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次數的增加，NMP廢液濃度不斷升高，最終達到設定濃度(≥80%)排入儲液罐中；部分尾氣送入二級吸收塔中用低濃度工藝水再次將低濃度尾氣洗氣最終達標排放。

在目前常用的NMP回收工藝中，NMP液體濃度傳感器MSDR-SH70-DP產品安裝在噴淋塔內循環管道上，用於在線實時監測NMP溶液的濃度。

NMP溶液濃度檢測在鋰電池塗布機工藝中的重要作用

NMP在鋰電池電極製造過程中，塗布機漿料中的溶劑NMP經加熱後會形成氣態，NMP氣體有毒。而且NMP還是一種易燃易爆的液體，NMP與空氣混合時有爆炸的可能。因此，這個環節特別需要一種設備來實現NMP濃度的自動檢測，以保證作業工人的人身安全。

NMP溶液在線濃度儀MSDR-SH70-DP利用折光的原理測得NMP溶液的折光率，折光率與NMP溶液的濃度有極好的對應關係，通過換算從而得到準確的溶液濃度數值。

NMP溶液濃度檢測

當前最新的工藝回收原理是用冷卻水經水一氣換熱器將含有NMP的高溫空氣冷卻，使廢氣中的NMP以液態的形式從空氣中分離後回收，用在線濃度傳感器實時控制NMP實時濃度值，大幅度提高了回收效率和自動化科技生產率。已分離NMP的空氣經過氣-氣換熱器進行熱能交換再循環利用，達到節省能源、零排放環保標準。

生產裝置廢氣經過吸收單元吸附，根據廢氣中的NMP基本上都溶於水或者水蒸汽，經過氣液分離、漂洗使廢氣中的NMP徹底被吸附。

基於回收裝置都有組裝循環泵，NMP在線濃度傳感器安裝在循環泵的管道中實時檢測NMP液體濃度，可有效減少水資源的浪費及監測成品NMP回收液排放。

NMP溶液在線濃度傳感器通常安裝在第一段循環（內循環）迴路上，這一段的吸收溶劑（如水）來自於第二段迴路，溶劑已經在第二段循環迴路吸收過廢氣中的目標組分，經過在第一段循環迴路進一步吸收，溶劑的吸收能力將降低，濃度儀即時監測溶劑中目標組分的濃度、判斷溶劑對目標組分的吸收能力、決定是否排出內循環溶液以及是否增加新鮮的吸收溶劑來提高回收效率。