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摘要：本文针对新能源汽车试验室在进行电池试验过程中会产生大量烟尘和废气，通过分析动力锂电池燃烧机制，对其产生的污染物类别进行研究，采取一定的除尘、净化措施对污染物进行处理，以便其达到达到污染物排放防控要求，同时可以可以帮助设计人进行工艺设备选型，提高本专业的设计能力。
关键词：动力锂电池;新能源汽车试验室;净化除尘;
引言：
動力锂电池作为我国新能源汽车的主要动力电池，随着科社会的发展、科技的进将会得到更普遍的应用。新能源汽车试验室在进行电池试验过程中会产生大量烟尘和废气，在进行工艺通风设计时，通常这部分工艺除尘设备一般需要专门设备厂家进行深化设计，设计人员了解较少。
本文研究的主要目的是针对市场上常用的汽车用动力锂电池燃烧机制进行研究，总结其产生的污染物类别，通过一定的除尘、净化措施对污染物进行处理，以便其达到达到污染物排放防控要求。同时提高本专业和和其他专业协同设计能力，完善互提资料，提高新能源汽车实验室建设能力。
1.电动汽车常用动力锂电池分类
动力锂电池是新能源汽车的主要动力能源，其工作原理是将电能和化学能通过充放电进行互相转换，达到储能的目的。其主要组成部分包括电解液、正负极、隔膜、粘结剂等物质。锂离子电池的结构如图1-1所示：
通常情况下，正极材料使用锂化合物，负极主要采用石墨材料、焦炭等。电解液主要采用锂化合物的有机溶液，溶剂为碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等溶液按照规定的标准混合得到。隔膜材料为（聚乙烯） PP 或 （聚丙烯）PE或两者的复合型材料等。
目前，市场上主流的动力锂电池，根据正极材料的不同可分为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、锰-镍-钴三元锂电池等，本文主要研究内容针对的即是上述三种锂电池。
（1）锰酸锂电池（LiMn2O4，简写LMO）
锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，由于其良好的能源性能和较低的材料成本，锰酸锂电池是最早在电动汽车中使用的电池之一。但是它的生命周期相对较短。
（2）磷酸铁锂电池（LiFePO4，简写LFP）
磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂作为正极的锂离子电池，不同于其他类型的锂电池，磷酸铁锂电池因其特殊的材料，具有循环次数多、成本低、安全。性高等特点
（3）锰-镍-钴三元锂电池（LiNixCoyMnzO2，简称NCM）
三元锂电池通常指使用镍钴锰酸锂三元材料作为电池正极材料的动力电池，与磷酸铁锂电池、锰酸锂电池相比，其具有能量密度大、放电容量大等优点，但其安全性能较差。
本文即对以上三种动力锂电池在试验过程中产生的烟尘及废气进行成分分析，通过采取必要的通风除尘措施，对排出的废气进行净化处理，已达到国家大气污染物排放标准的要求。
2.动力锂电池燃烧机制分析
2.1锂电池工作原理
锂电池一般以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，当对电池进行充电时，锂电池的正极材料为锂化合物，使得锂离子从正极锂化合物中脱出，通过电解液嵌入到碳层中，而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，当碳层中嵌入的锂离子越多，锂电池的充电容量越高。当电池进行放电时，嵌在碳层中的锂离子脱出，经电解液又重新嵌入回正极。随着正极的锂离子增多，放电容量越高。锂电池的工作原理如图2-1所示：
2.1锂电池燃烧机理
锂电池是一个封闭的反应体系，在其内部存在系列电化学和化学反应。但在某些内部因素或外部因素的触发下，还存在如电解质溶液的还原和氧化分解、正极的热分解等副反应，产生大量的热，并释放出小分子气体。由于反应剧烈，产生的热量不能有效传递到电池体外，引起电池内部温度和压力的急剧上升;而温度的上升又会极大地加速副反应，产生更大量的热和气体产物，此时电池进入无法控制的自加温状态，即俗称的热失控状态。
动力锂电池电池副反应应不仅释放出大量热量，而且产生大量可燃、有毒的气体，这些气体聚集在电池内部引起电池胀包，压力进一步增大会破包、泄气;泄气极易发生燃烧，形成射流火或爆燃火球，并进一步点燃附近的可燃物以及诱发邻近电池热失控，形成火势的加大和蔓延。
锂电池发生火灾爆炸的原因主要包括过充、短路、受热等。
（1）过充
当使用非原装充电器，或者充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电可能会导致电池的温度上升，正常情况下就会终止当前的充电状态。但是实际应用下，由于设计、管理、工艺等多种原因都可能导致过充保护装置失效，此时电池会继续充电，可能会导致锂电池内部温度上升、内压升高，进而发生火灾爆炸。
（2）短路
当电池发生短路时，电池内正极可能会析出氧气，这使得电解液迅速与氧气发生氧化反应并释放出大量气体。这些反应会使得电池发生热失控，在短时间内积聚大量热能，从而导致火灾爆炸。引发电池短路的原因包括针刺、撞击、高温环境、过充保护失效等。
（3）外部高温因素
电池在高温下，由于热传递，电池内电解液温度升高，电池内的 SEI 膜由于电解液的高温可能被熔化，SEI 膜一旦被熔穿，电池则会发生如上所说的电池短路现象，从而促使放热反应的生成导致电池爆炸。
（4）内在因素
产品内在因素包括电池结构的设计、产品质量控制等。
电动汽车火灾事故大多与车载动力电池系统的热失控有关，提高动力电池防护等级是电动汽车火灾防控的关键。锂电池火灾具有燃烧速度快、火焰强度大、产生大量有毒可燃烟气、存在爆炸的风险等特点，这给新能源汽车试验室建设提出了严重的挑战。
2.2动力锂电池燃烧产生烟气分析
锂电池主要由 4个部分构成：正极、负极、电解液和隔膜。 磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池这 3 类电池相同之处在于都使用石墨材料作为负极，电解液也常用碳酸酯类作为溶剂，而不同之处在于正极材料不同，电解液中的添加剂也可能不同。
从易燃性和释热性来看，石墨负极是电池组件中最容易著火的组件，而且也是热释放强度最大的组件，其次是隔膜、正极。从生烟性来看，电池燃烧过程中烟气的来源主要是隔膜的不完全燃烧，其次是电极材料的燃烧和热分解。
在电池组件中，隔膜一般是聚乙烯、聚丙烯等高聚物，分子中存在大量的碳氢键，在被点燃的情况下如果完全燃烧需要大量的氧气，但是在电池组件燃烧前期，空气中的大部分氧气被电解液的气相挥发物和电解液本身消耗掉了，因此，这一阶段中隔膜的燃烧主要是不完全燃烧，产生了大量的烟气、不完全燃烧有机质、碳质悬浮粒子等污染物。
通过相关文献可以得知，锂电池燃烧排放气体中的有毒气体，主要包括一氧化碳（CO）、氯化氢（HCl）、二氧化硫（SO2）、氟化氢（HF）、一氧化氮（NO）以及不完全燃烧的有机物质和有毒物质。
SO2 来自电池内添加剂的燃烧产物，NO 来自空气 N2 氧化，HCL 来自电池隔膜燃烧，HF 来自锂盐和粘接剂 PVDF，也包括隔膜和电池内部的添加剂，如阻燃添加剂等。
本文即是对以上污染物进行除尘、净化，使其满足国家大气污染物排放标准。
3.烟尘及废气处理过程分析
3.1废气处理方式分析
锂电池在燃烧过程中会产生废气、不完全燃烧有机质及有毒物质，排入大气前必须进行除尘、净化处理，达到国家大气污染物排放标准后才允许排放。有害气体的成分复杂，治理技术差异较大，目前常用的净化方法主要有：催化燃烧法、冷凝法、吸收法、活性炭吸附法、生物法、复合光催化、蓄热式燃烧、热力氧化等。
3.2废气处理原理分析
对于产气量大、低浓度有机废气的处理，目前常用的工艺流程为“吸附浓缩+脱附处理”。吸附浓缩常用常用活性炭等多孔介质对污染物进行吸附，常见的脱附后处理方式有催化燃烧、焚烧处理、冷凝回收等。
活性炭吸附过滤容量大、价格低、催化燃烧低温高效，因此活性炭吸脱附+催化燃烧技术在流量大、低浓度有机废气处理中较为常见。
4.结论
本文通过对市场上常用的汽车用动力锂电池燃烧机制进行研究，总结出产生的污染物类别，通过一定的除尘、净化措施对污染物进行处理，达到达到污染物排放防控的目的。同时
整理新能源电池在试验过程产生的烟尘及废气净化、处理的工艺流程，可为设计人员进行设备选型提供理论支撑和参考借鉴，对节能减排工作的推进具有积极意义。
参考文献
[1]中华人民共和国环境保护部.GB 30484-2013 电池工业污染物排放标准.[S].北京：中国环境科学出版社，2014.
[2]张亚军，王贺武.动力锂离子电池热失控燃烧特性研究进展[J] .机械工程学报，2019，55（20）：17-27.
[3]邵丹，骆相宜 ，钟灿鸣 ，等.动力锂离子电池安全性研究的进展[J] .电池，2020，50（1）：83-86.
[4]陈玉红，唐致远，贺艳兵，等.锂离子电池爆炸机理分析[J] .电化学，2006，（3）：266-270.
[5]张宇，周亚斌.废锂电池拆解废气治理技术分析[J] .资源节约与环保，2018，（5）：43.
[6]陈殿君，秦佩.活性炭吸脱附+催化燃烧处理有机废气的系统设计与应用[J] .山东化学，2020，49（16）：150-151.
[7]环境保护部科技标准司.HJ 2027-2013，催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范[S] .北京：中国环境科学出版社，2013.
关键词：动力锂电池;新能源汽车试验室;净化除尘;
引言：
動力锂电池作为我国新能源汽车的主要动力电池，随着科社会的发展、科技的进将会得到更普遍的应用。新能源汽车试验室在进行电池试验过程中会产生大量烟尘和废气，在进行工艺通风设计时，通常这部分工艺除尘设备一般需要专门设备厂家进行深化设计，设计人员了解较少。
本文研究的主要目的是针对市场上常用的汽车用动力锂电池燃烧机制进行研究，总结其产生的污染物类别，通过一定的除尘、净化措施对污染物进行处理，以便其达到达到污染物排放防控要求。同时提高本专业和和其他专业协同设计能力，完善互提资料，提高新能源汽车实验室建设能力。
1.电动汽车常用动力锂电池分类
动力锂电池是新能源汽车的主要动力能源，其工作原理是将电能和化学能通过充放电进行互相转换，达到储能的目的。其主要组成部分包括电解液、正负极、隔膜、粘结剂等物质。锂离子电池的结构如图1-1所示：
通常情况下，正极材料使用锂化合物，负极主要采用石墨材料、焦炭等。电解液主要采用锂化合物的有机溶液，溶剂为碳酸丙烯酯、甲乙基碳酸酯等溶液按照规定的标准混合得到。隔膜材料为（聚乙烯） PP 或 （聚丙烯）PE或两者的复合型材料等。
目前，市场上主流的动力锂电池，根据正极材料的不同可分为锰酸锂电池、磷酸铁锂电池、锰-镍-钴三元锂电池等，本文主要研究内容针对的即是上述三种锂电池。
（1）锰酸锂电池（LiMn2O4，简写LMO）
锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，由于其良好的能源性能和较低的材料成本，锰酸锂电池是最早在电动汽车中使用的电池之一。但是它的生命周期相对较短。
（2）磷酸铁锂电池（LiFePO4，简写LFP）
磷酸铁锂电池是以磷酸铁锂作为正极的锂离子电池，不同于其他类型的锂电池，磷酸铁锂电池因其特殊的材料，具有循环次数多、成本低、安全。性高等特点
（3）锰-镍-钴三元锂电池（LiNixCoyMnzO2，简称NCM）
三元锂电池通常指使用镍钴锰酸锂三元材料作为电池正极材料的动力电池，与磷酸铁锂电池、锰酸锂电池相比，其具有能量密度大、放电容量大等优点，但其安全性能较差。
本文即对以上三种动力锂电池在试验过程中产生的烟尘及废气进行成分分析，通过采取必要的通风除尘措施，对排出的废气进行净化处理，已达到国家大气污染物排放标准的要求。
2.动力锂电池燃烧机制分析
2.1锂电池工作原理
锂电池一般以碳素材料为负极，以含锂的化合物作正极，当对电池进行充电时，锂电池的正极材料为锂化合物，使得锂离子从正极锂化合物中脱出，通过电解液嵌入到碳层中，而作为负极的碳呈层状结构，它有很多微孔，当碳层中嵌入的锂离子越多，锂电池的充电容量越高。当电池进行放电时，嵌在碳层中的锂离子脱出，经电解液又重新嵌入回正极。随着正极的锂离子增多，放电容量越高。锂电池的工作原理如图2-1所示：
2.1锂电池燃烧机理
锂电池是一个封闭的反应体系，在其内部存在系列电化学和化学反应。但在某些内部因素或外部因素的触发下，还存在如电解质溶液的还原和氧化分解、正极的热分解等副反应，产生大量的热，并释放出小分子气体。由于反应剧烈，产生的热量不能有效传递到电池体外，引起电池内部温度和压力的急剧上升;而温度的上升又会极大地加速副反应，产生更大量的热和气体产物，此时电池进入无法控制的自加温状态，即俗称的热失控状态。
动力锂电池电池副反应应不仅释放出大量热量，而且产生大量可燃、有毒的气体，这些气体聚集在电池内部引起电池胀包，压力进一步增大会破包、泄气;泄气极易发生燃烧，形成射流火或爆燃火球，并进一步点燃附近的可燃物以及诱发邻近电池热失控，形成火势的加大和蔓延。
锂电池发生火灾爆炸的原因主要包括过充、短路、受热等。
（1）过充
当使用非原装充电器，或者充电器运行不正常的情况下，对电池进行充电可能会导致电池的温度上升，正常情况下就会终止当前的充电状态。但是实际应用下，由于设计、管理、工艺等多种原因都可能导致过充保护装置失效，此时电池会继续充电，可能会导致锂电池内部温度上升、内压升高，进而发生火灾爆炸。
（2）短路
当电池发生短路时，电池内正极可能会析出氧气，这使得电解液迅速与氧气发生氧化反应并释放出大量气体。这些反应会使得电池发生热失控，在短时间内积聚大量热能，从而导致火灾爆炸。引发电池短路的原因包括针刺、撞击、高温环境、过充保护失效等。
（3）外部高温因素
电池在高温下，由于热传递，电池内电解液温度升高，电池内的 SEI 膜由于电解液的高温可能被熔化，SEI 膜一旦被熔穿，电池则会发生如上所说的电池短路现象，从而促使放热反应的生成导致电池爆炸。
（4）内在因素
产品内在因素包括电池结构的设计、产品质量控制等。
电动汽车火灾事故大多与车载动力电池系统的热失控有关，提高动力电池防护等级是电动汽车火灾防控的关键。锂电池火灾具有燃烧速度快、火焰强度大、产生大量有毒可燃烟气、存在爆炸的风险等特点，这给新能源汽车试验室建设提出了严重的挑战。
2.2动力锂电池燃烧产生烟气分析
锂电池主要由 4个部分构成：正极、负极、电解液和隔膜。 磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、三元锂电池这 3 类电池相同之处在于都使用石墨材料作为负极，电解液也常用碳酸酯类作为溶剂，而不同之处在于正极材料不同，电解液中的添加剂也可能不同。
从易燃性和释热性来看，石墨负极是电池组件中最容易著火的组件，而且也是热释放强度最大的组件，其次是隔膜、正极。从生烟性来看，电池燃烧过程中烟气的来源主要是隔膜的不完全燃烧，其次是电极材料的燃烧和热分解。
在电池组件中，隔膜一般是聚乙烯、聚丙烯等高聚物，分子中存在大量的碳氢键，在被点燃的情况下如果完全燃烧需要大量的氧气，但是在电池组件燃烧前期，空气中的大部分氧气被电解液的气相挥发物和电解液本身消耗掉了，因此，这一阶段中隔膜的燃烧主要是不完全燃烧，产生了大量的烟气、不完全燃烧有机质、碳质悬浮粒子等污染物。
通过相关文献可以得知，锂电池燃烧排放气体中的有毒气体，主要包括一氧化碳（CO）、氯化氢（HCl）、二氧化硫（SO2）、氟化氢（HF）、一氧化氮（NO）以及不完全燃烧的有机物质和有毒物质。
SO2 来自电池内添加剂的燃烧产物，NO 来自空气 N2 氧化，HCL 来自电池隔膜燃烧，HF 来自锂盐和粘接剂 PVDF，也包括隔膜和电池内部的添加剂，如阻燃添加剂等。
本文即是对以上污染物进行除尘、净化，使其满足国家大气污染物排放标准。
3.烟尘及废气处理过程分析
3.1废气处理方式分析
锂电池在燃烧过程中会产生废气、不完全燃烧有机质及有毒物质，排入大气前必须进行除尘、净化处理，达到国家大气污染物排放标准后才允许排放。有害气体的成分复杂，治理技术差异较大，目前常用的净化方法主要有：催化燃烧法、冷凝法、吸收法、活性炭吸附法、生物法、复合光催化、蓄热式燃烧、热力氧化等。
3.2废气处理原理分析
对于产气量大、低浓度有机废气的处理，目前常用的工艺流程为“吸附浓缩+脱附处理”。吸附浓缩常用常用活性炭等多孔介质对污染物进行吸附，常见的脱附后处理方式有催化燃烧、焚烧处理、冷凝回收等。
活性炭吸附过滤容量大、价格低、催化燃烧低温高效，因此活性炭吸脱附+催化燃烧技术在流量大、低浓度有机废气处理中较为常见。
4.结论
本文通过对市场上常用的汽车用动力锂电池燃烧机制进行研究，总结出产生的污染物类别，通过一定的除尘、净化措施对污染物进行处理，达到达到污染物排放防控的目的。同时
整理新能源电池在试验过程产生的烟尘及废气净化、处理的工艺流程，可为设计人员进行设备选型提供理论支撑和参考借鉴，对节能减排工作的推进具有积极意义。
参考文献
[1]中华人民共和国环境保护部.GB 30484-2013 电池工业污染物排放标准.[S].北京：中国环境科学出版社，2014.
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[5]张宇，周亚斌.废锂电池拆解废气治理技术分析[J] .资源节约与环保，2018，（5）：43.
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[7]环境保护部科技标准司.HJ 2027-2013，催化燃烧法工业有机废气治理工程技术规范[S] .北京：中国环境科学出版社，2013.