新能源汽车动力电池生产碳足迹研究

《资源开发与市场》网络首发论文 新能源汽车动力电池生产碳足迹研究陈蕾，胡淑恒2024-09-14陈蕾，胡淑恒．新能源汽车动力电池生产碳足迹研究[J/OL]．资源开发与市场.https://link.cnki.net/urlid/51.1448.n.20240914.1326.002 题目：作者：网络首发日期：引用格式： 网络首发：在编辑部工作流程中，稿件从录用到出版要经历录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿等阶段。录用定稿指内容已经确定，且通过同行评议、主编终审同意刊用的稿件。排版定稿指录用定稿按照期刊特定版式（包括网络呈现版式）排版后的稿件，可暂不确定出版年、卷、期和页码。整期汇编定稿指出版年、卷、期、页码均已确定的印刷或数字出版的整期汇编稿件。录用定稿网络首发稿件内容必须符合《出版管理条例》和《期刊出版管理规定》的有关规定；学术研究成果具有创新性、科学性和先进性，符合编辑部对刊文的录用要求，不存在学术不端行为及其他侵权行为；稿件内容应基本符合国家有关书刊编辑、出版的技术标准，正确使用和统一规范语言文字、符号、数字、外文字母、法定计量单位及地图标注等。为确保录用定稿网络首发的严肃性，录用定稿一经发布，不得修改论文题目、作者、机构名称和学术内容，只可基于编辑规范进行少量文字的修改。 出版确认：纸质期刊编辑部通过与《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司签约，在《中国学术期刊（网络版）》出版传播平台上创办与纸质期刊内容一致的网络版，以单篇或整期出版形式，在印刷出版之前刊发论文的录用定稿、排版定稿、整期汇编定稿。因为《中国学术期刊（网络版）》是国家新闻出版广电总局批准的网络连续型出版物（ISSN 2096-4188，CN 11-6037/Z），所以签约期刊的网络版上网络首发论文视为正式出版。 新能源汽车动力电池生产碳足迹研究① 陈蕾，胡淑恒 （合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥230009） 摘要：为了研究新能源汽车动力电池生产过程中的碳足迹，分析生产工艺和能源投入对碳排放的影响，提出相应的降低碳排放的措施，有效降低电池生产过程中碳排放，实现新能源汽车及交通领域减碳。采用LCA评估方法，对动力电池生产生命周期过程（包括原材料获取、运输阶段、制造阶段）碳排放进行建模及量化，评估不同环节碳排放影响。结果表明：①动力电池生产组织碳排放过程上游原材料排放＞外购能源排放＞燃料燃烧排放＞运输排放＞逸散排放，其中原材料和外购能源排放占比超过90%；②原材料获取阶段正负极材料、一次注液、组装碳排放为其主要碳排放源，其中镍钴锰酸锂（NMC）、电解液、铝壳、石墨排放占比较高；③电池生产企业实施节能改善技术，可有效降低单位产品碳排放，采用经济运行、设备改造、设备维保、日常管理、新技术与工艺等技术措施，年节约能耗可达到10%，其中除湿机及耗能设备为减排实施重点；④对比同行业动力电池制造商，电池工厂平均生产1kW·h电芯所使用外购能源约排放14kgCO2e，因地域差异电网结构不同，产生的电池生产能效差异明显，火电使用占比高地区电力碳排放因子相对较高；⑤动力电池生产生命周期碳减排路径分析，电池生产及正、负极材料生产100%采用绿电，使用再生三元材料、再生铝和再生塑料，可减排65%，最终可实现动力电池生产单位产品碳排放放达到25－35kgCO2/kW·h。 关键词：新能源汽车；动力电池；生产碳排放；生命周期；减排策略 Research on the carbon footprint of new energy vehicle power battery production CHEN Lei,HU Shuheng (School ofResources andEnvironmentalEngineering,Hefei University of Technology,Hefei230009,China) Abstract:To investigate the carbon footprint of the production process of electric vehicle (EV) batteries, analyze the impact of production processes andenergy input on carbon emissions, propose corresponding measures to reduce carbon emissions, effectively lower carbon emissions during battery production,and achieve decarbonization in the new energy vehicle and transportation sectors. Thepaperadoptedthe Life Cycle Assessment (LCA) method tomodel andquantify carbon emissions throughout the lifecycle of EV battery production, including raw material acquisition, transportation stages, and manufacturing stages,to assess the carbon emission impacts at different stages. The results showedthat:①Upstream raw material emissions > purchased energy emissions > fuelcombustion emissions > transportation emissions > fugitive emissions in the production of EV batteries, with raw material andpurchased energy emissionsaccountedfor over 90%.②In the raw material acquisition stage, the main sources of carbon emissionswere positive and negative electrode materials,electrolyte injection, and assembly, with nickel-cobalt-manganese (NCM), electrolyte, aluminum shell, and graphite emissions were relatively high.③Implementing energy-saving improvement technologies in battery production enterprises couldeffectively reduce unit product carbon emissions by up to 10%annually, with focus on dehumidifiers and energy-consuming equipment in emission reduction efforts through economic operation, equipmentmodification,equipment maintenance, daily management, new technologies, and processes.④Compared to peers in the industry, on average, battery factories emitapproximately 14kgCO2e/kW·hof battery cell produced using purchased energy, with significant differences in battery production energy efficiency due toregional variations in grid structure, and regions with higher proportions of coal-fired electricity generation hadrelatively higher power carbon emission factors.⑤Analysis of carbon emission reduction paths in the lifecycle of EV battery production showedthat using 100% renewable energy for battery production andpositive/negative electrode material production, as well as utilizing recycled ternary materials, recycled aluminum, and recycled plastics, couldreduce emissionsby 65%, ultimately achievea unit product carbon emission of 25－35kgCO2/kW·hfor EV battery production. Keywords:newenergyvehicles;powerbattery;productioncarbonemissions;lifecycle;emissionreductionstrategies 0引言 随着社会对环保和可持续发展的关注日益加深，各国都在实行减碳[1]。在全球气候变暖的背景下，多个国家做出碳中和承诺并开展行动，中国也明确提出“力争2030年碳达峰，2060年碳中和”目标。其中交通领域是实现碳中和的重要领域之一，随着中国汽车保有量逐渐增长，中国交通领域减碳将面临巨大压力，以道路交通为主的交通行业绿色化转型势在必行。新能源汽车因其采用绿色能源减少化石燃料燃烧造成碳排放及污染等问题成为交通领域低碳发展的关键[2]。近几年政府通过政策扶持和技术创新，推动了新能源汽车产业的快速发展。新能源汽车的发展离不开高效、环保的动力电池，在纯电动汽车的车辆周期中，动力电池碳排放占比逾50%，动力电池的生产过程伴随着高能耗和碳排放，这对环境构成潜在威胁[3]。因此，对新能源汽车动力电池生产过程碳排放进行深入研究，探索减排策略，是电动汽车碳减排潜力提升的重要所在。 2023年6月，欧盟全体议会上通过《欧盟电池与废电池法》；欧盟理事会就碳边境调整机制达成协议，对生产过程中存在高碳排放的欧盟进口产品征收碳关税，其中包含动力电池[4]。国际上新能源汽车动力电池生产碳排放的研究主要在采用生命周期评估（LCA）的方法论、电池材料的选择、提升生产过程的能源效率以及使用可再生能源减少碳排放等方面[5]，一项由瑞典查尔姆斯理工大学的研究团队在Journal ofCleaner Production发表的研究，利用生命周期评估方法，对欧洲市场上常见的几种电动汽车动力电池的碳排放进行了比较分析，包括原材料开采和加工、电池组件制造、电池组装、电池使用（包括充电过程中的能源消耗）、电池回收和处理等所有环节，结果表明通过使用绿色电力（如太阳能和风能等可再生能源）来替代传统的化石能源，可以显著减少电池生产过程中的碳排放。此外，通过优化生产工艺，如提高生产效率、减少能源消耗和废弃物排放，也能有效降低电池的碳足迹[6]。国内关于动力电池生产碳排放的研究正逐渐提升，包括了电池材料的绿色低碳设计、制造过程中的节能减排技术的使用、电池回收与梯次利用等[7]。利用生命周