动力电池碳足迹及低碳循环白皮书-20231106-联合国全球契约组织-56页.pdf

知识合作伙伴 联合国全球契约组织GDI for SDG系列报告 2023 践行全球发展倡议，加速实现可持续发展目标 动力电池碳足迹及 低碳循环发展白皮书 鸣谢 在该项研究开展的过程中，多家企业为报告提供了宝贵的建议和先进案例。 项目组感谢以下企业 天齐锂业股份有限公司 P 宝马集团 P 宁德时代新能源科技股份有限公司 P 格林美股份有限公司 P P 代表截至2023 年10月31日，该企业为联合国全球契约组织成员。 SBTi 代表截至2023 年10月31日，该企业的科学碳目标已获批。 1 联合国全球契约组织 “企业践行全球发展倡议，加速实现可持续发展目标” （GDI for SDG）试点项目报告 知识合作伙伴 远景能源、远景智能、远景动力 参编机构 （ 排 名 不 分 先 后 ） 中国汽车动力电池产业创新联盟 中国交通运输部科学研究院 中国机电产品进出口商会 中国化学与物理电源行业协会 欧阳明高院士工作站 深圳市计量质量检测研究院 （粤港澳大湾区碳足迹创新技术委员会） 环球零碳 2 目录 企业践行全球发展倡议， 加速实现可持续发展目标 联合国可持续发展17 项目标 联合国全球契约十项原则 背景介绍 1.1 新能源汽车增长带动动力电池产量激增 1.2 政策及市场双轮驱动，电池碳足迹正逐渐成为全球贸易的焦点之一 1.3 电池回收关注度日渐高涨 1.4 研究目的及意义 5 8 9 10 电池特性与制造工艺 2.1 电池性能比较 2.2 工艺流程 2.3 电池各部件质量占比 12 13 14 3.1 全生命周期评价方法介绍 3.2 电池生命周期阶段介绍 3.3 全生命周期评估界限与范围 3.4 数据来源 16 18 20 21 电池全生命周期评价方法 4.1 电池包碳足迹分析 4.1.1 不同技术类型电池包跨期碳足迹比较 4.1.2 不同技术类型电池包跨生命周期阶段碳足迹比较 4.2 电池电芯碳排热点分析 4.2.1 正极 4.2.2 负极 23 23 24 26 26 28 电池生命周期碳排放分析 5.1 能源结构 5.2 电池设计及包装 5.3 技术路径 5.4 电池回收 5.4.1 回收方法及流程 5.4.2 回收方式碳排放评价 5.4.3 企业回收行动 5.5 企业案例 31 32 34 35 35 39 40 44 电池碳减排潜力探索 6.1 总结 6.2 建议 47 48 总结与建议 7.1 新能源汽车碳中和发展目标明确，动力电池碳足迹管理与碳减排是当前关键任务之一 7.2 政府和企业亟需构建碳足迹管理体系，相关核算标准、方法论等跨国互认也是未来趋势 7.3 跨国头部企业挑战与机遇并存，新型商业合作新模式或随之出现 50 50 52 发展形势与展望 3 企业践行全球发展倡议，加速实现可持续发展目标 当前，地缘政治冲突频现，不确定性持续上升，联合国呼吁各国以气候等迫在眉睫的全球性问题为突破口，加强国际合作（联合国事务， 2021）。在此背景下，中国国家主席习近平于2021年 9月 21日在第七十六届联合国大会一般性辩论上提出全球发展倡议，为推动国际社会形成 合力，破解发展赤字难题，实现联合国2030 年可持续发展议程贡献中国方案和中国智慧。全球发展倡议就减贫、粮食安全、抗疫和疫苗、发展 筹资、气候变化和绿色发展、工业化、数字经济、数字时代互联互通等八大重点领域提出合作设想和方案（中国外交部，2022）。100多个来 自欧盟、东南亚国家联盟和非洲联盟的国家表示支持全球发展倡议，五大洲 50多个国家加入了“ 全球发展倡议之友小组 ”（中国外交部， 2022）。全球发展倡议得到了联合国秘书长安东尼奥 古特雷斯，以及包括联合国全球契约组织、联合国开发计划署、联合国经济和社会事务 部、联合国粮食及农业组织、联合国工业发展组织等在内的联合国机构的支持（中国外交部，2022）。联合国秘书长古特雷斯在于2022年 5月 9 日在纽约联合国总部举行的“ 全球发展倡议之友小组” 高级别视频会议上发表视频致辞时说“ 我们正快速接近实现可持续发展目标进程的中间 点，但却遭遇挫折，我们必须也能够做得更好。” 他认为，围绕全球发展倡议开展的讨论可以带来显著变化，促进各国在发展领域取得进展。中 国政府将落实全球发展倡议的重要举措包括创设“ 全球发展和南南合作基金” ，加大对中国 联合国和平与发展基金的投入，成立全球发展促进中 心等（中国外交部，2022）。 气候变化和绿色发展是全球发展倡议八大重点领域之一，直接影响人类赖以生存和发展的基本要素，如粮食安全和住房安全等。在全球开展跨 部门跨行业气候合作有助于大力推动构建更美好的社会。 联合国全球契约组织于2022年 6月在联合国全球契约组织领导人峰会期间面向全球官方发布了中国战略，确定了七大重点工作领域，包括应 对气候变化、缩小不平等、促进体面劳动、集体行动反对腐败、支持参与“ 一带一路” 倡议的企业加速实现可持续发展目标、通过中非企业可持续 发展合作加强“ 南南合作” 、依托“ 全球发展倡议” 促进商业创新和可持续发展目标伙伴关系。与此同时，中国战略确定的多项举措将更好、更快地 帮助中国企业在实现零碳、公正转型、可持续供应链等诸多方面形成积极的集体影响力，从而加速推动巴黎协定和2030可持续发展议 程在中国和全球的落实。联合国全球契约组织于2022年发起“ 企业践行全球发展倡议，加速实现可持续发展目标” （ GDI for SDG）试点项目， 旨在通过搭建跨部门合作伙伴关系，采取全价值链思维，促成不同行业部门之间的相互协作以及资源和能力整合，探索和落地在环境气候和财 务两个维度均可持续的商业模式，从项目落地、思想引领、活动对话等多个维度，加速探索、实践和推广涵盖零碳转型、减塑行动、循环经 济、海洋生态、产业创新等全球性议题的解决方案。2022 年 11月 5日，在第五届虹桥国际经济论坛“ 践行全球发展倡议，建设世界一流企业” 平行 论坛上，联合国全球契约组织正式发起GDI for SDG一期试点项目，旨在“ 携手缓解海洋塑料污染，团结助力低碳经济转型” ，并从循环塑料的跨 行业商业再利用和社会全域回收体系两个方向同时推进。13家创始成员包括3M、阿里巴巴、中国节能环保集团、厦门航空、达能、荣耀、联 想、美宝国际、诺维信、百事、康师傅控股、陶朗和国际竹藤组织。随后，安踏、太平洋财险等企业也相继加入。GDI for SDG一期试点项目将 持续向多领域、多区域深入推进，务实落地更多的基于创新的跨行业合作成果落地。 2023年 8月，联合国全球契约组织启动GDI for SDG二期试点项目，携手企业、政府、智库等在内的多相关方推动新能源动力电池循环经济发展， 并于 9月 14日在中国辽宁省沈阳市召开首次项目研讨会。在应对气候危机的进程中，交通运输部门是温室气体排放的最大来源之一。值得欣慰的 是，电动汽车产业在全球范围内蓬勃发展，并被视为解决温室气体排放增加问题的重要方案之一。就全球范围而言，电动汽车在中国、欧洲和美 国等主要市场起步较早，发展迅猛，这将为广大发展中国家更广泛地采用电动汽车提供了强有力的经济案例参考。同时，电动汽车行业将在新兴 市场释放更大的发展潜力，这将不仅仅体现在环境和气候层面，还涵盖经济与社会维度，比如提供更多的新型就业机会、激发传统产业创新、 加速基础设施建设进程等等。由此可见，电动汽车行业的绿色、低碳及韧性发展对于加速推动2030可持续发展议程以及实现巴黎协定目标十 分重要。 该白皮书报告将聚焦新能源动力电池行业全价值链上的多重利益相关方以及其行动实践，从全生命周期角度对动力电池的回收、再利用和处置 进行分析研究，并通过企业案例为企业和相关方提供实践参考，从而推动低碳循环经济的可持续发展。企业通过践行全球发展倡议，以务实行 动为导向，创新为驱动力，携手推动气候行动和绿色发展，并为可持续发展目标（SDGs）的加速实现作出积极贡献。联合国全球契约组织作为 世界上最大的推进企业可持续发展的国际组织，将持续团结全球企业，发挥引领作用，动员更多的不同行业企业参与GDI for SDG项目中来，积 极推动2030可持续发展议程。 背景 介绍 4 5 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 1.1 新能源汽车增长 带动动力电池 产量激增 交通运输是全球空气污染的主要来源之一。根据国际能源署（IEA）数据，交通运输使用的能源 91来自石化产品，其消耗产生尾气污染，造成大量的二氧化碳（CO 2 ）排放。2021年交通运输产 生的CO 2 增长至77亿吨，约占全球CO 2 排放总量的21 1 。 交通运输部门脱碳，对于实现巴黎协定提出的温控目标十分重要。通过大力推广电能驱动的电 动汽车，替代传统内燃机为驱动的燃油车可有效减少交通运输产生的CO 2 排放。 以电动汽车为主的新能源汽车已成为世界各国汽车产业发展的趋势，各国正大力发展电动汽车，以 迅速推动交通系统向清洁交通系统转变。全球电动车销售量呈现高速增长态势，2022年全球电动汽 车总数达到2600万辆，与2021年相比增长了60 2 （见图1 ）。欧洲新能源车也呈现快速增长的趋 势。根据欧洲汽车制造商协会（ACEA）的数据，2020年欧洲新能源汽车销量达到了137.4万辆， 同比增长 117。中国新能源汽车市场总量居于国际领先地位，自 2015年起保有量保持全球第一， 2022年中国新能源汽车保有量约1310万辆，占汽车总量的4.10 3 。 插电式混动和纯电动汽车保有量 （百万辆） 来源IEA 4 （图1） 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 30 20 10 0 中国 欧洲 美国 其他 1 “Transport” Paris IEA, 2022, https//www.iea.org/re- ports/transport. Roland Irle, “Global EV Sales for 2022,” accessed March 2, 2023, https//www.ev-volumes.com/. 2 经济参考报, “2022年我国新能源汽车保有量同比增长近七成,” n.d., http//www.jjckb.cn/2023-01/12/c_1310689914.htm. 3 “Global EV Outlook 2023”IEA, n.d., https//iea.blob.core.win- dows.net/assets/dacf14d2-eabc- 498a-8263-9f97fd5dc327/GEVO2023.pdf. 4 发展形势与展望 动力电池作为新能源汽车的核心部件，在新能源汽车发展过程中起到关键性作用。在交通部门电气 化转型，新能源汽车增速迅猛的情况下，全球对动力电池的需求也在逐步攀升。根据Statista预测
如图2
，预计2050年动力电池需求量将达到6530吉瓦时（GWh），约为2020年的600倍。 6 中国是动力电池生产制造大国。自2014年全球新能源汽车进入快速发展阶段以来，中国动力电池行 业出货量高速增长。据锂电行业研究机构高工产研锂电研究所（GGII）数据显示，2022年中国动 力电池出货量480GWh，同比增长超1 倍 6 。中国动力电池的装车量近年来也呈现出逐步提升的趋势 ， 2021年达到154.5GWh 7 。 在车载电池中，锂离子电池以其能量密度高、循环寿命长等特点成为新能源车使用的主要动力电池 类型，在减少道路交通排放方面发挥着核心作用。其中磷酸铁锂电池（LFP）和三元电池（NCM） 分别以其成本竞争优势和较高的能量密度优势，占据市场主导地位。 LFP和 NCM电池的市场份额对比随时间发生转变。2016年以来NCM电池的市场份额快速增长，2016 年至2018年中国80以上的电动乘用车使用NCM电池，2020年 NCM电池装车辆达到38.9GWh； 2021年后， LFP装车量超过 NCM， 2022年中国动力电池累计装车量 294.6GWh，同比增长 90.7，其 中，LFP累计装车量183.8GWh，占总装车量的62.4。 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 电池需求︵ GWh ︶ 2020-2050年全球电动汽车 电池需求预测 5 （图2） “Statista, 2021, Forecasted Demand for Electric Vehicle Batteries Worldwide from 2020 to 2050,” accessed December 12, 2022, https//www.statista.com/statistics/1129463/forecasted-elec- tric-vehicle-battery-demand-worldwide/. 5 “GGII2022 年中国锂电池出货量超650GWh,” accessed March 2, 2023, https//www.gg-lb.com/art-45913.html. 6 智研咨询-产业研究, “2021 年中国动力电池回收现状分析装 车量走高，未来面临较大退役规模,”April 19, 2022, https//blog.csdn.net/m0_68724905/article/dtails/124267904. 7 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 根据中国汽车动力电池产业创新联盟数据，2022年中国动力电池累计产量545.9GWh，其中NCM电 池累计产量212.5GWh，占总产量38.9； LFP电池累计产量332.4GWh，占总产量60.9。根据 Mordor Intelligence 的报告，2022年欧洲动力电池市场的装机量为233.4GWh，预计到2028年将达 到 438.4GWh，其中LFP因其高安全性、低成本和高循环寿命而受到欧洲汽车制造商的青睐，而 NCM则因其高能量密度、高功率密度和高稳定性而受到欢迎。 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 140 160 180 200 120 100 80 60 40 20 0 电池装车量︵ GWh ︶ 6.3 19.98 33.1 22.2 40.5 20.2 38.9 24.4 74.3 79.8 110.4 183.8 15 16.33 LFP电池 NCM电池 LFP和NCM电池装车量（GWh） 8 （图3） 俞立严“性能提升拉动装车量 LFP电池‘跑赢’NCM 电池,” 上 海证券报, August 20, 2022. 8 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 7 8 0.2 38.9 60.9 LFP电池 NCM电池 其他 来源中国汽车动力电池产业创新联盟 1.2 政策及市场 双轮驱动， 电池碳足迹 正逐渐成为 全球贸易的 焦点之一 尽管电动汽车在行驶阶段产生的直接排放量几乎为零，但其主要动力来源电池，在其生产和制造过 程伴随着大量能源消耗，加之动力电池生产和使用的快速增长带来了资源短缺和能源消耗的问题， 也会导致显著的温室气体排放和环境影响，所以需要格外关注电池生命周期各阶段的碳排放。生命 周期评价Life Cycle Assessment， LCA是从定量和定性两方面分析不同产品生命周期过程对环境 影响的方法，综合评定产品生命周期过程中的温室气体排放、水资源消耗、能源消耗等方面对环境 的影响。 随着电动汽车的快速增长和国际社会对全球气候变暖问题的关注，电池全生命周期的碳排放正成为 各国政府、企业和研究机构关注的焦点。一些国家正在逐步将产品生命周期评估和碳足迹纳入国际 绿色贸易的必要考虑因素。产品碳足迹（Carbon Footprint of Products， CFP）是LCA中环境影 响评价的一种，是衡量某产品在其生命周期中直接或间接产生的温室气体排放量。 如欧盟针对出口到欧盟的汽车电池制定碳足迹限值法规。2022年 12月 9日，欧盟委员会同意欧洲议 会和欧洲理事会发布新电池欧盟电池与废电池法规提案（COM 2020/798 final），并于2023 年 1月 18日达成三方最终协议，8 月 17日，正式生效，该法案贯穿电池从原材料、制造、消费到回收 成新产品的整个生命周期。欧盟电池与废电池法规要求，容量超过2kWh的可充电工业电池、 轻型运输工具电池、电动汽车电池、汽车SLI 电池和便携式电池，必须提供碳足迹声明和标签，以 及电池数字护照，以披露包括容量、性能、用途、化学成分、可回收内容物等信息。法案要求2025 年 2月，在欧盟成员国上市或投入使用的电动汽车电池必须提供碳足迹声明，2026年 8月起必须标识 碳足迹性能等级标签，2028年 2月，欧盟会对电动汽车电池设定最大排放阈值。 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 2022中国各类动力电池累计产量占比 9 绿色贸易限制加大了世界各国动力电池产业对于出口产品碳足迹的关注。做好产品碳足迹核算、全 生命周期碳排放管理进而降低产品碳足迹，不仅是企业应对绿色贸易壁垒对企业出口的紧迫要求， 也会是企业增强其产品竞争力、获得更多下游买家及消费者青睐的必要手段。 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 1.3 电池回收关注度 日渐高涨 电池回收被认为是减少与电池生产相关环境影响的最佳方法，它可能会降低约50的材料生产能源 需求，全面降低对环境的污染 9 。退役动力电池资源价值丰富，从资源利用的角度，高效回收利用这 些金属资源，能够降低和缓解对矿产资源过度开采和进口的依赖，减少对于锂（Li）、镍（Ni）、 钴（Co）等矿产资源的过度开采，能够对全球新能源汽车产业的可持续发展起到促进作用，同时也 能大幅削减动力电池全生命周期的碳排放总量 10 。另一方面，废电池中的重金属和化学物质如果不 能妥善处理，会渗入地下导致水污染和生态系统破坏，同时还可能通过食物链传递，危害人类身体 健康。 从长远的角度来看，整个动力电池回收市场潜力巨大。电动汽车动力电池的使用寿命通常只有5 至 8 年，电池组的持续使用造成电动汽车续航能力锐减，大量老旧动力电池将很快面临退役，尤其是早 期电动汽车使用的低镍
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NCM的电池 11 。中国汽车技术研究中心数据显示，2020年中国累 计产生约20万吨的退役动力电池，到2025年将增至78万吨 12 。 美国、欧盟、日韩等发达国家和地区对动力电池退役报废回收均十分重视 13 。在其发布的相关法案 和政策中，明确提出电池回收的重要性，旨在推动回收利用体系的建设，引导行业的规范化。比 如，美国在美国国家锂电发展蓝图2021-2030中提出要实现锂电池报废再利用和关键原材料的 规模化回收，规划完整的锂电池回收价值链的建设和布局，以推动回收技术发展；德国、瑞士等要 求提升电池回收率且加强监管力度。 Anders Nordelf et al., “Environmental Impacts of Hybrid, Plug-in Hybrid, and Battery Electric VehiclesWhat Can We Learn from Life Cycle Assessment,” The International Journal of Life Cycle Assessment 19, no. 11 2014 1866–90. 9 罗锦程；闫景武；邓毅；陈曾思澈；徐紫寅；韩帅帅， “我国动 力电池碳足迹核算体系的问题及对策,” 中国环境科学学会2022年 科学技术年会--环境工程技术创新与应用分会场论文集（四）, 2022,969–72,https//doi.org/10.26914/c.cnkihy.2022.042846. 10 Mengyuan Chen et al., “Recycling End-of-Life Electric Vehicle Lithium-Ion Batteries,” Joule 3, no. 11 2019 2622–46. 11 “一年20万吨首批电动车电池迎来退役潮，旧电池何去何 从,” 环境技术, no. 03 vo 39 2021 2–3. 12 刘南；乔凡宸；师婉睿；任心怡；牛富荣，“ 欧盟新能源汽 车动力电池回收利用的法律制度与启示基于欧盟新电 池法的分析,”环境影响评价, no. 06 vo 44 2022 44–49, https//doi.org/10.14068/j.ceia.2022.06.009. 13 国际关于电池回收相关政策 （表1） 国家/机构 时间 法案/政策 要求 美国能源部 2021 提出要实现锂电池报废再利用和关键原材料的规 模化回收，规划完整的锂电池回收价值链的建设 和布局，推动回收技术发展 美国国家锂电发展蓝图2021-2030 德国 2021 赋予管理机构广泛的责任以整治电池制造市场， 并对各回收系统的收集与回收率进行检查监督 新电池法案 BattG2.0 韩国国会 2021 取消以往登记车辆的电池强制回收，允许出售汽 车报废电池，提高废旧动力电池的二次利用率 大气环境保护法修订 瑞士联邦 环境署 2022 明确了车用锂电池回收规则，鼓励汽车制造商实 施环保处置系统 废物指南 欧盟 2022 设定了与动力电池回收相关的目标，对电池的回收 措施和电池金属材料回收率做出了更严格的要求 欧盟电池与废电池法规修订 来源各政府部门官网，光大证券，公开信息，德勤 10 中国自2014年以来，多部门相继出台相关政策引导与支持新能源车动力电池回收行业的发展。在制 定行业目标规划、完善规范要求、鼓励商业模式创新等方面做出部署。由市场监管总局和工信部发 布的关于开展新能源汽车动力电池梯次利用产品认证工作的公告中指出，健全动力电池梯次利用市 场体系，促进动力电池梯次利用行业健康有序发展，鼓励有条件的地方加快构建资源循环利用体 系，在政府投资工程、重点工程、市政公用工程中使用获证梯次利用产品。 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 1.4 研究目的及意义 通过核算电池碳足迹，可比较不同型号电池的环境影响，并探索降低电池碳足迹的潜在方法。这一 过程为评估电动汽车行业的碳排放速度和强度提供了必要的数据，对于提升电动汽车碳减排效果至 关重要。 然而，目前不同电池碳足迹核算方法的数据和结果存在显著差异，数据来源的不确定与方法的不统 一可能得出错误的结论，并对如何减少电池的环境影响造成错误判断。相关研究依赖的数据通常来 自于先前发表的文献，且在评估电池循环寿命或效率等关键参数时使用了不同的假设；此外，部分 研究未追溯电池材料的上游工艺，也导致了结果的差异；评估方法的差异也会影响核算范围和系统 边界，进而导致现有电池碳足迹的核算结果存在较大差异。因此，准确测算电池的全生命周期碳排 放量，并挖掘其碳减排潜力变得迫在眉睫，这将需要更加准确和统一的数据来源以及评估方法，以 确保得出可靠的结论。 本报告根据统一的核算方法和可靠的数据来源，全面（多技术路线）、系统（ LCA核算方法）、客 观（考虑跨期因素）地整理、分析动力电池中NCM电池、LFP电池、固态电池“ 从摇篮到大门” 的生 命周期碳足迹，主要包括原材料获取和生产制造阶段。同时探究影响电池碳足迹的主要因素，并提 出相应的减碳措施。针对回收阶段，将量化评价不同回收方式的减碳效益。 电池特性 与制造工艺 11 12 2.1 电池性能比较 传统锂离子电池由正极材料、负极材料、电解液、隔膜和电池外壳五部分组成 14 。根据目前市场发 展情况，选取出货量和装机量最多的LFP、 NCM电池作为动力电池的主要研究对象，同时，相较于 传统锂离子电池，固态电池以较高的安全性能和能量密度近年来迅速发展，被认为是未来的关键电 池技术之一，也是该报告的研究对象之一。三类电池各方面性能比较见表 2 所示。 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 不同锂电池性能比较 15,16, 17 （表3） LFP NCM 固态电池 正极材料 LiFePO 4 高电势材料LiNi x Co y Mn 1-x-y O 2 负极材料 石墨 锂金属石墨 单体电压 3.2V 5V 以上3.7V 安全性 较高 高中 能量密度 150-170Wh/kg 350-500 Wh/kg200-300Wh/kg 循环寿命 3500次以上 5000次以上2500次左右 成本 一般 高略高 Yuhan Liang et al., “Life Cycle Assessment of Lithium-Ion Batteries for Greenhouse Gas Emissions,” Resources, Conservation and Recycling 117 2017 285–93. 14 Xiong Shu et al., “Life-Cycle Assessment of the Environmen- tal Impact of the Batteries Used in Pure Electric Passenger Cars,” Energy Reports 7 2021 2302–15. 15 王福振；马什鹏；张鑫新；黄学江；马永娟， “新能源汽车生命 周期内减碳关键技术的研究,” 汽车文摘, no. 01 2023 34–38, https//doi.org/10.19822/j.cnki.1671-6329.20210280. 16 Prasad Mandade et al., “Environmental Life Cycle Assessment of Emerging Solid-State Batteries A Review,” Chemical Engineering Journal Advances, 2022, 100439. 17 俞立严, “性能提升拉动装车量 LFP电池‘跑赢’NCM电池。” 18 动力电池根据电解质状态大致可分为液态和固态两大类。液态锂电池经过近十多年的发展已成为全 球车用动力电池市场上的主流，而固态电池尚未实现大规模应用。 LFP和 NCM都属于液态电池，主要区别在于正极材料。LFP电池的正极材料是磷酸铁锂（LiFe- PO 4 ），而NCM电池使用的正极材料是镍（Ni ）、钴（Co ）、锰（Mn ）等材料。固态电池的整体 结构与LFP和 NCM相似，但使用了不可燃的固态电解质替代液态电解质，提高了电池的安全性。另 外，固态电池采用金属锂作为负极材料，而不是LFP和 NCM电池所用的石墨，这不仅降低了负极材 料的使用量，还提高了电池的能量密度。 固态电池的固态电解质相较液态电解质具有更高的循环稳定性，其理论能量密度可达 700Wh/kg， 根据Fraunhofer（ 2022）预估，新兴固态电池的电池级能量密度可达350-500Wh/kg。固态电池能 够在-50℃至 200℃的温度范围内保持放电功率，极大地缓解冬季电池容量衰减的问题。尽管固态电 池在安全性和能量密度等方面优于传统锂离子电池，但仍然存在一些挑战，如固态电解质的离子导 电性较低、充电速度较慢、固/ 固界面接触性和稳定性差以及电解质对空气敏感等。 NCM电池制造需要使用金属，因此成本较LFP电池高 18 ，且对原材料的依赖性更强。尽管LFP电池 也存在缺陷，如能量密度低、低温性能差等，但其在安全性、循环寿命及成本方面优势明显。 13 LFP电池和NCM电池的工艺流程大致相似，大致分为前段工序（极片制备）、中段工序（电芯装 配）、后段工序（化成封装）三个部分（如图5 ）。 前段工艺，电极材料（活性材料）与导电添加剂、溶剂和粘合剂混合均匀以产生浆料，后将其涂敷 在集流体上（一般正极为铝箔，负极为铜箔）。聚偏氟乙烯（PVDF ）是常用的粘结剂，而N-甲基 吡咯烷酮（NMP）则是常用的溶剂，二者通常搭配使用。 中段工艺包括叠片以及注液。软包电池采用叠片工艺，在模切、叠片、焊切后，再经过封装、注 液、化成几个工序；而圆柱电池则将涂布的电极片经过压缩、切缝并用隔膜卷起以形成三层组件， 该组件进一步压延、切缝并卷绕成接收袋，并注入电解液，再封口。 与传统液态锂离子电池相比，固态电池的前段工序基本与液态锂离子电池相同，中、后段工序上， 固态电池需要加压或者烧结，不需要注液化成。 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 2.2 工艺流程 软包电池技术工艺 （图5） 前段工艺 混料 涂布 辊压 超声焊 叠片 模切 封装 注液 活化 后处理 排气封口 化成 叠片工艺 后段工艺 注液工艺 14 Shu et al., “Life-Cycle Assessment of the Environmental Impact of the Batteries Used in Pure Electric Passenger Cars.” 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 2.3 电池各部件 质量占比 如图6 所示，在1kWh的两类电池中，正极、负极、铜箔、铝箔和隔膜等的质量比几乎相同，其中正 负极质量占比近50。铝在正极材料的制备、电芯的铝塑膜、电池包和模块外壳均被广泛使用；而 聚丙烯（PP）和聚乙烯（PET）等塑料则通常用于电池包装，用以保护电芯内部材料，而电池包装 对塑料壳体材料的需求也较大。 19 28.8 30.5 17.5 12.9 18.1 17.3 12.8 18.3 10.7 13.2 4.5 5.8 4.7 4.9 LFP NCM 正极 负极 铜箔 铝箔 电解液 隔膜 其他 两种1 kWh电池系统中不同成分的 质量比 19 （图 6 ） 电池全生命周期 评价方法 15 16 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 全生命周期评价方法被广泛用于评估各种电池技术的碳排放情况和潜在环境影响。通过对电池原材 料的提取和加工、电池生产制造、电池分销、电池使用、电池回收和处置全过程进行统一环境评价 评估，可对比不同类型电池技术的碳排情况。 全生命周期评价方法（LCA）是一种客观评价产品、生产工艺和活动对环境负荷的过程。它通过辨 识和量化物质和能量利用以及由此产生的环境废物排放，评估它们对环境的影响，并寻找改善的途 径。依据ISO 14040/44标准，LCA评价包括四个阶段 （ 1）目标和范围，确定研究的框架和目标； （ 2）生命周期清单，对产品价值链上的质量和能量流进行投入/ 产出分析； （ 3）生命周期影响评估，评估环境相关性，如全球变暖潜力； （ 4）结果解释，基于评估结果提出对策。 LCA也广泛用于评估各种电池技术的碳排放情况和潜在环境影响。通过重点分析电池从原材料获 取、生产制造、使用到资源回收利用过程对环境的潜在影响，可提出减碳建议和改进措施。 目前，关于动力电池的全生命周期碳排放核算和管理的标准法规主要包括通用的方法和电池产品专 用标准法规。通用类动力电池碳足迹核算标准包括ISO14067、 GHG protocol产品核算标准、英国 标准协会（BSI）的PAS2050等，这些标准可用于对汽车动力电池产品全生命周期的碳排放进行核 算。 电动汽车动力电池全生命周期专用的产品碳足迹相关标准见表3 。包括欧盟委员会发布的用于移 动应用的高压可充电电池的产品环境足迹种类规则（PEFCR）、欧盟委员会根据新电池法发布的 电动汽车电池碳足迹计算规则CFB-EV，以及中国化学与物理电源行业协会牵头制定的动 力和储能电池产品类别规则（PCR）。 3.1 全生命周期 评价方法介绍 17 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 不同动力电池专用标准对比 （表3） 标准名称 发布机构 适用产品 覆盖的技术及化学体系 包含的产品组件 功能单元 系统 欧盟委员会 欧盟委员会 中国化学与物理电源行业协会 用于移动应用的高比能量可充 电电池产品的环境足迹种类规 则（PEFCR） 电动车用电池 （如电动自行车、 电动汽车、电动公共汽车等） 消费电子类用电池 （如平板电脑 和手机、电脑等） 电动工具类用电池 （如电钻等） 电动汽车电池碳足迹计算规则 （CFB-EV 动力和储能电池产品类别 规则（PCR） 锂离子电池LCO （钴酸锂）， NCM（镍钴锰酸锂），LiMn（ 二氧化锰）， LFP（磷酸铁锂） 镍氢电池 动力电池 为工具提供动力来源 的动力电池，多指为电动汽车、 电动列车、电动自行车、电动工 具等提供动力的蓄电池，充电器 也包含在内； 储能电池 用于太阳能发电设备 和风力发电设备以及可再生能源 储蓄能源用的蓄电池 NA 在欧盟成员国上市或投入使用 的所有电动汽车（EV）电池 NA 电芯 OEM组件 电池管理系统 （BMS） 、 电池控制系统 （BCU）、 电池的热管理系统 （ThMU） 和充电器 在使用寿命期间提供的总能量平均到1 kWh 边界 摇篮到坟墓 电芯 模组 电池 OEM组件 电池管理系统 （BMS） 、电池 控制系统 （BCU） 、电池的热 管理系统 （ThMU） 和充电器 电芯 模组 电池 电池管理系统 （BMS） 、制冷 系统、热管理系统等 原材料获取阶段 生产阶段 按工序生产 分销阶段 最终产品分配和运输 到消费者、最终使用客户或区域 储存 使用阶段 考虑充放电损耗 尾端回收阶段 电池收集、拆解 和再生 原材料获取和预加工 包括采矿 和其他相关采购、预处理以及原 材料及活性材料的运输，直至电 芯和电池元件（活性材料、隔离 膜、电解液、外壳、主动和被动 电池元件）以及电气/电子元件的 制造 生产阶段 包括电芯的组装、电 池与电芯和电气/电子部件的组装 分销阶段 最终产品分配和运输 到消费者、最终使用客户或区域 储存 尾端处理阶段 电池收集、拆解 和再生 原材料获取和预加工阶段 从自 然界提取资源并对其进行预处 理，直至其用于进入电池生产设 施的产品部件，前体生产应包括 在内 生产阶段 电池活性材料的生 产，电解液盐的生产，正负极等 部件的生产，电芯组装，模组组 装，电池包组装 分销阶段 电池从生产地运输到 车辆组装地 尾端处理阶段 收集、拆解、回 收和处理 18 背景介绍 电池特性与制造工艺 电池全生命周期 评价方法 电池生命周期 碳排放分析 电池碳减排 潜力探索 总结与建议 发展形势与展望 3.2 电池生命周期 阶段介绍 电池生命周期整个