聯合國全球契約組織GDIforSDG系列報告——踐行全球發展倡議，加速實現可持續發展目標動力電池碳足跡及低碳循環發展白皮書知識合作伙伴?2023聯合國全球契約組織“企業踐行全球發展倡議，加速實現可持續發展目標”（GDIforSDG）試點項目報告知識合作伙伴遠景能源、遠景智能、遠景動力參編機構中國汽車動力電池產業創新聯盟中國交通運輸部科學研究院中國機電產品進出口商會中國化學與物理電源行業協會歐陽明高院士工作站深圳市計量質量檢測研究院（粵港澳大灣區碳足跡創新技術委員會）環球零碳（排名不分先后）鳴謝在該項研究開展的過程中，多家企業為報告提供了寶貴的建議和先進案例。項目組感謝以下企業：天齊鋰業股份有限公司寶馬集團寧德時代新能源科技股份有限公司格林美股份有限公司PPPPP代表截至2023年10月31日，該企業為聯合國全球契約組織成員。SBTi代表截至2023年10月31日，該企業的科學碳目標已獲批。1目錄企業踐行全球發展倡議，加速實現可持續發展目標背景介紹1.1

新能源汽車增長帶動動力電池產量激增1.2

政策及市場雙輪驅動，電池碳足跡正逐漸成為全球貿易的焦點之一1.3

電池回收關注度日漸高漲5891.4

研究目的及意義10電池特性與制造工藝2.1

電池性能比較2.2

工藝流程1213142.3

電池各部件質量占比電池全生命周期評價方法3.1

全生命周期評價方法介紹3.2

電池生命周期階段介紹3.3

全生命周期評估界限與范圍3.4

數據來源16182021電池生命周期碳排放分析4.1

電池包碳足跡分析2323242626284.1.1不同技術類型電池包跨期碳足跡比較4.1.2不同技術類型電池包跨生命周期階段碳足跡比較4.2

電池電芯碳排熱點分析4.2.1正極4.2.2負極電池碳減排潛力探索5.1

能源結構31323435353940445.2

電池設計及包裝5.3

技術路徑5.4

電池回收5.4.1回收方法及流程5.4.2回收方式碳排放評價5.4.3企業回收行動5.5

企業案例總結與建議6.1

總結6.2

建議4748發展形勢與展望7.1

新能源汽車碳中和發展目標明確，動力電池碳足跡管理與碳減排是當前關鍵任務之一7.2

政府和企業亟需構建碳足跡管理體系，相關核算標準、方法論等跨國互認也是未來趨勢7.3

跨國頭部企業挑戰與機遇并存，新型商業合作新模式或隨之出現505052聯合國可持續發展17項目標聯合國全球契約十項原則2企業踐行全球發展倡議，加速實現可持續發展目標當前，地緣政治沖突頻現，不確定性持續上升，聯合國呼吁各國以氣候等迫在眉睫的全球性問題為突破口，加強國際合作（聯合國事務，2021）。在此背景下，中國國家主席習近平于2021年9月21日在第七十六屆聯合國大會一般性辯論上提出全球發展倡議，為推動國際社會形成合力，破解發展赤字難題，實現聯合國2030年可持續發展議程貢獻中國方案和中國智慧。全球發展倡議就減貧、糧食安全、抗疫和疫苗、發展籌資、氣候變化和綠色發展、工業化、數字經濟、數字時代互聯互通等八大重點領域提出合作設想和方案（中國外交部，2022）。100多個來自歐盟、東南亞國家聯盟和非洲聯盟的國家表示支持全球發展倡議，五大洲50多個國家加入了“全球發展倡議之友小組”（

中國外

交

部

，2022）。全球發展倡議得到了聯合國秘書長安東尼奧·古特雷斯，以及包括聯合國全球契約組織、聯合國開發計劃署、聯合國經濟和社會事務部、聯合國糧食及農業組織、聯合國工業發展組織等在內的聯合國機構的支持（中國外交部，2022）。聯合國秘書長古特雷斯在于2022年5月9日在紐約聯合國總部舉行的“全球發展倡議之友小組”高級別視頻會議上發表視頻致辭時說：“我們正快速接近實現可持續發展目標進程的中間點，但卻遭遇挫折，我們必須也能夠做得更好。”他認為，圍繞全球發展倡議開展的討論可以帶來顯著變化，促進各國在發展領域取得進展。中國政府將落實全球發展倡議的重要舉措包括創設“全球發展和南南合作基金”，加大對中國—聯合國和平與發展基金的投入，成立全球發展促進中心等（中國外交部，2022）。氣候變化和綠色發展是全球發展倡議八大重點領域之一，直接影響人類賴以生存和發展的基本要素，如糧食安全和住房安全等。在全球開展跨部門跨行業氣候合作有助于大力推動構建更美好的社會。聯合國全球契約組織于2022年6月在聯合國全球契約組織領導人峰會期間面向全球官方發布了《中國戰略》，確定了七大重點工作領域，包括應對氣候變化、縮小不平等、促進體面勞動、集體行動反對腐敗、支持參與“一帶一路”倡議的企業加速實現可持續發展目標、通過中非企業可持續發展合作加強“南南合作”、依托“全球發展倡議”促進商業創新和可持續發展目標伙伴關系。與此同時，中國戰略確定的多項舉措將更好、更快地幫助中國企業在實現零碳、公正轉型、可持續供應鏈等諸多方面形成積極的集體影響力，從而加速推動《巴黎協定》和《2030可持續發展議程》在中國和全球的落實。聯合國全球契約組織于2022年發起“企業踐行全球發展倡議，加速實現可持續發展目標”（GDI

for

SDG）試點項目，旨在通過搭建跨部門合作伙伴關系，采取全價值鏈思維，促成不同行業部門之間的相互協作以及資源和能力整合，探索和落地在環境氣候和財務兩個維度均可持續的商業模式，從項目落地、思想引領、活動對話等多個維度，加速探索、實踐和推廣涵蓋零碳轉型、減塑行動、循環經濟、海洋生態、產業創新等全球性議題的解決方案。2022年11月5日，在第五屆虹橋國際經濟論壇“踐行全球發展倡議，建設世界一流企業”平行論壇上，聯合國全球契約組織正式發起GDI

for

SDG一期試點項目，旨在“攜手緩解海洋塑料污染，團結助力低碳經濟轉型”，并從循環塑料的跨行業商業再利用和社會全域回收體系兩個方向同時推進。13家創始成員包括：3M、阿里巴巴、中國節能環保集團、廈門航空、達能、榮耀、聯想、美寶國際、諾維信、百事、康師傅控股、陶朗和國際竹藤組織。隨后，安踏、太平洋財險等企業也相繼加入。GDI

for

SDG一期試點項目將持續向多領域、多區域深入推進，務實落地更多的基于創新的跨行業合作成果落地。2023年8月，聯合國全球契約組織啟動GDI

for

SDG二期試點項目，攜手企業、政府、智庫等在內的多相關方推動新能源動力電池循環經濟發展，并于9月14日在中國遼寧省沈陽市召開首次項目研討會。在應對氣候危機的進程中，交通運輸部門是溫室氣體排放的最大來源之一。值得欣慰的是，電動汽車產業在全球范圍內蓬勃發展，并被視為解決溫室氣體排放增加問題的重要方案之一。就全球范圍而言，電動汽車在中國、歐洲和美國等主要市場起步較早，發展迅猛，這將為廣大發展中國家更廣泛地采用電動汽車提供了強有力的經濟案例參考。同時，電動汽車行業將在新興市場釋放更大的發展潛力，這將不僅僅體現在環境和氣候層面，還涵蓋經濟與社會維度，比如：提供更多的新型就業機會、激發傳統產業創新、加速基礎設施建設進程等等。由此可見，電動汽車行業的綠色、低碳及韌性發展對于加速推動2030可持續發展議程以及實現《巴黎協定》目標十分重要。該白皮書報告將聚焦新能源動力電池行業全價值鏈上的多重利益相關方以及其行動實踐，從全生命周期角度對動力電池的回收、再利用和處置進行分析研究，并通過企業案例為企業和相關方提供實踐參考，從而推動低碳循環經濟的可持續發展。企業通過踐行全球發展倡議，以務實行動為導向，創新為驅動力，攜手推動氣候行動和綠色發展，并為可持續發展目標（SDGs）的加速實現作出積極貢獻。聯合國全球契約組織作為世界上最大的推進企業可持續發展的國際組織，將持續團結全球企業，發揮引領作用，動員更多的不同行業企業參與GDI

for

SDG項目中來，積極推動2030可持續發展議程。3背景介紹4背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望1.1交通運輸是全球空氣污染的主要來源之一。根據國際能源署（IEA）數據，交通運輸使用的能源91%來自石化產品，其消耗產生尾氣污染，造成大量的二氧化碳（CO

）排放。2021年交通運輸產2新能源汽車增長帶動動力電池產量激增生的CO

增長至77億噸，約占全球CO

排放總量的21%

。122交通運輸部門脫碳，對于實現《巴黎協定》提出的溫控目標十分重要。通過大力推廣電能驅動的電動汽車，替代傳統內燃機為驅動的燃油車可有效減少交通運輸產生的CO

排放。2以電動汽車為主的新能源汽車已成為世界各國汽車產業發展的趨勢，各國正大力發展電動汽車，以迅速推動交通系統向清潔交通系統轉變。全球電動車銷售量呈現高速增長態勢，2022年全球電動汽車總數達到2600萬輛，與2021年相比增長了60%

（見圖1）。歐洲新能源車也呈現快速增長的趨2勢。根據歐洲汽車制造商協會（ACEA）的數據，2020年歐洲新能源汽車銷量達到了137.4萬輛，同比增長117%。中國新能源汽車市場總量居于國際領先地位，自2015年起保有量保持全球第一，2022年中國新能源汽車保有量約1310萬輛，占汽車總量的4.10%

。3插電式混動和純電動汽車保有量（百萬輛）來源：IEA4（圖1）中國歐洲美國其他302010020102011201220132014201520162017201820192020202120221“Transport”(Paris:IEA,2022),/re-ports/transport.動力電池作為新能源汽車的核心部件，在新能源汽車發展過程中起到關鍵性作用。在交通部門電氣化轉型，新能源汽車增速迅猛的情況下，全球對動力電池的需求也在逐步攀升。根據Statista預測（如圖2），預計2050年動力電池需求量將達到6530吉瓦時（GWh），約為2020年的600倍。2Roland

Irle,

“Global

EV

Sales

for

2022,”

accessed

March

2,2023,/.3經濟參考報,“2022年我國新能源汽車保有量同比增長近七成,”n.d.,/2023-01/12/c_1310689914.htm.4“GlobalEVOutlook2023”(IEA,n.d.),https://iea.blob.core.win-/assets/dacf14d2-eabc-498a-8263-9f97fd5dc327/GEVO2023.pdf.5背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望2020-2050年全球電動汽車電池需求預測5（圖2）700060005000電池需求40︵003000︶2000100002020202520302035204020452050中國是動力電池生產制造大國。自2014年全球新能源汽車進入快速發展階段以來，中國動力電池行業出貨量高速增長。據鋰電行業研究機構高工產研鋰電研究所（GGII）數據顯示，2022年中國動力電池出貨量480GWh，同比增長超1倍，2021年達到154.5GWh6。中國動力電池的裝車量近年來也呈現出逐步提升的趨勢7。在車載電池中，鋰離子電池以其能量密度高、循環壽命長等特點成為新能源車使用的主要動力電池類型，在減少道路交通排放方面發揮著核心作用。其中磷酸鐵鋰電池（LFP）和三元電池（NCM）分別以其成本競爭優勢和較高的能量密度優勢，占據市場主導地位。5“Statista,

2021,

Forecasted

Demand

for

Electric

VehicleBatteriesWorldwidefrom2020to2050,”accessedDecember12,2022,/statistics/1129463/forecasted-elec-tric-vehicle-battery-demand-worldwide/.LFP和NCM電池的市場份額對比隨時間發生轉變。2016年以來NCM電池的市場份額快速增長，2016年至2018年中國80%以上的電動乘用車使用NCM電池，2020年NCM電池裝車輛達到38.9GWh；2021年后，LFP裝車量超過NCM，2022年中國動力電池累計裝車量294.6GWh，同比增長90.7%，其中，LFP累計裝車量183.8GWh，占總裝車量的62.4%。6“GGII：2022年中國鋰電池出貨量超650GWh,”accessedMarch2,2023,/art-45913.html.7智研咨詢-產業研究,

“2021年中國動力電池回收現狀分析：裝車量走高，未來面臨較大退役規模,”April19,2022,/m0_68724905/article/dtails/124267904.6背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望LFP和NCM電池裝車量（GWh）8（圖3）200183.8180160140LFP電池NCM電池電池裝車量︵120110.410079.874.380︶6040.520.238.94033.124.422.219.9816.33200156.320162017201820192020202120228俞立嚴：“性能提升拉動裝車量

LFP電池‘跑贏’NCM電池,”

上海證券報,August20,2022.根據中國汽車動力電池產業創新聯盟數據，2022年中國動力電池累計產量545.9GWh，其中NCM電池累計產量212.5GWh，占總產量38.9%；LFP電池累計產量332.4GWh，占總產量60.9%。根據Mordor

Intelligence

的報告，2022年歐洲動力電池市場的裝機量為233.4GWh，預計到2028年將達到438.4GWh，其中LFP因其高安全性、低成本和高循環壽命而受到歐洲汽車制造商的青睞，而NCM則因其高能量密度、高功率密度和高穩定性而受到歡迎。7背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望2022中國各類動力電池累計產量占比0.2%LFP電池NCM電池其他38.9%60.9%來源：中國汽車動力電池產業創新聯盟1.2盡管電動汽車在行駛階段產生的直接排放量幾乎為零，但其主要動力來源電池，在其生產和制造過程伴隨著大量能源消耗，加之動力電池生產和使用的快速增長帶來了資源短缺和能源消耗的問題，也會導致顯著的溫室氣體排放和環境影響，所以需要格外關注電池生命周期各階段的碳排放。生命周期評價(Life

Cycle

Assessment，LCA)是從定量和定性兩方面分析不同產品生命周期過程對環境影響的方法，綜合評定產品生命周期過程中的溫室氣體排放、水資源消耗、能源消耗等方面對環境的影響。政策及市場雙輪驅動，電池碳足跡正逐漸成為全球貿易的焦點之一隨著電動汽車的快速增長和國際社會對全球氣候變暖問題的關注，電池全生命周期的碳排放正成為各國政府、企業和研究機構關注的焦點。一些國家正在逐步將產品生命周期評估和碳足跡納入國際綠色貿易的必要考慮因素。產品碳足跡（Carbon

Footprint

of

Products，CFP）是LCA中環境影響評價的一種，是衡量某產品在其生命周期中直接或間接產生的溫室氣體排放量。如歐盟針對出口到歐盟的汽車電池制定碳足跡限值法規。2022年12月9日，歐盟委員會同意歐洲議會和歐洲理事會發布新電池《歐盟電池與廢電池法規》提案（COM

2020/798

final），并于2023年1月18日達成三方最終協議，8月17日，正式生效，該法案貫穿電池從原材料、制造、消費到回收成新產品的整個生命周期。《歐盟電池與廢電池法規》要求，容量超過2kWh的可充電工業電池、輕型運輸工具電池、電動汽車電池、汽車SLI電池和便攜式電池，必須提供碳足跡聲明和標簽，以及電池數字護照，以披露包括容量、性能、用途、化學成分、可回收內容物等信息。法案要求2025年2月，在歐盟成員國上市或投入使用的電動汽車電池必須提供碳足跡聲明，2026年8月起必須標識碳足跡性能等級標簽，2028年2月，歐盟會對電動汽車電池設定最大排放閾值。8背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望綠色貿易限制加大了世界各國動力電池產業對于出口產品碳足跡的關注。做好產品碳足跡核算、全生命周期碳排放管理進而降低產品碳足跡，不僅是企業應對綠色貿易壁壘對企業出口的緊迫要求，也會是企業增強其產品競爭力、獲得更多下游買家及消費者青睞的必要手段。1.3電池回收被認為是減少與電池生產相關環境影響的最佳方法，它可能會降低約50%的材料生產能源需求，全面降低對環境的污染

。退役動力電池資源價值豐富，從資源利用的角度，高效回收利用這9電池回收關注度日漸高漲些金屬資源，能夠降低和緩解對礦產資源過度開采和進口的依賴，減少對于鋰（Li）、鎳（Ni）、鈷（Co）等礦產資源的過度開采，能夠對全球新能源汽車產業的可持續發展起到促進作用，同時也能大幅削減動力電池全生命周期的碳排放總量10。另一方面，廢電池中的重金屬和化學物質如果不能妥善處理，會滲入地下導致水污染和生態系統破壞，同時還可能通過食物鏈傳遞，危害人類身體健康。從長遠的角度來看，整個動力電池回收市場潛力巨大。電動汽車動力電池的使用壽命通常只有5至8年，電池組的持續使用造成電動汽車續航能力銳減，大量老舊動力電池將很快面臨退役，尤其是早期電動汽車使用的低鎳（<50%）NCM的電池11。中國汽車技術研究中心數據顯示，2020年中國累9Anders

Nordel?f

et

al.,

“Environmental

Impacts

of

Hybrid,Plug-in

Hybrid,

and

Battery

Electric

Vehicles—What

Can

We

Learnfrom

Life

Cycle

Assessment?,”

The

International

Journal

of

LifeCycle

Assessment

19,

no.

11

(2014):

1866–90.計產生約20萬噸的退役動力電池，到2025年將增至78萬噸12。國際關于電池回收相關政策

（表1）10

羅錦程；閆景武；鄧毅；陳曾思澈；徐紫寅；韓帥帥，

“我國動力電池碳足跡核算體系的問題及對策,”

中國環境科學學會2022年科學技術年會--環境工程技術創新與應用分會場論文集（四）,2022,969–72,/10.26914/kihy.2022.042846.國家/機構時間法案/政策要求美國能源部2021《美國國家鋰電發展藍圖2021-2030》提出要實現鋰電池報廢再利用和關鍵原材料的規模化回收，規劃完整的鋰電池回收價值鏈的建設和布局，推動回收技術發展11

Mengyuan

Chen

et

al.,

“Recycling

End-of-Life

Electric

VehicleLithium-Ion

Batteries,”

Joule

3,

no.

11

(2019):

2622–46.德國2021202120222022新電池法案(BattG2.0)《大氣環境保護法》修訂《廢物指南》賦予管理機構廣泛的責任以整治電池制造市場，并對各回收系統的收集與回收率進行檢查監督12“一年20萬噸！首批電動車電池迎來退役潮，舊電池何去何韓國國會取消以往登記車輛的電池強制回收，允許出售汽車報廢電池，提高廢舊動力電池的二次利用率從？,”環境技術,no.03vo39(2021):2–3.瑞士聯邦環境署明確了車用鋰電池回收規則，鼓勵汽車制造商實施環保處置系統13劉南；喬凡宸；師婉睿；任心怡；牛富榮，“歐盟新能源汽車動力電池回收利用的法律制度與啟示——基于歐盟《新電池法》的分析,”環境影響評價,歐盟《歐盟電池與廢電池法規》修訂設定了與動力電池回收相關的目標，對電池的回收措施和電池金屬材料回收率做出了更嚴格的要求no.06vo44(2022)：44–49,/10.14068/j.ceia.2022.06.009.來源：各政府部門官網，光大證券，公開信息，德勤美國、歐盟、日韓等發達國家和地區對動力電池退役報廢回收均十分重視13。在其發布的相關法案和政策中，明確提出電池回收的重要性，旨在推動回收利用體系的建設，引導行業的規范化。比如，美國在《美國國家鋰電發展藍圖2021-2030》中提出要實現鋰電池報廢再利用和關鍵原材料的規模化回收，規劃完整的鋰電池回收價值鏈的建設和布局，以推動回收技術發展；德國、瑞士等要求提升電池回收率且加強監管力度。9背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望中國自2014年以來，多部門相繼出臺相關政策引導與支持新能源車動力電池回收行業的發展。在制定行業目標規劃、完善規范要求、鼓勵商業模式創新等方面做出部署。由市場監管總局和工信部發布的關于開展新能源汽車動力電池梯次利用產品認證工作的公告中指出，健全動力電池梯次利用市場體系，促進動力電池梯次利用行業健康有序發展，鼓勵有條件的地方加快構建資源循環利用體系，在政府投資工程、重點工程、市政公用工程中使用獲證梯次利用產品。1.4通過核算電池碳足跡，可比較不同型號電池的環境影響，并探索降低電池碳足跡的潛在方法。這一過程為評估電動汽車行業的碳排放速度和強度提供了必要的數據，對于提升電動汽車碳減排效果至關重要。研究目的及意義然而，目前不同電池碳足跡核算方法的數據和結果存在顯著差異，數據來源的不確定與方法的不統一可能得出錯誤的結論，并對如何減少電池的環境影響造成錯誤判斷。相關研究依賴的數據通常來自于先前發表的文獻，且在評估電池循環壽命或效率等關鍵參數時使用了不同的假設；此外，部分研究未追溯電池材料的上游工藝，也導致了結果的差異；評估方法的差異也會影響核算范圍和系統邊界，進而導致現有電池碳足跡的核算結果存在較大差異。因此，準確測算電池的全生命周期碳排放量，并挖掘其碳減排潛力變得迫在眉睫，這將需要更加準確和統一的數據來源以及評估方法，以確保得出可靠的結論。本報告根據統一的核算方法和可靠的數據來源，全面（多技術路線）、系統（LCA核算方法）、客觀（考慮跨期因素）地整理、分析動力電池中NCM電池、LFP電池、固態電池“從搖籃到大門”的生命周期碳足跡，主要包括原材料獲取和生產制造階段。同時探究影響電池碳足跡的主要因素，并提出相應的減碳措施。針對回收階段，將量化評價不同回收方式的減碳效益。10電池特性與制造工藝11背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望2.1電池性能比較傳統鋰離子電池由正極材料、負極材料、電解液、隔膜和電池外殼五部分組成14。根據目前市場發展情況，選取出貨量和裝機量最多的LFP、NCM電池作為動力電池的主要研究對象，同時，相較于傳統鋰離子電池，固態電池以較高的安全性能和能量密度近年來迅速發展，被認為是未來的關鍵電池技術之一，也是該報告的研究對象之一。三類電池各方面性能比較見表

2所示。不同鋰電池性能比較15,16,17

（表3）LFPNCM固態電池正極材料負極材料單體電壓安全性LiFePO4石墨LiNi

Co

Mn1-x-yO2高電勢材料鋰金屬xy石墨3.2V3.7V中5V以上高較高能量密度循環壽命成本150-170Wh/kg3500次以上一般200-300Wh/kg2500次左右略高350-500Wh/kg5000次以上高14

Yuhan

Liang

et

al.,

“Life

Cycle

Assessment

of

Lithium-IonBatteries

for

Greenhouse

Gas

Emissions,”

Resources,ConservationandRecycling117(2017):285–93.15

Xiong

Shu

et

al.,

“Life-Cycle

Assessment

of

the

Environmen-tal

Impact

of

the

Batteries

Used

in

Pure

Electric

PassengerCars,”EnergyReports7(2021):2302–15.16王福振；馬什鵬；張鑫新；黃學江；馬永娟，

“新能源汽車生命動力電池根據電解質狀態大致可分為液態和固態兩大類。液態鋰電池經過近十多年的發展已成為全球車用動力電池市場上的主流，而固態電池尚未實現大規模應用。周期內減碳關鍵技術的研究,”

汽車文摘,

no.

01

(2023):

34–38,/10.19822/ki.1671-6329.20210280.LFP和NCM都屬于液態電池，主要區別在于正極材料。LFP電池的正極材料是磷酸鐵鋰（LiFe-17Prasad

Mandade

et

al.,

“Environmental

Life

Cycle

Assessment

ofEmerging

Solid-State

Batteries:

AReview,”

Chemical

EngineeringJournal

Advances,

2022,

100439.PO

），而NCM電池使用的正極材料是鎳（Ni）、鈷（Co）、錳（Mn）等材料。固態電池的整體4結構與LFP和NCM相似，但使用了不可燃的固態電解質替代液態電解質，提高了電池的安全性。另外，固態電池采用金屬鋰作為負極材料，而不是LFP和NCM電池所用的石墨，這不僅降低了負極材料的使用量，還提高了電池的能量密度。18

俞立嚴,“性能提升拉動裝車量

LFP電池‘跑贏’NCM電池。”固態電池的固態電解質相較液態電解質具有更高的循環穩定性，其理論能量密度可達700Wh/kg，根據Fraunhofer（2022）預估，新興固態電池的電池級能量密度可達350-500Wh/kg。固態電池能夠在-50℃至200℃的溫度范圍內保持放電功率，極大地緩解冬季電池容量衰減的問題。盡管固態電池在安全性和能量密度等方面優于傳統鋰離子電池，但仍然存在一些挑戰，如固態電解質的離子導電性較低、充電速度較慢、固/固界面接觸性和穩定性差以及電解質對空氣敏感等。NCM電池制造需要使用金屬，因此成本較LFP電池高18，且對原材料的依賴性更強。盡管LFP電池也存在缺陷，如能量密度低、低溫性能差等，但其在安全性、循環壽命及成本方面優勢明顯。12背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望2.2LFP電池和NCM電池的工藝流程大致相似，大致分為前段工序（極片制備）、中段工序（電芯裝配）、后段工序（化成封裝）三個部分（如圖5）。工藝流程前段工藝，電極材料（活性材料）與導電添加劑、溶劑和粘合劑混合均勻以產生漿料，后將其涂敷在集流體上（一般正極為鋁箔，負極為銅箔）。聚偏氟乙烯（PVDF）是常用的粘結劑，而N-甲基吡咯烷酮（NMP）則是常用的溶劑，二者通常搭配使用。中段工藝包括疊片以及注液。軟包電池采用疊片工藝，在模切、疊片、焊切后，再經過封裝、注液、化成幾個工序；而圓柱電池則將涂布的電極片經過壓縮、切縫并用隔膜卷起以形成三層組件，該組件進一步壓延、切縫并卷繞成接收袋，并注入電解液，再封口。軟包電池技術工藝

（圖5）前段工藝疊片工藝注液工藝后段工藝混料超聲焊封裝涂布疊片輥壓模切活化化成注液后處理排氣封口與傳統液態鋰離子電池相比，固態電池的前段工序基本與液態鋰離子電池相同，中、后段工序上，固態電池需要加壓或者燒結，不需要注液化成。13背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望2.3電池各部件質量占比如圖6所示，在1kWh的兩類電池中，正極、負極、銅箔、鋁箔和隔膜等的質量比幾乎相同，其中正負極質量占比近50%。鋁在正極材料的制備、電芯的鋁塑膜、電池包和模塊外殼均被廣泛使用；而聚丙烯（PP）和聚乙烯（PET）等塑料則通常用于電池包裝，用以保護電芯內部材料，而電池包裝對塑料殼體材料的需求也較大。兩種1kWh電池系統中不同成分的質量比19

（圖6）4.9%4.7%5.8%4.5%正極負極28.8%10.7%30.5%13.2%銅箔鋁箔電解液隔膜其他LFPNCM18.3%18.1%17.3%17.5%12.8%12.9%19

Shuetal.,“Life-CycleAssessmentoftheEnvironmentalImpactoftheBatteriesUsedinPureElectricPassengerCars.”14電池全生命周期評價方法15背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望全生命周期評價方法被廣泛用于評估各種電池技術的碳排放情況和潛在環境影響。通過對電池原材料的提取和加工、電池生產制造、電池分銷、電池使用、電池回收和處置全過程進行統一環境評價評估，可對比不同類型電池技術的碳排情況。3.1全生命周期評價方法介紹全生命周期評價方法（LCA）是一種客觀評價產品、生產工藝和活動對環境負荷的過程。它通過辨識和量化物質和能量利用以及由此產生的環境廢物排放，評估它們對環境的影響，并尋找改善的途徑。依據ISO14040/44標準，LCA評價包括四個階段：（1）目標和范圍，確定研究的框架和目標；（2）生命周期清單，對產品價值鏈上的質量和能量流進行投入/產出分析；（3）生命周期影響評估，評估環境相關性，如全球變暖潛力；（4）結果解釋，基于評估結果提出對策。LCA也廣泛用于評估各種電池技術的碳排放情況和潛在環境影響。通過重點分析電池從原材料獲取、生產制造、使用到資源回收利用過程對環境的潛在影響，可提出減碳建議和改進措施。目前，關于動力電池的全生命周期碳排放核算和管理的標準法規主要包括通用的方法和電池產品專用標準法規。通用類動力電池碳足跡核算標準包括ISO14067、GHG

protocol產品核算標準、英國標準協會（BSI）的PAS2050等，這些標準可用于對汽車動力電池產品全生命周期的碳排放進行核算。電動汽車動力電池全生命周期專用的產品碳足跡相關標準見表3。包括歐盟委員會發布的《用于移動應用的高壓可充電電池的產品環境足跡種類規則》（PEFCR）、歐盟委員會根據新電池法發布的《電動汽車電池碳足跡計算規則》(CFB-EV)，以及中國化學與物理電源行業協會牽頭制定的《動力和儲能電池產品類別規則（PCR）》。16背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望不同動力電池專用標準對比

（表3）標準名稱

用于移動應用的高比能量可充電電池產品的環境足跡種類規則（PEFCR）電動汽車電池碳足跡計算規則（CFB-EV)動力和儲能電池產品類別規則（PCR）發布機構歐盟委員會適用產品歐盟委員會中國化學與物理電源行業協會電動車用電池（如電動自行車、電動汽車、電動公共汽車等）在歐盟成員國上市或投入使用動力電池：為工具提供動力來源的動力電池，多指為電動汽車、電動列車、電動自行車、電動工具等提供動力的蓄電池，充電器也包含在內；的所有電動汽車（EV）電池消費電子類用電池（如平板電腦和手機、電腦等）電動工具類用電池（如電鉆等）儲能電池：用于太陽能發電設備和風力發電設備以及可再生能源儲蓄能源用的蓄電池覆蓋的技術及化學體系鋰離子電池：LCO（鈷酸鋰），NCM（鎳鈷錳酸鋰），LiMn（二氧化錳），LFP（磷酸鐵鋰）NANA鎳氫電池包含的產品組件電芯電芯模組電池電芯OEM組件：模組電池管理系統（BMS）、電池控制系統（BCU）、電池的熱管理系統（ThMU）和充電器電池電池管理系統（BMS）、制冷系統、熱管理系統等OEM組件：電池管理系統（BMS）、電池控制系統（BCU）、電池的熱管理系統（ThMU）和充電器功能單元在使用壽命期間提供的總能量平均到1kWh搖籃到墳墓系統邊界原材料獲取階段原材料獲取和預加工階段：從自然界提取資源并對其進行預處理，直至其用于進入電池生產設原材料獲取和預加工：包括采礦和其他相關采購、預處理以及原材料及活性材料的運輸，直至電芯和電池元件（活性材料、隔離膜、電解液、外殼、主動和被動電池元件）以及電氣/電子元件的制造生產階段：按工序生產分銷階段：最終產品分配和運輸到消費者、最終使用客戶或區域儲存施的產品部件，前體生產應包括在內生產階段：電池活性材料的生產，電解液鹽的生產，正負極等部件的生產，電芯組裝，模組組裝，電池包組裝使用階段：考慮充放電損耗生產階段：包括電芯的組裝、電池與電芯和電氣/電子部件的組裝尾端回收階段：電池收集、拆解和再生分銷階段：最終產品分配和運輸到消費者、最終使用客戶或區域儲存分銷階段：電池從生產地運輸到車輛組裝地尾端處理階段：收集、拆解、回收和處理尾端處理階段：電池收集、拆解和再生17背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望3.2電池生命周期階段介紹電池生命周期整個過程按照系統邊界可分為兩類：“從搖籃到大門”，即從原材料獲取和加工到電池生產制造的過程；“從搖籃到墳墓”，即從電池原材料獲取和加工、電池生產制造、電池分銷、電池使用階段、電池回收和處置全過程（見圖

7）。本報告電池碳足跡核算采用前者。NCM電池全生命周期示意圖

（圖7）鋰石礦提純硫酸鈷硫酸錳硫酸鎳粘合劑碳酸鋰三元前驅體NMP溶劑……正極其他材料正極活性材料電池電池使用廢棄回收負極材料其余電池材料石墨隔膜鋁箔銅箔電解液……18背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望具體環節包括原材料獲取及加工電池生產和制造該階段涵蓋原材料從自然界中提取、預處理的過程，包括正極，負極，電解液，隔膜，銅箔，鋁箔，殼體七大部件的材料獲取。以正極為例，其原材料進一步追溯為正極活性材料，添加劑，導電劑，溶劑等。NCM動力電池和LFP動力電池最主要的區別在于正極活性材料。該階段的排放來源于開采、選礦、冶煉、提取等過程使用的材料與能源消耗，這些過程中涉及的運輸也包括在內。該階段從原材料產品部件進入生產現場開始，到成品離開生產設施結束。其中包括正負極等部件的生產，電芯組裝，模組組裝，電池包組裝。電池部件的生產涵蓋了原材料準備、漿料制備、涂布、輥壓和分切等環節。電芯組裝是將電極、隔膜和電解液等精確組合，構建電池核心的高精度制造過程。模組組裝則將多個電芯單體精密組裝形成電池模塊，而電池包組裝則將電池模塊、電池管理系統和保護外殼融合，形成最終的電池組件。電池生產需要在超凈干燥室（Clean

&

Dry

room）中進行，該階段的能源消耗根據工廠生產線的實際情況測算，整個電池部件制造與組裝需要消耗大量能源，與電池部件的制造過程相比，電池組裝過程的能源或材料消耗可以忽略不計。使用階段尾端處理電池使用階段，需要考慮與電池充放電效率、衰減速度、使用壽命（循環次數）和電池容量等技術性因素引起的能量損失。歐盟《電動汽車電池碳足跡計算規則（CFB-EV)》中規定，電池使用階段應排除在生命周期碳足跡核算范圍之外，除非制造商做的一些設計會對使用階段產生巨大影響，否則使用階段的排放就不考慮在內。電池尾端處理過程包括填埋、焚燒和回收再利用三種技術。首先對退役電池進行處置，包括拆卸電池部件，如外殼、冷卻系統、塑料等部件與電池分離，拆解后的材料可進行填埋或焚燒；部分材料可進行回收再利用，用于電池的再制造。回收是通過梯次利用、火法冶金、濕法冶金等處理方式，對廢棄電池進行處理，以實現再次利用或轉化為再生材料。火法冶金和濕法冶金等回收過程的主要產物是金屬部分，其中包括來自電池和礦渣的金屬，這些金屬部分可以通過濕法冶金工藝提煉，以分離有價值的金屬或合金，如NCM中的鎳、鈷、錳，隨后，通過濕法冶金處理這些金屬合金，可回收金屬硫酸鹽，可用于再次制造電池活性材料。由于固態電池仍在開發中，其壽命尚未確定。并且在使用階段，不同電池的循環壽命、充放電次數、電池損耗、車輛行駛里程等一些關鍵參數會采取不同的假設，難以統一。因此，本報告僅考慮從原材料到生產制造的電池碳足跡，即遵循“從搖籃到大門”的范圍邊界，從電池原材料的開采（如礦石等）開始，到電池組裝出廠前的生產結束為止，同時將單獨對比采用不同回收利用技術進行廢棄電池處理的碳排放情況。19背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望3.3全生命周期評估界限與范圍電池在制造電池系統的過程中，首先使用原材料制造和生產電芯（單體電池，cell），多個電芯通過連接器和電路板進行連接形成模組（module），數個模組以及其他附件如電子器件、電池管理系統（BMS）等組裝在一起，形成電池包（pack）。電池包的結構如圖8所示，由電池單體、BMS、電池熱管理系統（ThMU）等部件組成。BMS包括電池控制單元（BCU）和電池管理單元（BMU）在內的所有電氣/電子部分，BMU是用于電池管理的電子部分，BCU是電子元件，如開關和接觸器。ThMU是與電池直接相關的熱管理部件，包括各種靜態或動態熱交換的部件（如導熱部件、循環液體管等）。動力電池系統結構示意圖

（圖8）動力電池系統外接設備/電池管理系統（BMS）車輛電池管理單元（BMU）電池控制單元（BMU）充電設備基礎設施接口BMUBMUBMUBMUBMU熱管理系統電池單體電池單體電池單體電池單體來源于PEFCR不同類型的電池具有不同的原材料、生產工藝、電池性能、回收工藝，因此需對具體電池類型進行數據收集及清單制定來開展LCA研究。考慮到NCM電池和LFP電池在電動汽車中的廣泛應用，本報告將其作為研究對象。同時，盡管固態電池仍處于新型發展階段，但其結構大體與目前的鋰電池相似，且因較高的能量密度未來可能取代液態電池成為主流，因此，也將其納入研究比較范疇。功能單元（FU）確保了不同類型電池LCA結果的可比性，本研究中將功能單位規定為1kWh的電池系統，相當于電池每千瓦時容量的生產將產生的二氧化碳排放量（kgCO2-eq/kWh）。20背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望3.4數據來源NCM、LFP電池雖然已廣泛應用于電動汽車，但目前很少有公司披露其生產、回收過程的能源消耗。固態電池被視為下一代電池技術重點推進的選項，商業化仍有距離，其公開數據少，大部分數據來源于實驗室階段。除此之外，雖然對于電池碳足跡的核算都依據ISO規范，但鑒于移動電池技術的進步和變化，或對原始清單數據選取不同，均可能對電池碳足跡結果造成影響，對相同產品的環境評估也可能得出不同的結果。因此，本研究根據相關文獻、行研報告、國內外數據庫等電池全生命周期各階段數據來源，依照數據梳理不同型號電池，形成跨期的碳足跡變化趨勢，挖掘排放熱點，以及分析降低電池碳足跡的可行方式。21電池生命周期碳排放分析22背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望4.1本章分析了NCM電池、LFP電池及固態電池的碳足跡趨勢，旨在識別電池的生命周期碳排放熱點，同時挖掘能夠減少電池環境影響的關鍵環節和主要因素，以為電池低碳發展提供可行路徑。電池包碳足跡分析4.1.1不同技術類型電池包跨期碳足跡比較由于動力電池行業的發展迅速，許多生產工藝和技術仍處于更新迭代的階段，大部分企業不愿公開其生產過程的工藝細節和能耗等原始數據。因此，本報告通過文獻收集、整理并分析了從2010年至2022年有關不同型號電池的LCA研究數據，核算從“搖籃到大門”的車用動力電池包碳排放，披露包括電池重量（kg），容量（kWh），能量密度（Wh/kg）等基本信息，提供電池包生產的詳細結果。除此之外，這些文獻均使用1kWh電池容量的功能單元衡量不同類型電池包的碳足跡。按照文獻發表的時間排序，圖9展示了不同類型電池包從“搖籃到大門”的碳足跡。電池包碳足跡總體呈現明顯的下降趨勢。其中，不同型號NCM電池包的碳足跡從2011年近200kgCO2-eq/kWh，下降到2022年的98kgCO2-eq/kWh左右；LFP電池包近年來碳足跡在100kgCO2-eq/kWh左右；固態電池目前仍處于研發階段，工藝路線尚不成熟，披露的數據較少，但其基于實驗室數據的碳排放遠高于已成熟的LFP以及NCM電池技術。2010-2022年電池包碳足跡趨勢圖（圖9）30025020015010050020102012201420162018202020222024固態電池NCMLFP根據相關文獻、公開數據整理，NCM電池無具體型號23背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望由于電池商業化初期，生產階段使用的設備相對落后，需消耗較大能源，造成早期電池的碳足跡較高。但隨著電池制造技術的提升及產線的升級，在電池生產過程中能源利用效率提高，電池碳足跡降低。另一方面，電池碳足跡的差異還可能來自電池結構的不同，由于電池的型號以及容量均不盡相同，電池實體制造和電池模型的差異是不可避免的，逐漸完善的電池標準化才能減少這種不確定性。當然，在電池生產組裝過程中由于生產工藝和數據采集渠道不同也可能會導致研究結果的差異。事實上，電池技術朝著探索更高性能、更高能量密度的方向發展。越來越多的企業開始注重實現電池環境友好的生產方式，關注電池生命周期的碳排。比如電池科技企業遠景動力入先進的制造技術和材料創新，打造可持續且低碳的電池產品。PSBTi(AESC)，通過引隨著碳排放問題的日益凸顯和環境保護意識的增強，電池生命周期的碳足跡會越

來越受到關注。一些國家和地區已經開始出臺相關政策和標準，要求電池制造商和使用者對電池的生

命周期碳排放進行評估和披露，以促進電池的環境友好和可持續性。4.1.2基于圖9整理的電池包數據，從中選取LCA方法學邊界明晰的、各階段碳排放詳細的，不同類型電池包，進行“從搖籃到大門”的碳足跡比對（見圖10）。研究結果顯示，主流的動力電池（NCM和LFP），從“搖籃到大門”的生命周期碳足跡在100-120kgCO2-eq/kWh左右。固態電池是適用于電動汽

車

的

硫

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高

在150-200kgCO2-eq/kWh左右。不同技術類型電池包跨生命周期階段碳足跡比較24背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望三款電池各階段碳排放對比示意圖（圖10）250200150100500NCM原材料獲取

NCM生產制造NCM合計LFP原材料獲取LFP生產制造LFP合計固態電池合計NCM和LFP電池，原材料獲取階段的碳排放在80%左右。NCM的正極材料含有鎳、鈷、錳等金屬，均需要經過開采、冶煉等過程，會消耗大量化石能源，導致其該過程的碳排放比LFP電池略大。在電池生產制造環節中，需消耗大量的電力和天然氣。其中，超凈干燥室是動力電池制造碳排放的主要來源，因為電池的整個生產過程中有多個工藝步驟需要在真空干燥環境中進行，需要持續的能源供應來保持穩定的溫度。不同的操作處理的規模、技術水平和電池系統中的性能均對電池碳足跡產生影響。固態電池在該階段的碳排遠高于傳統的鋰離子動力電池，可能由于其目前仍處于發展階段，尚未規模化量產，造成碳排放較高。而NCM電池比磷酸鐵鋰電池在生產階段產生更多的碳排放。25背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望4.2電池由基本單元電芯，通過連接器、電路板、BMS等連接形成模組和最終的電池包。根據相關數據，電芯的碳排放占電池的65%左右，是整個電池包碳排放的主要來源。電池電芯碳排熱點分析電芯“從搖籃到大門”的生命周期同樣包括原材料開采和生產制造。原材料開采中的正負極材料碳排放是其重要碳排放熱點，尤其對于NCM正極中的鎳、鈷等重要原材料的采礦和提取，往往伴隨著大量的CO

排放。24.2.1正極正極材料制備產生的碳排放占比最高。根據某電池廠商數據，NCM電芯正極的碳排放占電池生命周期碳排放量的40%以上，LFP正極碳排放達到37%。（如圖11）LFP電芯和不同類型的NCM電芯碳排放情況（圖11）lfPNCM811NCM622NCM111正極負極電解液隔膜銅箔鋁箔其他組裝0102030405060708090kgCO2-eq/kWh數據來源于某電池廠商電芯LFP電池正極材料碳排低于NCM電池正極材料碳排。根據權威國際數據庫，LFP電池正極材料的碳排放在8kgCO2-eq/kg左右，遠低于NCM電池（22.4-31kgCO2-eq/kg）（圖12）。除此之外在不同國家和地區生產的正極材料，其碳足跡會有差別。NCM正極材料中高鎳、低鈷技術方向材料碳排放有下降趨勢。目前市場上的NCM電池的正極材料逐步向高鎳、低鈷過渡（由NCM111逐漸發展為NCM811）。NCM的碳足跡呈下降趨勢，與NCM111相比，NCM622和NCM811的碳足跡分別減少了4%和8%左右（圖12）。26背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望不同區域LFP與NCM電池正極碳排放對比（圖12）35其他原料正極活性材料能耗中國其他國家3025201510中國其他國家中國其他國家50LFP電池正極NCM811電池正極NCM111電池正極數據來源于權威國際數據庫在NCM前驅體中鈷的碳排因子高，鎳次之，使用高鎳材料能一定程度降低NCM正極碳排放。正極材料碳排放主要來源是正極活性材料，而正極活性材料的碳排放來源于前驅體（圖13）。對于NCM電池，其正極是由不同配比的硫酸鎳（NiSO

），硫酸鈷（CoSO

），硫酸錳（MnSO

）混合制444成，不同的配比會影響電池的正極材料碳排放，進而影響電池的碳足跡。NCM正極中鎳含量的增加通常也會增加動力電池的比能量，但鎳占比越多，材料的熱穩定性越差20；鈷元素有利于提升材料的電導率與倍率性能，但也造成了材料成本的上升，且不利于環保；錳元素的存在起了穩定結構的作用，但過高的錳含量會降低材料的比容量。由于鈷是目前鋰離子電池正極活性材料中使用的最昂貴的金屬，因此鋰離子電池技術也在努力降低鈷含量，同時增加鎳含量來降低鋰離子電池的成本。20SiyangLiuetal.,“ComparativeStudiesofZirconiumDopingand

Coating

on

LiNi0.

6Co0.

2Mn0.

2O2

Cathode

Material

atElevated

Temperatures,”

Journal

of

Power

Sources

396(2018):288–96.NCM811的正極材料碳排放略低于NCM111。由于NCM811中鈷的含量低，盡管鎳的含量增加，但鎳增加的量帶來的碳排不如鈷減少量的碳排。同時隨著鎳含量的提升，電池能量密度增加，折算到單位kWh的電池碳足跡將下降。27背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望不同區域LFP與NCM電池正極活性材料（左）、前驅體（右）碳排放對比（圖13）35252015105其他原料前驅體能耗中國中國

其他國家30252015105其他原料硫酸錳硫酸鈷硫酸鎳能耗其他國家中國其他國家中國其他國家中國

其他國家中國其他國家00LFP電池磷酸鐵鋰LFP電池磷酸鐵鋰NCM811電池正極活性材料NCM111電池正極活性材料NCM811電池前驅體NCM111電池前驅體（水熱工藝）（固態工藝）數據來源于權威國際數據庫4.2.2負極電池的負極主要由石墨制成，是電池原材料獲取階段第二大排放來源。中國生產的人造石墨碳排放在6.05kgCO2-eq/kg，硅涂覆石墨碳排放則為6.21kgCO2-eq/kg，略高于普通人造石墨（圖14）。硅涂覆石墨能夠使電池充電過程中，負極上不易出現析鋰現象，與石墨材料相比較具有更好的安全性能，但會造成較高的碳排放。分地區電池負極材料碳排對比

（圖14）7中國中國6其他國家54321其他國家其他原料人造石墨能耗0人造石墨制備的負極材料硅涂覆人造石墨制備的負極材料數據來源于權威國際數據庫28背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望中國石墨生產能耗的碳排放占76%，其他地區達到64%（圖15）。人造石墨負極的制備工藝復雜，主要分為預處理、造粒、石墨化和篩分等步驟。其中，石墨化是一個高溫熱處理過程，它提供能量以促使原子重排及結構轉變，然而，該過程需消耗大量能量，會產生大量碳排。負極活性材料碳排分區域對比

（圖15）65其他原料4321主材能耗0人造石墨-中國人造石墨-其他國家數據來源于權威國際數據庫以上造成國家間正極、負極材料的碳排放差異，主要原因是，不同國家和地區的能源結構和生產工藝可能存在差異，導致碳足跡的不同。數據庫中其他國家電力因子比中國的電網因子低0.3-0.7kgCO2-eq/kWh。除此之外，一些國家和地區可能在生產工藝和能源效率方面更加先進，從而減少了生產過程中的碳排放。因此，電池正負極材料具有巨大的減排潛力。通過回收其中的金屬元素和石墨等材料，實現資源的有效利用，既可以緩解礦產資源壓力，促進可持續發展和減少碳排放，還將帶來巨大的經濟效益，同時也能抵消正負極材料獲取帶來的碳排放。29電池碳減排潛力探索30背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望電池生產的碳排放受其生命周期諸多環節和變量的影響，包括工藝改進、材料及包裝改進、電力碳強度的降低等。動力電池碳減排是實現可持續發展的必然選擇，通過對動力電池碳減排的潛力展開探索和分析，比較不同碳減排途徑的優缺點，能夠為動力電池制造企業實現低碳經濟和環境友好型轉型提供借鑒和參考。5.1電池整個生命周期主要的能源消耗來自于電力，電力的碳排放也將顯著影響電池生產的整個生命周期碳排放結果。能源結構電力的碳排放取決于當地的電力能源結構。由于不同的國家由于具有特定的電力組合，即使是同款電池在不同地區制造，碳足跡也會有差別。根據數據顯示（見表4），2021年動力電池的碳足跡在歐洲都較低，其次是美國，主要是因為歐美國家的電力結構相對清潔。同時，LFP電池的碳足跡低于NCM電池，盡管LFP的能量密度通常較小，但NCM正極材料及其前端金屬鹽產生的過程通常具有更高的碳排放。不同型號動力電池分地區的碳足跡（kgCO

/kWh）21

（表4）2歐洲美國中國南韓日本NCM111NCM622NCM811LFP56607769735457696468535568636734-3937-4251-5646-5050-55因時間和能源政策的變化，各國電網的平均碳排因子在不斷變化。歐洲電網平均碳排放因子的一般估計值在0.2-0.5kgCO2-eq/kWh，低于美國（0.4-0.8kgCO2-eq/kWh），韓國，日本，中國（0.5-1.2kg2-eq/kWh）。21Stephen

Gifford,

“The

UK:

A

Low

Carbon

Location

toManufacture,

Drive

and

Recycle

Electric

Vehicles”

(FaradayInstitution,n.d.),https://www.faraday.ac.uk/wp-content/uploads/2021/11/Fara-day_Insights_12_FINAL.pdf.相關研究整理了不同國家動力電池碳足跡，與歐洲或中國作者發表的相比，美國通訊作者發表的鋰離子電池生產的溫室氣體排放較低且分散性較低22。因此使用一致的電網因子對動力電池碳足跡核算以及比較非常重要。22

Anne

Bouter

and

Xavier

Guichet,

“The

Greenhouse

GasEmissions

of

Automotive

Lithium-Ion

Batteries:

A

StatisticalReview

of

Life

Cycle

Assessment

Studies.,”

Journal

ofCleanerProduction,2022,130994.使用綠電能夠顯著降低電池碳足跡。相較于傳統電力排放因子，由于綠電完全由可再生能源生產，其排放因子幾乎為0。針對某中國工廠生產的NCM811電池，若其生產過程中用電全部由電網直供變為綠電，則可在其生命周期減少30%的碳排放（如圖16）。同時，部分標準將電池使用階段電力損耗納入碳足跡核算，綠色電力的推廣可以顯著降低電力損耗造成的碳排放，從而降低在這些標準下核算的動力電池碳足跡。31背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望以NCM811電芯為例的電力清潔化減排潛力

（圖16）120%100%100%-11%80%60%40%20%0%-29%減排前碳排放量正極生產100%使用綠電電池生產100%使用綠電數據來源于某電池廠商電芯生產由于國家間綠色電力互認體系尚未形成，當國際交易涉及產品碳足跡時，不同國家和機構對于企業生產使用綠色電力的認定標準不一致，國家間電網的綠色電力無法互認。在計算動力電池碳足跡時，國際上已一致認可的綠色電力供應方式為，綠色電力從發電側直供用電側（不經過電網）。根據歐盟委員會針對歐盟電池法案發布的動力電池碳足跡計算規則，對于歐盟外生產的產品，不認可綠證，僅認可綠電直供。法國2023年9月19日發布的根據歐盟委員會能源法案延伸的新能源車輛環境影響計算指南中也明確指出僅認可物理上實現的綠電直供。近幾年，中國的零碳產業園模式提供了一種可能的解決方案，在升級后的傳統產業園或者全新建的產業園中，園內的風機、光伏、儲能與智能物聯網協同形成的清潔、穩定、高效的新型電力系統，為電池生產、組裝過程提供低碳或零碳能源供給。同時，直供入駐園區內的電池上游合作伙伴，降低正負極、電解液等高耗能制造環節的碳排放，實現整個電池產業鏈的低碳甚至是零碳。5.2按外形封裝材料的不同，電池又可以分為圓柱型電池、方殼電池、軟包型電池。圓柱型電池是采用鋼殼作為封裝材料，外形為圓柱體的鋰電池，按照標準尺寸方便定制各類電池，電池能力密度較高，電芯一致性較好，散熱效果好，安全性好，自動化程度高。方殼電池通常采用鋁殼或鋼殼結構，相對重量輕，能量密度適中，結構較為簡單。軟包型電池采用鋁塑復合膜作為封裝材料，外形為扁方形的鋰電池，安全性好，不易發生爆炸，質量與鋼殼鋁殼相比更輕、能量密度高，內阻小，降低電池自耗電，循環壽命較長。電池設計及包裝32背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望不同封裝電池比較

（表5）特征圓柱型電池方殼電池軟包型電池外形長圓柱形矩形無規則形狀，常見長方形或正方形，邊緣為圓角矩形封裝材料金屬殼體結構通常采用鋁殼或鋼殼結構使用鋁塑膜材質能量密度安全性中低中中高高工藝要求低中高除常見的電池設計外，還有一種電池單體電芯呈六棱柱狀的設計結構，可以增大電芯的容量，且殼體內可以容納更多的電解液以延長電池的使用壽命。在多個電芯連接為電池模組時，能夠有效提高了空間利用率，由于正六棱柱形的殼體提供了更大的容納空間，且圓柱形卷繞極芯與殼體的側壁存在一定間隙，可以降低電池安全性能劣化的風險。23

Bouter

and

Guichet.A

design

process

model

for

batterysystemsbasedonexistinglifecycleassessmentresults.電池設計和包裝影響其碳足跡，研究表明棱柱型電池制造相較于圓柱電池，會產生更多碳排。相關研究發現，盡管棱柱形電池設計的樣本包含很少，但從收集到的數據顯示，棱柱形電池產生的碳排放是圓柱形電池設計的兩倍左右。具體而言，圓柱形設計的電池電芯的平均碳足跡結果為51.7kgCO2-eq/kWh，棱柱形電池設計的結果為114.4kgCO2-eq/kWh23。棱柱電池能量密度相較于NCM，LFP更低24，需要消耗更多的原材料以達到同等水平的發電量，導致其碳排較高。24

U.AkasapuandP.Hehenberger,“ADesignProcessModelfor

Battery

Systems

Based

on

Existing

Life

Cycle

AssessmentResults,”JournalofCleanerProduction407(2023):137149.33背景介紹電池特性與制造工藝電池全生命周期評價方法電池生命周期碳排放分析電池碳減排潛力探索總結與建議發展形勢與展望5.3技術路徑LFP電芯全球平均碳足跡為60kgCO2-eq/kWh左右，通過采用100%綠電進行組裝，電池的碳排放量降低到40kgCO2

-

e

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/kWh左右，實現了30%以上的減排效果；若正極