鋰離子電池行業綠色低碳發展存在的問題及對策探討

摘要：隨著“雙碳”戰略的實施，很多行業都迎來了重大發展機遇，鋰離子電池行業也不例外。不過在“雙碳”背景下，鋰離子電池行業的發展是機遇與挑戰并存。雖然管鋰離子電池被視為清潔能源載體，但是其全生命周期不可避免地會產生一定數量的碳排放，長此以往，由此產生的影響及危害不容忽視。因此，通過概述鋰電子電池行業發展現狀，論述鋰離子電池行業低碳發展的意義和作用，針對鋰離子電池行業低碳發展存在的問題提出解決對策，以期為鋰離子電池行業的綠色低碳發展提供一定的借鑒與參考。

關鍵詞：鋰離子電池；低碳發展；問題；解決對策

引言

近年來，隨著低碳環保政策的出臺，鋰離子電池憑借其綠色環保、工作電壓高、能量密度高、循環壽命長等多重優勢，在電動汽車等行業領域得以廣泛應用。但鋰離子電池在應用的過程中也會產生一定的碳排放，輕則造成一定的環境污染，重則危及民眾的生命健康安全。因此，積極推動鋰離子電池行業低碳發展勢在必行。本文通過重點探討鋰離子電池行業低碳發展存在的問題，提出鋰離子電池行業低碳發展路徑，對助推我國鋰離子電池行業的綠色低碳發展具有重大意義。

1鋰電子電池行業發展現狀

鋰離子電池是20世紀成功開發的一種新型高能電池，并于20世紀70年代投入實用化。由于鋰離子電池具有電池電壓高、能量高、貯存壽命長等優勢[1]，在汽車、軍事、民用小型電器中的應用廣泛。

1.1鋰電子電池產量穩步增長

如圖1所示，2016～2022年我國新能源汽車產量在部分年份呈略微的波動變化，但其整體依然呈逐年攀升的變化趨勢，正在邁入行業發展的快車道。新能源汽車市場的飛速發展，為鋰離子電池行業的飛速發展起到了一定程度的助推作用[2]，市場需求顯著增加導致有關鋰離子電池需求量只增不減。據我國鋰離子電池產量已有的統計可見，2022年我國鋰離子電池產量達750GWh，與往年同期相比增長率超130%，其總產值在1.2億元以上。

1.2鋰離子電池出貨量超全球增速

我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，我國動力電池行業出貨量高速增長。據鋰電池行業研究機構（GGII）統計的數據得出，2022年我國動力電池出貨量達到480GWh，同比增長超1倍；我國動力電池的裝車量近年來也呈現出逐步提升的趨勢，2021年達154.5GWh。

1.3 LFP和NCM電池裝車量較高

在車載電池當中，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，主要有磷酸鐵鋰電池（LFP）、三元電池（NCM）2種，并憑借其成本競爭優勢、能量密度高等優勢逐漸在日趨激烈的市場競爭中立足。據LFP與NCM統計的電池裝車量數據顯示，2016年以來NCM市場份額快速增長，2016～2018年中國80%以上的電動乘用車均使用NCM，2020年NCM裝車量達38.9GWh；2021年之后，LFP裝車量位于NCM以上，2022年我國動力電池累計裝車量達294.6GWh，同比增長90%，其中LFP累計裝車量達183.8GWh，占我國動力電池總裝車量的62.4%。

2鋰離子電池行業低碳發展意義和作用

積極推動鋰離子電池行業的低碳發展意義重大，主要表現在以下3個方面。

①近年來，隨著汽車尾氣排放量的急劇增加，新能源電車在人民日常生產生活中的重要作用日益凸顯。在車輛限行期間，新能源汽車的運行量直線攀升，不僅成為百姓日常出行的重要交通工具之一，還明顯減少了二氧碳排放量，與低碳、環保理念相吻合。

②人與自然和諧共生，要求必須加快推動交通運輸、能源、產業等結構調整與優化。鋰離子電池低碳發展，倡導綠色低碳的生活生產方式，既是鋰離子電池行業科技創新驅動發展的一項重要體現，又滿足了人民日益增長的美好生活需求。

③盡管鋰離子電動汽車在行駛階段產生的直接排放量幾乎為零，但由于其主要動力來源電池，且在鋰離子電池的生產和制造過程中不可避免地會產生能源消耗，再加上鋰離子電池生產與使用的快速增長導致資源短缺及能源消耗愈演愈烈，因此需對鋰離子電池生命周期各階段的碳排放進行高度關注。基于此，推動鋰離子電池行業低碳發展，有助于進一步提升電動汽車碳減排效果，以及將其融入實現美麗中國建設和“雙碳”目標愿景行動中。

3鋰離子電池行業低碳發展存在的問題

目前，我國鋰離子電池行業綠色發展雖然成績斐然且產業發展速度快，但依然暴露出諸多亟需解決的重點問題。

3.1上下游產業廣但污染嚴重

鋰離子電池上下游產業廣闊，但污染較強，在開采鋰離子過程中不可避免地就會造成資源浪費與污染。目前，我國的大量鋰資源存儲于鹽湖之中，由于鹽湖開鹽不僅需要投入較多的資金與人力成本，而且效率不高，因此很難大力推廣。當前，礦石采鋰法備受開采商的青睞，但這一方法會導致亂采亂挖現象普遍存在，以及污染環境，背離低碳經濟與可持續發展理念。另外，在回收鋰離子電池當中還極易產生各種污染物，包括重金屬廢水、廢氣等，而且這些污染物也需借助多種方法與途徑進行處理來減少污染。除此之外，鋰離子電池報廢也會產生超出500V的高壓，在對其進行拆解回收當中一旦操作不當，極易引發起火、爆炸等事故，嚴重時甚至會危及民眾生命安全[3]。

3.2電池生產碳排放較高減排潛力巨大

鋰離子電池由正極材料、負極材料、電池外殼、電解液、隔膜等組成，結合當前市場發展情況，傳統鋰離子電池中LFP、NCM的出貨量與裝機量最高，因此將LFP、NCM作為傳統鋰離子電池的主要研究對象。而與傳統鋰離子電池相比，固態電池憑借其能量密度與安全性能較高等優勢飛速發展，其各方面性能如表1所示。

3.2.1鋰離子電池生命周期的碳排放量較高

隨著碳排放問題的日益凸顯及環保意識的顯著增強，鋰離子電池生命周期的碳足跡也引起了高度關注。鋰離子電池各階段的碳排放量為LFP與NCM的電池原料獲取階段碳排放在80%左右，且NCM的正極材料中還包含需經過開采與冶煉的錳、鈷等重金屬，因而勢必會消耗大量石化能源，進而導致電池原料獲取階段碳排放量高于LFP。而在生產與制造鋰離子電池的過程中，碳排放主要源于超凈干燥室，其主要原因在于鋰離子電池生產的諸多工藝步驟必須在高空干燥環境中進行，以及具備持續的能源供應以確保溫度恒定。同時，各操作處理的規模、技術水平與電池系統性能的不同，也會影響到鋰離子電池的碳足跡。固態電池在生產與制造階段的碳排放要明顯高于傳統的鋰離子電池，其主要原因在于固態電池仍處于發展階段，未規模化生產，進而導致碳排放較高。除此之外，NCM在生產與制造階段產生的碳排放量也高于LFP。

3.2.2電芯碳排放是鋰離子電池碳排放量的主要來源

鋰離子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，電芯的碳排放量占鋰離子電池碳排放量的65%左右，是整個電池包碳排放的主要來源。電芯由正極、負極、電解液、隔膜、銅箔、鋁箔等組成，原材料開采中的正負極材料碳排放是其重要的碳排放熱點，尤其對于NCM正極中的鎳、鈷等重要原材料的采礦和提取，往往伴隨著大量的碳排放。

3.2.3鋰離子電池的正負極材料碳減排潛力較大

鋰離子電池中正極材料制備產生的碳排放量占比最高。根據某電池廠商數據，NCM電芯正極的碳排放量占電池生命周期碳排放量的40%以上，LFP正極碳排放量達到37%，但LFP正極材料碳排放量低于NCM正極材料的碳排量。根據權威國際數據庫，LFP正極材料的碳排放量在8kgCO2-eq/kg左右，遠低于NCM正極材料22.4～31kgCO2-eq/kg的碳排放量。

鋰離子電池的負極主要由石墨制成，是鋰離子電池原材料獲取階段第二大碳排放來源。我國生產的人造石墨碳排放量在6.05kgCO2-eq/kg，硅涂覆石墨碳排放量則為6.21kgCO2-eq/kg，略高于普通人造石墨。

綜合而言，鋰離子電池正負極材料具有巨大的碳減排潛力。通過回收鋰離子電池正負極材料中的貴金屬元素和石墨等材料，實現資源的有效利用，不僅可以緩解礦產資源壓力，促進可持續發展和減少碳排放，還能帶來巨大的經濟效益，以及抵消正負極材料獲取過程帶來的碳排放。

4鋰離子電池行業低碳發展對策

4.1堅持鋰離子電池行業可持續發展生態模式

在鋰離子電池行業發展中必須始終遵循可持續發展理念，積極打造綠色產業生態體系。就開采環節而言，應當積極引進先進的設備與工藝，以確保鋰資源的集約、高效應用，并最終達到綠色開采的目的；就生產環節而言，可使用智能化生產手段，綜合應用節能減排技術，在確保鋰離子電池質量的同時實現節能減排的目的；就應用環節而言，應當充分運用新能源汽車、電池儲能裝置和電網之間的關系，確保可再生能源得以充分消納，同時待車用報廢之后，還應采用梯次利用手段使鋰離子電池價值鏈得以延長，拆解回收最終報廢的電池，為資源的重復利用提供便利。

根據鋰離子電池容量的衰減程度將梯次利用分為4個階段。①電池容量不低于80%時為使用階段；②當電池容量處于60%～80%時，可進行梯次利用和包裝再造，應用于儲能、通信基站、備用電源等領域；③當電池容量處于20%～60%時，則可直接拆解為單體電池再重組用于用戶側；④當電池容量小于20%時可直接報廢處理。

此外，回收鋰離子電池正負極材料中的貴金屬元素和石墨并進行資源再利用，可以抵消原材料獲取產生的碳排放。但鋰電池的回收利用工作非常艱巨，必須政府、相關部門、社會各界鼎力相助，共同鉆研與解決鋰離子電池回收及其再利用過程中的重難點，才能助推鋰離子電池行業實現綠色、可持續發展。

4.2使用綠電降低鋰離子電池碳足跡

與傳統電力排放因子相比，綠電完全由可再生能源生產，其排放因子幾乎為零。就我國某工廠生產的NCM811電池而言，一旦在鋰離子電池生產當中使用綠電代替電網直供，可使其生命周期的碳排放量減少30%。另外，綠電的推廣應用還能有效降低電力損耗引起的碳排放，致使在此類標準核算下的鋰離子電池碳足跡得到顯著降低。當前，由于國家間尚未形成綠色電力互認體系，當國際交易涉及產品碳足跡時，各國及機構針對企業生產應用綠電的認定標準存在著一定的差異，導致各國電網的綠電無法互認。對此，我國的零碳產業園模式提供了一種可能的解決方案，即在升級之后的傳統產業園或全新的產業園當中，園內的風機、光伏、儲能與智能物聯網協同形成清潔、穩定、高效的新型電力系統，可為鋰離子電池生產、組裝過程提供低碳或零碳能源供給[4]。另外，直供入駐園區內的鋰離子電池上游合作伙伴，降低正極、負極、電解液等高耗能制造環節的碳排放量，也可實現整個鋰離子電池產業鏈的低碳甚至零碳發展。

結語

在“雙碳”目標下，鋰離子電池行業的低碳發展任務艱巨，既需要有效緩解環境污染問題，又需要從長遠方面保護環境。因此，相關部門必須清晰意識到鋰離子電池產業低碳發展中存在的問題，在堅持鋰離子電池產業可持續發展生態模式、推廣綠證與碳交易制度下，完善基礎設施、建立健全相關制度體系，助力鋰離子電池行業綠色、健康、快速發展。

參考文獻

[1]梁銳.動力電池低碳化發展的挑戰與對策[J].電源技術，2023，47（4）：417-420.

[2]鄒力力，華鋒.低碳經濟背景下我國新能源汽車產業發展對策探究[J].汽車測試報告，2023（10）：71-73.

[3]宣昊，梁鵬，孫捷，等.水運行業綠色低碳發展面臨的問題及對策建議[J].環境影響評價，2022，44（4）：59-64.

[4]王建忠.淺析自行車行業綠色低碳發展[J].中國自行車，2023（3）：88-90.

作者簡介

陳曉娟（1986—），女，漢族，福建安溪人，工程師，大學本科，主要從事環境影響評價工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-26