動力電池碳足跡LCA評估與減排潛力

1.動力電池碳足跡研究現狀 2.動力電池碳足跡評價程序與范圍

1.1產品碳足跡

產品碳足跡（PCF）作為衡量產品全生命周期溫室氣體排放的核心指標，其核算需基于ISO14067標準，構建涵蓋原材料獲取、制造、運輸、使用到廢棄處理的全鏈條碳核算模型。但系統邊界模糊、數據質量不一及分配方法差異等問題，仍影響結果的準確性和可比性。隨著歐盟碳邊境調節機制（CBAM）等政策推進，構建區塊鏈碳追溯系統和行業級排放因子數據庫成為提升PCF評估精度的重要方向[1]

1.2生命周期評價（LCA）方法介紹

LCA作為系統評估產品環境影響的方法，依據ISO14040/44標準，分為以下四個階段：

（1）目標與范圍定義。

（2）清單分析：識別與量化能耗與物料流。

（3）影響評價：衡量如全球變暖潛力等環境影響。

（4）結果解釋與優化建議提出。

LCA已廣泛用于動力電池碳排放研究，覆蓋原料開采、制造、使用到回收全過程，為提出可行的減碳策略提供理論支撐。

2.1碳足跡評價基本程序

動力電池碳足跡評價通常包括以下四個階段：

（1）原材料獲取與加工：涵蓋正極、負極、電解液、隔膜、銅箔、鋁箔及殼體等核心部件的提取與預處理。

（2）電池制造：包括極片生產、電芯組裝、模組及電池包集成，能耗主要集中在電極材料生產與干燥。

（③）使用階段：關注充放電效率、性能衰減及循環壽命導致的能量損耗。

（4）退役與處理：涉及拆解、回收及資源循環利用。

2.2生命周期評估界限與系統構成

動力電池作為電動汽車的核心部件，其系統結構復雜，主要包括：

電芯：動力電池的基本單元，承擔儲能與能量釋放功能，常見類型有三元鋰和磷酸鐵鋰，形態包括圓柱、方形與軟包。

模組：由多個電芯串并聯組成，配備熱管理與電氣連接系統，提高安全性與穩定性。

電池包：由多個模組集成構成，配有外殼、防護結構（如IP67密封）及抗震設計。

電池管理系統（BMS）：包括數據采集、控制及通信單元，保障電池運行安全。

熱管理系統：調節電池運行溫度，延長壽命并提升效率。

制造流程從電芯生產起，至模組封裝和電池包集成，構成完整生命周期評估體系。合理界定系統邊界和功能單元，是確保碳足跡評估科學性的基礎 [2]。

3.動力電池生命周期碳排放分析

3.1磷酸鐵鋰電池（LFP）

LFP電池因高安全性、長壽命和低成本廣泛應用。碳排放主要集中于原材料獲取，鹽湖提鋰排放較低（1.5-2.5噸CO₂/ 噸碳酸鋰），礦石提鋰較高（5-8噸），石墨化和電解液合成也有顯著排放。制造階段碳排放受電力結構影響，煤電時約 60-100kgCO₂/kWh ，綠電時降至20-40kg 使用壽命長（6000次以上），使用階段排放占比約 10%-25%_o 回收中，火法排放高 （200-300kgCO₂/kWh） ，濕法較低 （50-100kg） 。總體碳排放約90-160kgCO₂/kWF 1，原材料及制造合計占 70%-90% （2

3.2三元鋰離子電池 （NCM）

NCM電池碳排放主要來自原材料開采與制造，約占 80% 以上。鎳冶煉排放高達8-12噸 CO₂/ 噸，鈷為5-7噸。制造階段煤電排放 80-120kgCO₂/kWh ，綠電 30-50kg 使用壽命較短（500-1000次），使用階段排放占 10%-20% 。回收火法排放高但回收率好，梯次利用有助降低碳足跡。整體排放為 120-210kgCO₂/ kWh，原材料及制造占 80% 以上[3]。

3.3固態電池

固態電池因高能量密度和材料可持續性，生命周期碳排放較液態鋰電池降低 29%-39%_o 盡管其鋰需求較傳統電池增加 35% ，但通過地熱提鋰等低碳技術可降低排放，同時減少石墨和鈷的使用。制造階段碳排放與液態電池相近。使用階段得益于能量密度提升，使用排放占比約10%-20% 。尾端處理存在技術挑戰，但閉環回收技術推動下排放將下降。總排放約 60-100kgCO₂/kWh ，結合綠色材料和電力，減排潛力顯著。

4.動力電池碳減排潛力分析

綜合來看，磷酸鐵鋰電池（LFP）、三元鋰電池（NCM）和固態電池在碳減排潛力方面差異顯著。LFP因不含鈷鎳，碳排放主要源自鋰提取，整體較低；NCM的鎳鈷冶煉排放高，成為減排瓶頸;固態電池通過提升能量密度、減少關鍵材料用量，具備最大減排潛力。

制造階段，LFP正極工藝較簡單，碳排放低于NCM，后者高溫燒結和復雜電解質制造耗能大。固態電池因電解質合成復雜，初期制造碳排放較高，但低溫工藝及規模化可降低能耗。使用階段，LFP壽命長但能量密度低，NCM能量密度高壽命短，增加更換頻率及碳排放，固態電池則能量密度和壽命雙優，配合綠色電力使用碳排放可較LFP降低約 40% 。

尾端處理上，LFP依賴梯次利用減排，NCM回收率高且濕法回收能有效降低碳排放。固態電池回收技術尚待成熟，但閉環回收潛力巨大。綜合來看，LFP短期優勢明顯，NCM需去鉆化和回收技術提升，固態電池若突破瓶頸，2030 年后有望成為低碳主力，生命周期碳排放可減少 50% 以上（見表1）。

5.結束語

本文基于生命周期評價方法，系統量化了LFP、NCM及固態動力電池的全生命周期碳足跡及減排潛力。研究顯示，固態電池憑借高能量密度和材料減量優勢，未來具備較大低碳潛力。LFP電池以低成本和無鉆鎳優勢適合中低端及儲能市場，NCM需通過去鉆化和回收技術提升減排。制造階段推進綠色能源替代，加強尾端回收利用，是控制碳排放的關鍵路徑。動力電池產業應加快技術創新和綠色制造，推動固態電池商業化，實現新能源汽車全生命周期綠色發展。

參考文獻

[1]陳舒儀、晏任斯、朱磊等。考慮性能指標的水泥生命周期綜合優化研究[J].水泥，2024，（08）：1-8.DOI：10.13739/j.cnki.cn11-1899/tq.2024.08.001.

[2]劉金敬、卜德明、劉汭。新能源汽車全生命周期綠色低碳效果研究[J].汽車實用技術，2024，49（22）：7-10.DOI：10.16638/j.cnki.1671-7988.2024.022.002.

[3]畢永強、李柏姝、劉世偉。基于過程生命周期方法的動力電池碳足跡評價系統設計及開發[J].汽車文摘，2025，（01）：52-56.D0I：10.19822/j.cnki.1671-6329.20240090.

作者單位：中海石油（中國）有限公司北京新能源分公司研發中心