鋰離子電池行業(yè)綠色低碳發(fā)展存在的問題及對(duì)策探討

摘要：隨著“雙碳”戰(zhàn)略的實(shí)施，很多行業(yè)都迎來了重大發(fā)展機(jī)遇，鋰離子電池行業(yè)也不例外。不過在“雙碳”背景下，鋰離子電池行業(yè)的發(fā)展是機(jī)遇與挑戰(zhàn)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(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的碳排放，長此以往，由此產(chǎn)生的影響及危害不容忽視。因此，通過概述鋰電子電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，論述鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展的意義和作用，針對(duì)鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展存在的問題提出解決對(duì)策，以期為鋰離子電池行業(yè)的綠色低碳發(fā)展提供一定的借鑒與參考。

關(guān)鍵詞：鋰離子電池；低碳發(fā)展；問題；解決對(duì)策

引言

近年來，隨著低碳環(huán)保政策的出臺(tái)，鋰離子電池憑借其綠色環(huán)保、工作電壓高、能量密度高、循環(huán)壽命長等多重優(yōu)勢(shì)，在電動(dòng)汽車等行業(yè)領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。但鋰離子電池在應(yīng)用的過程中也會(huì)產(chǎn)生一定的碳排放，輕則造成一定的環(huán)境污染，重則危及民眾的生命健康安全。因此，積極推動(dòng)鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展勢(shì)在必行。本文通過重點(diǎn)探討鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展存在的問題，提出鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展路徑，對(duì)助推我國鋰離子電池行業(yè)的綠色低碳發(fā)展具有重大意義。

1鋰電子電池行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

鋰離子電池是20世紀(jì)成功開發(fā)的一種新型高能電池，并于20世紀(jì)70年代投入實(shí)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(yōu)勢(shì)[1]，在汽車、軍事、民用小型電器中的應(yīng)用廣泛。

1.1鋰電子電池產(chǎn)量穩(wěn)步增長

如圖1所示，2016～2022年我國新能源汽車產(chǎn)量在部分年份呈略微的波動(dòng)變化，但其整體依然呈逐年攀升的變化趨勢(shì)，正在邁入行業(yè)發(fā)展的快車道。新能源汽車市場(chǎng)的飛速發(fā)展，為鋰離子電池行業(yè)的飛速發(fā)展起到了一定程度的助推作用[2]，市場(chǎng)需求顯著增加導(dǎo)致有關(guān)鋰離子電池需求量只增不減。據(jù)我國鋰離子電池產(chǎn)量已有的統(tǒng)計(jì)可見，2022年我國鋰離子電池產(chǎn)量達(dá)750GWh，與往年同期相比增長率超130%，其總產(chǎn)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(dòng)力電池生產(chǎn)制造大國。自2014年全球新能源汽車進(jìn)入快速發(fā)展階段以來，我國動(dòng)力電池行業(yè)出貨量高速增長。據(jù)鋰電池行業(yè)研究機(jī)構(gòu)（GGII）統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)得出，2022年我國動(dòng)力電池出貨量達(dá)到480GWh，同比增長超1倍；我國動(dòng)力電池的裝車量近年來也呈現(xiàn)出逐步提升的趨勢(shì)，2021年達(dá)154.5GWh。

1.3 LFP和NCM電池裝車量較高

在車載電池當(dāng)中，鋰離子電池以其能量密度高、循環(huán)壽命長等特點(diǎn)成為新能源車使用的主要?jiǎng)恿﹄姵仡愋停跍p少道路交通排放方面發(fā)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)、能量密度高等優(yōu)勢(shì)逐漸在日趨激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立足。據(jù)LFP與NCM統(tǒng)計(jì)的電池裝車量數(shù)據(jù)顯示，2016年以來NCM市場(chǎng)份額快速增長，2016～2018年中國80%以上的電動(dòng)乘用車均使用NCM，2020年NCM裝車量達(dá)38.9GWh；2021年之后，LFP裝車量位于NCM以上，2022年我國動(dòng)力電池累計(jì)裝車量達(dá)294.6GWh，同比增長90%，其中LFP累計(jì)裝車量達(dá)183.8GWh，占我國動(dòng)力電池總裝車量的62.4%。

2鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展意義和作用

積極推動(dòng)鋰離子電池行業(yè)的低碳發(fā)展意義重大，主要表現(xiàn)在以下3個(gè)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(chǎn)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(yùn)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(huán)保理念相吻合。

②人與自然和諧共生，要求必須加快推動(dòng)交通運(yùn)輸、能源、產(chǎn)業(yè)等結(jié)構(gòu)調(diào)整與優(yōu)化。鋰離子電池低碳發(fā)展，倡導(dǎo)綠色低碳的生活生產(chǎn)方式，既是鋰離子電池行業(yè)科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展的一項(xiàng)重要體現(xiàn)，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(dòng)汽車在行駛階段產(chǎn)生的直接排放量幾乎為零，但由于其主要?jiǎng)恿碓措姵?，且在鋰離子電池的生產(chǎn)和制造過程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生能源消耗，再加上鋰離子電池生產(chǎn)與使用的快速增長導(dǎo)致資源短缺及能源消耗愈演愈烈，因此需對(duì)鋰離子電池生命周期各階段的碳排放進(jìn)行高度關(guān)注?；诖?，推動(dòng)鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展，有助于進(jìn)一步提升電動(dòng)汽車碳減排效果，以及將其融入實(shí)現(xiàn)美麗中國建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)愿景行動(dòng)中。

3鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展存在的問題

目前，我國鋰離子電池行業(yè)綠色發(fā)展雖然成績(jī)斐然且產(chǎn)業(yè)發(fā)展速度快，但依然暴露出諸多亟需解決的重點(diǎn)問題。

3.1上下游產(chǎn)業(yè)廣但污染嚴(yán)重

鋰離子電池上下游產(chǎn)業(yè)廣闊，但污染較強(qiáng)，在開采鋰離子過程中不可避免地就會(huì)造成資源浪費(fèi)與污染。目前，我國的大量鋰資源存儲(chǔ)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(dāng)前，礦石采鋰法備受開采商的青睞，但這一方法會(huì)導(dǎo)致亂采亂挖現(xiàn)象普遍存在，以及污染環(huán)境，背離低碳經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展理念。另外，在回收鋰離子電池當(dāng)中還極易產(chǎn)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(jìn)行處理來減少污染。除此之外，鋰離子電池報(bào)廢也會(huì)產(chǎn)生超出500V的高壓，在對(duì)其進(jìn)行拆解回收當(dāng)中一旦操作不當(dāng)，極易引發(fā)起火、爆炸等事故，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)＜懊癖娚踩玔3]。

3.2電池生產(chǎn)碳排放較高減排潛力巨大

鋰離子電池由正極材料、負(fù)極材料、電池外殼、電解液、隔膜等組成，結(jié)合當(dāng)前市場(chǎng)發(fā)展情況，傳統(tǒng)鋰離子電池中LFP、NCM的出貨量與裝機(jī)量最高，因此將LFP、NCM作為傳統(tǒng)鋰離子電池的主要研究對(duì)象。而與傳統(tǒng)鋰離子電池相比，固態(tài)電池憑借其能量密度與安全性能較高等優(yōu)勢(shì)飛速發(fā)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(huán)保意識(shí)的顯著增強(qiáng)，鋰離子電池生命周期的碳足跡也引起了高度關(guān)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(jīng)過開采與冶煉的錳、鈷等重金屬，因而勢(shì)必會(huì)消耗大量石化能源，進(jìn)而導(dǎo)致電池原料獲取階段碳排放量高于LFP。而在生產(chǎn)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(chǎn)的諸多工藝步驟必須在高空干燥環(huán)境中進(jìn)行，以及具備持續(xù)的能源供應(yīng)以確保溫度恒定。同時(shí)，各操作處理的規(guī)模、技術(shù)水平與電池系統(tǒng)性能的不同，也會(huì)影響到鋰離子電池的碳足跡。固態(tài)電池在生產(chǎn)與制造階段的碳排放要明顯高于傳統(tǒng)的鋰離子電池，其主要原因在于固態(tài)電池仍處于發(fā)展階段，未規(guī)模化生產(chǎn)，進(jìn)而導(dǎo)致碳排放較高。除此之外，NCM在生產(chǎn)與制造階段產(chǎn)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(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)，電芯的碳排放量占鋰離子電池碳排放量的65%左右，是整個(gè)電池包碳排放的主要來源。電芯由正極、負(fù)極、電解液、隔膜、銅箔、鋁箔等組成，原材料開采中的正負(fù)極材料碳排放是其重要的碳排放熱點(diǎn)，尤其對(duì)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(fù)極材料碳減排潛力較大

鋰離子電池中正極材料制備產(chǎn)生的碳排放量占比最高。根據(jù)某電池廠商數(shù)據(jù)，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(dá)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(jù)權(quán)威國際數(shù)據(jù)庫，LFP正極材料的碳排放量在8kgCO2-eq/kg左右，遠(yuǎn)低于NCM正極材料22.4～31kgCO2-eq/kg的碳排放量。

鋰離子電池的負(fù)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(chǎn)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(fù)極材料具有巨大的碳減排潛力。通過回收鋰離子電池正負(fù)極材料中的貴金屬元素和石墨等材料，實(shí)現(xiàn)資源的有效利用，不僅可以緩解礦產(chǎn)資源壓力，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展和減少碳排放，還能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，以及抵消正負(fù)極材料獲取過程帶來的碳排放。

4鋰離子電池行業(yè)低碳發(fā)展對(duì)策

4.1堅(jiān)持鋰離子電池行業(yè)可持續(xù)發(fā)展生態(tài)模式

在鋰離子電池行業(yè)發(fā)展中必須始終遵循可持續(xù)發(fā)展理念，積極打造綠色產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系。就開采環(huán)節(jié)而言，應(yīng)當(dāng)積極引進(jìn)先進(jìn)的設(shè)備與工藝，以確保鋰資源的集約、高效應(yīng)用，并最終達(dá)到綠色開采的目的；就生產(chǎn)環(huán)節(jié)而言，可使用智能化生產(chǎn)手段，綜合應(yīng)用節(jié)能減排技術(shù)，在確保鋰離子電池質(zhì)量的同時(shí)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目的；就應(yīng)用環(huán)節(jié)而言，應(yīng)當(dāng)充分運(yùn)用新能源汽車、電池儲(chǔ)能裝置和電網(wǎng)之間的關(guān)系，確保可再生能源得以充分消納，同時(shí)待車用報(bào)廢之后，還應(yīng)采用梯次利用手段使鋰離子電池價(jià)值鏈得以延長，拆解回收最終報(bào)廢的電池，為資源的重復(fù)利用提供便利。

根據(jù)鋰離子電池容量的衰減程度將梯次利用分為4個(gè)階段。①電池容量不低于80%時(shí)為使用階段；②當(dāng)電池容量處于60%～80%時(shí)，可進(jìn)行梯次利用和包裝再造，應(yīng)用于儲(chǔ)能、通信基站、備用電源等領(lǐng)域；③當(dāng)電池容量處于20%～60%時(shí)，則可直接拆解為單體電池再重組用于用戶側(cè)；④當(dāng)電池容量小于20%時(shí)可直接報(bào)廢處理。

此外，回收鋰離子電池正負(fù)極材料中的貴金屬元素和石墨并進(jìn)行資源再利用，可以抵消原材料獲取產(chǎn)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(guān)部門、社會(huì)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(diǎn)，才能助推鋰離子電池行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展。

4.2使用綠電降低鋰離子電池碳足跡

與傳統(tǒng)電力排放因子相比，綠電完全由可再生能源生產(chǎn)，其排放因子幾乎為零。就我國某工廠生產(chǎn)的NCM811電池而言，一旦在鋰離子電池生產(chǎn)當(dāng)中使用綠電代替電網(wǎng)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(yīng)用還能有效降低電力損耗引起的碳排放，致使在此類標(biāo)準(zhǔn)核算下的鋰離子電池碳足跡得到顯著降低。當(dāng)前，由于國家間尚未形成綠色電力互認(rèn)體系，當(dāng)國際交易涉及產(chǎn)品碳足跡時(shí)，各國及機(jī)構(gòu)針對(duì)企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用綠電的認(rèn)定標(biāo)準(zhǔn)存在著一定的差異，導(dǎo)致各國電網(wǎng)的綠電無法互認(rèn)。對(duì)此，我國的零碳產(chǎn)業(yè)園模式提供了一種可能的解決方案，即在升級(jí)之后的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)園或全新的產(chǎn)業(yè)園當(dāng)中，園內(nèi)的風(fēng)機(jī)、光伏、儲(chǔ)能與智能物聯(lián)網(wǎng)協(xié)同形成清潔、穩(wěn)定、高效的新型電力系統(tǒng)，可為鋰離子電池生產(chǎn)、組裝過程提供低碳或零碳能源供給[4]。另外，直供入駐園區(qū)內(nèi)的鋰離子電池上游合作伙伴，降低正極、負(fù)極、電解液等高耗能制造環(huán)節(jié)的碳排放量，也可實(shí)現(xiàn)整個(gè)鋰離子電池產(chǎn)業(yè)鏈的低碳甚至零碳發(fā)展。

結(jié)語

在“雙碳”目標(biāo)下，鋰離子電池行業(yè)的低碳發(fā)展任務(wù)艱巨，既需要有效緩解環(huán)境污染問題，又需要從長遠(yuǎn)方面保護(hù)環(huán)境。因此，相關(guān)部門必須清晰意識(shí)到鋰離子電池產(chǎn)業(yè)低碳發(fā)展中存在的問題，在堅(jiān)持鋰離子電池產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展生態(tài)模式、推廣綠證與碳交易制度下，完善基礎(chǔ)設(shè)施、建立健全相關(guān)制度體系，助力鋰離子電池行業(yè)綠色、健康、快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]梁銳.動(dòng)力電池低碳化發(fā)展的挑戰(zhàn)與對(duì)策[J].電源技術(shù)，2023，47（4）：417-420.

[2]鄒力力，華鋒.低碳經(jīng)濟(jì)背景下我國新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策探究[J].汽車測(cè)試報(bào)告，2023（10）：71-73.

[3]宣昊，梁鵬，孫捷，等.水運(yùn)行業(yè)綠色低碳發(fā)展面臨的問題及對(duì)策建議[J].環(huán)境影響評(píng)價(jià)，2022，44（4）：59-64.

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

作者簡(jiǎn)介

陳曉娟（1986—），女，漢族，福建安溪人，工程師，大學(xué)本科，主要從事環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作。

加工編輯：馮為為

收稿日期：2024-04-26