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中国下一代汽车NEC锂电池锂硫电池碳排放评估与可持续发展研究
发布时间：2026-08-11 21:51:21 点击： 次
电动汽车的兴起引领了汽车行业的革命，推动全球汽车行业迈向可持续发展。然而，关于电动汽车电池的整体性能及其环境影响，仍存在相当大的争议。下一代电力电池的研发，旨在提升储能性能并减轻环境影响，已成为 该领域研究的焦点。锂硫电池（LSB）凭借其创新的结构设计和环保材料，不仅提升了储能性能，还蕴藏着显著的环境潜力。结合全固态锂硫电池（A-LSB）的全固态电池结构，性能更为卓越。这一组合代表了汽车应用中理想的下一代电力电池，提供更高的效率和环境可持续性。本研究开展前瞻性生命周期评估（LCA），以考察中国地区 LSB 和 A-LSB 生产过程中的环境表现，特别是碳排放情况。其主要目标是发掘锂硫电池技术未来可持续发展的潜力。在研究过程中，我们通过与传统三元锂离子电池（NCM）和磷酸铁锂电池（LFP）进行了比较验证。实验装置设计用于模拟实验室和工业生产场景，主要分析 LSB 和 A-LSB 的可持续性能。结果显示，与传统锂离子电池相比，LSB和A-LSB在碳排放方面更低，环境性能更优，其中A-LSB展现出特别的潜力。然而，A-LSB对环境影响的敏感度更高，工业生产前后存在显著变化。此外，它对区域资源和能源结构的依赖度更高。相比之下，LSB展现出更好的区域适应性。
图形摘要
近年来，电动汽车电力电池的资源和环境影响评估研究取得了快速进展，这些研究主要基于生命周期评估（LCA）[[12]， [13]， [14]， [15]]。电池资源和环境问题主要集中在电池正极部分，电动汽车行业的快速发展加速了稀有金属资源的消耗，导致锂、镍等国际价格波动，推高了电动汽车成本。此外，汽车用锂电池制造过程中产生的碳排放量约为62–270公斤二氧化碳当量/千瓦时[[16]，[17]，[18]，[19]，[20]]，这与传统内燃机车辆相比并无显著优势[[21]，[22]，[23]]。因此，开发和使用具有更高能量密度和优良环保性能的新一代电力电池，对于电动汽车的可持续发展和加速实现全球交通碳中和目标具有重大意义。在新一代汽车动力电池中，锂硫电池（LSB）、钠离子电池（SIB）和固态电池（SSB）因其优异的性能而备受关注。与SIB的低能量密度和SSB的高成本相比，LSB因其高比容量（1675 mAh g）被业界公认为最有前景的新一代电力电池−1），低制造成本（140.6千瓦时）−1），以及更好的环境表现[24,25]。
关于LSB材料缺陷，经过多年的学者研究，基本解决了硫材料本身的低导电性和由“穿梭效应”问题引起的多硫化锂问题[26]。关于低极限短管材料和电池结构设计的研究量众多，全固态结构的低管短管能够提升整体电池性能，实现极高的轻量化，同时确保高能量密度，这对新能源车高性能开发及可持续工艺具有重要意义。为此，全球众多国家和地区制定了适合LSB的发展计划。例如，欧盟启动了先进锂硫电池研究计划（ALISE），以开发电动汽车。LG新能源在韩国正战略性地将LSB和SSB定位为下一代的一次电池，并计划在近年来实现大规模生产。这一发展预计将催生现有电动汽车电池行业的革命，推动新能源车达到前所未有的进步水平。然而，尽管对LSB材料、结构和性能的研究相对全面且足以促进大规模生产和应用的初步实现，但对大规模生产可能带来的资源和环境影响问题的探索仍然有限。LSB制造过程中消耗的能源、材料和污染物排放尚未明确说明。此外，在碳中和背景下，关于电池碳排放和碳足迹的研究也缺乏系统性。缺乏与传统锂电池的全面对比研究，严重阻碍了LSB的进一步发展和应用。
本文探讨了下一代汽车电池的环境性能和碳足迹。我们的重点是对LSB与全固态锂硫电池（A-LSB）之间的环境性能和碳排放进行比较分析。我们构建了一个混合模型，考虑当前实验室生产和未来大规模大规模生产电池。此外，我们在进行比较研究时，也以传统锂电池为参考，用于电动汽车。本文基于我们以往的研究结果，对传统锂电池进行了建模。LSB和A-LSB的模型基于现有研究前沿和与相关实验室合作获得的实际数据开发。该研究方法基于环境科学中心（CML），旨在评估电池的生命周期环境影响。本研究成果可作为未来电池行业可持续设计和碳核算的宝贵数据支持和技术参考。
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