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原文传递三元锂离子动力电池系统全生命周期研究

论文题名：	三元锂离子动力电池系统全生命周期研究
关键词：	电动汽车;锂离子动力电池;生命周期;碳足迹;环境影响评价
摘要：	推广电动汽车的使用和发展是减少资源消耗和排放污染并走向可持续发展的有效途径。然而关于电动汽车动力电池系统的生产需消耗多种矿产资源与一次能源并且伴随着大量温室气体和其它污染物的生成，由此造成的资源和环境问题是锂离子电动汽车行业进一步发展的严重障碍。如今，中国是新能源电动汽车生产大国和使用大国，碳中和成为我国新能源汽车发展的重要目标，而关于动力电池相关的资源和环境评估体系却还在起步阶段，尚未完善。因此对车用锂离子动力电池进行全生命周期评价对我国建立资源环境评估体系是非常有必要的。　　本论文对当下关于生命周期研究的国内外发展进行了综述，并针对全生命周期在电动汽车及锂离子电池领域上做出研究确立了本文的研究目的及意义。取了某车型 124Ah、42.2kWh的三元 (NCM523) 动力电池系统作为研究对象，将电池系统主要细分为主元件生产阶段、物料运输阶段、电池使用阶段和回收阶段这四阶段，并将元件最上游的加工工艺规定在生命周期评价系统的系统边界内，运用 Cut-off准则，以制造一个完整的锂离子动力电池系统为功能单位进行工艺的资源耗材、能源使用、过程排放等数据的采集、整理及分析计算，并在 SimaPro软件上完成工艺操作单元的建模，根据模型对整个生命周期进行碳足迹分析，并分别选用 Impact 2002+和 CML-IA baseline评价方法对三元锂离子电池系统展开资源与环境影响评价，并最后对不同回收工艺进行了评价比较。　　研究表明，三元锂离子电池生命周期的碳足迹主要集中在电池的使用阶段与生产阶段，分别占 78.9%和 19.9%，而在生产阶段中正极材料的生产能产生 6. 16t当量 CO2；在Impact2002+方法评价中锂离子电池生命周期人体健康、生态质量、气候变化、资源消耗这四个终点损害类别中分别产生了 9. 18mpt、3.63mpt、5.34mpt、3.93mpt的潜值，其中使用阶段的人体健康是 4.44mpt ，是最大的负效应来源，生产阶段的人体健康潜值和使用阶段的气候变化潜值分别为 3.37mpt和 3.33mpt；回收阶段中在人体健康和资源消耗的潜值中为-0.96mpt和-0.72mpt。说明回收阶段产生了良好的正效应；在 CML-IAbaseline评价方法中主要从非生物耗竭与环境影响两方面进行分析：三元锂离子电池生命周期在非生物矿产资源耗竭和化石能源耗竭分别为 1.7E-01kg Sb?eq和 4.3E+05MJ。环境方面酸化影响为 7. 1E+02 kg SO2?eq ，人体毒性 1.0E+04 kg 1,4-DCB?eq ，水生生态毒性为2.3E+03kg 1,4-DCB?eq ，陆地生态毒性为 5. 1E+01kg 1,4-DCB?eq ，全球变暖影响为4.6E+04kg CO2?eq ，水体富营养化为 7.0E+01kg PO43-?eq等，回收阶段能节省 8.0E-02kg Sb?eq和 7. 1E+03MJ的矿产资源耗竭与化石能源耗竭。最后通过两种评价方法综合比较了湿法化学沉淀、湿法萃取、干法回收这三种回收工艺对环境的影响，得出影响最大的是干法回收工艺，其次是湿法化学沉淀工艺，影响最小的是湿法萃取工艺。
作者：	陈家俊
专业：	化学工程
导师：	邹汉波;黄鲲
授予学位：	硕士
授予学位单位：	广州大学
学位年度：	2023