锂离子动力电池及纯电动汽车生命周期评价对比研究

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能源环境危机与时代机遇促进纯电动汽车(BEV)销量高速增长,2020年达到111.5万辆,基于政策推动未来将继续攀升。从使用阶段来看,纯电池汽车消耗电能不产生直接环境排放,但从生命周期角度来看,电能生产及整车制造依然会带来能耗、环境排放等问题。在高速发展与潜在影响的背景下,明晰发展与影响的关系,促使本研究对纯电动汽车从横向进行装配不同锂离子动力电池的对比研究,纵向进行纯电动汽车与其他不同动力系统整车的环境影响对比及预测分析,结果对汽车行业绿色发展有一定参考价值。本论文在陕西省创新能力支撑计划项目(项目编号:2021TD-28)和陕西省重点研发计划项目(项目编号:2019ZDLGY15-07)的支持下完成。本研究基于装机量选取磷酸铁锂、三元锂、锰酸锂、钛酸锂和锂硫电池,从销量及经济性选取比亚迪E5为研究对象。首先进行电动汽车装配不同锂电池的横向对比研究,将生命周期划分为原材料获取、制造、装配、运行使用和报废回收五个阶段,依次建立各阶段的数学矩阵模型和Ga Bi模型。然后由平台输出生命周期的能耗、资源及污染物排放结果清单,采用CML2001对影响结果进行归一化处理,分别从电池本身、与BEV装配形成整车两个角度进行比较研究。基于结果选取敏感因子充放电效率和电池能量密度进行敏感程度分析。最后对纯电动汽车进行纵向研究,结合《节能与新能源汽车技术路线图2.0》选取纯电动汽车(BEV)、插电式混动汽车(PHEV)、燃料电池汽车(FCV)进行生命周期的对比研究及预测分析。研究结果表明,从动力电池来看:原材料获取阶段综合环境影响最高的是钛酸锂电池,其次是锂硫、三元锂、磷酸铁锂、锰酸锂电池。从电动汽车装配不同动力电池角度来看:在矿产资源耗竭方面,装配钛酸锂电池整车生命周期消耗最多,装配锂硫电池整车矿产资消耗最少;在化石能源消耗方面,仍是装配钛酸锂电池整车消耗的最多,消耗最少的是装配三元锂电池整车;在综合环境影响方面,以电动汽车装配不同电池类型得出的顺序结果:钛酸锂>锰酸锂>磷酸铁锂>锂硫电池>三元锂。敏感性结果表明:充放电效率对综合环境影响范围在6.67%8.27%,电池能量密度在1.10%2.64%。最后不同动力系统整车对比结果表明:目前综合环境影响程度为:BEV>FCV>PHEV;在2020-2035预测结果中,FCV环境排放将于2029年低于PHEV;BEV排放将在2034年与PHEV达到同一水平,并一直高于FCV环境排放,将成为未来仅次于FCV的可持续发展车型。
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