中国电动汽车锂电池的材料-能源-碳排放关联研究
文献类型：学位论文
| 作者 | 王春盈 |
| 答辩日期 | 2025-06 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | Ayman Elshkaki ; 李泽红 |
| 关键词 | 电动汽车 锂电池 材料需求 能耗 碳排放 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 自然资源学 |
| 英文摘要 | 全球气候变迁已成为人类文明发展进程中亟待解决的重大危机。交通运输业作为全球能源消费与温室气体排放的核心领域，其低碳转型至关重要。为实现《巴黎协定》温控目标，需大力推进车辆电动化和能源低碳化转型，构建清洁能源驱动的电力供应网络。在电力驱动技术路线中，锂电池凭借其优异性能，占据电动汽车动力装置的近100%市场渗透率，锂电池的需求量仍呈现急剧增长的趋势。然而，锂电池产业链面临复杂的供给挑战，包括原料的高供给集中度、严峻的环境约束、不完善的回收系统和复杂的地缘政治问题。锂电池产业链涉及多个复杂环节，从矿产资源生产到回收利用，作为能源转型发展电动汽车的重要推动力，减少碳排放的同时，也作为能源消耗方，参与到碳排放的过程中。因此科学预测未来锂电池材料需求与供给，识别其与能耗、碳排放的关联关系，有利于低消耗、低排放、资源高效率的社会经济发展，对中国低碳交通能源转型与环境可持续性具有重要意义。 本研究立足锂电池全生命周期视角，从原材料生产、使用及回收等阶段，分析核算其能源消耗和碳排放，探讨降低碳足迹策略，并通过物质流分析方法识别中国电动汽车锂电池全产业链中资源供应关键节点，解析锂电池关键材料在全球贸易网络中时空转移的关键要素，模拟中国锂电池中关键材料未来消费格局以及可能存在的供应风险。建立锂电池全生命周期关键材料物质流，并分析其与能源、环境多流融合影响，揭示中国锂电池材料-能源-碳排放关联机理，寻找锂电池行业关键材料可持续利用的长效手段，为中国锂电池可持续发展和材料供应安全政策的制定提供科学依据和理论支撑。本研究主要结论包括： 1.在锂电池的全生命周期中，正极材料制备过程占原材料获取阶段总碳排放的77.6%。电池使用阶段碳排放呈现显著电网依赖性，火电贡献97%的排放量，揭示电网清洁化对降低锂电池的全生命周期碳排放具有极大潜力。 2. 作为锂电池关键材料的锂、钴、镍、锰和石墨等资源分布严重不均，呈现强地域集中性，我国对关键材料进口存在高度依赖性，锂资源对外依存度超过70%，锰资源超过80%，钴和镍资源超过90%，面临供应安全挑战。未来需依靠采矿冶炼技术创新和海外布局构建多元化供应链，保障供应链安全。 3. 电动汽车锂电池呈现高可回收性及金属元素高回收率的特性，其作为战略性二次资源的开发潜力亟待深度挖掘。在中端再生阶段，锂回收率可达95%以上，镍钴回收率也超过90%，因此锂电池回收是新能源产业闭环的关键，可缓解锂电池关键材料供应短缺问题，减轻对环境的危害，推动新能源产业可持续发展。 4. 随着电动汽车锂电池的需求增加，到2050年为止，锂、钴、镍和锰的需求均呈现增长趋势，但增长速度和峰值时间有所不同。而石墨的需求在2035年左右达到峰值，最高需求超过500万吨，随后由于技术替代和回收利用的增加而逐渐下降。不同情景下的需求差异反映了电动汽车市场扩张速度、电池技术的发展以及替代材料的研发进展。 5. 锂电池的材料、能源消耗与碳排放之间存在复杂的相互作用关系，锂电池能耗与碳排放的情景分析显示锂电池生产与使用阶段的能耗与碳排放趋势增长呈现显著政策与技术敏感性。政策强度每提升1个等级，技术创新可使单位产能能耗下降25%-40%，单位产能碳排放下降50%，但市场扩张主导总量变化，生产能耗年均增长率从8.2%递增至11.5%；碳排放年均增速从6.8%降至-3.2%。因此电网清洁化碳排放因子与高闭环回收金属再生率的协同作用，可在满足锂电池材料需求的同时，最大程度释放产业链碳减排潜力。 |
| 学科主题 | 自然资源学 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 127 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/217228]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 王春盈. 中国电动汽车锂电池的材料-能源-碳排放关联研究[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2025. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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