典型蓄電池生命周期評價研究——以鉛酸蓄電池和鋰離子電池為例.pdf

1、蓄電池也稱二次電池，是將化學能轉變?yōu)殡娔艿囊环N裝置。經過100多年發(fā)展，蓄電池已經廣泛應用于交通、能源和電子設備等領域。目前應用最多的有鉛酸蓄電池和鋰離子電池等。近年來，我國蓄電池產量呈現快速增長的趨勢，大型電池企業(yè)累計總產量已超過220.7GWh，占世界總產量的40％以上。隨著蓄電池產業(yè)的快速發(fā)展，以資源消耗和重金屬污染為代表的相關環(huán)境問題隨之而來。因此，以鉛酸蓄電池、錳酸鋰電池和磷酸鐵鋰電池這3種典型蓄電池為研究對象，深入分析其環(huán)境

2、負荷及影響因素，提出有針對性的優(yōu)化建議，對于實現污染物全過程控制、降低生產成本具有十分重要的意義。
　　論文運用生命周期評價(Life cycle assessment，LCA)和生命周期成本(Lifecycle costing，LCC)方法比較3種蓄電池在“搖籃—工廠大門”系統(tǒng)邊界內的環(huán)境和經濟成本影響負荷;分析造成3種蓄電池生產工藝環(huán)境和經濟成本影響的關鍵流程和關鍵物質，對關鍵流程、循環(huán)次數和充放電效率這3種敏感性因素進行了敏

3、感性分析，并根據循環(huán)經濟理論的“3R”原則對蓄電池生產工藝提出有針對性的優(yōu)化建議。
　　研究發(fā)現，蓄電池系統(tǒng)邊界內的潛在環(huán)境影響主要是淡水水體富營養(yǎng)化、人類毒性、淡水生態(tài)毒性、海水生態(tài)毒性和金屬消耗，并且鉛酸蓄電池總體環(huán)境影響負荷最大，錳酸鋰電池次之，磷酸鐵鋰電池環(huán)境影響負荷最小。造成鉛酸蓄電池生產工藝環(huán)境和經濟成本影響的關鍵流程是生極板制造流程，在總體環(huán)境影響負荷中所占比重為80.56％，占總體經濟成本的比重為81.22％;其中

4、造成環(huán)境影響的關鍵物質是生極板制造流程中的精鉛和錫，其在總體環(huán)境影響負荷中所占的比重分別為46.3％和32.41％。錳酸鋰電池中的正極片制造流程、裝配流程和負極片制造流程是造成環(huán)境影響的關鍵流程，占總體環(huán)境影響負荷的比重分別為61.19％、18.77％和15.92％，占經濟成本的比重分別為35.73％、23.26％和21.68％;其中的關鍵物質是正極片制造流程中的錳酸鋰和裝配流程中的鋁殼，占總體環(huán)境影響負荷的比重分別為46.93％和18

5、.23％。造成磷酸鐵鋰電池生產工藝環(huán)境影響的關鍵流程為正極片制造流程、裝配流程和負極片制造流程，占總體環(huán)境影響負荷的比重分別為52.98％、21.26％和17.68％，在經濟成本中占的比重分別為40.05％、20.48％和20.48％;正極片制造流程中的磷酸鐵鋰和裝配流程中的鋁殼是造成環(huán)境影響的關鍵物質，占總體環(huán)境影響負荷的比重分別為41.4％和20.6％。另外，提高蓄電池循環(huán)次數和充放電效率也是降低環(huán)境影響的有效途徑。計算結果表明，若

6、蓄電池循環(huán)次數和充放電效率提高10％，環(huán)境影響負荷大約分別降低9％和11％左右。
　　在蓄電池生命周期環(huán)境和經濟成本影響分析的基礎上，根據循環(huán)經濟理論的“3R”原則對各關鍵流程進行優(yōu)化可知，改善鉛酸蓄電池生極板制造流程，實現精鉛和錫的減量化能夠從環(huán)境和經濟成本2個方面降低影響;優(yōu)化錳酸鋰和磷酸鐵鋰電池正極片制造流程，利用提高工藝水平和加強生產管理等方式降低錳酸鋰和磷酸鐵鋰消耗量，可以有效降低環(huán)境和經濟成本影響;而改善錳酸鋰和磷酸鐵