中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：在中國(guó)政府的大力推動(dòng)下，國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)迅速發(fā)展，相比于傳統(tǒng)的燃油汽車(chē)電動(dòng)汽車(chē)具有諸多優(yōu)勢(shì)，例如加速性能好，行駛安靜，“零排放”等，因此不僅僅在中國(guó)，在全世界范圍內(nèi)，電動(dòng)汽車(chē)的市場(chǎng)份額都在快速增加。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，全球電動(dòng)汽車(chē)的銷(xiāo)量在2020年將達(dá)到1300萬(wàn)輛，而到2030年將達(dá)到2.3億輛，隨著電動(dòng)汽車(chē)的大規(guī)模普及，在2030年，可以使的美國(guó)的溫室氣體排放量相比于2005年減少20%-69%。
雖然電動(dòng)汽車(chē)不會(huì)直接排放有害氣體和污染物等，但是實(shí)際上在電動(dòng)汽車(chē)的生產(chǎn)和使用過(guò)程中仍然會(huì)間接的產(chǎn)生一定污染，例如電動(dòng)汽車(chē)所用的鋰離子電池在生產(chǎn)過(guò)程中需要消耗大量的能量，在電動(dòng)汽車(chē)使用過(guò)程中還需要對(duì)鋰離子電池進(jìn)行充放電，這些都會(huì)消耗能量，從而間接的產(chǎn)生污染物的排放。
在鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程中，主要能耗發(fā)生在正、負(fù)極材料生產(chǎn)，電極涂布后的烘干過(guò)程和電池生產(chǎn)過(guò)程中干燥間干燥機(jī)組運(yùn)行等過(guò)程。目前電動(dòng)汽車(chē)主要分為三大類(lèi)：混合動(dòng)力汽車(chē)、插電式混合動(dòng)力汽車(chē)和純電動(dòng)汽車(chē)，這些汽車(chē)內(nèi)斗包含眾多的鋰離子單體電池，例如日產(chǎn)leaf電動(dòng)汽車(chē)的24kWh電池模塊，就包含192只單體電池，重達(dá)640磅，ChevroletVolt的16kWh電池模塊，包含288只電池，重達(dá)435磅，如此眾多的鋰離子電池在生產(chǎn)過(guò)程中必然要消耗大量的能量，但是以往估算動(dòng)力鋰離子電池組的生產(chǎn)能耗中，由于缺乏直接的工廠數(shù)據(jù)，生產(chǎn)過(guò)程中的能耗往往是通過(guò)估算進(jìn)行的，因此得出的數(shù)據(jù)也有很大的差異。
美國(guó)凱斯西儲(chǔ)大學(xué)大學(xué)的ChrisYuan直接從JohnsonControlInc.公司采集了生產(chǎn)數(shù)據(jù)，基于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程對(duì)24kWh鋰離子電池組的生產(chǎn)能耗進(jìn)行了分析。24kWh鋰離子電池模塊的生產(chǎn)能耗主要分為三大部分：電池材料的生產(chǎn)消耗29.9GJ，鋰離子電池的生產(chǎn)消耗58.7GJ，電池組的組裝消耗0.3GJ能量。
電池材料生產(chǎn)能耗
ChrisYuan分析的24kWh鋰離子電池模塊的鋰離子單體電池采用的為錳酸鋰正極和石墨負(fù)極，首先我們一起分析電池中的原材料生產(chǎn)的能耗。在鋰離子單體電池中，正極的組成比例為L(zhǎng)MO：炭黑：PVDF=89:6:5，負(fù)極組成為：石墨：CMC=95:5，負(fù)極正極容量比為1.2，還包含電解液，隔膜，集流體、電池外殼，每只單體電池重量為868g，然后12只單體電池連接為電池模塊，16個(gè)模塊連接為電池組，再加入BMS，冷卻系統(tǒng)。因此，在一個(gè)電池組中包含192只單體電池，電池組總重量為221.6kg，其中，單體電池166.6kg，冷卻系統(tǒng)8.9kg，BMS8.5kg，結(jié)構(gòu)件37.6kg，電池組不同部分的重量比例入下圖所示。
對(duì)各個(gè)材料的生產(chǎn)能耗進(jìn)行計(jì)算發(fā)現(xiàn)，LMO正極材料的生產(chǎn)耗能最高達(dá)到4890MJ，而石墨負(fù)極生產(chǎn)的耗能僅為1671MJ，銅和電池組結(jié)構(gòu)件的耗能也分別達(dá)到了4737MJ和4241MJ，因此生產(chǎn)一個(gè)24kWh的電池組，原材料的耗能為29.9GJ。
鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中的能耗
鋰離子電池的生產(chǎn)過(guò)程如下圖所示，主要包含勻漿、涂布和烘干，分切，電芯卷繞，電池裝配，以及注液和化成等過(guò)程，其中能耗比較高的部分主要是電極的烘干過(guò)程和電池生產(chǎn)過(guò)程中干燥間的干燥機(jī)組運(yùn)行成本，例如一個(gè)可以每天生產(chǎn)400只電池的干燥間，干燥機(jī)組和鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行功率達(dá)到64.8kW
鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中每個(gè)步驟的能耗，如下表所示，其中有38%的能量消耗在了電極干燥過(guò)程，43%消耗在干燥間的運(yùn)行中，整個(gè)24kWh電池組消耗在單體電池生產(chǎn)過(guò)程中的能耗為58.7GJ。
電池組的組裝能耗
由于電池組的組裝主要由人工完成，因此能耗僅為0.03kWh/kg，因此整個(gè)24kWh電池組的電池組裝能耗也僅為0.3GJ。
從上述分析可以看到，整個(gè)24kWh電池組生產(chǎn)過(guò)程中總的能耗達(dá)到了88.9GJ的能量，其中主要是單體電池生產(chǎn)和原材料的生產(chǎn)過(guò)程能耗較高，不同部分的生產(chǎn)能耗占比如上圖所示。ChrisYuan的研究還發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度和PVDF膠液的濃度對(duì)鋰離子電池生產(chǎn)過(guò)程中的能耗影響比較大，例如當(dāng)環(huán)境溫度從10℃提高到25℃后干燥間的能耗下降了8%。環(huán)境濕度也對(duì)生產(chǎn)能耗有著顯著的影響，將PVDF膠液濃度從4%降低到2%，電池組的生產(chǎn)能耗可以從50.1kWh/kg下降到40.5kWh/kg。
