車用動力鋰離子電池生產(chǎn)耗能分析

1、車用動力鋰離子電池生產(chǎn)耗能分析在中國政府的大力推動下，國內(nèi)電動汽車迅速發(fā)展，相 比于傳統(tǒng)的燃油汽車電動汽車具有諸多優(yōu)勢，例如加速性能 好，行駛安靜，“零排放”等，因此不僅僅在中國，在全世 界范圍內(nèi)，電動汽車的市場份額都在快速增加。據(jù)相關機構(gòu) 預測，全球電動汽車的銷量在2020年將達到1300萬輛，而到2030年將達到2.3億輛，隨著電動汽車的大規(guī)模普及， 在2030年，可以使的美國的溫室氣體排放量相比于2005年減少 20%-69%雖然電動汽車不會直接排放有害氣體和污染物等，但是 實際上在電動汽車的生產(chǎn)和使用過程中仍然會間接的產(chǎn)生 一定污染，例如電動汽車所用的鋰離子電池在生產(chǎn)過程中需 要消耗大

2、量的能量，在電動汽車使用過程中還需要對鋰離子 電池進行充放電，這些都會消耗能量，從而間接的產(chǎn)生污染 物的排放。在鋰離子電池的生產(chǎn)過程中，主要能耗發(fā)生在正、負極 材料生產(chǎn)，電極涂布后的烘干過程和電池生產(chǎn)過程中干燥問 干燥機組運行等過程。目前電動汽車主要分為三大類：混合 動力汽車、插電式混合動力汽車和純電動汽車，這些汽車內(nèi) 斗包含眾多的鋰離子單體電池，例如日產(chǎn)leaf電動汽車的24kWh電池模塊，就包含 192只單體電池，重達 640磅， Chevrolet Volt的16kWh電池模塊，包含 288只電池，重達 435磅，如此眾多的鋰離子電池在生產(chǎn)過程中必然要消耗大 量的能量，但是以往估算動力鋰

3、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)過程中的能耗往往是通過估 算進行的，因此得由的數(shù)據(jù)也有很大的差異。美國凱斯西儲大學大學的 Chris Yuan直接從 JohnsonControl Inc.公司采集了生產(chǎn)數(shù)據(jù)，基于工業(yè)生產(chǎn)過程對24kWh鋰離子電池組的生產(chǎn)能耗進行了分析。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Chris Yuan分析的24kWh鋰離子電池模塊的鋰離子單體 電池采用的為鎰酸鋰正極和石墨負極，首先我們一起分析電 池中的原材料生產(chǎn)的

4、能耗。在鋰離子單體電池中，正極的組 成比例為LMO炭黑：PVDF=89:6:5,負極組成為：石墨： CMC=95:5負極正極容量比為 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個模塊連接為電池組， 再加入 BMS冷卻系統(tǒng)。因此，在一個電池組中包含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)木勾件37.6kg ,電池組不同部分的重量比例入下圖所示LMO battery masscomposon21%LMO battery pack mas

5、s: 221,6 kgNegative electrode pasteCoppper cu r re nl collectorPositive electrode pasteAlumtnium current coBoctor, Etodrolyte, SeparatorCeflcontamer BMS1 Coding system"packaging對各個材料的生產(chǎn)能耗進行計算發(fā)現(xiàn)，LMOE極材料的生產(chǎn)耗能最高達到 4890MJ,而石墨負極生產(chǎn)的耗能僅為 1671MJ,銅和電池組結(jié)構(gòu)件的耗能也分別達到了4737MJ和4241MJ,因此生產(chǎn)一個 24kWh的電池組，原材料的耗能為 2

6、9.9GJ 。鋰離子電池生產(chǎn)過程中的能耗鋰離子電池的生產(chǎn)過程如下圖所示，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程，其中能耗比較高的部分主要是電極的烘干過程和電池 生產(chǎn)過程中干燥間的干燥機組運行成本，例如一個可以每天 生產(chǎn)400只電池的干燥間，干燥機組和鋰離子電池生產(chǎn)設備 的運行功率達到 64.8kWElectroderationMiid的 and C0M1 的Cathode, anode, carbon black r 1 典W .Binder, NMP1111 kg Recowd NMP +DryingCoated ectrodes "Separa

7、torCal修Man eg_.10J kg日ectrolyl.".Cell conraintif ' * *VCooing systefn-觸&.5 KqBMS Pack a-Bsemblyhl _ t 3工6 凝口Pack pAckaing Cens _166'”川 j鋰離子電池生產(chǎn)過程中每個步驟的能耗，如下表所示, 其中有38%勺能量消耗在了電極干燥過程，43%肖耗在干燥問 的運行中，整個 24kWh電池組消耗在單體電池生產(chǎn)過程中的 能耗為58.7GJ。Table 1Unit prusc能 energy <vruunipiivn in bdlcery

8、 manring,Unit processTime(min)Energy use per cdl(kWhSpecific tnersy ust per pack (kWhkg 1 jMixing1.0an0,12Coating0.30,180®Drying】926；口19-29CakmJjr ing12038L15白皿標口口3.00712J4Stckin3.00772.36Wilding & idling120250.72UPFSliing12059OJOFitul waling生G0.10Lfi7Pre-charging93.70。7O.30Dry roam13.23.92

9、1.7SBat lerjf pdtk assembly/0,03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24kWh電池組的電池組裝能耗也僅為 0.3GJ oBattery p»M 四BtaOjerv ml ebtxmduring battery (natefiate100,000K>.00070.0004D.0QD物mo1K1%Mx“皿 SMirq Dfyhg Calemhr 中NotcNog&(Klvng WaUinq&MdlrEF«tn)lyte inj&ctan and wadi購 R

10、M aeabngDrynnm condhonhg 初面州J必收30.0UM.80他如LM9f*phH bvttvy 產(chǎn)kBftttfy rruttriaiB LUOAJuninium currenl cd tee tor Graph 描CW OrfWrt UlKtarCarbon tteck Kind# LFPEthylene 口中onii電 如araiorCelcontMnerSflRjsry managetrieflil syslsrrC0r嗎廠 H聲1 p»從上述分析可以看到，整個 24kWh電池組生產(chǎn)過程中總 的能耗達到了 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)過程能耗較高，不同部分的生產(chǎn)能耗占比