電動汽車的發(fā)展,在全球范圍內已經形成了一個明確的趨勢。動力電池作為電動汽車的核心部件,是各種技術路線競爭的焦點。但是,有兩個顯而易見的問題依然存在:一是如何平衡電動汽車發(fā)展與先進燃油汽車的發(fā)展;二是如何選擇最優(yōu)的電池技術。要回答這兩個問題,如果單純的討論成本和技術指標顯然不夠明智,其結果就像閱讀文章時的斷章取義。大力推廣電動汽車和選擇最佳電池技術路線,應當考慮全生命周期評估結果,并上升為國家法規(guī)政策的要求,引導企業(yè)和資本避免走進片面逐利的誤區(qū)。
LCA是一種評價產品、工藝或活動整個生命周期階段有關的環(huán)境負荷的過程。根據IS014040的定義:LCA是匯總和評估一個產品、過程(或服務)體系在其整個生命周期內的所有投入及產出對環(huán)境造成的直接和潛在影響的一種方法。電動汽車屬于二次能源利用,所以計算其能耗和排放需從“車輛周期”和“燃料周期”來進行全生命周期考量。動力電池的全生命周期可以從循環(huán)經濟的角度分成多個步驟,如下圖:

針對目前的電動車和燃油車車,僅從車輛使用階段分析,電動車具有低能耗的優(yōu)勢。但從全生命周期來看,兩類車輛在整車生產過程的“車輛鏈”和車輛使用過程的“用能鏈”,具體的能耗、排放仍需進一步對比分析。研究表明“車輛周期”的能耗與排放結果差別很小,因此對全生命周期研究結果影響較小。生命周期中電動車與燃油車在能耗和排放上的區(qū)別,主要來自“燃料周期”。近年來我國電力結構在不斷改變,火力發(fā)電雖是主要發(fā)電方式,但呈現出比重逐年下降的趨勢。在氣體排放方面,雖然我國電力能源主要來自煤炭發(fā)電,發(fā)電過程中需要排放大量二氧化碳,但由于其使用過程沒有任何排放,因此最終燃料鏈中電動車比汽油車的CO2排放量低8.0%。

通過對互聯網公開知識的梳理,我們可以看到鋰離子電池(Lithium? Ion Battery)在技術上最為成熟,已經廣泛應用于電動汽車。從鋰電池正極材料的角度來看,已經在市場上商業(yè)化的電動汽車用鋰離子電池技術主要有5種:鋰鎳錳鈷氧化物(Lithium Nickel Manganese Cobalt Oxide)、鋰鎳鈷鋁(Lithium Nickel Aluminum)、磷酸鐵鋰(LithiumIron Phosphate)、鋰錳氧化物尖晶石(Lithium Manganese Oxide Spinal)、鈦酸鋰(Lithium Titanate)。還有一些技術如氧化鈷鋰(LithiumCobalt Oxide)、鋰硫(Lithium Sulfur)、固態(tài)鋰金屬(Lithiummetal)商業(yè)可行性尚待驗證。除了鋰離子電池,目前還有正在研究的氫燃料電池、鋅空氣電池、鋁空氣電池、鈉離子電池、鉀離子電池和鋰空氣電池等。有關研究機構已經從成本、使用壽命、比能量、功率、性能對5種主流鋰電池技術進行了比較。這種對比有一定的意義,但是也有很大的漏洞。比如把“成本”、“比能量”這樣非常明確具體的指標,與“性能”這種綜合性、概括性的指標放在同一個平面進行比較。更為嚴重的漏洞是,這種比較研究沒有從全生命周期的角度看問題,無法基于不同國家、不同地區(qū)、不同應用場景,對不同的鋰電池技術做出切合實際的比較,極易導致片面關注成本差異。
對于目前競爭最激烈的鎳錳鈷(NMC)技術和磷酸鐵鋰(LFP)技術,從全生命周期的角度對各自的優(yōu)劣勢和最佳應用場景進行探討分析,最有現實意義。NMC在體積、能量密度方面相對于LFP具有30%以上的優(yōu)勢,而LFP在成本方面相對于NMC有30%左右的優(yōu)勢。這種對比,會讓人們難以取舍,但是一旦從電動汽車和電池的全生命周期來考慮,選擇就變得容易了:從電動汽車使用端來看,續(xù)航里程越長,碳足跡有可能越少,而且電力的生產與電動汽車的使用有空間差異,各個區(qū)域的氣溫差異也很大;從電動汽車報廢和電池回收利用角度來看,NMC的回收率很高,技術成熟。從全生命周期的角度來看,NMC技術應當成為電動乘用車的主流電池技術,LFP更適合在分布式能源儲能和公交車領域的應用。

中國是全球最具活力的電動汽車市場。法規(guī)政策在中國電動汽車行業(yè)和動力電池發(fā)展過程中法規(guī)了巨大的引領作用,包括環(huán)保法規(guī)、安全法規(guī)、化學品法規(guī)和職業(yè)健康法規(guī),以及電動汽車補貼政策。從環(huán)保法規(guī)角度來看,生產者責任延伸制度推動電動汽車和動力電池的生態(tài)設計、流向追蹤、強制回收和循環(huán)利用;此外《固體廢物污染環(huán)境防治法》也強化了“無廢城市”的建設,電動汽車動力電池回收是個法律強制要求的問題。從安全法規(guī)角度看,中國完善了電動汽車和動力電池的強制性國家安全標準。在化學品法規(guī)領域,隨著電池中使用的多種化學物質如鋰、鈷、錳等都屬于化學品法規(guī)的調控對象。在電池原材料的生產,以及電芯和電池包的生產過程中,都有勞動者防護的法規(guī)要求。新能源汽車“雙積分”制度,是從環(huán)保的立場出發(fā),推動汽車制造商和進口商為新能源汽車的推廣做出實質性的貢獻,要么自建新能源汽車產能,要么從其他市場主體采購新能源汽車積分,而且新能源汽車積分比例逐年增加,從2021年到2023年,每年的比例分別為14%,16%和18%。為了應對新冠肺炎帶來的沖擊,綜合技術進步、規(guī)模效應等因素,將新能源汽車推廣應用財政補貼政策實施期限延長至2022年底。平緩補貼退坡力度和節(jié)奏,原則上2020-2022年補貼標準分別在上一年基礎上退坡10%、20%、30%。