近日，武汉大学彭创教授团队在Energy & Environmental Materials 上发表题为：“On the Sustainability of Lithium-Ion Battery-Powered Electric Vehicles: Critical Review, Analysis, and Perspectives”的综述型论文。

亮点

1. 系统评述了与锂离子电池电动汽车可持续性相关主题：锂离子电池原材料可持续性与绿色制造、电动车温室气体与空气污染物排放、以及电动车充电对电网的影响。

2. 对锂离子电池电动汽车全生命周期温室气体排放推导出经验公式并提供方便计算的电子表格供读者使用。

3. 锂离子电池电动汽车的温室气体与空气污染物排放均低于燃油车，并且二者将分别随着电网脱碳技术与燃煤火电厂烟气末端治理技术的广泛部署与技术进步而进一步降低。

研究背景

锂离子电池驱动的纯电动汽车技术是降低对化石能源依赖与实现人类社会可持续发展的重要途径。近年来纯电动汽车销量迅速增长，并且在未来的产销量与市场占有率将持续快速提高。关于纯锂电电动汽车技术的全生命周期可持续性评价已有诸多研究，但是清单数据差异等因素往往导致研究结论迥异。同时，现有研究往往只针对锂电池或电动车可持续性的某一方面，缺乏全方面的可持续性评价，并且有的研究技术性太强不利于非专业人士阅读。另外，动力锂离子电池近年来取得了显著的技术进步，以往研究的清单数据无法及时更新。针对这些研究空白与难点，本文旨在对锂离子电池电动汽车的可持续性提供系统、客观、简明的评述；研究内容涵盖锂离子电池原材料可持续性与绿色制造、电动车温室气体与空气污染物排放、以及电动车充电对电网稳定性的影响。

文章简读

本文重点评述了2021至2025年期间发表的相关论文，对文献结论进行比对分析，推导经验公式以计算排放数据，分析关键影响因素，并对锂离子电池电动汽车未来的可持续性进行展望。

通过对比2050年锂、钴、镍预测需求量以及产量表明锂与钴在未来将面临原材料供应风险；而镍金属产量远高于需求，暂无供应风险。高镍-低钴正极技术可显著降低钴的需求，而锂离子电池回收技术的广泛部署可同时降低三种金属原材料的供应风险，提高锂离子电池关键原材料的资源可持续性。

电动汽车的全生命周期温室气体排放包括三部分：车体制造，电池制造以及电动车使用阶段产生的排放。这三方面的碳排放均可通过经验公式进行计算，电动汽车全生命周期每公里温室气体排放可由下公式计算所得。降低汽车百公里电耗，汽车轻量化以及提高电池使用寿命对于降低全生命周期温室气体排放都具有正面意义。电动汽车在使用阶段产生的排放占比最高，其与所在国家或地区的电网排放因子正相关。2024年全球平均水平为75.7 g CO₂ eq. km^-1，中国为96.1 g CO₂ eq. km^-1。随着中国新能源发电占比的迅速提升，该数值在2035与2050年将分别降至68.9与50.8 g CO₂ eq. km^-1。

尽管电动汽车几乎不产生尾管排放空气污染物，但是发电厂以及电动车制造阶段的污染物排放不容忽视。研究表明电动汽车全生命周期NO_x和VOCs排放显著低于内燃车，颗粒污染物与二氧化硫排放则略高于内燃车。电动汽车的Well-to-Wheel空气污染物排放与电网污染物排放因子正相关。随着中国火电厂大气污染物排放新国标的落实，2030年电动汽车的Well-to-Wheel空气污染物排放量将呈现大幅降低，各项指标均显著低于内燃车。值得一提的是，由于各国环境排放标准的不同，电动汽车空气污染物排放与电网温室气体排放因子并不呈现正相关。例如，印度2017年的发电量仅为中国的23%，但是其二氧化碳、PM2.5、SO₂与NO_x排放量分别是中国的37%, 140%, 103%, 95%。因此，推广更为严格的发电厂污染物排放标准以及采用高效的末端治理技术是降低电动汽车空气污染物排放的关键。

随着电动汽车市场占有率的迅速增长以及快充技术的普及，电动车充电的高功率对于电网带来巨大冲击。研究表明采用峰谷电价差异等价格刺激机制可以降低电动汽车充电峰值功率；电网储能技术以及具有实时响应与控制功能的智能充电技术也是降低充电峰值功率的有效手段。另外，利用电动汽车作为分布式储能单元与电网进行双向能量交互的V₂G充电技术可望利用峰谷电价差实现盈利，但是该技术也会缩短电池的使用寿命。因此，V₂G充电技术的可行性由峰谷电价差额与电池寿命共同决定。尽管电动车充电会影响电网稳定性，上述手段若能得到有效利用，合理有规划的充电可促进可再生能源上网，从而提高电网的稳定性、效率与可持续性。

尽管电动汽车在使用阶段的温室气体与空气污染物排放都主要取决于当地电网排放因子，电动汽车的可持续性仍可以通过绿色制造工艺得到进一步提高。在原材料生产阶段的绿色制造工艺包括：绿色开采与冶炼技术，降低物流碳足迹，提高回收材料的使用比重，采用生物质衍生碳材料制备负极。在电极制备阶段的绿色制造工艺包括：基于水溶剂或干法电极制备工艺以避免有机溶剂的使用，采用水性粘结剂或CMC基粘结剂代替PVDF或PTFE基粘结剂。在电池组装与包装阶段的绿色制造工艺包括：绿色隔膜、凝胶电解质与绿色包装材料的使用，面向回收的设计，全固态电池技术等。在电解液加注与化成阶段的绿色制造工艺有：环保型电解液的开发，面向电解液回收的设计，可延长电池使用寿命的电解液添加剂的使用，化成过程采用新能源发电。此外，在退役电池回收方面实现各组件与材料的最大化回收也可有效提高锂离子电池可持续性。

图文鉴赏

图1 电动车关键性能参数对温室气体排放的影响 a) 百公里电耗，b) 车体重量，c) 电池寿命，d) 正极材料与回收，e) 不同国家/地区电网排放因子情况下电动汽车使用阶段温室气体排放。

图2a) 电动汽车与燃油车全生命周期空气污染物排放比值。b) 不同年份电动汽车与内燃车Well-to-Wheel空气污染物排放对比。

图3 降低电动汽车充电对电网影响的途径。

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  文章链接

Wanru Chen, Hangqi Yang, Nuoya Yue, Xiaoyu Yan, Tao Wu, Chuang Peng*, On the Sustainability of Lithium-Ion Battery-Powered Electric Vehicles: Critical Review, Analysis, and Perspectives.Energy Environ. Mater. 2026, 0, e70345.

DOI: 10.1002/eem2.70345

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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.70345

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Energy & Environmental Materials (简称EEM，中文名：能源与环境材料)是由郑州大学出版的国内外公开发行的英文期刊，主要报道能源捕获、转换、储存和传输材料以及洁净环境材料领域的高水平研究成果。EEM为材料、化学、物理、医学及工程等多学科及交叉学科的研究者提供交流平台，激发新火花、提出新概念、发展新技术、推进新政策，共同致力于清洁、环境友好的能源材料研发，促进人类社会可持续健康发展。

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