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基于生命周期评价的锂电正极材料对比分析

作　者: 汪祺
导　师: 方利国
学　校: 华南理工大学
专　业: 化学工艺
关键词: 锂离子电池 正极材料 生命周期评价 生命周期成本
分类号: TM912
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


能源是国家的重要战略资源，在国民经济和社会发展中发挥着十分重要的促进和保障作用。随着油价的不断增长，取代使用燃油的内燃机汽车的新能源汽车正方兴未艾。其中，使用锂离子电池的电动汽车正受到越来越广泛的关注。锂离子电池中最重要的正极材料如何选择，是锂离子电池供应商和正极材料生产厂商需要面对的难题。关于正极材料的选择一般是研究材料的性能优劣，主流的正极材料主要是三元材料，LiMnO2和LiFeO4。由于两种正极材料各有优劣，LiMnO2的循环性能不好，在充放电过程中发生Jahn-Teller效应，由立方晶系转变为四方晶系，体积膨胀较大，高温55度下循环性能变差；LiFeO4材料本身导电性差，导致材料的倍率性能不好。本文试图从环境影响评价角度来考虑正极材料环境效益，采用基于生命周期评价和生命周期成本分析对锂电正极材料进行系统的分析。本文首先考虑了与锂电正极材料系统有关的四种环境影响类型：全球变暖，大气酸化，生态毒性，水体富营养化以及相关的八种污染排放物:CH4、N2O、CO2、VOC、CO、NOx、PM、SOx。通过清单分析结果计算各类环境影响潜值，运用层次分析法进行量化加权评估，最后得到三种锂电正极材料系统各自总的环境影响负荷。结果表明：磷酸铁锂，锰酸锂以及三元材料环境效益值分别为0.006693，0.003907和0.012666。说明锰酸锂的环境效益最高，且比磷酸铁锂具有更大的环境效益，其正效益为0.002786。最后应用生命周期成本分析方法，将锂离子电池产品生命周期分成原材料的获取和运输、产品制造和加工、产品使用和维护以及最终废弃回收四个阶段，锂离子电池产品生命周期成本应该是这四个阶段内部费用和外部费用的总和。同时本文参考历史数据，分别对锂离子电池的正极材料成本和碳酸锂原料成本进行单因素敏感性分析。结果表明：LiFePO4的生命周期环境成本最低，其次依次是LiMn2O4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。LiMn2O4的均值全年费用最低，其余依次为LiFePO4和LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2。生命周期评价和生命周期成本分析的结果，对新能源汽车的推广以及市场和正极材料生产商选择正极材料具有一定的参考意义。

全文目录


摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章 绪论  10-26
  1.1 课题研究背景  10-12
    1.1.1 传统能源危机带来车用能源短缺  10-11
    1.1.2 汽车带来巨大的环境压力  11-12
  1.2 国内外电动汽车的研究进展和发展状况  12-15
  1.3 典型电动汽车用锂电正极材料发展现状  15-23
    1.3.1 锂离子电池结构与原理  15-16
    1.3.2 锂离子电池的特点  16-17
    1.3.3 典型电动汽车用锂离子电池正极材料简介  17-20
      1.3.3.1 尖晶石结构的 LiMn2O48  17-18
      1.3.3.2 橄榄石结构的 LiFePO49  18
      1.3.3.3 三元材料  18-20
    1.3.4 锂离子电池工艺流程简介  20-23
  1.4 论文的主要研究内容和研究意义  23-26
    1.4.1 研究思路  23
    1.4.2 研究内容与框架  23-24
    1.4.3 研究意义  24-25
    1.4.4 主要创新点  25-26
第二章 生命周期评价  26-38
  2.1 生命周期评价的概念  26-27
  2.2 生命周期评价的研究现状  27-34
    2.2.1 LCA 国外研究现状  27-28
    2.2.2 LCA 国内研究现状  28-30
    2.2.3 生命周期评价方法  30-34
  2.3 生命周期评价技术框架  34-36
  2.4 生命周期评价注意问题及局限性  36-37
  2.5 本章小结  37-38
第三章 锂电正极材料的生命周期评价  38-53
  3.1 目标与范围定义  38-42
  3.2 清单分析  42-45
  3.3 影响评价  45-51
  3.4 本章小结  51-53
第四章 锂电正极材料的生命周期成本评价  53-63
  4.1 产品生命周期成本  53-58
    4.1.1 LCC 产生的背景  53
    4.1.2 生命周期成本简介  53-54
    4.1.3 生命周期成本构成  54-56
    4.1.4 生命周期成本分析模型  56-57
    4.1.5 LCC 和 LCA 的差异性  57-58
  4.2 电动汽车锂离子电池生命周期成本研究  58-62
  4.3 本章小结  62-63
第五章 结论与展望  63-65
参考文献  65-70
攻读硕士学位期间取得的研究成果  70-71
致谢  71-72
附件  72

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 独立电源技术（直接发电） > 蓄电池
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