二次电池生命周期评价及环境影响机制研究

为了评价二次电池的环境友好性能，尝试开发一种二次电池环境影响评价分析软件，探讨二次电池从矿石开采到产品生产、废弃物电池回收利用、资源化等全过程的环境影响。在该软件支持下，建立二次电池环境影响机制分析模型，并分析二次电池回收利用的环境风险。以生命周期评价理论为基础，采用Eco-Indicator 99体系，对二次电池的环境影响机制进行深入分析，对锂离子电池等典型二次电池的资源消耗、环境污染、人体健康影响等方面开展定量化的生命周期评价，通过软件计算找出各种不同类型和型号的二次电池之间的环境影响差异。在对全国若干种型号的代表性二次电池进行生命周期评价的基础上，基于地理信息系统建立我国二次电池研发和生产的区域动态地图，为二次电池行业管理提供一定依据，为二次电池行业发展提供适当建议。

目前有关二次电池在生产或废弃之后潜在环境污染的系统研究尚不多见，尤其是缺乏二次电池环境评价的系统工具。鉴于此，本项目开展了二次电池生命周期评价（Life Cycle Assessment，LCA）及环境影响机制分析。项目取得的研究成果如下：.1. 二次电池环境影响机制综合评价.基于LCA方法，建立了二次电池的环境影响机制综合评价体系，包括电池材料的清单分析和环境影响评价。选择两种代表性电池，比较了它们的环境影响。得到以下结果：（1）；锂离子电池的环境影响比镍氢电池低很多，特别是在资源消耗方面；（2）锂离子电池受循环不确定性的影响也较低，因此锂离子电池更具有环境友好性。.利用Eco-indicator 99的生命周期评价数据库，构建了二次电池环境影响评价系统，将二次电池的组分进行标准化换算后再输入软件，可得到某种电池的资源消耗、人类健康损害、生态系统损害等方面的评价结果，亦可做综合评价。该软件可实现多个型号二次电池之间的环境影响指数图形化对比分析。.2. 协调正极材料的电化学性能和环境友好性.未来进入市场的锂离子电池正极材料既要满足高能量输出需求，又要求环境影响尽量低。本研究提出了一套综合考虑锂离子电池正极材料电化学性能及其环境影响的综合评价方法框架。选用四种正极材料进行了实例应用。主要评价结果如下：（1）对于每种材料，电能的环境影响值都占较大比重，所以削减能耗对于降低材料的总体影响有着重大意义；（2）在三大类损害中“人体健康”要远大于其他两类。.为了提高评价的效率，基于Java语言编写了二次电池材料计算系统，该系统不仅能计算材料质量需求及综合环境影响值，也能计算质量需求数据的不确定性系数，并且可以和相应的材料名称、电化学性能、选定的容量需求、选定的循环次数匹配存储并导出。.3. 基于不确定性的二次电池管理政策分析.通过对循环不确定性以及终寿命处理方法等因素的考量，分析二次电池管理政策的依据。得到各因素对二次电池LCA综合影响有：（1）电池的环境影响随着循环次数的增加会迅速的衰减，但在循环次数达到一定数字后，这一趋势则变的不明显；（2）焚烧率对镍氢电池的生态指标分数有较大的影响，而对锂离子电池的影响则不是很明显；（3）两种电池的生态指标分数均随着回收使用率的增加而衰减；其中镍氢电池的生态指标分数受回收使用率的影响更加明显。