《先进电池碳中和技术》旨在探讨先进电池全生命周期的碳中和技术与策略，以应对全球气候变化和环境可持续发展中的机遇与挑战。
　　《先进电池碳中和技术》系统介绍先进电池生产、使用和废弃阶段的碳排放情况，分析碳排放的主要来源和影响因素；针对其不同生命周期阶段的碳排放特点，提出碳捕集与封存技术、生物固碳、直接空气捕捉等系列碳中和技术和策略，梳理出其全生命周期碳中和技术与策略的挑战和前景；通过案例分析和实证研究，展示具有代表性的碳中和实践案例，为电池产业实现碳中和提供了参考和借鉴。

目录
序一
序二
前言
**章 新能源发展与碳中和愿景 1
1.1 全球能源革命和环境保护 1
1.1.1 能源革命历史 2
1.1.2 能源革命路径 8
1.1.3 能源革命影响 12
1.2 新能源发展需求背景 15
1.2.1 新能源交通发展需求 16
1.2.2 大规模储能发展需求 19
1.3 “双碳”目标对电池产业的要求 21
1.3.1 原料选取 22
1.3.2 制备生产 22
1.3.3 使用阶段 23
1.3.4 回收处理 23
1.4 电池发展简史以及应用现状 25
1.4.1 电池发展简史 26
1.4.2 电池应用现状 32
1.5 电池可持续性的基本内涵 39
1.5.1 传统电池可持续循环 39
1.5.2 先进电池可持续循环 47
1.5.3 电池可持续性多维度评价体系 50
参考文献 58
第二章 先进电池全生命周期评价技术 60
2.1 生命周期评价原则与方法 60
2.1.1 基本概念 60
2.1.2 基本原则 62
2.1.3 基本方法 66
2.1.4 *新进展 67
2.2 锂离子电池全生命周期评价 68
2.2.1 目标范围与定义 68
2.2.2 全生命周期环境指标评价 70
2.2.3 综合评价分析 77
2.2.4 国内外研究进展 79
2.3 其他电池全生命周期评价 81
2.3.1 钠离子电池 82
2.3.2 锌离子电池 86
2.3.3 钾离子电池 92
2.3.4 镍氢电池 97
2.3.5 锂金属电池 102
2.3.6 液流电池 106
参考文献 112
第三章 先进电池碳足迹评估与低碳化 116
3.1 先进电池碳足迹评估 116
3.1.1 碳源汇观测技术 117
3.1.2 碳足迹核算方法 126
3.1.3 碳收支综合评估 131
3.2 先进电池全流程低碳化 135
3.2.1 电池制造低碳化 135
3.2.2 电池使用低碳化 139
3.2.3 电池回收低碳化 142
3.3 先进电池低碳化源头设计 144
3.3.1 研究背景 144
3.3.2 易降解电池关键材料设计 145
3.3.3 易拆解电池结构设计 154
参考文献 160
第四章 先进电池低碳制备与固碳技术 162
4.1 先进电池生产碳排放核算 162
4.1.1 原材料提取加工 163
4.1.2 电池制造 172
4.1.3 碳排放综合分析 176
4.2 先进电池低碳制备技术 182
4.2.1 源头减碳 182
4.2.2 过程降碳 196
4.2.3 末端固碳 201
4.3 先进电池固碳再利用技术 203
4.3.1 碳中和概述 203
4.3.2 二氧化碳催化还原 205
4.3.3 二氧化碳储能固定 214
参考文献 225
第五章 先进电池清洁低碳应用场景 231
5.1 概述 231
5.2 先进电池在清洁能源领域的应用 233
5.2.1 先进电池与风能联用 236
5.2.2 先进电池与氢能联用 238
5.2.3 先进电池与核能联用 241
5.2.4 先进电池与太阳能联用 251
5.2.5 先进电池与生物质能联用 263
5.3 先进电池在新型能源交通领域的应用 267
5.3.1 新能源汽车领域 267
5.3.2 轨道交通领域 272
5.3.3 电动飞行器领域 277
5.4 先进电池在兆瓦级储能领域的应用 283
5.4.1 锂离子电池 287
5.4.2 钠硫电池 288
5.4.3 液流电池 289
5.5 小结 292
参考文献 294
第六章 退役电池低碳回收与资源循环 297
6.1 概述 297
6.1.1 国外电池回收概况 298
6.1.2 国内电池回收概况 303
6.1.3 技术难点与挑战 306
6.2 退役电池梯次利用 307
6.2.1 健康状态和残值评估 308
6.2.2 快速分选和均衡修复 311
6.2.3 内部重组和一致性评价 314
6.2.4 梯次利用的主要场景和商业模式 315
6.3 退役电池预处理和智能拆卸 317
6.3.1 预处理 317
6.3.2 智能拆卸 318
6.4 电池低碳回收和资源循环 321
6.4.1 基本原则 321
6.4.2 火法冶金 324
6.4.3 湿法冶金 326
6.4.4 修复再生 328
6.5 退役电池回收经济成本分析 341
6.6 小结 346
参考文献 347
第七章 先进电池“双碳”目标 352
7.1 “双碳”目标概述 352
7.1.1 “双碳”背景 353
7.1.2 先进电池“双碳”目标的重要性 354
7.2 先进电池“双碳”政策 359
7.2.1 国外政策 359
7.2.2 国内政策 371
7.3 先进电池“双碳”目标实现途径 387
7.3.1 政策法规 388
7.3.2 技术迭代 390
7.3.3 再生利用 391
参考文献 393
第八章 电池低碳可持续发展机遇与挑战 394
8.1 先进电池绿色低碳技术专利授权态势 394
8.1.1 绿色低碳技术专利范围与检索 395
8.1.2 全球绿色低碳电池专利 396
8.1.3 二次电池企业应用及相关绿色低碳专利 401
8.2 先进电池“低碳”文献解析与思考 404
8.2.1 数据挖掘 405
8.2.2 制造减碳 409
8.2.3 使用减碳 412
8.2.4 回收减碳 414
8.3 先进电池技术机遇与挑战 417
8.3.1 先进电池可持续发展的碳中和策略 418
8.3.2 先进电池可持续发展的碳中和启示 427
参考文献 433

**章新能源发展与碳中和愿景
　　面对全球气候变化的严峻挑战，国际社会逐渐达成共识，并将应对气候变化、加快能源转型、实现碳中和作为全球共同目标。碳中和愿景的提出，标志着人类对可持续发展的追求进入了崭新阶段。针对传统化石能源依赖带来的能源安全挑战和环境污染问题，应加快构建清洁低碳、安全高效的新型能源体系，减少温室气体排放并实现经济社会的全面绿色转型。再生能源技术的快速发展和成本的不断下降，为新能源的广泛应用提供了支撑。值得注意的是，碳中和目标的实现需全球各国加快构筑可再生能源体系，更需技术创新和政策引导以加快全球的碳中和进程，推动世界经济可持续发展。中国作为全球*大的能源消费国和碳排放国，提出并坚定实施“双碳”战略，即力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和。2024年8月，国务院新闻办公室发布《中国的能源转型》白皮书全面阐述新时代中国能源转型，加速构建多元清洁、安全低碳的新型能源供给体系。
　　当前，中国的能源转型在人民至上、绿色低碳和立足国情的前提下，以科技创新为核心，加强国际合作，为中国经济发展提供可持续的能源保障。大力发展能源新质生产力，特别是以新能源技术为代表的颠覆性技术创新，是破解低碳发展困局以及实现碳中和愿景的根本落脚点。在产能相对过剩、竞争格局激烈的环境中，先进电池技术作为新能源存储与转换的关键环节，亟需持续提高电池能量密度、延长循环寿命、提高安全可靠性，并实现电池全生命周期的资源高效循环利用。先进电池技术革新将直接推动新能源产业的蓬勃发展，加速能源结构的绿色转型，为构建清洁、低碳、高效的能源体系奠定坚实基础。长远来看，先进电池技术的持续进步不仅将促进全球能源体系的深刻变革，还将成为实现全球碳中和愿景的关键驱动力，助力人类社会迈向更加绿色、可持续的未来。
　　1.1全球能源革命和环境保护
　　全球能源革命是应对气候变化和环境保护的关键措施，也是实现能源安全和能源可持续的重要手段。环境保护是全球能源革命的重要组成部分，其目标是保护和改善生态环境，实现人与自然和谐共生。因此，能源革命和环境保护是当今世界面临的重要议题，它们紧密相连，共同推动着全球经济的可持续发展进程。当前，我们正处于全球能源转型的第四阶段一新能源革命。这一阶段主要涉及能源的生产、转换和使用，通过技术创新、政策支持和市场推动等手段，致力于实现从传统能源向清洁、可再生能源的转变。能源转型是为了减少对化石燃料的依赖，降低温室气体排放，应对气候变化，同时提高能源效率和安全性。2020年12月，国务院新闻办公室发布《新时代的中国能源发展》白皮书，明确我国经济社会发展的全面绿色转型和能源清洁低碳发展理念。
　　具体来说，通过提高可再生能源利用率、推动能源消费革命、建设多元清洁的能源供应体系等措施，中国致力于力争实现2030年碳达峰和2060年碳中和目标。同时，中国积极参与全球能源治理，推动构建人类命运共同体，共同促进全球能源的绿色低碳转型和可持续发展。其中新能源革命聚焦的风能、太阳能、潮汐能等可再生能源发展亟需先进电池技术进行能源安全存储与高效转换。因此，在现有传统电池的基础上，需加快构筑满足多维度评价体系的新型先进电池，实现电池全生命周期的低碳排放和资源循环，推动全球能源革命进程和碳达峰愿景。
　　1.1.1能源革命历史
　　现阶段能源革命的目标与意义是应对全球日益严重的气候变化与环境污染难题，实现全球经济可持续发展，助力我国能源安全以及满足能源战略需要。*先，何为能源革命？能源革命的定义分为狭义和广义两个层面。狭义的能源革命指的是能源技术领域内的重大突破，特别是能源开发和利用技术的显著变革。广义的能源革命则涵盖了基于能源技术变革的社会能源开发和利用系统的全面转型。其次，全球的能源革命进程与中国能源革命现状如何？当今世界处于第四次能源革命阶段，也就是通过技术创新、政策扶持与市场推动等手段实现传统化石能源到清洁、可再生能源的转型。为深入理解新能源革命的重要性和紧迫性，本小节将详细介绍全球历次能源革命的历史背景，并从中汲取、总结规律与经验，从而更好地理解以及更准确地把握我国乃至世界各国的能源转型趋势和方向，为未来的能源政策和战略制定提供指导。
　　1)**次能源革命与生物质能源
　　能源的开发应用为人类社会运转和发展提供基础和动力，这使得世界文明水平不断提升。工业革命之前，人类史上**次重大能源技术创新与“火”有关，标志着植物能源时代的到来。至此，生物质能成为主要能源，人类也由茹毛饮血的原始文明进入农业文明。在考古研究中，人类大概在170万年前掌握“火”的使用方法，燃烧柴薪的“人工”火代替自然火的应用使得人类更加便捷地利用储存在有机物中累积的太阳能进行取暖、烹饪等活动。植物能源时代占据能源变革进程几千年的时间，其发展后期也出现煤炭能源的小范围应用，如东汉时期的烧煤瓦窑。
　　但受制于开釆与运输难题，化石资源在此阶段的利用寥寥无几。值得注意的是，植物能源时代的能源利用方式主要是直接燃烧。1500～1630年，英国工业的快速发展亟需大量的木柴和木炭，导致了这些生物质能源的价格飞涨，木材价格猛涨7倍。因此，虽然植物能源利用方法简单，但生物质资源短缺、植物能源密度低、植物能源运输不便等因素严重限制社会经济的进一步发展。因此，工业化经济需要更高效、更便宜、更高热值和更易运输的能源，这加速了以煤炭、石油和天然气为主的化石能源时代的到来。
　　2)第二次能源革命与化石能源
　　随着煤炭开釆和使用量的持续增加，规模经济效应促使煤炭生产成本明显降低。与此同时，英国工业革命的重要技术之一蒸汽机为煤炭带来了新的利用方式，加剧了工业以及家庭用户对煤炭的依赖程度，包括工业能源需求和取暖烹饪等。煤炭以高热值、分布广等优势极大地带动了铁路、军事、钢铁产业等的发展，迅速成为当时全球的**大能源。具体来说，煤炭占全球能源结构比例由1800年的1.7%上升到1940年的50.7%，生物质能源全球占比反而从98.3%降至31.6%，这一趋势清晰地反映了煤炭能源在经济和社会文明发展中重要性的持续提升(图1-1)。因此，18世纪中叶工业革命的兴起促进了人类对能源的需求，以英国蒸汽机的发明和应用为标志，人类进入化石能源时代的**个阶段——煤炭时代。1910年前后，煤炭成功占据全球能源消费*位，人类完成了从生物质能源时代到煤炭时代的过渡转变。
　　1859年，埃德温 L.德雷克（Edwin L.Drake)在美国的宾夕法尼亚州钻探成功了**口商业油井，这一时期的石油大多用于照明等活动。19世纪末，卡尔 本茨成功制造出**辆以汽油为燃料的内燃机汽车。内燃机的发明与装配线技术的应用引发了对更高热值和更适宜运输的石油能源需求。具体来说，石油所产能量大约是相同质量煤炭能量的1.5～2倍，且石油相比于煤炭更易气化以便连续燃烧应用。第二次世界大战期间，伴随着内燃机汽车大规模生产和石油开釆技术的提高，石油逐步取代煤炭成为主要的能源。与此同时，第二次能源革命产物——电力的发明也明显改变了人类对能源的使用方式，开发了化石能源到二次能源的延伸应用。因此，19世纪下半叶，以电和内燃机的发明为标志，人类进入了化石能源时代的第二个阶段——石油时代。1970年，石油(40.2%)成功超越煤炭（25.7%)的全球占比，并波动稳定至35.1%(2000年)，占据全球重要能源消费位置（图1-2)。
　　1852年，德国化学家罗伯特 威廉 本生（RobertWilhelmBunsen)为提
　　高化学实验反应温度，将煤气与空气按一定比例均匀混合研发出火焰温度*高达1500°C的本生灯，为天然气在家庭中的应用开辟了新途径。随着管道网络的铺设，天然气逐渐成为家庭取暖、烹饪、热水器及其他电器的重要能源来源。相比煤炭和石油，天然气具有成本更低、燃烧效率更高以及绿色低碳等优点。从1950年到2000年，天然气全球能源占比从7.3%持续增加至19.7%，完成了煤炭/石油（65.9%，1970年）到石油/天然气（54.8%，2000年）的主要能源消费转变。
　　总的来说，第二次能源革命是由传统的生物质能源向化石能源转型，这次革命改变了人类的能源消费结构和利用形式，加剧了对煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖。从全球角度看，第二次能源革命带动了生产力、经济贸易以及出生人口的爆发式增长，推动了人类由农业文明到工业文明的转变，加快了人类社会的现代化进程。
　　3)第三次能源革命
　　19世纪以来，化石能源的广泛应用创造了繁荣的现代文明。但随着经济社会和全球环境对“能源安全”需求的进一步增加，以化石能源为绝对主导的能源体系已难以满足人类的可持续发展要求。那么，何为现代文明繁荣下的“能源安全”？第三次能源革命的契机又是什么？*先，化石能源不可再生、污染环境、分布不均的三大特征导致其面临资源枯竭、生态破坏和高度集中的挑战，产能扩张也受到严重的限制。除供需平衡难题，市场波动以及地缘政治变化等也会进一步加剧能源价格波动甚至能源危机。在世界各国面临能源安全和供应稳定性问题的背景下，第三次能源革命应运而生——以可接受的价格满足经济发展所需的“能源安全”。
　　中国的能源资源禀赋可以概括为“富煤、贫油、少气”，这导致我国的能源对外依存度高，面临供给压力和能源安全问题。在此背景下，中国能源战略经历了“依靠国内，以煤为主”到“三大化石能源全净进口”的转变过程，能源战略安全进一步加剧[2]。从全球范围来看，无论是化石能源储量大国（如美国），还是化石能源匮乏的小国（如丹麦），为保障能源供应的长期安全性，都殊途同归，选择开发多元化的能源新体系，特别是可再生能源（如太阳能、风能、水能等）。因此，太阳能光伏技术的成熟和突破使得太阳能的利用逐渐普及，风能、水能等也开始得到重视，可再生能源在全球能源结构中的地位不断提高，作用不断增强，越来越多的国家制定绿色清洁能源发展计划和政策，新能源革命应运而生。
　　总的来说，第三次能源革命是由化石能源绝对主导的能源消费结构转型为加大可再生能源占比的多元化能源供给系统，降低对煤炭、石油、天然气等化石能源的依赖性，应对能源安全与气候变化问题。从全球角度看，第三次能源革命带
　　动了世界主要经济体发展可再生能源，进而保证现代文明快速发展下的能源需求及能源价格稳定。
　　4)第四次能源革命
　　为实现社会经济的低碳可持续发展，全球各国都在提高太阳能、风能等可再生能源的发电能力。从2000～2020年的全球能源结构分析可以发现：2000～2020年的二十年间，可再生能源份额迅速从6.6%增至11.2%(图1-3)。全球气候目标要求2050年实现碳的净零排放，中国提出力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的“双碳”目标。基于此，人类发展生态友好、绿色低碳社会的需求不断增加，以“低碳化、无碳化”理念为核心的第四次能源革命已然在全球范围内全面展开。全球的能源消费正从高碳的化石能源时代转向低碳甚至无碳的非化石能源时代。当前的新型能源革命在规模和速度上都是前所未有的，有望实现到2050年全面停止使用化石燃料，形成可再生能源绝对主导的新型能源消费和供给体系。
　　以能源低碳为主旨的第四次能源革命需要能源领域系统的政策变革和技术创新以及对外合作，推动能源生产、分配和使用方式的转变，应对气候变化、提高能源效率和推动可再生能源发展，保证国家能源体系的安全性和*立性。这一革命涵盖了多个方面，包括但不限于：
　　①可再生能源发展。推动太阳能、风能、水能发电的快速发展和高质量应用，