《Environmental Impact Assessment Review》：Comparative life cycle assessment and carbon footprint of sodium-ion and Lithium Iron phosphate batteries: A case study in China
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•本研究利用一手工业数据，对钠离子电池和磷酸铁锂电池进行了比较生命周期评估。•钠离子电池的全生命周期碳足迹比商用磷酸铁锂电池低25%。•钠离子电池显著减轻了对锂等关键矿物的依赖。•协同转型路径可在2035年减少1.47亿吨二氧化碳当量排放。引言面对全球变暖所带来的日益严峻的气
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本研究利用一手工业数据，对钠离子电池和磷酸铁锂电池进行了比较生命周期评估。
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钠离子电池的全生命周期碳足迹比商用磷酸铁锂电池低25%。
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钠离子电池显著减轻了对锂等关键矿物的依赖。
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协同转型路径可在2035年减少1.47亿吨二氧化碳当量排放。
引言
面对全球变暖所带来的日益严峻的气候危机，世界各国正积极推行以碳中和为核心的绿色发展战略（Friedlingstein et al., 2019; Duan et al., 2018）。实现这些气候目标与能源体系的深刻转型密切相关。在交通运输领域，新能源汽车（NEV）已成为推动这一转型的关键力量，其快速推广带动了动力电池产业的空前增长。根据中国工业和信息化部（MIIT）发布的数据，2024年全国锂离子电池（LIB）产量超过1170 GWh，产业总产值突破1.2万亿元人民币（Arshad et al., 2026）。在电网储能和交通电动化需求的强力推动下，中国累计电池需求预计到2030年将突破太瓦时（TWh）门槛（Hossain Lipu et al., 2021）。然而，尽管电动汽车（EV）市场的快速扩张极大地促进了储能技术的发展，但也加剧了电池制造过程中的环境压力和供应链挑战（Yang et al., 2025）。
得益于优异的能量密度和较长的循环寿命，锂离子电池（LIB）——尤其是磷酸铁锂（LFP）和三元锂电池——目前主导着全球电池市场格局（Wang et al., 2025）。然而，锂离子电池在新能源汽车中的大规模应用也暴露出了若干关键的可持续性问题，最突出的是原材料的枯竭以及生产阶段所产生的巨大碳足迹。迄今为止，全球已开展了对锂离子电池的大量生命周期评估（LCA）研究（Arshad et al., 2026; Bouter and Guichet, 2022; Yang et al., 2024; Lai et al., 2022）。例如，Feng等人（Feng et al., 2022）对锂离子电池进行的全面生命周期评估表明，正极材料合成和能耗密集的电池制造过程是锂离子电池全生命周期中的主要环境热点。尽管持续的技术突破无疑将进一步推动电动汽车的市场渗透，但锂离子电池的长期可持续性仍受到资源和环境限制的根本性制约。特别是，锂是一种极为稀缺的元素，仅占地壳的约0.002%（Ziemann et al., 2012）。因此，锂离子电池的发展受到资源和环境限制约束，阻碍了其进一步扩展。相比之下，钠资源储量极为丰富，在地壳中的丰度约为2.46%（Nurohmah et al., 2022），远超锂。此外，钠资源分布广泛、易于获取且成本相对较低。随着钠离子电池（SIB）技术的进步，钠离子电池作为锂离子电池在储能领域有前景的替代品的开发和应用受到了越来越多的关注（Hwang et al., 2017）。
2021年，宁德时代——中国储能电池行业的领军企业——推出了第一代钠离子电池（SIB），其单体能量密度达到160 Wh/kg，与磷酸铁锂电池相当（Vaalma et al., 2018）。此外，低成本和资源丰富的优势使钠离子电池成为锂离子电池最具前景的替代品之一（Masemola and Dorrell, 2025）。Chao等人（Chao et al., 2016）研究了采用超薄层状硫化锡纳米结构的钠离子电池，揭示了其在低成本制造和高安全性方面的潜力。与此同时，Chen等人（Chen et al., 2018）提出将铋纳米粒子掺入石墨层作为钠离子电池的负极材料，有效地延长了电池循环寿命，同时保持了优异的安全特性。这些电池通过了一系列严格的安全测试，包括快速充放电循环、短路、针刺和挤压测试，并在?40 °C至80 °C的宽工作温度范围内表现出稳定的性能。此外，通过整合高效电极材料和优化电池结构设计，钠离子电池的充电性能可进一步提升（Xu et al., 2019）。与传统锂离子电池相比，钠离子电池展现出更优的成本效益和快速补能能力，凸显了其在未来电动汽车应用中的巨大潜力（Wu et al., 2018; Yu et al., 2013）。然而，目前对钠离子电池的研究仍主要集中在材料开发、储能性能提升和结构设计方面，而聚焦于钠离子电池环境影响评估的研究仍然严重不足。
目前，一些研究表明钠离子电池（SIB）的碳足迹略高于锂离子电池（LIB）（Peters et al., 2016; Guo et al., 2023）。然而，这些评估主要基于实验室规模的实验或理论假设，往往未能考虑到吉瓦时级工业生产所伴随的规模经济效应（Batuecas et al., 2024; Liu et al., 2024; Vo? et al., 2025）。此外，许多现有研究直接依赖默认的全球Ecoinvent数据库和通用的生命周期影响评估方法，这可能无法准确反映钠离子电池在中国本地化能源结构下的实际环境影响。
随着钠离子电池产业加速迈向大规模商业化，迫切需要基于真实的工业级数据对钠离子电池和锂离子电池进行对比评估。为弥补现有研究的不足，本研究对商业化的钠离子电池和锂离子电池进行了全面的生命周期评估（LCA），主要贡献如下：
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与以往实验室规模的估算不同，本研究利用来自中国吉瓦时级电池企业的现场调研所获取的一手前景数据。这一方法使生命周期清单能够更好地反映全球最大电池制造市场的规模经济效应和供应链本地化特征。
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本研究未直接采用通用的全球评估方法，而是采用了针对中国生态和资源条件进行本地化适配的终末端生命周期影响评估（LCIA）模型。这种本地化的方法学框架减少了空间偏差，提高了对关键矿物资源约束的识别能力。
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此外，本研究还纳入了延伸至2035年的前瞻性情景分析。通过模拟能量密度提升、电网脱碳和市场替代的综合效应，从宏观层面评估了钠离子电池的潜在长期脱碳效益。
通过整合实证工业级数据、本地化评估模型和未来导向的情景分析，本研究旨在为与钠离子电池技术发展相关的环境政策制定和产业决策提供科学支撑。
章节摘要
目标与范围界定
为确保钠离子电池与磷酸铁锂电池之间进行公平的比较，并考虑到两者能量密度的固有差异，直接使用质量（kg）作为功能单位将无法准确反映其功能价值。因此，本研究的系统边界定义为"从摇篮到大门"，并选择"生产一组额定容量为1 kWh的电池组"作为功能单位（Schneider et al., 2019; Zhou et al., 2026）。
目前，存在三种主要的钠离子电池（SIB）
类别层面的环境影响
两类电池的生命周期评估（LCA）结果如图2所示。环境影响主要集中在气候变化、化石资源、细颗粒物生成和矿产资源等类别中。这主要归因于制造过程中的高耗电量，以及中国电网结构仍高度依赖火电发电。发电过程排放
结论
基于"从摇篮到大门"的系统边界，本研究对1 kWh钠离子电池（层状氧化物SIB）和锂离子电池（LFP）的全生命周期环境影响和碳足迹进行了系统性的对比分析。主要结论如下：
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就环境影响而言，钠离子电池的全生命周期环境影响潜力（9.09 Pt）低于磷酸铁锂电池（12.50 Pt）。两种电池的环境影响均主要集中在
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
刘帅康|王耳丹|邓晨宁|邓相哲|宋佳睿|钱一|谢明辉
