电池级镍钴正极材料的摇篮至厂门碳足迹

《Environmental Impact Assessment Review》：Cradle-to-gate carbon footprints of battery-grade nickel and cobalt cathode materials

　　

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  更新了中国的电池级硫酸镍（NiSO₄）和硫酸钴（CoSO₄）的碳足迹。
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  初级硫酸镍和硫酸钴的平均碳足迹分别为 5.60 tCO₂-eq/t 和 5.15 tCO₂-eq/t。
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  能耗是碳足迹的主要贡献因素。
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  矿石品位、燃料类型、生产路线和副产品类型是关键影响因素。

引言

在交通电动化的推动下，近年来全球电动汽车（EV）销量快速增长，2023年接近 1400 万辆，同比增长 42%。电动汽车销量的增长与动力电池需求的上升密切相关；全球锂离子电池需求已加速至 750 GWh，相当于过去七年间的 16 倍增长。三元材料，如镍钴锰（NCM）和镍钴铝（NCA），与磷酸铁锂（LFP）一起主导着电动汽车市场，并因其高能量密度而不可或缺。目前，三元锂电池占全球轻型电动汽车市场的半数以上（IEA, 2023），并在卡车电动化中发挥着重要作用（Zhang et al., 2025; Zhao et al., 2024）。

因此，锂电池的碳足迹（CF）已成为全球关注的焦点。欧盟（EU）出台了一项新规定（European Union, 2023），要求所有容量超过 2 kWh 的电动汽车电池必须申报其碳足迹。该规定覆盖整个生产过程，包括所有制造阶段以及再生镍和钴的含量。此外，它还加强了供应链管理所需的尽职调查。因此，电池材料的可持续性，尤其是其碳排放影响，已成为一个日益重要的研究领域。正极生产可占三元锂电池生产总排放量的 50% 以上，主要归因于镍、钴和锂的上游精炼和提取过程（Chen et al., 2022）。硫酸镍（NiSO₄）和硫酸钴（CoSO₄）是正极生产中的两种关键化学品。据估计，它们在 NCM811 电池生产中分别占排放量的 24% 和 2%，在 NCM523 电池生产中分别占 16% 和 6%（Liu et al., 2026）。

多种因素使得电池级镍盐和钴盐的碳足迹研究复杂化。现有的关于硫酸镍和硫酸钴碳足迹的研究仍未充分覆盖这些复杂性，有待进一步探索。首先，由于矿藏储量和供应链的全球分布，上游采矿、加工和下游精炼往往涉及不同路线并发生在多个国家。然而，现有的模型和研究并未涵盖广泛范围的中间产品，如镍冰铜和镍氢氧化物（又称混合氢氧化物沉淀物，MHP），且金属含量各异。其次，尽管中国占全球镍产量的 30% 以上和全球硫酸钴产量的 70%，主流生命周期评价（LCA）数据库仍仅提供有限的关于中国精炼活动的清单数据。第三，以前的研究通常将镍和钴分开分析，尽管它们的生产经常通过含镍和含钴中间品的共加工而相互关联。

简言之，以前关于镍或钴的研究在不同路径或模型年份之间相互割裂，而现有具有影响力的数据库在时间和区域上仍不完整，需要随着主流技术的演进而更新。此外，很少有研究探讨镍和钴的实际生产路径和技术演进如何影响 NCM 电池的碳足迹。因此，本研究旨在建立一个更加全面的全球电池材料用镍和钴上游采矿和加工框架，涵盖四种主要中间产品。通过整合中国精炼行业的企业级数据，该行业占全球产能的 20–30%，该框架能够更加代表性地评估硫酸镍和硫酸钴的生产。此外，本研究将硫酸镍和硫酸钴作为副产品在碳足迹评估中予以考察。本研究还探讨了供应链特征和工厂级差异如何影响电池的碳足迹，并讨论了潜在的减排路径，包括技术变革、能源转型和材料回收。通过这一分析，我们旨在识别供应链排放的关键驱动因素，并为提高未来电池生产的可持续性提供见解。

章节摘要

电池级镍和钴材料的供应链

图 1 展示了硫酸镍和硫酸钴生产的系统边界，涵盖了几条生产路线。整个过程根据它们不同的化学原理分为湿法冶金和火法冶金（详细信息见图 S1）。图 1 还区分了主要在中国以外的上游采矿和初级生产，以及集中在中国的下游精炼。全球镍精炼产能的 30% 以上和

镍和钴中间产品的上游排放

镍中间产品分为三种类型：来自红土矿的镍氢氧化物、镍金属，以及来自硫化矿的镍冰铜。钴氢氧化物是从铜钴氧化矿中提取的湿法冶金中间产品。工厂平均排放量为镍氢氧化物 8.88 tCO₂-eq/t（7.39–9.66 tCO₂-eq/t）和钴氢氧化物 1.25 tCO₂-eq/t（0.99–1.72 tCO₂-eq/t）（图 S3(a) 和 (b)）。考虑到各国对中国的进口份额，加权平均排放量为

结论

本研究聚焦于硫酸镍和硫酸钴，基于与中国的精炼运营相关联的全球上游供应链的企业级数据构建了生命周期清单（LCI）。同时，还对这些产品提供了全面的生命周期评价（LCA）。硫酸镍和硫酸钴的生产路线包括通过湿法冶金工艺生产镍氢氧化物和钴氢氧化物，以及通过火法冶金路线生产镍金属和镍冰铜，随后经过精炼阶段得到最终产品。

研究结果显示

作者贡献声明

Yanhao Wei：数据整理、调研、形式分析、方法论、可视化、初稿撰写。Min Liu：资源获取、调研、方法论。Fang Wang：资源获取、验证。Xuexing Pan：指导、项目管理。Guangliang Lin：指导、项目管理。Xin He：方法论、资源获取、指导。Daniel De Castro Gomez：资源获取、指导、项目管理。Omar Hurtado Perez：资源获取、指导、项目管理。Ye Wu：

利益冲突声明

作者声明，他们没有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。

致谢

本研究由 Aramco Asia 提供资金支持，并使用了清华大学的资源。作者独自对本研究中的观点负责。

Yanhao Wei|Min Liu|Fang Wang|Xuexing Pan|Guangliang Lin|Xin He|Daniel De Castro Gomez|Omar Hurtado Perez|Ye Wu|Shaojun Zhang