电动汽车(EV)对消费者乃至地球的关键价值主张之一是，其投入使用之后产生的碳足迹很低。与配备内燃机的汽车不同，电动汽车不会因燃烧柴油和汽油而产生直接的尾气排放。但电池驱动的电动汽车自身面临着重大的排放挑战：电池本身的生产是一个碳密集度很高的过程。
事实上，生产用于为电动汽车提供动力的大型锂离子电池是电动汽车和卡车最大的隐含排放源，据我们估计，约占总生产排放量的40%至60%。换句话说，制造电池产生的排放量与所有其他材料产生的一样多，甚至更多。
随着脱碳压力的增加以及全球对电动汽车需求的回升，制造商正在竞相应对这一排放挑战。超过100家汽车原始设备制造商（OEMs）及其供应商已承诺减少排放，作为科学减碳计划的一部分。其他行业领导者也有望加入该计划。
单个OEM决策可能会产生重大影响。电动汽车电池生产的排放水平取决于多种因素，包括设计选择、车辆类型、续航里程和货运要求，以及生产和采购地点。 用于生产各种电池组件的能源是解释不同OEM碳足迹巨大差异的主要因素。
好消息是，在未来五到十年内，电动汽车电池生产的碳排放量可能会大幅减少。
为什么EV电池有如此大的碳足迹？
电动汽车的生产足迹大约是典型内燃机(ICE)车辆的两倍。两者都有类似的内在生产排放，例如，生产车身产生的二氧化碳当量排放量在5到10吨之间，具体取决于其尺寸和生产地点。然而，最重要的是，生产一辆普通的电动汽车（配备75千瓦时电池组）仅电池一项就排放超过了7吨二氧化碳当量。
生产电动汽车电池所需的材料和能源在很大程度上解释了其巨大的碳足迹。EV电池含有镍、锰、钴、锂和石墨，这些元素在采矿和精炼过程中会排放大量温室气体(GHG)。此外，阳极和阴极活性材料的生产在某些过程中需要较高的能源密集型温度。电池化学、生产技术、原材料供应商的选择和运输路线是嵌入生产碳量的其他决定因素。
采购决策（包括所用能源）对排放有很大影响，具体取决于是否使用太阳能和风能等可再生能源或天然气等化石燃料。与使用化石燃料的生产商相比，使用可再生电力的生产商在电池生产中的碳足迹已经明显减少。电池的相关排放量差异巨大，具体取决于价值链的选择。
目前，大多数电池在亚洲制造。中国以超过70%的市场份额占据市场主导地位，并且拥有排放密集度最高的生产工艺。相比之下，瑞典的电池生产排放量一直保持在较低水平，平均不到中国的一半。
越来越多的电池生产商在欧洲建立了产能，这有助于降低全球平均每千瓦时的排放量，因为可再生能源的比例较高，欧洲电力的碳强度低于大多数亚洲国家。 假设全球继续推动电网脱碳（包括在中国），麦肯锡的模型表明，到2025年，电池生产产生的全球平均温室气体排放量可能会下降到85千克二氧化碳当量/千瓦时。这种减少主要是由于电池生产国电网中排放强度较低的发电。
越来越多的原始设备制造商期望低碳电池生产成为竞争优势。一些领先企业的目标已经是将排放量减少到20千克二氧化碳当量/千瓦时以下，或者比当今排放量最大的原始设备制造商低近十倍。最佳和最差表现者之间的任何持续差异都将为行业领先者提供差异化产品的机会。
为引领低碳产品，电池组电芯和活性材料制造商不仅需要考虑自身运营脱碳，还需要解决从供应商处采购的材料和组件的排放问题。
到2030年大幅减排是可行的
根据我们的估计，今天生产的EV电池平均每千瓦时(CO2e/kWh)排放高达100千克(kg)的二氧化碳当量。
有些参与者有能力在未来五到七年内将电池生产的碳足迹平均减少75%，但这需要在整个价值链上采取行动。
各种策略可以帮助减少。其成本将在很大程度上取决于现有技术和地理等外部因素。其中一些策略可以节省成本，而另一些策略则需要付出相当大的代价。 影响低碳电池竞争力的关键因素包括生产地点和目标市场。在一些有利的情况下，最终客户可能以最低的额外成本脱碳高达80%。
欧盟的碳边界调整机制(CBAM)和美国的通货膨胀减少法案(IRA)等监管转变可以将注意力集中在所需的变化上，并可能有助于降低实现这些变化的技术成本。 例如，CBAM 是一种边境税，它使向欧盟进口高碳产品的成本更高。这可能会给本地低碳参与者带来竞争优势，即使他们的生产成本基础更高。在美国，IRA为当地生产的电池以及制造电池所需的组件提供补贴。如果生产商符合当地成分要求，就会获得部分补贴，因此一定比例的矿产只能来自美国或与美国有自由贸易协定的国家。这一要求直接鼓励更多的本地生产或矿物和组件的回收，并间接导致更可持续的电池生产。
法规也越来越多地鼓励原始设备制造商减少排放。例如，最近商定的欧盟可持续电池战略将在2024年之前引入碳足迹标签，并强制执行其他可持续性要求，例如回收成分、性能和耐用性。因此，电池制造商可能会看到来自客户的越来越大的压力，要求他们减少电池供应链中的排放。
任何这些战略的最大影响将来自转向可再生能源或在价值链的每个环节启动绿色电力购买协议(PPA)。对于完全减少电力排放，PPA的类型和质量很重要。
科技减排
特定的技术替代方案可以减少排放，在某些情况下还可以节省成本。影响最大的领域包括：
原料提取和精炼。平均而言，采矿和精炼原材料约占电池生产总排放量的四分之一，其中锂和镍占一半以上。电池级镍的排放量相差约10倍，地理位置、矿石类型和加工技术可以解释这种广泛的差异。从那些可能已经转向电气化采矿设备或可再生能源发电的可持续生产商那里采购金属，在某些情况下，每制造一个电池单元最多可减少30%的排放。
活性材料（阳极和阴极）制造。对于正极活性材料和负极活性材料，大部分排放来自高温处理。在这些步骤中，使用锅炉和电力来沉淀和干燥材料，并将它们暴露在强热下数小时。由于这些过程需要电力，因此需要额外的努力来确保过程的稳定性和连续性。快速取胜方法需要将当前的电力消耗转换为100%供需匹配的全天候清洁PPA；这将减少多达25%的电池制造排放总量。
细胞制造。公司可以使生产过程完全电气化。当今电池制造中的大部分非电力排放来自电极干燥过程，该过程需要50℃至160℃的中温加热。普通的电池制造商使用以天然气为燃料的电极干燥线，但也存在该技术的电气化版本。此外，在电极制造过程中，诸如干法涂层或从聚偏二氟乙烯(PVDF)等传统粘合剂（一种特种塑料）转换为水溶性替代品等创新可以显着抑制能源消耗以及相关排放和成本。为完全电气化的电池制造过程提供24/7低碳电力，平均可使从矿山到电池制造的总排放量减少25%。
利用与生产相关的要素减少排放
解决初级生产过程之外的其他措施也可以有所作为。其中包括使用回收材料而不是原始原材料，改善供应链中的物流排放，选择电池材料的化学成分，甚至可能重新考虑电池本身的尺寸。
回收。回收不仅是解决锂和镍等电池原材料未来可能短缺的长期补救措施，也是减少电池排放和减少欧盟和美国市场对碳密集型矿区依赖的根本手段。随着全球范围内许多新电池工厂的兴起，大量的生产废料将变得可用，甚至在更多电动汽车在五到十年内达到使用寿命之前，就可以提高有效回收价值链的相关性。 如今，回收电池材料的碳足迹通常比主要来源的原材料小四倍。因此，增加回收材料在生产中的份额是迈向脱碳的重要一步。
后勤。通常，只有一小部分电池温室气体排放（约占总足迹的5%）来自电池或其组件的运输。深度脱碳需要利用交通部门正在进行的脱碳和转向火车等低排放交通方式。此外，电池价值链本地化势头的增强可能会降低欧盟和美国等汽车生产地区的排放量。
化学。如今，电池制造商和原始设备制造商在高性能镍锰钴(NMC)和锂铁磷酸盐(LFP)电池之间做出选择。我们的分析表明，虽然NMC电池的能量密度高出30%到40%，但LFP电池的预期充电循环寿命更长，而且碳排放量平均降低15%到25%。这主要是由于阴极中较少的嵌入材料排放。多家原始设备制造商、电池生产商和阴极制造商正在研究替代化学品，以减少排放和成本，同时保持或提高能量密度。例如，在生产锂镍锰氧化物阴极(LNMO)时，目标是用更便宜、储量丰富且更可持续的材料（例如锰）替代镍等昂贵且排放密集的材料。
电池尺寸。目前，电动汽车生产商正专注于增加电池组尺寸，以使驾驶员能够行驶更远的距离。2021年，最长续航里程的电动汽车一次充电可行驶405英里（652公里）。到2022年，美国续航里程超过300英里（483公里）的电动汽车数量增加了两倍。然而，不断增长的电池容量与普通司机每天行驶的距离之间存在不匹配，在美国，平均行驶距离不到40英里（64公里）。根据美国联邦公路管理局(FHWA) 的数据，95%的行程不到30英里（48公里）。这不到最长续航里程的电动汽车一次充电行驶距离的十分之一。由于创新和应用之间的脱节，分配给电池生产的有限资源在很大程度上没有得到充分利用 因此，减少排放的一种根本方法是制造更适合消费者需求的更小电池组。例如，在中国，2021年最畅销的电动汽车是五菱宏光Mini EV，它提供9至14kWh的电池，续航里程为75至106英里（121公里至171公里）。
成功的脱碳需要价值链上的战略协作
为了制造零碳电池，整个价值链上的参与者需要共同努力，并与包括政府和金融机构在内的其他利益相关者合作。为了取得成功，他们应该考虑在五个方面采取行动：
供应商。生产商可以在价值链上向供应商发出明确的零碳产品需求信号。例如，一流的EV OEM可以向其电池供应商发送信号，而后者又可以将该需求传递给活性材料供应商，依此类推，直到对这些材料的需求沿着价值链上升到原材料开采和精炼。这可以通过建立采购合作伙伴关系来共同开发低碳解决方案或增加对低碳产品的需求来实现。
投资者。利益相关者可以考虑通过融资来帮助创新者进行投资。例如，他们可能会利用可持续生产的长期产量承诺来建立新的低排放生产技术。如果政府愿意考虑，公共补贴可能有利于实现这些目标。
回收。价值链上的参与者可以扩大电池收集和回收，包括物流、测试和拆卸、加工以及数字跟踪和追溯。如上所述，增加新电池中回收材料的份额不仅有助于解决预期的电池材料供应短缺问题，而且还可以显着减少此类电池的二氧化碳当量足迹。
指标。生产商可以通过建立标准和指标来提高透明度。一种选择是全球电池联盟最近推出的“电池护照”。其他选择包括二次使用标准，或低碳产品认证，使客户更容易选择低碳选项和跟踪价值链上的改进。
伙伴关系。价值链上的参与者可能希望建立多边伙伴关系。例如，原材料公司（如镍、钴、锂和铝）、活性材料生产商、电池制造商和原始设备制造商之间的合作可以帮助解决整个价值链上的问题。例如，此类伙伴关系可能会促进在价值链的每一步中转向使用可再生能源的共同承诺。
公司今天如何开始
电动汽车电池公司需要制定一个计划对其上游进行脱碳。第一步可能是基于对其上游排放的详细了解，全面了解其产品的碳足迹。此概览可以展示他们的供应商组合以及他们在价值链上与之合作的其他参与者。公司可以从供应商（以及供应商的供应商）收集原始数据并评估当前和未来可用的脱碳方案来实现这一目标。这些信息和透明度将有助于设定正确的目标水平，并帮助公司在仔细考虑差异化机会、成本和风险的基础上选择正确的战略。
作为可能的后续行动，公司可能希望制定具体的行动计划以实现其目标，包括转向可再生能源等速效措施以及整个供应链的长期战略行动。战略行动可能包括与价值链上的相关参与者建立联盟和伙伴关系。最后，公司可以制定一项战略，将自己定位于关注二氧化碳的客户，并寻找使自己与竞争对手区分开来的方法，从而有可能在中期获得可持续性价格溢价。
