近日，中国科学院广州能源研究所能源战略与碳资产研究中心在退役动力电池回收系统优化研究方面取得新进展。

随着中国电动汽车保有量快速增长，动力电池退役规模将持续攀升。退役电池既是需要规范处置的末端废弃物流，也是镍、钴、锂等关键金属的重要二次资源来源。未来回收体系建设不仅取决于单项回收技术进步，也取决于退役电池从哪里产生、以何种形式运输、回收设施如何布局以及不同技术路径在成本和环境影响方面的综合表现。

针对这一问题，研究构建了材料流分析（MFA）、混合整数非线性规划（MINLP）和生命周期评价（LCA）相结合的集成模型，将城市尺度和电池化学类型尺度的退役电池预测、全国回收网络优化和前瞻性生命周期环境影响评价纳入统一框架（图1）。该模型可用于识别不同回收技术路径下成本最优的设施布局、处理能力和运输路径，并进一步量化其环境影响。

研究比较了两类回收路径：一是以完整电池包运输和机械—热预处理为特征的湿法冶金回收路径（Hydro路径）；二是在搜集端引入高压脉冲放电（HVPD）剥离技术，将完整电池包转化为剥离后的正极粉体后再运输至下游回收中心的HVPD回收路径。优化结果识别出两种不同的回收网络结构：Hydro路径更偏向“分布式、多点小规模”布局，通过在退役电池产生热点周边设置较多回收处理中心，减少完整电池包的长距离运输；HVPD路径则更偏向“集中式、少点大规模”布局，通过在搜集端将电池包转化为更易运输的正极粉体，再汇入较少但规模更大的回收处理中心，从而降低物流负担并发挥规模经济效应。

在经济性方面，以1 kg NMC811正极材料生产为功能单位，HVPD路径在各自成本最优网络下的总成本较Hydro路径降低约10%。这一优势主要来自运输形态变化和规模经济效应：HVPD路径将跨区域运输对象由完整电池包转变为正极粉体，同时减少回收处理中心数量、提高单体设施处理规模，从而降低运输和处理成本。在环境影响方面，与原生正极材料生产相比，两类回收路径均表现出环境减排效益。研究结果显示，回收路径可降低全球变暖潜势约1%-42%、化石燃料消耗潜势约3%-28%、矿石资源消耗潜势约67%，并降低致癌性人体毒性潜势约20%-30%。在不同前瞻性背景情景下，HVPD路径的环境影响总体低于Hydro路径。随着未来电力系统低碳化，依赖电力驱动前端剥离的HVPD路径有望获得更明显的环境优势。

研究表明，面向未来退役动力电池高峰，回收体系建设需要从单点工艺优化进一步走向系统设计。退役电池回收设施布局应与城市尺度退役量、化学组成、运输约束和下游材料生产能力相协调。同时，应加强动力电池可回收设计、数字化溯源和规范搜集体系建设，提高合规来料稳定性，降低投资和运营风险，推动动力电池回收由“末端处置”向“资源保障与低碳基础设施”转变。

该研究由中国科学院广州能源研究所联合东京大学菊池康纪教授团队共同完成，广州能源所为第一完成单位。论文第一作者为广州能源研究所博士研究生聂帅，通讯作者为广州能源研究所蔡国田研究员和东京大学菊池康纪教授。研究获得中国科学院战略性先导科技专项、JST COI-NEXT项目和国家留学基金委等资助。

相关研究成果以Shaping China’s Automotive Lithium-Ion Battery Recycling System to Meet the Retirement Wave: Insights from Integrated Modeling为题发表于Environmental Science & Technology期刊。

原文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.5c15537