摘要 - 本文总结了一些专题，以强调与电池相关的区域差异和特定挑战，重点关注燃气消耗、分配、使用以及锂生产所产生的污染对社会的影响。考虑到电动汽车电池的经济和环境影响以及了解其生命周期的重要性，它们为可持续未来提供了有前景的机会。本文分析深入探讨了材料的回收以及提取锂和制造电动汽车电池的各种方法。高效的锂回收至关重要且具有全球意义，其中液体提取是一种更环保的选择。通过应对这些挑战，本文概述了支持电动汽车未来发展的基本原理。
1.简介
电动汽车和电池技术概述
电动汽车市场增长：随着气候危机加剧，电动汽车作为一种可行的减排替代方案，其市场需求受政府政策、电池成本下降和消费者需求增加等因素驱动，预计未来十年将显著增长。 电池在电动汽车中的重要性：电池是电动汽车的关键部件，其需求随着电动汽车市场的增长而迅速增加。锂离子电池因其高能量密度、紧凑尺寸和相对较低的维护成本而成为电动汽车的首选电池类型。 ![]()
图1.全球销售增长和电动汽车需求
电动汽车电池的报废挑战
环境影响：电动汽车电池的报废处理需求增加，其包含的稀有矿物质和材料难以获取，且电池回收过程复杂。然而，回收利用电池比提取新材料更环保，同时还能为电池提供二次利用的机会，延长其使用寿命。 资源回收机会：从废旧电动汽车电池中回收有价值的矿物质对于节约资源、减少环境影响和促进可持续发展至关重要。通过优化回收过程，可以减少浪费、降低资源开采和碳排放。 循环经济原则及其应用
循环经济概念：循环经济强调对现有材料和产品的再利用和再循环，以减少对原材料的需求和环境影响。 ![]()
图2.循环经济模型。
在电动汽车电池中的应用：电动汽车电池的生命周期包括原材料开采、制造、使用和报废阶段。通过应用循环经济原则，可以在电池报废后回收材料，用于制造新电池，从而降低成本、提高效率和可持续性。 主要目标是探索电动汽车电池实现循环经济的途径，包括研究电池的特性和生命周期，了解其社会和环境影响，分析如何在电池生命周期内实施循环经济实践，讨论潜在影响、挑战和障碍，并概述实现这一目标所需的条件。2.电动汽车电池的生命周期
电池组成和材料
电池类型：电动汽车常用的电池类型有锂离子、镍氢、铅酸和超级电容器电池等，本文主要关注锂离子电池。锂离子电池因寿命长、温度范围可控和能量效率高，适合循环经济，但产量增加可能抵消其长寿命带来的材料需求减少的优势。 电池组件：锂离子电池由阳极、阴极、电解质和分离器四个主要组件构成。阳极释放电子，阴极吸收电子，电解质传递电子，分离器防止短路。![]()
图3.示意图显示了锂离子电池的组件和工作原理.
关键材料：制造锂离子电池的原材料包括锂、锰、铜、石墨、钴、镍和铁等金属，这些金属因其性能优势被选用，但部分材料如钴获取成本较高且来源不稳定。![]()
图4.锂离子电池各部件示意图。
制造和使用阶段
制造过程：锂离子电池制造过程包括电极制备、电池组装和电池电化学激活三个主要阶段。电极制备过程中会产生有毒气体，且原材料提取和材料制备过程消耗大量能源，对环境有负面影响。 使用阶段考虑因素：在电动汽车使用过程中，电池的寿命受温度、充电习惯和驾驶习惯等因素影响。高温和低温环境、过度充电和长时间充电以及高速驾驶等都会加速电池的老化和性能下降。报废阶段
电池处理的挑战：电池报废后，处理面临诸多挑战，包括回收电池组件成本较高、二次利用机会有限以及新电池市场竞争激烈等。 循环实践的机会：尽管存在挑战，但将电动汽车电池纳入循环经济仍有机会。回收方法可实现资源回收和再利用，随着行业发展和监管框架完善，电池处理的可持续性将得到提高。3.报废电动汽车电池的循环经济战略
电池回收技术
回收的重要性及市场趋势：电池回收对可持续发展至关重要，可降低原材料需求，预计2040 - 2050年初级需求可降低25 - 64%，且回收市场将扩大。 现有回收方法概述：包括火法冶金、湿法冶金、生物浸出和直接回收等，各有优缺点，综合使用可优化资源回收和减少环境影响。 ![]()
图5.用过的LIB处理工艺的常规流程图。
回收技术创新：受多种因素影响，企业正在开发专有回收技术，同时应用机器学习和人工智能等提高回收效率，处理新兴电池化学体系。![]()
表1.回收方法比较
二次利用应用
二次利用的价值：电动汽车电池可用于太阳能面板系统、电动快充站等，创造替代能源解决方案，减少碳足迹，促进可再生能源发展。 用于固定储能：很多电池用于固定储能系统，回收过程包括收集、分类、拆解、预处理和材料回收等步骤，需采用多种方法提取材料。 用于非车辆应用：电池可用于非车辆应用，如为路灯、电梯和数据中心等提供动力，一些公司已有成功案例，虽面临困难，但技术进步可提供机会。![]()
图6.电动汽车电池在其整个生命周期中的利用链。
材料回收和资源保护
从废旧电池中回收材料：从废旧电池中回收材料对环境可持续发展重要但有挑战，常用酸浸法，同时采用物理和化学方法提高效率并降低环境风险。 ![]()
图7.显示环境政策优势的环境政策严格性（EPS）指数。
减少浪费和环境影响的策略：处理资源和原材料的工厂依赖卡车运输，导致污染和浪费，需平衡运输和电池回收过程中的碳排放，确保可持续性。4.环境和社会影响
延长产品使用寿命：循环经济不仅要回收产品，还要延长其使用寿命，减少新电池生产数量，降低生产成本，减少环境污染和资源消耗。
减少环境污染和资源消耗：锂产业对环境影响大，从开采到处置都有污染风险。采用可再生能源制造电池可降低环境影响，同时要注意锂产业的用水问题。 促进可持续材料生命周期：电动汽车电池的材料可回收再利用，不同组件有不同回收方法和应用。例如阴极可直接回收或通过“阴极到阴极”回收，石墨阳极也有多种回收选项，且回收过程与生产新石墨有竞争力。社会考虑和利益相关者参与
社区参与循环电池倡议：减少锂离子电池对环境的影响需要多层面行动，包括政策、企业和地方层面。政府应提供电池信息和方便的回收选项，美国可借鉴德国和韩国的政策经验来提高电池回收率。 社会接受度和伦理考虑：尽管公众支持电池回收，但目前的电池报废处理实践在社会上尚未被广泛接受，需要更多公共基础设施。同时，电池回收可减少锂矿开采对环境和社会的负面影响。5.挑战和壁垒
技术挑战
循环经济概念在电池行业的现状：循环经济在电动汽车电池行业仍处于新兴阶段，随着电池报废数量增加，需开发和实施有效的回收和再利用策略。 当前回收技术的局限性：锂离子电池技术快速发展，回收技术难以跟上。新电池设计不断变化，材料复杂，行业稳定和有效电池设计标准出现前，完善回收方法困难。 再利用和二次应用的技术障碍：将锂离子电池用于家庭储能、电网集成或低速电动汽车等二次应用存在技术挑战，主要是评估电池健康状态的技术不足。监管和政策挑战
现有法规和政策评估：政府关于电池回收的立法尚不完善，中国法规严格，预计2026年回收大量废旧电池，而美国滞后。2021年美国相关法案已启动电池回收项目资金。 政策改进建议：建立锂离子电池循环经济需增加资金和支持，美国应加强国家和地方层面努力，扩大相关立法，鼓励企业创新，推动行业进步。6.未来方向和研究需求
研究差距和机会
需进一步研究的领域：电池回收是电动汽车电池循环经济的关键挑战，包括电池拆解复杂、材料多样、电池降解影响回收等问题，需要新技术解决。 跨学科合作和知识转移的潜力：企业对电池知识保密，限制了技术进步。加强企业间知识共享和跨学科合作，如利用机器人和AI，可提升电池管理和回收技术。未来循环电动汽车电池倡议的路线图
广泛采用循环实践的关键步骤：电动汽车电池循环实践需技术和政策支持，如欧洲的CE概念涵盖产品生命周期各阶段，但循环实践效果依赖技术，需技术进步才能充分发挥政策作用。 行业转型的合作努力和伙伴关系：企业应采用循环商业模式，促进跨公司和跨部门合作，提高回收和再利用技术。如韩国的公私合作模式，一些研究表明制造商和零售商合作可提高收集率和福利。循环经济的趋势
未来电动汽车电池回收的科学突破：电动汽车电池回收有很多未开发的突破点，如热氧化处理对电池材料的影响。新回收过程正在研究，有望减少有害化学物质使用，行业发展将带来更多设施、能力和方法。 对电动汽车电池研究的兴趣增加：电动汽车电池研究受多方支持，实现循环经济需克服产品计划报废问题。电池回收市场前景好，但存在障碍，如企业贪婪。政府应制定政策鼓励合作和创新，促进电池回收市场发展。7.总结
本文探讨了电动汽车电池生命周期的各个方面，重点是实现循环经济。有效管理产品的报废阶段是关键，实施回收或再利用流程可降低成本、提高效率并改善环境和社会成果。尽管目前存在挑战，但未来有望取得进展。电动汽车电池的生命周期不明确，这导致消费者对购买电动汽车持怀疑态度。提高电池寿命的透明度需要企业和政府共同努力，如Cox Automotive的系统和全球电池联盟的“电池护照”。电动汽车的发展趋势不可阻挡，但从内燃机到电动汽车的完全过渡需要大量努力。实现电动汽车电池的循环经济仍处于早期阶段，虽然取得了一些进展，但仍有很多工作要做。
