如今，電動汽車正在全球加速發展，越來越多的車企開始由燃油車轉向電動車。據了解，不少汽車生産商都表示會在 2025 年後停售傳統燃油車。

與燃油車不同，電動車的動力一般由锂電池（LIB）提供。随着電動汽車的普及，锂電池的使用量會越來越大。

這同時也會産生一個後果，那就是廢棄的锂電池變得越來越多。

圖 | 電動汽車充電（來源：Pixabay）

近日，康奈爾大學對锂離子電池的循環利用做了相關研究，并以《第二生命與循環利用：高性能锂離子電池的能源和環境可持續性視角》（Second life andrecycling: Energy and environmental sustainability perspectives forhigh-performance lithium-ion batteries）為題發表在 Science Advances 上[1]。

該項研究的作者之一，康奈爾大學工程學院能源系統工程教授尤峰崎（Fengqi You）表示：“電動汽車電池的壽命通常在 5 ~ 12 年，如何處理這些壽命到期的電池是一個大問題。目前，關于改進锂電池設計以進行回收再利用的讨論還很少。”

在以往锂電池生命周期研究的基礎上，該研究更全面地評估了，不同锂電池種類的利用方式和回收方法對環境和能源的影響以及相互影響之間的關系。

圖 | 锂電池的全生命周期（來源：Science Advances）

研究發現，對壽命到期的電動汽車锂電池進行二次利用，比如用于電網的儲電系統，可減少 8% ~ 17% 的碳足迹和 2% ~ 6% 的能源需求。現在環境問題日益嚴峻，各國都在往 “碳中和” 方向努力，锂電池是公認的綠色環保電池，其的良好利用也有助于這一目标的實現。

尤峰崎提到，随着時間的推移，锂電池的容量和性能都會下降。但這并不意味着電動汽車锂電池過了保修期電池容量就會成為零。

實際上，電動汽車對電池性能要求較高，達到使用壽命的電動汽車锂電池通常還可以保持 80% 的電池容量，雖然不再适用于對電池性能要求較高的電動汽車使用場景，卻可被用于較為溫和的使用場景，如電網調峰調頻、削峰填谷、風光儲能等儲能領域。

圖 | 風力發電（來源：Pixabay）

尤峰崎進一步說，通過對 “退役” 的電動汽車锂電池進行拆解、重組和測試等，可以在最終回收前，實現對其的二次利用甚至多次利用。

在具體研究過程中，尤峰崎團隊根據相關資料，整理了锂電池全生命周期的投入産出清單，然後利用三種影響評估方法，即碳足迹、能源消耗以及針對多種環境問題分類的方法，來評估锂電池生産、使用和回收的全生命周期對環境的不同影響。最後，他們還基于能源和環境效益結果和減碳環保的目标要求，提出了研發和商業化實踐上的策略建議。

在研究過程中，該團隊還發現锂電池的生産、使用和回收，涉及到技術、環境、經濟、能源、資源儲備等各個方面。作為新能源汽車的核心發電單元和電力調節最有競争力的儲能技術之一，锂電池可以說在國家的能源發展戰略中占有重要地位。

此外，該研究還指出了高性能锂電池使用周期中的幾個環境熱點，并讨論了進一步提升锂電池環境和能源表現的可行措施及優缺點。其中，強調了以易于回收、提升回收的環境效益理念來設計锂電池的重要性。

尤峰崎特意指出了在電池材料技術的設計開發中，要考慮到回收性能，比如減少回收過程對環境危害大的材料的使用，或者考慮相關替代材料等，并羅列出可進一步提升高性能锂電池環保性的建議，其中包括提升電網能源結構中可再生能源的占比、廢舊電池分類回收、減少鋁的使用、對石墨陰極進行回收或替換等。

随着锂電池的需求增加，锂電池中锂和钴等關鍵材料的需求也将随之增加。據了解，從 2018 年至 2030 年，全球對锂和钴的需求預計将增長約 10 倍，這對供應鍊穩定提出了挑戰。

“當今大多數回收設施都難以回收汽車電池内部的原材料，” 這項研究的另一位作者陶硯楸（Yanqiu Tao）說，“決策者應該考慮如何激勵回收技術，以優化電池的可持續性。”

“我們認為如果能夠促進常用的陰極活性材料石墨的分離或新興的回收方法，将進一步減少對環境的影響。” 陶硯楸還說道。

該研究對未來锂電池的設計、生産、使用和回收具有指導意義。盡管主要着重于锂電池的能源和環境效益，但是尤峰崎等人仍希望能以較為全面的角度去分析和看待锂電池的使用和回收，從而給交通、電力、能源等領域提供一定參考。

對于下一步的研究計劃，尤峰崎表示：“下一步，我們計劃考慮一些新型的電池材料和技術，以及它們相應的能源、環境和經濟影響。除此之外，我們還計劃将研究目标拓展至不同的能源儲存系統，并且對中長期的能源存儲進行預測和環境經濟的調度規劃。”

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參考：

1.Y.Q.Tao,C. D. Rahn,L. A. Archer,F.Q. You,Second life and recycling: Energy and environmental sustainability perspectives for high-performance lithium-ion batteries.Science Advances 7,(2021)

DOI: 10.1126/sciadv.abi7633

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