自 2010 年以來，電動汽車市場飛速增長，對鋰離子電池的需求也迅速擴大，預計到 2025 年將翻一番，到 2030 年將翻兩番。相應地，對鋰、鈷等原材料的需求擴張可能會導致資源的供給不足。另外，根據預測，2015 年至 2040 年間可能累計產生 2100 萬個報廢舊鋰電池包，對環境也會造成巨大的挑戰。
「如何處理所有這些報廢的電動汽車電池將是一個巨大的問題。」康納爾大學能源系統工程教授 Fengqi You 說。要想緩解供應鏈壓力，保護環境，實現行業可持續發展，就需要知道如何科學高效地處理廢舊鋰電池。
目前主要的處理方法有兩種：
1.梯次利用：從電動汽車上退役的動力電池，在電池狀態良好的情況下，作為儲能系統在發電站、電網等相關領域再利用，發揮剩餘價值。然而，根據現有的材料流分析，與汽車使用後直接回收相比，鋰離子電池的二次使用會延遲貴金屬的再迴圈，鑑於其現有的供應風險，這些金屬的供應鏈可能更容易受到干擾。
2.拆解回收：包括溼法冶金、火法冶金和直接陰極回收。前兩種方法用多種化工程式對金屬氧化物進行萃取，提煉原材料，特別是對鎳鈷錳、銅、鋁、鋰等電池主要元素的回收。然而，在工業中重新引入再生材料存在擔憂，問題在於再生材料能否在成本、產量和效能方面與商業控制材料競爭。
梯次利用和回收的引入將減少環境影響
從電池生命週期的一開始，也就是當它的原材料在地球上開採時，經濟學就決定了如何製造電池。「現在鋰離子電池的設計目的是為了效能，而不是為了回收或二次使用，」 You 說，並指出電動汽車電池的使用壽命通常為 5 到 12 年。但是，「目前關於改進電池設計以回收或再利用的環境維度的討論很少。」
例如，電池材料中的鈷在開採時會消耗大量能源並對環境造成破壞，用鎳代替鈷可以緩解這一問題，但大多數生命週期場景都表明存在經濟的權衡。該研究的合著者、康納爾大學工程學院院長 Lynden Archer 進一步解釋：「電池陰極中存在的鈷，即使相對少量，也會導致其他成分的氧化環境少得多，從而延長電池的使用壽命，並增加二次使用和材料回收的可能。」
此外，研究還發現與電池技術相比，回收方法和使用場景對鋰電池的能源和環境可持續性的影響更大。其中，直接陰極回收是鋰電池回收中最環保的技術，而使用更少的鋁或使用負極替代材料（如矽）的電池設計可以實現更可持續的火法冶金回收。
誠然，廢舊鋰電池可以在梯次利用之後再進行拆解回收。但是，梯次利用佔生命週期環境影響的比重較大，並且需要額外的資源來重新利用，從而導致鋰離子電池的梯次利用應用可能會阻礙鋰離子電池回收的環境效益。另一方面，梯次利用會使貴金屬的回收和再迴圈往後再延遲很多年，導致供應風險增加。因此，需要在兩者之間進行權衡。
今天的大多數回收設施都難以分解高度強化的汽車電池並回收其中的原材料。該研究的合著者、博士生 Yanqiu Tao 表示，政策制定者應該考慮如何激勵回收技術，最佳化電池的可持續性。「在這項研究中，我們將常用的石墨作為負極活性材料，這種材料難以回收利用，燃燒時會排放二氧化碳。如果政策制定者能夠促進石墨分離或新興的回收方法，就會減少對環境的影響。」
新技術使回收材料有利可圖
目前，很少有新電池是使用從舊電池回收的材料製造的，舊電池往往會被扔進垃圾填埋場，造成環境汙染和資源浪費。
在 10 月 16 日以“Recycled cathode materials enabled superior performance for lithium-ion batteries“為題發表在《Joule》上的研究中，研究人員開發了一種回收工藝，該工藝結合了溼法冶金和直接回收技術的優勢，用回收的材料製造的新電池比用新開採的金屬製成的電池更高效。
參考內容：
https://techxplore.com/news/2021-11-keys-influx-ev-batteries.html
https://techxplore.com/news/2021-11-reclaim-cathode-materials-lithium-batteries.html