如今，电动汽车正在全球加速发展，越来越多的车企开始由燃油车转向电动车。据了解，不少汽车生产商都表示会在 2025 年后停售传统燃油车。
与燃油车不同，电动车的动力一般由锂电池（LIB）提供。随着电动汽车的普及，锂电池的使用量会越来越大。
这同时也会产生一个后果，那就是废弃的锂电池变得越来越多。
图 | 电动汽车充电（来源：Pixabay）
近日，康奈尔大学对锂离子电池的循环利用做了相关研究，并以《第二生命与循环利用：高性能锂离子电池的能源和环境可持续性视角》（Second life andrecycling: Energy and environmental sustainability perspectives forhigh-performance lithium-ion batteries）为题发表在 Science Advances 上[1]。
该项研究的作者之一，康奈尔大学工程学院能源系统工程教授尤峰崎（Fengqi You）表示：“电动汽车电池的寿命通常在 5 ~ 12 年，如何处理这些寿命到期的电池是一个大问题。目前，关于改进锂电池设计以进行回收再利用的讨论还很少。”
在以往锂电池生命周期研究的基础上，该研究更全面地评估了，不同锂电池种类的利用方式和回收方法对环境和能源的影响以及相互影响之间的关系。
图 | 锂电池的全生命周期（来源：Science Advances）
研究发现，对寿命到期的电动汽车锂电池进行二次利用，比如用于电网的储电系统，可减少 8% ~ 17% 的碳足迹和 2% ~ 6% 的能源需求。现在环境问题日益严峻，各国都在往 “碳中和” 方向努力，锂电池是公认的绿色环保电池，其的良好利用也有助于这一目标的实现。
尤峰崎提到，随着时间的推移，锂电池的容量和性能都会下降。但这并不意味着电动汽车锂电池过了保修期电池容量就会成为零。
实际上，电动汽车对电池性能要求较高，达到使用寿命的电动汽车锂电池通常还可以保持 80% 的电池容量，虽然不再适用于对电池性能要求较高的电动汽车使用场景，却可被用于较为温和的使用场景，如电网调峰调频、削峰填谷、风光储能等储能领域。
图 | 风力发电（来源：Pixabay）
尤峰崎进一步说，通过对 “退役” 的电动汽车锂电池进行拆解、重组和测试等，可以在最终回收前，实现对其的二次利用甚至多次利用。
在具体研究过程中，尤峰崎团队根据相关资料，整理了锂电池全生命周期的投入产出清单，然后利用三种影响评估方法，即碳足迹、能源消耗以及针对多种环境问题分类的方法，来评估锂电池生产、使用和回收的全生命周期对环境的不同影响。最后，他们还基于能源和环境效益结果和减碳环保的目标要求，提出了研发和商业化实践上的策略建议。
在研究过程中，该团队还发现锂电池的生产、使用和回收，涉及到技术、环境、经济、能源、资源储备等各个方面。作为新能源汽车的核心发电单元和电力调节最有竞争力的储能技术之一，锂电池可以说在国家的能源发展战略中占有重要地位。
此外，该研究还指出了高性能锂电池使用周期中的几个环境热点，并讨论了进一步提升锂电池环境和能源表现的可行措施及优缺点。其中，强调了以易于回收、提升回收的环境效益理念来设计锂电池的重要性。
尤峰崎特意指出了在电池材料技术的设计开发中，要考虑到回收性能，比如减少回收过程对环境危害大的材料的使用，或者考虑相关替代材料等，并罗列出可进一步提升高性能锂电池环保性的建议，其中包括提升电网能源结构中可再生能源的占比、废旧电池分类回收、减少铝的使用、对石墨阴极进行回收或替换等。
随着锂电池的需求增加，锂电池中锂和钴等关键材料的需求也将随之增加。据了解，从 2018 年至 2030 年，全球对锂和钴的需求预计将增长约 10 倍，这对供应链稳定提出了挑战。
“当今大多数回收设施都难以回收汽车电池内部的原材料，” 这项研究的另一位作者陶砚楸（Yanqiu Tao）说，“决策者应该考虑如何激励回收技术，以优化电池的可持续性。”
“我们认为如果能够促进常用的阴极活性材料石墨的分离或新兴的回收方法，将进一步减少对环境的影响。” 陶砚楸还说道。
该研究对未来锂电池的设计、生产、使用和回收具有指导意义。尽管主要着重于锂电池的能源和环境效益，但是尤峰崎等人仍希望能以较为全面的角度去分析和看待锂电池的使用和回收，从而给交通、电力、能源等领域提供一定参考。
对于下一步的研究计划，尤峰崎表示：“下一步，我们计划考虑一些新型的电池材料和技术，以及它们相应的能源、环境和经济影响。除此之外，我们还计划将研究目标拓展至不同的能源储存系统，并且对中长期的能源存储进行预测和环境经济的调度规划。”
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参考：
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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