近日，中国科学院广州能源研究所研究员蔡国田团队与日本东京大学教授菊池康纪团队合作，在退役动力电池回收系统优化领域取得重要新进展。相关成果发表于《环境科学与技术》。

随着中国电动汽车保有量的迅猛增长，动力电池退役规模正持续扩大。退役电池不仅构成了需要规范处置的末端废弃物流，同时也是镍、钴、锂等关键金属的重要二次资源来源。未来退役电池回收体系的建设，不仅依赖于单项回收技术的进步，还取决于退役电池的产生源头、运输方式、回收设施布局，以及不同技术路径在成本和环境影响方面的综合表现。

针对上述挑战，研究团队创新性地构建了材料流分析、混合整数非线性规划和生命周期评价相结合的集成模型。该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，以及前瞻性生命周期环境影响评价纳入统一框架，为退役电池回收系统的优化提供了科学依据。通过这一模型，研究团队能够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，为回收系统的整体优化提供了有力支持。

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。

该研究揭示了两种不同的回收网络结构：Hydro路径倾向于“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；而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%。这一优势主要得益于运输形态的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，从而降低了运输和处理成本。

在环境影响方面，与原生正极材料生产相比，两类回收路径均展现出显著的环境减排效益。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迈向系统设计。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，为电动汽车产业的可持续发展提供有力支撑。

相关论文信息：https://doi.org/10.1021/acs.est.5c15537