可持续地为未来提供动力：从摇篮到摇篮应对环境挑战——全球供应链中的锂离子电池

《RENEWABLE & SUSTAINABLE ENERGY REVIEWS》：Powering the future sustainably: Navigating environmental challenges from cradle to cradle, lithium-ion batteries across global supply chains

电动汽车关键电池材料生命周期环境影响及回收技术路径研究。NMC与LFP电池在生产和回收阶段呈现显著环境差异，NMC生产能耗高排放大，LFP回收污染更重。直接回收技术最优，较传统火法/湿法降低生态影响27%-43%。中国电池生产链环境负荷高于欧美，但通过LFP电池普及和直接回收技术可同步实现SDG7、12、13目标。区域差异与电池设计创新是关键突破点。

　　电动汽车（EVs）作为可持续交通的重要组成部分，正在全球范围内迅速发展。随着各国致力于实现可持续发展目标（SDGs）和迈向净零排放，从传统交通向电动出行的转型成为关注焦点。电动汽车的普及不仅减少了化石资源的使用和排放，还推动了绿色能源的消费。然而，电动汽车的核心组件——锂离子电池（LIBs）——在生产和使用过程中对环境的影响不容忽视。锂离子电池主要分为镍锰钴（NMC）和磷酸铁锂（LFP）两种类型，它们在供应链中可能展现出不同的环境影响，因此需要不同的处理策略。

为了全面评估NMC和LFP电池的生命周期环境影响，识别关键的环境热点，包括区域差异，并提出可持续发展的路径，研究人员对相关文献进行了系统整理。这项研究还评估了三种主要的回收技术，以确定哪种回收方式最适合这些电池，从而支持循环经济的发展，符合可持续发展目标12（SDG12）。结果显示，NMC电池在生产和使用阶段的环境影响较大，而LFP电池则在回收阶段的环境负担更为突出。生产阶段是影响环境和资源消耗的主要因素，而回收过程则对生态系统质量和人类健康产生重要影响。

在三种回收方法中，直接回收被认为是最具环境可持续性的技术，相较于火法冶金和湿法冶金方法，它在减少环境影响方面表现更优。直接回收通过在分子层面恢复正极活性材料，使其重新具备电化学功能，从而实现材料的高效回收和再利用。这不仅有助于资源的循环利用，还能够显著降低废旧电池带来的环境负担。因此，研究建议LFP电池应采用直接回收技术，以支持SDG7（清洁能源）、SDG12（负责任的消费和生产）以及SDG13（气候行动）。

此外，研究还指出，中国的电池生产链在大多数生命周期阶段的环境负担高于德国、欧洲和美国。这可能与原材料开采、生产过程以及回收体系的不完善有关。为了实现可持续的电动出行，需要在电池技术、回收创新、利益相关者的环境意识以及电池设计的可回收性方面取得进展。这包括开发更环保的电池材料，优化生产流程以减少资源消耗，以及建立高效的回收体系，确保废旧电池能够被妥善处理，减少对环境的负面影响。

NMC和LFP电池在生命周期中的环境影响各具特点。NMC电池因其较高的能量密度，适合用于乘用车，但其生产过程需要较高的温度（800–900°C）和较长的加热时间，导致较高的温室气体排放。相比之下，LFP电池的生产温度较低（500–600°C），因此在能源消耗和温室气体排放方面表现更为优越。然而，LFP电池在回收阶段的环境负担相对较大，这可能与其材料特性有关。因此，研究强调了回收技术的重要性，特别是直接回收在减少环境影响方面的潜力。

在回收过程中，不同的技术对环境的影响存在显著差异。火法冶金回收依赖于高温处理，可能导致空气污染和有害物质的释放，而湿法冶金回收则涉及化学处理，可能带来水资源污染和化学废物的处理问题。直接回收作为一种新兴技术，通过分子层面的材料恢复，不仅能够提高材料回收率，还能减少对环境的二次污染。因此，研究建议针对NMC和LFP电池分别采用最适合的回收方法，以实现资源的高效利用和环境的可持续发展。

研究还指出，NMC和LFP电池的生命周期中存在不同的挑战。NMC电池面临钴和镍的稀缺性、供应链风险以及伦理问题。特别是在刚果民主共和国，钴的开采往往伴随着严重的健康影响，包括暴露在采矿区域的社区所面临的氧化DNA损伤。此外，该行业还存在危险的工作环境、童工问题以及广泛的环境破坏。虽然刚果民主共和国是全球主要的钴生产地，但其供应链的不透明性和环境影响限制了NMC电池的可持续发展。相比之下，LFP电池的原材料（如铁、锂、磷酸盐）在供应链中相对更加稳定，其环境影响主要集中在生产过程和回收阶段。

为了实现可持续的电动出行，需要从多个层面采取行动。首先，应推动电池技术的创新，开发更加环保和高效的电池材料。其次，应加强回收技术的研究和应用，提高材料回收率，减少对环境的二次污染。此外，应提高利益相关者对环境影响的认识，包括消费者、制造商和政策制定者，以促进更加可持续的电池使用和回收行为。最后，应优化电池设计，使其更易于回收和再利用，从而支持循环经济的发展。

研究还强调了全球范围内电池生产和回收的区域差异。中国的电池生产链在大多数生命周期阶段的环境负担高于德国、欧洲和美国。这可能与中国的高能耗生产方式、原材料开采的环境影响以及回收体系的不完善有关。因此，研究建议各国应加强国际合作，借鉴其他国家在电池生产和回收方面的最佳实践，以降低环境负担，实现更加可持续的电动出行。

在全球范围内，电动汽车的市场依然高度集中，中国、欧洲和美国占据了全球电动车购买的95%。然而，发展中国家也在逐步转向电动出行，认识到减少交通领域温室气体排放的重要性。这表明，电动出行的推广不仅限于发达国家，而是全球范围内的趋势。因此，研究建议各国应根据自身的资源状况和环境条件，制定适合本国的电池生产和回收政策，以实现可持续发展。

此外，研究还指出，电池的生命周期管理对于实现可持续发展目标至关重要。从生产到使用再到回收，每个阶段都可能对环境产生不同的影响。因此，需要建立完善的生命周期评估（LCA）体系，全面评估电池的环境影响，识别关键的环境热点，并提出相应的改进措施。这包括优化生产流程以减少资源消耗，提高电池的能效，以及发展更加环保的回收技术。

在电池的使用阶段，NMC电池通常表现出优于LFP电池的性能，尤其是在能量密度和驾驶续航方面。然而，这种性能差距并不显著，因此，研究建议通过使用可再生能源发电来降低使用阶段的环境影响。例如，利用太阳能、风能等清洁能源为电动车充电，可以显著减少碳排放，提高电动车的可持续性。此外，提高充电基础设施的建设，确保电动车能够获得清洁、高效的电力，也是实现可持续交通的重要措施。

综上所述，电动汽车的发展对全球可持续交通具有重要意义，但其核心组件——锂离子电池——的环境影响不容忽视。NMC和LFP电池在生命周期中的环境影响各具特点，因此需要根据其特性选择最合适的处理方式。直接回收作为一种新兴的环保技术，被认为是最具可持续性的回收方式，能够有效减少废旧电池带来的环境负担。因此，研究建议在电池生产和回收过程中，应优先采用直接回收技术，以支持循环经济的发展和可持续发展目标的实现。同时，各国应加强合作，共同推动电池技术的创新和回收体系的完善，以实现更加环保、高效的电动出行。