锂离子电池回收缓解中国电动汽车发展中的关键材料短缺危机

为解决电动汽车(EV)大规模推广导致的锂离子电池(LIBs)关键材料(钴、锂、镍、锰)供应危机，中国研究人员构建了涵盖资源补偿、环境绩效、空间优化和成本可行性的闭环回收评估框架。研究发现，在碳中和目标下，2060年钴和锰的需求将分别达到2022年产量的54倍和116倍，而84%的电池回收率可稳定供应。最优情景下回收产业净利达580亿美元，为电动汽车战略提供关键支撑。

　　

随着全球碳中和进程加速，电动汽车(EV)成为交通领域减排的核心抓手。然而，作为电动汽车"心脏"的锂离子电池(LIBs)正面临关键材料供应的严峻挑战——中国作为全球最大的电动汽车市场，钴(Co)、锂(Li)、镍(Ni)、锰(Mn)等材料的进口依赖度超过80%，其中钴资源储量仅占全球1.1%却消耗近40%产量。更令人担忧的是，模拟显示到2060年，中国实现碳中和目标所需的电动汽车规模将使钴、锰需求飙升至2022年全球产量的54倍和116倍，相当于需要新建60座中型钴矿才能填补缺口。这种"绿色悖论"如何破解？北京理工大学能源与环境政策研究中心的研究团队在《Nature Communications》发表的最新研究给出了系统解决方案。

研究人员创新性地构建了动态系统评估框架，整合车辆保有量预测、电池报废模型、动态物质流分析(dMFA)、生命周期评估(LCA)和空间成本优化模型。通过九种情景模拟（涵盖不同阴极化学组成、回收工艺和收集率），首次量化了闭环回收对材料安全、碳排放和经济性的多维影响。

研究揭示了三组关键发现：

1. 材料供需失衡：历史物质流分析显示，2020年回收材料仅满足1.3%的钴、镍、锰需求。在基准情景(RS)下，2060年钴缺口达12万吨，锰缺口相当于116倍当前产量。
   

   

2. 回收技术突破：直接阴极回收技术(RP-DIR)可使钴、镍、锰自给率达到80-123%，抵消55%的电池制造碳排放。最优技术组合(OPT)下，回收利润可达580亿美元。
   

   

3. 空间经济优化：基于ArcGIS的地理配置显示，在广东、河南等电池密集区建立回收中心，可使物流成本稳定在0.98-1.05美元/kg。LFP电池仅在采用直接回收技术时才具经济性。

这项研究为政策制定提供了精准路线图：84%的电池收集率是维持材料安全的最低阈值，而NCA阴极配合直接回收技术能最大化资源环境效益。值得注意的是，尽管无钴的LFP电池可降低短期成本，但其锂回收率不足且碳排放较高，凸显技术创新与政策协同的紧迫性。该成果不仅为中国电动汽车战略注入确定性，更开创了资源-环境-经济多维评估的新范式，对全球清洁能源转型具有标杆意义。