退役锂离子电池的环境、循环性与关键性协同评估:面向墨西哥管理策略的战略启示

《Journal of Cleaner Production》:Environmental, circularity, and criticality assessment of end-of-life lithium-ion batteries: Implications for management strategies in Mexico

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年11月04日 来源:Journal of Cleaner Production 10.7

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  研究人员针对墨西哥退役电动汽车锂离子电池(LIBs)的末端管理问题,构建了融合生命周期评价(LCA)、材料循环性指标(MCI)与关键性加权材料循环性指标(MCI-c)的集成评估框架。结果表明,梯次利用(repurposing)在环境绩效与循环性维度均表现最优;

  
研究人员针对墨西哥退役电动汽车锂离子电池(LIBs)的末端管理问题,构建了融合生命周期评价(LCA)、材料循环性指标(MCI)与关键性加权材料循环性指标(MCI-c)的集成评估框架。结果表明,梯次利用(repurposing)在环境绩效与循环性维度均表现最优;湿法冶金回收(hydrometallurgical recycling)可有效回收锂、钴、镍等战略关键材料;研究所提出的MCI-c将材料供应安全风险纳入循环性核算,在高锂关键性权重情景下,重构了不同末端策略的技术排序。上述发现为新兴经济体完善LIBs管理政策、保障关键原材料供应安全提供了量化依据。
研究背景方面,能源转型推动锂离子电池(LIBs)需求快速增长,电动汽车普及使退役电池规模持续扩大。LIBs含锂(Li)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)等关键原材料,也含电解质等有害组分;填埋、非正式处理或储存不当会造成土壤与水污染,并带来火灾风险。同时,资源供应链高度依赖地缘政治敏感区域,缺乏回收将迫使新建大量矿山。墨西哥虽将锂列为战略矿产并推进电动车产业,但末端电池管理策略缺位,现有循环经济法(LGEC)缺乏针对LIBs的清晰路径,且国家层面尚无关键原材料评估框架。因此,研究人员需要同时考量环境负担、资源循环与供应安全,为新兴经济体提供可操作的优先序。
研究人员以墨西哥轻型纯电动汽车(BEV)退役电池为对象,参考历史销售与车型化学体系构成(约55.9 wt% NMC811与44.1 wt% LFP),设定功能单位为1吨退役LIBs,对比受控填埋处置、湿法冶金回收、火法冶金回收与 stationary 梯次利用四类情景。核心结论是:梯次利用具有最佳环境与循环性表现;湿法路线可回收战略关键材料;引入关键性权重后,技术排序发生逆转;结果为墨西哥LIBs管理政策提供依据。论文发表于《Journal of Cleaner Production》。
关键技术方法上,研究人员采用生命周期评价(LCA,依据ISO 14040/14044)处理多功能性,以系统拓展与替代法核算避免负担;结合物质流与工艺清单,将墨西哥电力结构、物流距离与设施条件本地化。循环性测算使用材料循环指标(MCI),并以国际关键性评估数据为代理,提出关键性加权MCI(MCI-c)。通过情景与敏感性分析,考察锂关键性权重变化对策略排序的影响。样本来自墨西哥2021—2024年BEV车队化学体系回溯估算,不包含制造与使用阶段。
研究结果如下。
研究背景与问题界定:通过文献与政策梳理,确认墨西哥BEV销量快速上升但末端管理基础设施与监管模糊,关键材料流失与环境污染风险并存。
案例研究与情景定义:基于INEGI销售数据与8年寿命假设,估算退役量;构建四情景——受控处置、湿法回收、火法回收、梯次利用,明确各情景物料流向与回收产物。
生命周期评价(LCA):以1吨参考电池流(559 kg NMC811 + 441 kg LFP)为基准,系统边界覆盖收集后运输、拆解、放电与处理。结果显示梯次利用避免新建材料与延长服务寿命,环境收益最高;湿法回收因锂回收率优于火法而环境表现更好;火法丢失锂至炉渣。
循环性评估(MCI与MCI-c):MCI反映质量级循环效率,梯次利用因延长产品寿命得分最高。MCI-c将材料关键性作为权重,高锂关键性下,能回收Li的湿法路线循环价值被放大,原先仅看质量循环的排序被改写。
关键性与敏感性分析:由于墨西哥无本国关键性矩阵,采用国际参数做探索性应用。敏感性显示锂权重升高时,关键性维度会重塑决策优先序,单纯环境最优不等于资源安全最优。
讨论与结论译述:讨论部分指出,单一LCA不足以捕捉供应安全与循环质量差异,MCI-c弥补了关键性盲区。研究局限在于依赖进口关键性数据与通用工艺库存,且梯次利用按理想适配率建模。结论为:退役LIBs管理应优先梯次利用,辅以湿法回收保障关键材料回流;政策设计需把关键性纳入EPR与循环经济指标,新兴经济体可借MCI-c实现环境—循环—供应安全协同治理。
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