HAWKER叉车电瓶再生材料含量对新型电动汽车电池环境足迹的影响
预计到2035年，锂离子电池（LIB）的需求量将达到9太瓦时。利用国内回收材料制造新型电池正受到日益广泛的关注。然而，现有文献尚未对回收材料在锂离子电池中的环境影响进行充分评估。本研究采用生命周期评价方法，系统考察了回收材料对正极活性材料及电池单体在碳足迹、水资源消耗、水资源稀缺指数和淡水毒性等维度的影响。使用再生材料替代原生材料可将新型NMC811正极材料的碳足迹降低达55%、水资源消耗减少20%、水资源稀缺影响下降20%、淡水毒性效应减轻61%。然而实际效果会因再生材料的回收方法及其所替代原生材料的<挖矿>与精炼区位而产生差异。本研究揭示了现行电池法规的缺陷与局限，着重论证了战略性地利用现有再生材料对降低锂离子电池环境足迹的重要性。
引言
过去三年间，电动汽车(EV)销量增长逾一倍，预计将持续攀升，推动电池需求增长（国际能源署，2024年）。要实现2050年净零排放目标，2035年电池需求须突破9太瓦时，较2023年需求增长十倍（国际能源署，2024年）。从传统燃油车向电动汽车转型需要大量使用锂、钴、镍、锰等原材料。
电池行业正经历快速变革，新政策、法规和激励措施正在重塑制造商的供应链战略。其中受影响最显著的领域是未来电池的原材料采购。例如，美国《2022年通胀削减法案》为使用在美国或其自由贸易伙伴国开采或加工材料的车辆提供税收抵免（Moors, 2022）。欧洲电池法规则强制要求新电池中镍、钴和锂的最低回收含量标准（BatteriesEurope, 2024; EC, 2006; Halleux, 2023）。这些法规政策影响着制造商对初级材料的采购决策。同样的法规政策也促使制造商对在未来的电池中使用回收材料产生日益浓厚的兴趣。提高回收材料含量有助于满足欧盟电池法规的要求，而在美国境内采购回收材料则能确保符合《通胀削减法案》(IRA)的规定。虽然新政府领导的政策转变可能会减缓电动汽车的普及速度，但整体趋势仍保持上升态势。激励措施与惩罚机制将不断演变，但预计会持续强调本土化生产和上游供应链发展。
除上述政策法规外，使用回收材料制造未来电池被认为比使用原生材料更环保（Tikanoja，2023）。现有研究采用生命周期评估法量化电池回收的环境足迹（Accardo等，2021；Ciez和Whitacre，2019；Du等，2022；Husmann等，2023；Liu等，2023；Mohr等，2020；Rosenberg等，2023）。部分研究评估了回收方法、地理位置等变量对再生材料环境足迹的影响（Hanna等2024年，Hanna等人，2025年）。在此需要重点阐明生命周期评价研究中可能采用的不同分配假设。在锂离子电池回收的生命周期评价中，选择截断法还是替代点分配法，将从根本上改变回收材料被视为无环境负荷的输入物还是承担上下游环境影响的载体，这往往会导致关于其相对气候效益的结论发生逆转（Nordelöf等人，2019年）。与此同时，大多数回收工艺都会产生多种产品。采用经济分配而非基于质量的分配方式，会将环境负担转移至高价值产出物（如钴、镍或锂盐），这意味着相同的回收流程可能使再生材料的环境表现优于原生材料，也可能更劣——这完全取决于分配规则的选择（Ali et al., 2024）。这种敏感性揭示了认证体系和方法论框架的灵活性如何通过生命周期评价（LCA）分配规则的选择，人为提升环境绩效表现（Nygaard, 2023）。目前主流回收工艺分为两类：高能耗的火法冶金与高化学品消耗的湿法冶金。既有研究表明，回收过程及其再生材料的环境足迹主要取决于回收工艺路径及地域因素。例如，湿法冶金工艺具有更高的水资源消耗与淡水毒性特征，而火法冶金则会产生更显著的碳足迹。研究结果表明，使用再生材料对未来电池环境足迹的影响因影响类别而异，并取决于再生材料的来源与回收方法。例如，与火法冶金相比，通过湿法冶金回收的材料预计具有更低的碳排放强度。
上述政策同样影响着初级材料的获取途径。原生电池材料从不同矿石类型中提取，并在不同国家进行挖矿与精炼（Ali等，2023；ANL，2023；Q. Dai，2018）。已有研究表明这些因素会显著影响电池材料及电池的环境足迹（Kallitsis等，2024）。例如，锂可从盐湖卤水和锂辉石矿石中回收（Chordia等，2022），其中盐湖提锂工艺的能耗和化学品消耗量均低于锂辉石挖矿（Chordia等，2022）。同样地，电池级硫酸镍（NiSO4)的制备原料可选择一级镍或混合氢氧化镍中间体(MHP)，两者具有不同的环境影响(R. Iyer, 2023)。有研究指出，采用MHP替代一级镍会导致NMC电池的碳足迹增加(Winjobi等, 2022)。同时多项研究表明，基础材料可占电池单元环境足迹的34%之多(Kallitsis等, 2024; Winjobi等, 2022)。因此，电池单元的环境影响取决于基础材料的来源。鉴于镍和锂在新型镍基电池（如NMC811和NMC721）中的高含量(Dai等, 2018a; Winjobi等, 2020)，这两种金属的原料来源尤为关键。因此，再生材料对未来电池的环境效益取决于其所替代的基础材料类型。
先前研究采用生命周期评价（LCA）方法评估电池生产或回收过程的环境足迹。此外，部分研究评估了再生材料对正极活性材料或电池单体环境影响的作用（Ginster等，2024；Machala等，2025）。这些研究共同表明，提高再生材料比例与回收率可显著减少环境影响，特别是与原生材料开采相关的环境负荷。然而，现有研究均未系统评估使用再生材料的环境效应，包括不同再生材料来源、原生材料产地及差异化再生比例对新生产电池单体足迹的影响。因此，有必要对不同原生材料与再生材料来源的电池环境足迹开展全面评估。这一点尤为重要，因为许多制造商计划提高其回收材料占比，以符合当地法规要求或降低电池的环境足迹。
本研究旨在评估利用再生材料制造新型电池对环境的影响。为实现这一目标，我们采用生命周期评价方法，估算使用不同原生与再生材料来源的NMC811电池在碳足迹、耗水量、水资源稀缺足迹及淡水毒性等方面的表现。此外，本研究还评估了2025至2040年间预测回收材料含量的环境影响，为未来电池中再生材料使用的环境效应提供了现实性见解。本研究通过再生材料的战略配置，揭示了降低未来电池环境影响的潜在路径。最后，探讨了当前及未来针对锂离子电池中再生材料回收利用的相关政策。
