1、电池回收的新兴趋势：电池阴极的原材料，如钴和镍，对全球能源格局至关重要。这反映在电池材料成本上，其中阴极构成了电池芯最昂贵的部分。LIB的传统生命周期如图1 所示。该循环从提取原材料开始，这些原材料通过金属精炼和化合物生产进行加工，然后经过多个步骤转化为二次电池供消费者使用。在回收设施中，LIB在材料回收之前经过分类、拆卸和预处理。预处理将EOL LIB分离成主要的散装材料，包括铜、塑料、钢和黑粉（图1b）。黑粉包含电池的活性材料。然后，通过火法冶金或湿法冶金工艺对黑粉进行加工，用于材料回收，在不久的将来将引入直接回收工艺。随着 LIB 生命周期向循环经济迈进，可以增加第二次用途，以将用过的EOL LIB（图1c）重新分配给容量较低的应用，然后再运输到回收设施。除非采用经济上可行的回收做法，否则电池产量的增加将继续导致大量浪费。电池回收市场不断增长，据估计，到2030年，市场价值可能超过200亿美元。不断增长的市场和对正极材料回收的兴趣反映在发表的电池回收文章数量的增加以及全球成长期风险投资的增加上过去五年（图2）。我们注意到，我们没有突出专注于电极材料分层、非锂基电池回收、电池材料升级回收/回收为非电池材料的工作，也没有在图2 的结果中评论任何类型的文章。正极活性材料的回收在很大程度上主导了电池回收学术文献。在过去20年中，负极回收论文占学术论文的比例不到5%，甚至在 2023 年的出版物数量也略有下降。负极材料在电池成本中所占的比例也比正极材料小得多。由于这些原因，我们将在这项工作中主要关注阴极活性材料。我们推荐其他评论以查找有关负极材料的讨论。回收阴极材料的最常见工业过程，火法冶金和湿法冶金，需要使用各种酸、碱和/或氧化还原控制剂进行几个步骤，以去除、分离和回收每种元素。从电池阴极中回收重要材料的成本效益是电池回收实施的主要瓶颈。考虑到回收过程对环境和健康的影响，与电池回收相关的挑战只会被放大。回收过程中的副产品范围从温室气体排放（如二氧化碳）到有毒气体（如氯气和SOx）的产生。要得到广泛采用，当前的电池回收方法必须降低成本并减少其有害排放，使其与开采新原材料相比更具优势。

2、目前所有的电池回收方法都有缺陷。随着改善电池回收行业的努力取得进展，首先要考虑三个改进领域：回收能力、成本和环境影响。回收能力会影响整个回收行业。电池回收能力包括EOL电池的运输、分拣、拆卸和预处理等因素。只有在解决了这些因素之后，才能考虑电池回收过程。电池回收的成本在很大程度上取决于使用的电池回收方法和工艺。产生的排放物和产生的有害副产品也是如此。因此，所有新方法都应该通过成本效益和对人类和环境的影响来评估。

3、回收能力：目前全球电池回收能力约为 200 kt/年集中在亚洲（占总运力的近60%），其中欧洲和北美分别约占36%和6%。据预测，全球产能将增加到近1200 kt/年，到2040年，关键电池材料的初级供应需求将减少12%。提高电池整体回收能力的方法之一是从几个大型设施转变为许多小型设施。例如，商业回收设施往往专注于大型、集中的材料回收，因为这些往往是批处理过程，随着规模的增加，运营和材料成本会显著降低。与材料回收不同，机械预处理不一定遵循规模经济，可以应用于城市环境中的小型设施。迁移到城市环境还可以减少电池收集造成的排放，电池收集占电池回收运输CO2总量的70%排放。这是有利的，因为随着 LIB 回收能力的提高，EOL LIB收集也必须增加。

1）改善收集和回收电池材料的基础设施对于国际能源署发布的“到2050年净零排放情景”至关重要。根据情景，LIB回收收集率应从2020年代初的45%增加到2040年的80%。为了实现这些目标，改变电池回收基础设施至关重要。目前的电池运输很困难，因为EOL LIB通常被视为危险废物。将完整的LIB指定为危险材料会增加EOL LIB运输物流的复杂性和额外成本。但是，黑粉经过预处理分离后，只有黑粉被归类为有害物质，在此过程中回收的铜、塑料和钢可以运输到其传统的回收行业，而无需额外的监管政策和运输成本。黑粉质量约占完整LIB总质量的50%。

2）因此，在更靠近LIB最终用途的小型分布式设施中执行预处理步骤将减少运输中危险材料的数量，从而减少与LIB回收相关的运输成本，从而进一步激励去中心化。认识到这个问题，机器学习已被用于展示如何通过在不同地点使用不同规模的电池回收厂来优化LIB回收运输，作为该地区预测的EV电池废弃量的函数。

3）其他工作发现，欧洲的分散式拆除和预处理设施可以将成本降低一半，并且即使考虑到新设施的摊销成本，也更经济。

4、成本：电池回收涉及许多成本，包括运输成本。但是，电池回收方法的成本通常使用运营成本进行比较。每个工艺的运营成本分为几个标准，其中最大的两个成本通常来自输入材料成本和能源成本。已对电池回收过程进行了实验室规模分析并展示了新方法在每公斤废阴极的成本方面如何具有可比性。但是，确实存在支持工业规模比较的工具。埃弗巴特，由阿贡国家实验室创建的基于Excel的工具，通常用于比较当前和新电池回收工艺的成本在运营成本和资本成本方面都处于工业规模。该工具已被用于展示通过湿法冶金和火法冶金进行回收的成本比开采几种电池正极材料的新材料便宜33-53%。还可以计算特定流程和材料的成本。图3a显示了NMC111阴极不同回收工艺的成本，这表明与湿法冶金和火法冶金工艺相比，直接回收具有优势。

5、环境影响

1）电池回收过程对环境的影响越来越重要。随着工业电池回收的影响增加，环境影响或生命周期评估（LCA）的使用越来越受欢迎。但是，执行LCA的方法各不相同。EverBatt通常用于通过计算温室气体、挥发性有机化合物、颗粒物和其他类似排放物的数量来确定某个过程对环境的影响。通过EverBatt分析的环境影响显示为温室气体（GHG）排放。比较了NMC111阴极不同回收工艺的温室气体排放。在图3a中这表明，与其他方法相比，直接回收对环境的影响较小。ReCiPe模型是另一个用于LCA的工具。与EverBatt工具一样，ReCiPe模型确定化合物排放量，然后将排放分类为单独的损害途径，最终达到三个主要标准：对人类健康的损害、对生态系统的损害和对资源可用性的损害。ReCiPe模型可用于不同的比较，例如，考虑到不同阴极活性材料的比容量和电池寿命，对它们的回收进行全面比较，如图3b所示。这为材料开发提供了所需的见解。此外，ReCiPe模型可用于比较不同的湿法冶金回收工艺和浸出剂选择，如图3c所示，允许在回收方法中进行工艺与工艺的比较。

2）电池正极生产中使用的粘合剂，尤其是流行的聚偏二氟乙烯PVDF，构成了可持续性的障碍。粘合剂虽然是将阴极活性材料固定在一起所必需的，但会使电池的快速拆卸变得复杂，并且在回收过程中会产生对环境有害的物质。粘结剂传统上使用三种方法处理：溶剂溶解、机械加工 /和热分解。PVDF的热处理会形成有毒化合物，包括 HCN、HF、CH4， HCHO， COF2、SiF4， HNCO， CO， CO2和氮氧化物，导致污染，其中含氟化合物尤其成问题。HF 还与正极材料反应，回收后导致脱锂，湿法冶金回收过程中使用的较低温度可能有利于全氟烷基物质（PFAS）的不完全分解和/或新氟化化合物的形成。认识到这些危害和性能问题后，PVDF已被更容易在负极材料和LFP阴极中回收的粘合剂所取代。截至2023年，LFP占全球电动汽车电池产量的40%，其中67%的电动汽车使用LFP电池化学成分，中国是最大的聚集地。然而，PVDF仍然是含镍阴极的主要粘合剂。这是因为其他粘结剂聚合物是水溶性的，在与湿敏性含镍活性材料相互作用时会引起问题。截至2023年，LFP占全球电动汽车电池产量的40%，其中67%的电动汽车使用LFP电池化学成分，中国是最大的聚集地。然而，PVDF仍然是含镍阴极的主要粘合剂。这是因为其他粘结剂聚合物是水溶性的，在与湿敏性含镍活性材料相互作用时会引起问题。截至2023年，含镍阴极占全球电动汽车电池产量的剩余60%，占美国和欧洲电动汽车的93-94%。因此，需要对如何安全、可持续地解释含镍阴极中的PVDF进行更多研究，并将在未来几年继续进行研究。

3）正在努力在流程的每一步改变当前的电池回收方法，以降低电池回收方法的成本和环境影响。例如，过去的工作分析了电池回收过程开始时所做的努力，重点关注正极材料与集流体的分层。这些努力不仅降低了分离成本并最大限度地提高了阴极材料的回收率，而且在去除PVDF方面也产生了重要的环境影响。目前的回收方法在成本和不利环境影响方面都很挣扎，必须改进以满足需求。本文探讨了为克服这些挑战而提出的未来技术。