锂的成本很高，那么为什么我们不回收锂电池呢？

新生的回收行业需要从经济上解构许多业态。

4月22日是地球日，它通常传达的信息（保护我们的地球）由于最近 IPCC 报告中强调的挑战，而变得更加紧迫。我们应该更多地关注我们生活中涉及的技术，从汽车到芯片制造，并找出我们如何能够提高它们的可持续性，最大限度地减少它们对气候的影响。

当前，电动汽车、电动工具、智能手表等充斥在我们的生活中，因此，它们的动力源泉 —— 锂离子电池 —— 几乎无处不在。然而，制造它们的材料是有限的，而采购它们对环境、人道主义和经济都有影响。回收是解决这些问题的关键，但最近的一项研究表明，大多数锂离子电池从未被回收。

组成这些电池的锂和其他几种金属价值高昂。原料锂的价格大约是同等重量铅的7倍，但与锂电池不同的是，几乎所有的铅酸电池都可以回收。为什么呢？那是因为除了纯粹的经济因素外，还有其他因素在起作用。

事实证明，锂电池回收尚未发生是有充分理由的。但一些公司希望改变这种状况，这是一件好事，因为回收锂电池将是可再生能源转型的重要组成部分。

铅酸经验

锂电池和铅电池之间的差距有多大？根据国际能源署（IEA）2021年的一份报告，2021年，一吨电池级碳酸锂的平均价格为17000美元，而北美铅市场的平均价格为2425美元，原材料现在占电池成本的一半以上。

在原始材料供应方面，循环利用的不平衡也是违反直觉的。根据美国地质调查局（United States Geological Survey）最近的一份报告，全球锂储量达8900万吨，其中大部分产自南美。相反，全球铅供应量为20亿吨，是锂供应量的22倍。

尽管锂的供应量较少，但今年早些时候发表在《印度科学研究所杂志》上的一项研究发现，在美国和欧盟，只有不到 1% 的锂离子电池得到回收，而铅酸电池的回收率为 99%，这最常用于燃油汽车和电网。根据这项研究，回收面临的挑战包括不断发展的电池技术、昂贵的危险材料运输以及政府监管不力。

诺斯沃特（Northvolt）电池公司的首席环境官艾玛·内伦海姆表示，所有人都预计铅电池现在将逐步淘汰，但她将铅电池持续的经济成功归功于高回收率。

该研究的主要作者、纽约大学坦顿工程学院机械工程教授尼克希尔·古普塔（Nikhil Gupta）说：“每次你为你的汽车购买新电池时，你都会把整块旧电池送回去，然后它就会进入回收链。”这在锂电池上行不通，部分原因是锂电池的规格太多了。“这些电池到处都有，大小不一，”他说，“还有一个相关的挑战是，锂电池的技术变化很快 —— 每间隔一到两年就会更新。”

但克服这些回收挑战是必须的。与铅酸电池相比，锂电池在更小的体积内可以储存更多的能量。它们有助于确保间歇性的风能和太阳能提供可预测的电力供应，对于脱碳交通运输和实现向可再生能源的广泛过渡至关重要。在全球范围内实现这些转变是一项艰巨的任务。尼克希尔·古普塔教授说：“这将要求我们在电池技术方面取得重大进展。当然，这也会是毫无疑问的。”

因此，自2020年以来，全球锂消费量增加了33%。根据国际能源署的数据，如果可再生能源的目标足以阻止气候变化，那么锂的需求预计将增长43倍。“如果我们没有了锂供应，会发生什么？”古普塔说。“目前还没有好的答案。”

锂并不是限制这些电池使用的唯一材料。电池的正极和负极所含的材料，如钴和镍，也会受到潜在供应短缺的影响。因此，回收可以帮助解决多种供应问题。诺斯沃特电池公司的首席环境官艾玛·内伦海姆表示：“如果你想制造一个新电池，一个旧电池包含了完全相同的组件。”

电池回收热潮

美国地质勘探局的报告指出，北美和欧洲约有20多家公司正在回收锂电池，或计划回收锂电池。而就在几年前，只有一个设施。

上图：电池材料的回收路径有不同的挑战，将材料返回到制造过程的不同步骤。

对于少数几家可以回收锂离子电池材料的工厂来说，传统工艺不足以回收用于重制电池的高级锂。例如，火法冶金方法易于扩展并适用于任何电池形式，但它涉及使用高温焚烧电池的能源密集型过程。虽然灰烬含有有用的材料，但火法冶金会产生有毒烟雾，并限制其他有价值成分的回收。其他方法包括切碎电池，然后使用冗长、复杂的化学过程提取材料，这些化学过程因所使用的电池技术而异。

直接回收是一种替代方法，它基本上解构了电池，并保留了正极和负极材料，以便进行再修整。这种方法还处于早期阶段，但它有可能更便宜、更安全、更有效。由于需要手动分解各种电池格式，这一过程非常困难。锂电池组包含电池模块，而这些电池是有价值的金属的所在地。手动进入这些单元是可行的，但是很繁琐，并且需要自动化来处理大量的数据。

诺斯沃特公司的内伦海姆说：“回收这类材料更具挑战性。”这家瑞典电池制造商通过一项名为“Revolt”的倡议开展了多个项目，包括一个自2020年底以来一直在运营的试点回收工厂。他们还在开发 Revolt Ett（瑞典语中的“one”）—— 一个全面的回收工厂，目标是从 2023 年开始每年回收 125000 吨电池的能力。

像大多数公司一样，诺斯沃特（Northvolt）公司的处理过程不是直接回收。然而，在开始任何粉碎、撕碎或化学过程之前，它会将电池分解到模块级别。去年秋天，诺斯伏特公司只使用回收材料生产了第一个电池。诺斯沃特公司在其试点设施中有一个机器人正在进行微调，该公司希望在未来实现大部分拆卸过程的高度自动化。

内伦海姆说，公司成功回收利用计划的一部分还涉及市场校准，以确保回收利用得到系统整合，并得到明确监管的支持。 “如果你现在在联合国或斯堪的纳维亚或欧洲法规下建造回收厂，它就会受到高度监管，”她说。 “你可以获得当局的大力支持以及如何定义安全操作。”

去制造

2015 年，就在特斯拉公司位于内华达州里诺郊外的超级工厂（Gigafactory）开始开发之前，莱恩·梅尔塞特（Ryan Melsert）在为特斯拉工作。在那里，他和一个小团队致力于设计建筑物、电池、设备以及该设施所需的所有其他元素。现在，作为美国电池技术公司（ABTC）的首席执行官，梅尔塞特和他的团队正在努力做相反的事情。 “它确实让我们对所有这些单独的制造步骤有了基本的理解和学习，这是通过其他方式很难获得的。”

莱恩·梅尔塞特表示，他们从头到尾开发锂离子汽车电池的经验，帮助他和他的团队深入了解需要什么来逆转这个过程，以有效地回收。他说，一个缺陷或报废的电池只是另一种含有贵重金属的资源。

他认为：“如今的很多回收技术都是将整个电池扔进炉子里熔化，或者扔进粉碎机里研磨。我们所做的是，将我们在Gigafactory设计的许多生产步骤倒序，以一种更具战略意义的方式真正去除这些材料，从而降低成本，提高回收率。”他表示，这种自动化的“去制造”使实际的化学提取更容易。

他们的回收过程分为两部分，其中包括这种拆卸，然后是湿法冶金或化学工艺。美国电池技术公司（ABTC）目前正在内华达州北部建设其第一个设施，该公司表示，该设施有潜力在三小时内回收电池级材料。该公司预计该项目将于2022年底完工，并具备每年吸收2万吨可回收材料的能力。如果实现这一目标，这将相当于2021年原锂总产量的五分之一左右。

虽然技术日新月异，但由于锂电池的寿命延长，回收设施也有了调整的余地。大多数锂电池在需要更换之前已经使用多年，这可以帮助像 ABTC 这样的公司为下一次回收做好准备。

建立循环电池经济

事实上，使回收无处不在的一种方法是，让制造商从一开始就考虑可回收性。 近年来，这个想法得到了广泛的关注：制造商和回收商共同努力，在尽可能减少浪费的同时获得利润。在线性经济中，当电池电量耗尽时，它最终会进入垃圾填埋场。 在循环经济中，电池不再被浪费，而是作为原材料重新开始其生命，并直接回到制造链中。 “一旦这些金属被开采一次，你基本上可以无限期地将它们留在那个循环中，”ABTC 的首席执行官莱恩·梅尔塞特说。 这意味着，从理论上讲，所有涉及的公司都可以无限期地获利，而浪费很少或不浪费材料。

但要使循环电池经济发挥作用，回收厂必须与制造厂的产量相匹配（目前，制造方面的增长非常迅速，但商业规模的回收工厂仍然为零。）。

这将确保稳定的供应，降低成本，并可能降低与采矿相比的环境足迹。莱恩·梅尔塞特认为，要实现这一目标，关键是在供应链的各个环节建立合作关系，从炼油厂到汽车制造商再到电池回收商。为了帮助这项工作，ABTC 去年从美国先进电池联盟（由通用汽车、福特、斯坦兰提斯和能源部组成）赢得了一份200万美元的合同。该奖项提供了两年多的资金，以证明用回收材料生产电池对环境和经济更有利。这也意味着ABTC将与阴极生产商、电池回收商以及电池技术开发商合作。

在谈到从铅酸电池中学到的经验时，梅尔塞特说，“在任何可以买到电池的地方，你应该都可以退回旧电池。”事实证明，让正确的选择成为最容易的选择对铅酸电池是有效的，锂离子电池也需要遵循类似的做法。

锂离子电池的创新仍处于青春期，与半个世纪前的铅酸电池相比，主要的发展仅仅发生在过去十年。虽然ABTC有一个雄心勃勃的时间表，但该研究的主要作者尼克希尔·古普塔教授表示，要真正满足所需的规模，解决方案可能还需要10年。不过，他还是很乐观。“作为一名科学家，我想说，我们总会找到解决方案。”

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