新能源汽車動力電池環保技術現狀與發展方向

中圖分類號：U463.63 文獻標志碼：B DOI：10.19710/J.cnki.1003-8817.20250101

Abstract：Improper handing of thepower bateries of New Vnergyvehicle（NEV） throughoutthe life cycle will cause environment pollution and waste of resources.This paperdiscusses the current status of environmental protection technology for NEV power battry in termsofcurrent materialsselection，recovery systems and policysupport.Italso exploresthedevelopmentdirectionofpower batery environmental protection technologyfrom 3aspectsof innovationof materials，upgrading of recovery systems and follow-up of support policies.

Keywords：Newenergy，Powerbutteries，Environmentalprotection

1前言

新能源汽車利用電池提供動力，相比傳統燃油汽車，具有多方面的優勢]。特別是在環境保護方面，新能源汽車行駛中不會產生二氧化碳、氮氧化物等污染物，可顯著改善空氣質量，即使考慮到電力生產環節，使用不可再生或可再生能源充電，其全生命周期的碳排放仍低于燃油汽車。新能源汽車可從多種途徑獲取電能，可顯著擺脫對石油的依賴。目前，世界各國陸續頒布了一系列扶持政策，大力推進新能源汽車發展2。但隨著新能源汽車報廢時限的高峰期到來，會有大量電池退役，若電池回收處理不當，會給全球環境帶來極大危害，產生巨大經濟損失。因此，新能源汽車電池環保技術的發展迫在眉睫。本文從材料選擇與創新、回收體系現狀與未來政策驅動的可能性探討了新能源汽車動力電池環保技術的現狀與發展方向。

2 發展現狀

2.1材料選擇

目前，量產的新能源汽車動力電池主要有鋰離子電池和鈉離子電池。

2.1.1 鋰離子電池

鋰離子電池通過鋰離子在正負極之間的往復嵌人、脫出實現電能與化學能的轉換，其能量密度較高、循環壽命較長、自放電率較低，是當前應用最為廣泛的電池種類，主要類型如下：

a.磷酸鐵鋰電池 Δ[LiFeP0₄ ，LFP）具有環保性和低成本的特性，是當前主流動力電池之一4，其材料體系涵蓋正極、負極、電解液、隔膜以及其他輔助材料。

磷酸鐵鋰電池正極材料中包含活性物質、導電劑和粘結劑，活性物質為磷酸鐵鋰，其中無鈷、鎳等高價金屬，主要原料為鐵、磷；導電劑常用材料為炭黑、炭納米管、石墨烯；粘結劑大致分為3種，傳統材料為聚偏二氟乙烯，需要搭配有毒溶劑N-甲基吡咯烷酮（N-Methyl-2-pyrrolidone，NMP），水性粘結劑和生物基粘結劑可以作為環保替代方案。

主流負極材料有3種，一是石墨類材料，主要通過人造或開采獲得，石墨開采會破壞植被，不利于環保，石墨的再生是值得關注的方向；二是未來可能成為主流的硅基材料；三是硬碳，由椰子殼等生物質經碳化形成。

電解液材料主要由鋰鹽、有機溶劑和添加劑構成。主流鋰鹽為六氟磷酸鋰，但其易水解生成氟化氫（有毒），可替換為雙氟磺酰亞胺鋰。碳酸乙烯酯（EthyleneCarbonate，EC）、碳酸二甲酯（DimethylCarbonate，DMC）、碳酸甲乙酯（EthylMethylCarbonate，EMC）是有機溶劑的常規組合，不易揮發的離子液體電解液是其可能的發展方向。添加劑主要根據電池需要達到的功能進行添加，種類多樣。

隔膜主要由帶或不帶涂層的聚烯烴類組成，生物基隔膜和固態電解質膜是未來創新的方向。

b.三元鋰電池（Ni-Co-Mn/Ni-Co-Al，NCM/NCA）的材料體系涵蓋正極、負極、電解液、隔膜以及其他輔助材料，與磷酸鐵鋰電池的核心差異點為正極材料，其正極材料為三元活性物質，鎳鉆錳酸鋰中含有鈷和鎳，造成環保問題的概率更高，鎳鈷鋁酸鋰同樣存在環保問題5。其他材料與磷酸鐵鋰電池類似。

c.錳酸鋰電池（ LiMn₂O₄ ，LMO）正極材料中的活性物質為三維尖晶石結構的錳酸鋰，錳資源豐富，成本低廉，但錳酸鋰電池的容量較低，作為動力電池會造成車輛續駛里程偏低，且錳在循環中衰減更為突出。

錳酸鋰電池負極材料除石墨類外，還可使用鈦酸鋰（LithiumTitaniumOxide，LTO），可應用于高安全需求領域（如新能源公交車）。

2.1.2 鈉離子電池

鈉離子電池能量密度較低，但原料資源豐富、環境友好、成本低廉，是鋰離子電池的重要補充技術，其材料體系與鋰電池類似，且基于鈉離子的特性進行了針對性設計。

鈉離子電池正極材料可使用層狀氧化物（Na_xMO₂） ），磷酸鹽類、硫酸鹽類聚陰離子化合物，普魯士藍類化合物。

電解質材料有以鈉鹽為代表的液態電解質，也有以氧化物、硫化物為代表的固態電解質。

負極材料、隔膜材料與鋰離子電池類似。

綜合以上電池的材料利用情況，總結如表1所示的環保清單。

2.2 動力電池回收體系的現狀

在動力電池回收技術方面，主流回收工藝有濕法冶金、火法冶金、物理分選法以及直接修復法[]。

濕法冶金通過酸/堿溶液來萃取鋰、鈷、鎳等金屬，回收率極高，但對廢水、廢氣的處理難度大，成本高。

火法冶金通過高溫熔煉進行合金分離，可用于處理混合電池，但能耗高、鋰損失大。

物理分選法直接通過物理方式對電池進行破碎、篩分和磁選，低碳低成本，但分選純度低，后續需要精煉。

直接修復法通過補鋰和熱處理進行正極的再生，碳排放低，但僅能用于磷酸鐵鋰等化學性質穩定的材料。

表2為電池回收的主流工藝及在環境保護方面的情況。

2.3動力電池相關政策與標準

目前，全球主要國家均有相關政策規范動力電池的回收。中國由工信部、科技部、環保部、交通運輸部、商務部、質檢總局、能源局等于2018年聯合印發《新能源汽車動力蓄電池回收利用管理辦法》，要求車企承擔回收主體責任，并要求2025年回收率不低于 95% 、再生材料利用率高于 20% 啟用“白名單\"制度，已公示4批近百家合規回收企業。歐盟于2023年發布《新電池法規》，要求

2030年電池含再生鉆 12% 以上、再生鋰 4% 以上，設立電池護照，可全生命周期溯源，高碳足跡電池將面臨額外的關稅。美國各州自行立法，實施《通脹削減法案》，提供 30% 的稅收抵免，鼓勵本土回收。

當前，國內、外均有電池回收的行業標準，如UL1974-2023-11《再利用或再制造電池的安全評估標準》，旨在為回收利用或重新制造電池的評估提供安全要求。GB/T34015—2017《車用動力電池回收利用余能檢測》適用于車用廢舊鋰離子動力蓄電池和金屬氫化物鎳動力蓄電池單體、模塊的余能檢測，該標準的實施有利于促進退役動力電池梯級利用的發展。GB/T39224—2020《廢舊電池回收技術規范》規定了廢舊電池回收的總體要求、收集要求、分揀要求、運輸要求和貯存要求，適用于廢舊電池回收的全過程。

3動力電池環保技術發展方向

3.1材料選擇

根據對目前使用材料的性能、環保程度的分析，進一步探討未來動力電池的材料選擇。

在技術層面，可尋找綠色環保、能量密度高、使用壽命長、可再生利用率高的源材料，推動固態電池、鈉離子電池的研發，在研發過程中考慮生產、使用、回收環節的環保性，多利用生物質、可再生資源作為電池材料[10]

3.1.1 固態電池

固態電池尚未實現車規級量產，但相較于液態鋰電池，其通過材料的革新解決了液態電池的安全與能量密度的瓶頸，具有超長的循環壽命，其在電動汽車等領域的潛力巨大。固態電池采用固態電解質，如氧化物、硫化物、聚合物等替代液態電解液。正極材料除升級了傳統鋰離子正極外，還有新型高容量正極材料，如硫正極、富鋰錳基正極。負極材料以石墨、鈦酸鋰作為過渡方案，此外還有硅基、錫基等合金類的負極材料，最終可能會采用鋰金屬負極。固態電池材料向無毒化發展，無六氟磷酸鋰、碳酸酯溶劑等有毒物質，可直接拆解分離，回收更簡單。采用了干法電極工藝，省去溶劑回收步驟，可顯著降低能耗[1]

3.1.2 大型生物電池

生物電池利用生物材料或生物過程實現能量轉換，依賴生物分子、微生物或酶催化反應產生電能，可減少甚至無需使用金屬材料，非常環保，但目前能量密度較低，常用于小型設備。

未來可嘗試在生物學和材料科學中尋求交叉突破，制造大型的可提供高能量密度的生物電池作為新能源汽車動力電池。

3.2動力電池回收的發展方向

通過分析動力電池回收現狀，找到其不足，在此基礎上考慮產業鏈和商業模式的創新。

動力電池回收產業鏈主要有3大回收主體：一是主機廠，主機廠可對整車包括動力電池進行全生命周期管理，開發電池租賃業務，促進報廢電池回收；二是電池廠商，我國電池大型生產企業寧德時代實施生產、使用、回收、再生的閉環管理模式;三是第三方回收商，以盈利為目的進行動力電池回收，但若材料價格下跌、收益率降低則會影響第三方回收商的回收積極性。

主機廠可建立電池共享數據庫，基于物聯網、大數據和區塊鏈技術對電池全生命周期進行數據管理，實現電池生產、使用、回收等環節的數據透明化與協同優化。

電池廠商可推動干法、生物冶金的規模化應用，降低回收過程中的碳排放，提高各類資源的再生效率。對當前主流回收工藝分析可知，對同一類型、同一型號的動力電池集中回收，其經濟性和回收率遠大于混合電池回收。快速準確地進行電池分類可提高回收效能。可利用AI進行智能分選，通過深度學習識別電池型號，快速對電池進行分類，提高拆解效率。液態電池拆解會伴隨有毒有害物的揮發，利用機器人進行拆解可降低人工成本和有害物質對人體的傷害。回收工藝的創新方面，采用生物冶金，利用微生物浸出金屬，過程中無有害氣體排放，有利于環保，是新興的技術路線。干法回收通過物理分離配合低溫熱處理，提高環保性、經濟性和靈活性。石墨再生通過對負極石墨進行再生修復，提高石墨利用率，電解液采用化學或物理方法萃取回收，對材料進行高值化的利用。未來純固態電池可直接拆解分離，沒有溶劑回收步驟。

針對第三方回收商，可通過政策與市場的雙重驅動，促進產業鏈整合、商業模式創新。主機廠、電池廠商、回收商可組成聯盟，建立系統化、規模化的回收中心，建立電池銀行，通過租賃模式租金回收，利用區塊鏈溯源手段，跟蹤電池全生命周期[12]。

3.3動力電池回收產業的政策驅動

通過整理分析當前全球主要國家和地區的相關政策發現，政策會在全局層面驅動電池回收產業的發展，但當前各國法規、標準差異較大，很難實現跨國回收。占比最大的磷酸鐵鋰電池因其回收的經濟性低，急需技術創新。自動化拆解、材料再生屬于衍生領域，技術人才缺口較大。

在政策層面，未來可通過強制規定提高再生材料在電池中的使用比例，通過經濟手段鼓勵用戶返還報廢電池，比如參與電池回收可獲補貼。對退役電池回收企業進行稅收優惠，提煉再生材料可減免相關的稅收。中國將于2026年7月1日實施GB38031—2025《電動汽車動力蓄電池安全要求》，標志著中國對動力電池安全進人“零容忍”時代，對材料選擇和應用提出了更嚴苛的要求。歐盟將于2027年實施“電池護照”，要求披露回收材料比例。隨著產業的不斷擴大和全球對環保的持續倡導，將有更多的相關政策出臺規范動力電池的環保技術。

4結束語

新能源汽車動力電池環保技術是實現新能源車輛綠色發展必要技術，與材料創新、回收體系的升級以及政策驅動的適時調整密不可分。開展對材料、回收體系的研究，倡導政策的出臺或將為動力電池環保技術提供更直接的發展方向。

選擇低污染、高能量密度的電池材料，建設健全回收體系，出臺利好政策引導、規范電池相關產業的健康發展會將動力電池推向更高的發展軌道。

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