综述：电动汽车电池回收：综述

时间：2026年1月27日

来源：Waste Management

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电动汽车电池回收面临技术、经济与环境挑战，本文系统综述了现有研究，涵盖回收网络规划、机械与火法冶金、智能机器人、数字孪生、生命周期评估及 techno-economic 分析。重点指出需构建智能混合系统、信息回收系统与韧性价值网络，以实现闭环回收。

美国阿拉巴马州塔斯基吉大学（Tuskegee University）商学院与信息科学学院，邮编36088

摘要

电动汽车的快速增长迫切需要实用、技术先进、经济可行且环境可持续的锂离子电池回收系统。为明确这些日益增长的技术和系统挑战，需要对现有知识进行详细梳理。本综述系统地分析了从Scopus、Web of Science和Google Scholar检索到的相关文献。在最初约1700篇出版物中，通过结构化筛选方法，基于方法学相关性和技术分析选出了130项研究。综述围绕四个主要主题展开：（1）收集与基础设施规划；（2）回收技术；（3）数字化与自动化技术；（4）生命周期与技术经济评估。在收集与基础设施规划方面，博弈论和逆向物流模型的研究表明，协调的网络和政策驱动的激励措施显著提升了回收效果和经济绩效。在回收技术方面，由于设计差异性和安全风险，机械拆解主要依赖人工操作；而新兴的机器人解决方案则提升了运营效率。火法冶金技术具有较高的处理能力，但能耗较高；湿法冶金技术有助于选择性回收；超临界和电化学方法提供了更清洁的回收途径；直接再生技术支持闭环循环经济，但需要大规模应用。在数字化与自动化技术方面，人工智能有助于高级诊断，机器人技术增加了灵活性，数字孪生技术促进了预测控制，数字产品护照提升了可追溯性，但仍面临治理和标准化挑战。在生命周期评估和技术经济评估领域，研究表明物流和收集率对成本和排放影响显著，选址优化和自动化措施能带来可测量的改进。文献综述还指出了三个未来的研究方向：智能混合系统、信息回收系统以及弹性价值网络，这些方向强调了建立数字化连接、符合政策要求的回收基础设施的必要性。

引言

2021年，全球电动汽车（EV）电池市场规模为379.1亿美元，预计到2029年将增长至989.7亿美元，复合年增长率（CAGR）为10.5%（Fortune Business Insights，2023年）。随着电动汽车市场的扩张，对电池的需求也在增加。政府和行业致力于推动电气化，以实现更清洁的交通方式、提升地缘政治影响力、增强工业竞争力并保护环境。最新预测显示，到2030年，电动汽车在美国新售出的乘用车中占比将超过一半（MIT Technology Review，2023年）。

电动汽车电池可根据电池类型、形状、材料类型和容量进行分类。主要电池类型包括铅酸电池、锂离子电池、固态电池、镍氢电池和钠离子电池等。它们还可按形状分为棱柱形、袋装和圆柱形等类型。这些电池使用的材料包括钴、锂、镍等，容量范围从不到50千瓦时到超过300千瓦时不等。

由于锂离子电池（LIBs）具有轻量化特性和高能量密度，因此在电动汽车市场中占据主导地位（Fortune Business Insights，2023年）。当电池容量降至初始容量的70-80%左右时，通常认为其已达到使用寿命终点。鉴于当前电动汽车市场的规模，未来十年内退役的锂离子电池数量将呈指数级增长。从这些退役电池中回收锂（Li）、镍（Ni）、钴（Co）和锰（Mn）等关键材料对于减少初级资源开采、缓解供应风险和支持国内制造业发展至关重要。

电动汽车电池回收涉及复杂的多个阶段的价值链，包括收集、运输、储存、拆解、机械预处理以及多种回收途径。目前工业上主要采用火法冶金和湿法冶金方法，而超临界流体和电化学方法正在成为替代方案。直接再生技术对于保持正极结构和减少化学物质消耗至关重要，但其商业化应用仍有限。原料在化学成分、几何形状和健康状态上的差异性进一步增加了回收的复杂性，静态的单一回收方法难以应对大规模的废弃物处理。需要采取系统化的方法，将工艺创新与物流、数字化和系统级可持续性评估相结合。

鉴于电动汽车电池回收的重要性，已有大量相关综述论文发表，但这些论文大多聚焦于回收价值链的某个特定环节。例如，肖瑶红等人（2023年）研究了在不确定性环境下的人机协作与优化策略；马等人（2025年）概述了现有的回收流程，但未涉及上游收集物流或下游系统级可持续性评估；汤普森等人（2020年）探讨了电池设计与拆解效率及工艺经济性的关系；博德等人（2020年）和赵等人（2021年）则将回收问题置于政策、监管和区域背景中进行探讨。其他研究则关注了全球技术趋势、市场动态（赵等人，2021年）或可持续性评估方法（扎诺莱蒂等人，2024年），以及锂回收的最新进展（卡亚，2024年）。尽管有这些贡献，现有综述仍未能充分探讨电动汽车电池回收的多个关键方面，如收集实践、逆向物流、生命周期评估（LCA）以及新兴技术的应用。表1总结了各综述文章对回收价值链不同环节的关注重点，而本综述特别强调了自动化、机器人技术和分层利用的决策框架。

本综述通过提供电动汽车电池回收的系统性综合分析，填补了这些空白。它涵盖了从收集、分类、运输到机械处理、火法冶金、湿法冶金、超临界流体、电化学和直接再生等整个回收流程。特别关注了机器人技术、人工智能（AI）、数字孪生（DTs）和数字产品护照（DPPs）等新兴技术，这些技术为诊断、分类、拆解、工艺优化和可追溯性提供了新能力。此外，综述还加入了生命周期评估和技术经济分析（TEA），以系统地评估环境和经济绩效。最后，为了指导未来研究方向，提出了三个研究前沿：智能混合系统、信息回收系统和弹性价值网络。

文献选择与方法

文献通过Scopus、Web of Science和Google Scholar数据库进行系统搜索。搜索时结合了与电动汽车相关的通用术语以及具体的回收流程和系统级评估关键词，例如“电动汽车电池回收”、“锂离子电池回收”、“电池再利用”或“二次利用”、“电池拆解”或“机器人拆解”、“火法冶金”或“湿法冶金”或“生物浸出”等。

综述结构

本综述系统地总结了电动汽车电池回收的相关研究，涵盖了技术流程和系统级支持措施。内容分为六个主要主题，如图3所示：（1）探讨了上游环节，包括收集系统、运输和基础设施规划，这些因素决定了材料流入回收设施的路径；（2）回顾了现有的和新兴的机械处理技术，用于减小电池尺寸、分类和预处理。

电池收集与基础设施规划

管理电动汽车电池的报废过程需要政策、供应链设计和基础设施规划之间的协调。该领域的研究主要集中在三个主题上：首先是收集政策和机制，通过博弈论、基于代理的建模和消费者行为研究等方法评估押金-退款计划、补贴和其他激励措施；其次是逆向物流网络设计和优化

回收技术

管理电池报废的过程主要有三种策略：再利用、再制造和回收。再利用通常指将仍有剩余容量的电池重新用于其他用途，如能量存储系统；再制造则涉及更换有缺陷的模块或电池单元，使电池恢复到几乎全新的状态以便再次销售和使用；最后是材料回收

电动汽车电池回收中的新兴技术

电动汽车的快速增长、电池化学成分的多样性以及电池包设计的复杂性给传统回收方法带来了挑战。为克服这些难题，研究人员正在开发结合数据驱动工具、自动化和数字化技术的新兴方法，以提高回收效率、安全性和可追溯性。本综述讨论了四个关键领域：（1）智能分类和寿命末期电池的预测建模

电动汽车电池回收的生命周期与技术经济评估

电动汽车电池回收的生命周期与技术经济评估采用了多种方法论、边界定义和分析目标。现有研究大致分为三类：（1）关注回收和再利用过程的生命周期评估（LCA），强调材料回收率、环境影响和方法选择；（2）系统级LCA，分析回收网络和基础设施，包括运输、空间分布和设施布局

讨论与研究空白

从线性材料提取向循环经济转变不仅需要工艺改进，还需要将回收视为一个灵活的、数据驱动的系统。当前研究在金属回收方面取得了显著进展，但仍有一些关键领域有待发展：（1）灵活的混合系统；（2）以信息为中心的循环经济；（3）弹性价值网络。这些前沿方向指明了未来十年研究的发展方向

CRediT作者贡献声明

贝赫扎德·埃斯马伊利安（Behzad Esmaeilian）：撰写——综述与编辑、初稿撰写、监督、概念构思。肖瑶红（Yaohong Xiao）：初稿撰写。加甘·K·戈亚尔（Gagan K. Goyal）：初稿撰写。左磊（Lei Zuo）：综述与编辑。陈雷（Lei Chen）：综述与编辑。萨拉·贝赫达德（Sara Behdad）：综述与编辑、初稿撰写。