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在欧盟《电池法规》的框架下，本研究探究了不同回收工艺与再生料使用对多种锂离子电池碳足迹（CF）的影响。研究发现，在当前CF计算方法下，电池生产中增加再生料对降低CF作用甚微（使用30%再生料仅降低0.4%），而采用先进的回收工艺可比默认工艺降低高达16%的CF。研究结果为如何通过碳足迹核算、强制再生料含量与回收目标协同推动电池循环经济提供了量化依据。
电动汽车正引领交通领域的能源转型，而其中的核心部件——锂离子电池（LIB）——也正以惊人速度增长。这引发了对电池全生命周期可持续性的广泛关注，尤其是在资源供应、材料循环利用和环境影响方面。在此背景下，欧盟推出了具有里程碑意义的《电池法规》，首次从全生命周期视角对产品提出强制性碳足迹（CF）声明，并设定了材料回收率和再生料含量的法定目标。然而，法规规定的碳足迹计算方法，能否有效激励制造商采用回收技术和再生材料来降低电池的环境影响？不同电池化学体系（如富含镍钴的NMC和成本更低的LFP）的回收效益有何不同？这些都是当前政策与产业实践亟需厘清的关键问题。发表于《Resources, Conservation and Recycling》的这项研究，正是为了解答这些问题。
研究者们开展了一项系统的量化分析，主要采用了以下几个关键技术方法：首先，利用美国阿贡国家实验室开发的开放获取工具BatPac，对三种代表性的53 kWh电动汽车电池（NMC 622, NMC 811, LFP）进行建模和质量平衡分析。其次，严格遵循欧盟电池碳足迹框架的方法学要求，特别是应用“循环足迹公式”来分配回收过程的输入侧（再生料）和输出侧（回收材料信用）效益。第三，从文献中筛选了10个具有公开生命周期清单数据的工业规模电池回收工艺模型，包括法规默认的工艺、火法-湿法联合工艺、机械-湿法工艺等，并将其与欧盟环境足迹数据库的数据进行对接和建模计算。最后，通过构建参数化的Excel模型，综合电池设计、物料清单、回收工艺清单和环境足迹数据，计算了不同情景下的电池碳足迹。
3.1. 回收工艺的影响、信用与净效益
研究发现，不同回收工艺对电池碳足迹的净贡献差异显著。对于NMC 622电池，大多数工艺能获得最高的回收信用和净效益。而对于LFP电池，由于其不含高价值的钴、镍，回收信用很低，在评估的10种工艺中仅有4种能实现净效益（即收益大于处理过程的环境代价）。表现最佳的工艺（MecHyd2 adv）因其高效率回收多种材料（包括钴、镍、铜、锂、电解质和石墨）且过程投入相对较低，获得了最高的碳足迹效益。相反，法规默认的回收工艺（CFB-default）由于仅回收钴、镍、铜且过程投入较高，其净贡献在所有评估工艺中处于较低水平，实际上增加了整体碳足迹。
3.2. 回收信用中材料的贡献
对回收信用的材料分解显示，对于NMC电池，镍和钴的回收信用占据主导地位，是影响生命周期末期阶段碳足迹的最关键参数之一。LFP电池的回收收益则主要来自集流体中的铜和铝，锂和石墨的回收贡献很小。值得注意的是，即使对于那些能回收锂和锰的“先进”工艺，因其原生材料本身的碳足迹较低，所带来的额外信用也相当有限。
3.3. 二次材料的碳足迹
研究计算了通过不同回收工艺获得的二次材料的碳足迹。结果表明，不同工艺生产的同种二次材料，其碳足迹值差异很大。例如，再生锂的平均碳足迹为10.0 kg CO2-eq/kg，但波动范围从4.6到18.6。这与当前环境足迹数据库中某些二次材料（如再生钴、镍）的数据存在差异，突显了数据库代表性和未来更新的必要性。
3.4. 生命周期末期阶段对整体电池碳足迹的影响
将不同回收工艺纳入电池全生命周期（使用阶段除外）进行评估后发现，声明并使用更先进的、公司特有的回收工艺，可以显著降低电池的碳足迹声明值。与使用法规默认工艺相比，先进的回收工艺最高可使NMC 622电池的碳足迹降低14%，NMC 811降低15%，LFP降低17%。尽管LFP回收在多数工艺下是净负担，但使用优于默认工艺的先进方案仍能实现碳足迹的降低。
3.5. 电池碳足迹性能与回收效率的关系
研究探讨了回收效率（回收的材料质量占比）与碳足迹效益的关系。结果显示，更高的回收效率往往伴随着更高的过程投入（能源、化学品等）。例如，在火法工艺基础上增加对炉渣的处理以回收锂和锰的先进工艺（PyrHyd2 adv），虽然提高了总回收效率，但其高昂的过程投入导致其净碳足迹效益在所有工艺中最差。这表明，单纯追求高回收率并不总是带来最佳的环境效益，需要在回收收益和过程投入之间取得平衡。
3.6. 增加再生料含量对碳足迹的影响
研究人员量化了在电池制造中使用更高比例再生材料对降低整体碳足迹的潜力。结果出乎意料地显示，即使达到欧盟《电池法规》为2031年设定的再生料含量目标（钴16%，锂和镍各6%），对NMC 622和NMC 811电池整体碳足迹的降低幅度也仅为0.15%和0.1%，对LFP电池的影响微乎其微。即使在一个非常乐观的情景下（钴、锂、镍的再生料含量均达到30%），碳足迹的降低也仅约0.4%。这一有限贡献主要源于“循环足迹公式”中设定的A因子（对大多数电池材料为0.2），该因子意味着只有20%的回收效益被分配给输入侧（即使用再生料），另外80%则分配给了输出侧（即回收信用）。因此，当前的碳足迹计算方法本身并不是激励在制造中使用再生材料的强有力驱动因素。
研究的结论与讨论部分深刻揭示了在欧盟现行法规框架下，推动电池循环经济所面临的挑战与机遇。核心结论指出，通过声明公司特有的先进回收工艺，电池制造商有显著空间（最高降低碳足迹约16%）来优化其产品的环境声明，这构成了一个重要的政策激励。然而，这种效益高度依赖于电池化学体系，NMC电池因含有高价值的钴、镍而获益明显，而LFP电池在当前基于NMC优化的回收路径中往往环境效益不佳，凸显了开发LFP专用回收技术的必要性。
一个关键发现是，回收过程的能耗与物耗投入往往是比回收率本身更影响碳足迹效益的因素。某些旨在提高回收率的先进步骤（如从炉渣中提锂），可能因额外的环境代价而得不偿失。另一个颠覆性的发现是，在当前碳足迹计算规则下，单纯提高电池制造中的再生料含量对降低产品碳足迹的贡献极为有限（即使达到30%也仅降低约0.4%）。这主要归因于“循环足迹公式”的分配规则，它将大部分回收效益“记功”于产品生命终端的回收阶段，而非制造端的材料替换。因此，研究强调，欧盟《电池法规》中的强制再生料含量目标与产品碳足迹声明必须被视为相辅相成的政策组合拳：碳足迹激励了更高效回收技术的创新，而再生料含量法规则确保了循环材料的市场出口，共同闭合材料循环。
研究也指出了当前数据的局限性，包括缺乏来自工业实践的原始回收过程数据、环境足迹数据库的不完整、以及对回收材料质量评估的挑战。这些都需要未来通过加强产业合作与数据共享来完善。随着欧盟电池法规的全面实施和配套方法的最终确定，相关数据和结论可能需要重新评估，但本研究无疑为理解电池碳足迹、回收技术与材料循环性之间的复杂关系提供了关键、及时的量化见解，对政策制定者、电池制造商和回收企业均具有重要的参考价值。
