『储能回收』南昌大学团队 Nature Sustainability:空间与技术协同规划 实现动力电池可持续回收
随着全球新能源汽车产业快速发展，退役动力电池规模迎来快速增长，动力电池回收成为能源转型与循环经济发展的关键环节。当前国内动力电池回收体系存在显著的空间错配、技术失衡与政策不协调问题：正规回收企业处理能力与退役电池分布不匹配，跨区域调配受限；大量非正规回收作坊工艺落后、能耗高、污染物排放量大，环保隐患突出；不同区域电力结构、回收技术路线差异巨大，统一的评估方式会造成环境影响测算失真。同时现有预测模型空间分辨率不足，多局限于国家、省级宏观层面，无法精准落地到城市尺度，难以形成科学的回收布局与供需规划方案，严重制约动力电池回收产业低碳化、高效化发展。本研究构建融合机器学习、生命周期评估与空间情景模拟的多尺度分析框架，以中国 364 座城市、300 余个回收项目、24 类动力电池为研究对象，系统研判 2020 至 2030 年退役动力电池时空演变规律。数据显示，十年间退役电池总量可达 1667 万吨至 1999 万吨，分布热点呈现东北 — 西南 — 西北的迁移特征。研究证实，省际协同调配可将正规回收产能利用率提升 67.12%，但无法彻底解决空间错配问题。基于多情景优化方案，动力电池回收环节碳排放最高可削减 44%，锂金属回收率提升 53%。该分析框架具备可拓展性，可为全球动力电池回收网络布局、技术升级与低碳改造提供科学依据。① 方法创新：集成机器学习、生命周期评估、空间模拟等多种技术，搭建城市级高精度分析框架，突破传统模型空间分辨率低的局限。 ② 规律创新：厘清退役动力电池十年时空分布与热点迁移规律，量化不同区域、回收模式下的产能利用效率与环境差异。 ③ 评估创新：区分正规与非正规回收渠道、不同冶炼工艺、区域电力结构带来的环境影响差异，规避统一核算造成的数据偏差。 ④ 应用创新：设置多类供需优化情景，量化减排与资源回收潜力，提出分区域、差异化回收治理与产业布局策略，工程指导价值突出。图1 | 可持续电池回收的空间框架。电动汽车销售数据来源于强制性交通事故责任保险记录。 BAU 表示截至2024年的现状分布；ANN为人工神经网络； CBEV 为商用电池电动汽车； CHEV 为商用插电式混合动力电动汽车；Mn为锰； PBEV 为乘用车电池电动汽车； PHEV 为乘用车插电式混合动力电动汽车；NCA为镍钴铝电池；RF为随机森林； SVM 为支持向量机；XGBoost为极端梯度提升算法。基础地图源自参考文献66；地图数据基于GS（2023）276773号批准的标准地图数据。1）依托车险、经济、人口、网络热度等多维度城市数据，结合多种机器学习算法完成退役电池规模预测； 2）划分省内、城市群、300 公里半径、省际四大运输调配模式，模拟不同流通路径下的物料流向； 3）区分火法、湿法、火湿联合等八大回收工艺，结合区域电力结构核算资源回收量与各类环境指标； 4）从供给、需求两大维度设置多类情景，完成综合模拟与优化分析。a 全国历年退役电池总量与容量变化；b 不同体系电池退役量对比；c 乘用车、商用车电池退役规模差异；d 各省市退役电池统计；e 2030 年城市尺度退役电池分布；f 空间离散度分析；g 2020-2030 年分布重心迁移轨迹。 1）2020 年退役电池仅 9.89 万吨，2030 年预计增至 548 万吨至 707 万吨，年均增速达 50.59%； 2）2024 年前商用车电池占主导，之后乘用车电池退役量快速攀升，2030 年占比达到 65.90%；3）广东、江苏、山东等经济与汽车产业大省退役电池体量位居前列，分布重心逐步由东北向西南、西北转移。a 省内回收物料流向；b 300 公里半径范围流向；c 城市群协同流向；d 省际协同流向；e 各省市正规回收产能；f-i 四种模式下产能利用率与非正规回收规模对比。1）单纯省内回收模式下，全国正规产能利用率仅 39.3%，资源与产能空间错配问题突出； 2）推行省际协同调配后，产能利用率提升至 65.68%，改善效果最为显著； 3）部分中部省份回收产能过剩，即便开放跨区域运输，利用率依旧低于 50%，非正规回收现象难以根除。a-c 高、中、低排放工艺对应的全球增温潜势；d-f 酸化、富营养化等环境指标；g-k 各省市锂、钴、镍、锰等金属回收体量。1）区域电力结构对回收环境影响影响极大，火电占比高的北方省份同等工艺下碳排放远高于水电富集地区； 2）非正规作坊综合排放是正规湿法工艺的 2.12 至 8.40 倍，人体毒性指标更是高出 15 倍以上； 3）广东、浙江、山东、江苏、河南五地锂回收量占全国总量的 42.6%，也是回收排放集中区域。a 全球增温潜势变化；b 酸化潜力变化；c 人体毒性潜力变化；d 锂回收量；e 钴回收量。三元电池占比提升会整体增加回收环节环境负荷；延长电池寿命可降低排放，但会减少金属回收体量；2）提升正规回收占比、优化回收工艺、改造能源结构三类方案中，正规渠道扩容减排效果最优，最高实现 44% 碳排放削减。a-f 六大重点省份历年排放变化；g 各省市碳排放降幅统计；h 锂资源回收量；i 钴资源回收量。 1）产能集中的中部省份优先升级回收工艺，减排效果最佳；火电主导区域重点推进能源结构转型； 2）推行综合优化方案后，多数区域锂、钴回收率可提升 53% 左右； 3）不同区域适配的治理、改造路线存在明显差异，需推行分区施策。本研究搭建了一套城市尺度、多维度的动力电池回收综合分析框架，系统厘清了 2020 至 2030 年国内退役动力电池的时空演变规律、跨区域流向特征以及不同回收技术、区域条件下的环境影响与资源回收潜力。研究表明，当前动力电池回收产业存在明显的空间错配、技术落后、区域环境差异大三大问题，省际协同调配可有效提升正规产能利用率，却无法彻底解决布局失衡。通过供给端电池技术迭代、需求端回收渠道规范化、生产端工艺与能源升级等多举措协同，回收环节碳排放最高可下降 44%，关键金属回收率大幅提升。结合不同省市产业基础、电力结构与退役电池规模，本研究提出分区分类的产业布局、技术升级与监管策略。该分析框架与研究结论不仅适用于国内动力电池回收产业升级，也可为全球新能源汽车配套回收体系建设、循环经济发展提供重要参考。Sustainable battery recycling through spatial and technological alignment. Nature Sustainability, 2026; https://doi.org/10.1038/s41893-026-01851-6本文内容来源于学术研究论文，版权归原作者所有。转载旨在分享学术成果，仅供参考，不构成任何应用建议。如涉及作品内容、版权或其他问题，请及时联系处理。
