研究背景
随着全球电动汽车产业的快速发展，中国已连续十年保持全球最大电动汽车生产国和消费国的地位，锂离子电池产能达732.5 GWh，占全球产能的70%以上。然而，电池容量衰减（低于初始容量的70%–80%）引发的大规模退役潮正在来临。退役电池中锂、钴、镍等关键金属的回收，对于缓解中国对这些资源超过85%–95%的进口依赖至关重要。同时，废旧电池中的化学成分不易自然降解，可污染饮用水和土壤，且具有自燃和爆炸风险。
然而，现有研究存在明显不足：预测模型多依赖单一数据源，空间分辨率局限于全国或省级平均值；生命周期评价多采用全国平均电力数据或单一工艺条件，忽略了不同省份在电力结构、回收技术和企业规模方面的巨大差异；同时，中国工信部认定的156家合规回收企业仅处理约40%的退役电池，其余流入技术水平低、环保措施不足的非正规渠道。这些空间、技术与制度层面的系统性错配，亟需多尺度耦合的分析框架加以解决。
关键发现
1. 退役电池的时空演化格局
本研究基于364个城市的交强险数据，利用机器学习模型预测了2020–2030年间退役电池的时空分布。结果表明，全国退役电池质量从2020年的9.89万吨增至2030年的548–707万吨，年均复合增长率达50.59%，累计总量为16.67–19.99 Mt。退役模式呈现阶段性特征：2024年前以商用车电池退役为主，此后乘用车退役量急剧上升，到2030年占总退役质量的65.90%。在电池化学类型方面，磷酸铁锂（LFP）在基准情景下始终占据主导地位（2030年占60.10%）。空间分析揭示了退役电池热点从东北向西南、再从东南向西北迁移的独特轨迹，这意味着未来回收设施的规划不应仅围绕当前的电池制造地理布局，而应预判退役电池供给的时空迁移趋势。
图1. 可持续电池回收的空间分析框架
2. 跨区域运输与产能利用失配
研究模拟了四种电池跨区域流转情景。在基准的省内回收情景下，2024年全国正规产能利用率仅为39.3%，不同省份表现高度异质—广东拥有大量正规产能但面临非正规回收商的激烈竞争，而浙江、江苏退役电池产生量大但正规回收企业相对稀少。允许邻省协调后，全国产能利用率提升至65.68%（相对提升67.12%），城市群协调方案达到58.22%。值得注意的是，运输相关排放仅占回收全过程排放的不到1%，表明制约系统绩效的主要因素并非运输本身，而是正规处理能力与废物产生之间的空间失配。
图2. 2020–2030年中国退役动力电池预测量及时空分布格局
3. 省级环境影响与金属回收的巨大差异
同一回收技术在不同省份产生的环境影响存在数倍差异。内蒙古、黑龙江、吉林、山西和海南是全球变暖潜势（GWP）最高的五个省份，这与其以煤电为主的电力结构直接相关。例如，在山西省采用低排放湿法冶金工艺回收1吨LFP电池产生的GWP，相当于在湖北省用同一工艺回收3.35吨LFP电池的排放量。非正规小企业的GWP是正规湿法冶金工艺的2.12–8.40倍，人体毒性潜势（HTP）更是超过15倍。2020–2030年间排放总量最高的五个省份为广东、江苏、山东、上海和浙江，同时这五省也贡献了全国40.83%的锂回收量，反映出中国退役电池回收行业仍依赖大量小型、低技术水平的运营模式。
图3. 中国退役动力电池跨区域运输流与正规企业处理产能分布
4. 52种情景下的减排与资源回收潜力
研究构建了涵盖供给侧（电池技术演进）和需求侧（市场动态）的52种组合情景。在基准条件下，2020–2030年间累计国家环境负荷为158.97 MtCO₂e（GWP）、132.32 Mt1,4-DCBe（HTP）0.89 MtSO2e（AP）和0.24 MtPO4³⁻e（EP），可回收金属量为锂0.13 Mt、钴0.17 Mt、镍0.43 Mt和锰0.17 Mt。
在需求侧情景中，提升正规回收率对GWP减排贡献最大，其次是回收技术优化、梯次利用推广和能源结构调整。能量密度提升（ED）与正规回收率提升60%的组合（ED+AR3）可实现GWP降低44%、AP降低40%、EP降低47%和HTP降低49%。在金属回收方面，ED与技术优化组合实现最大钴、镍和锰回收量，ED与梯次利用组合实现最高锂回收量（0.21 Mt）。区域层面的最优策略具有空间异质性：湖北、湖南、江西等正规产能集中省份适宜推进技术优化（平均GWP降低47%）；贵州、吉林等煤电主导省份优先调整能源结构（GWP降低43%）；安徽、福建、浙江等省份则通过提高正规回收率获益最大。
图4. 各省电池回收的环境影响与金属回收量
5. 政策启示
基于研究发现，本文提出了区域差异化的策略框架：（1）在新兴退役热点区域（如长江中游城市群和成渝城市群）前瞻性部署回收基础设施；（2）在退役量大、非正规竞争激烈的沿海制造业集聚区，优先推进正规化收集路径、启用跨区域匹配并采购可再生能源电力；（3）在正规产能充足但本地退役量较小的中部省份，发展集散枢纽并引入工艺升级以消化补充来源；（4）在煤电密集区，将任何新增正规产能与低碳电力获取挂钩，限制新建高耗能火法冶金工序，着力于拆解和中间产品转运至合规精炼商；（5）通过强化注册制度、惩罚机制和激励措施，将非正规回收商纳入规范化管理体系。
尽管本研究以中国为实证案例，但其分析逻辑可移植至其他快速电气化的经济体以及具有废物产生空间不均、处理技术异质、电力系统差异化特征的新兴回收链。
图5. 52种情景下2020–2030年减污降碳与金属回收潜力
图6. 52种情景下各省的减污降碳潜力与金属回收
6. 局限性与不确定性
本研究存在以下局限：首先，由于非正规回收商缺乏精确的工艺级数据，其排放以最高排放的湿法和火法冶金工艺代表，可能存在偏差。其次，研究假设不存在海外废旧电池进口，考虑到跨境运输废旧电池受到法规限制，该假设在研究期内被认为是合理的，但未来若进口量增加，应将其纳入模型。再者，在模拟的跨区域运输情景中，仅考虑了运输距离和相关排放，未评估退役电池长距离运输的经济成本。未来研究应纳入省际运输的经济可行性约束。
