一、前言
全球市場中鋰離子電池及其他新型電池正快速成長，市場規模從2020年約180 GWh成長到2024年1,100 GWh，成長幅度超過5倍。預計到2030年市場規模將超過3,500 GWh。2025年全球售出的汽車中將有超過4分之1是電動車，意味著交通部門石油需求減少，電力需求增加。另外，大規模電池儲能系統可提升電網調度彈性，促進更多再生能源併網，並強化電力系統韌性。然而，大規模電池產業的成長也帶來挑戰，預計到2030年，約有120萬個電動車電池將耗盡其設計使用壽命；到2040年，此一數字將達到1,400萬個，因此，電池退役後的廢棄物管理問題成為亟待解決的重要議題。電池循環利用被視為解決退役電池處理問題的重要技術途徑，包括回收、在車輛中重複使用電池，以及將電池重新用於其他用途。此外，如果可以回收部分電池關鍵材料，將可提高供應端的多樣性和韌性，同時減輕礦物開採的壓力，並減少環境影響。

二、五項關鍵趨勢
(一)電池循環利用領域創新的成長速度超過其他電池技術領域
2023年，儲能技術在能源專利申請中的占比達到40%，此一比例也持續上升。目前尚無其他能源技術在能源專利申請中占有如此高的比重。其中，與電池循環利用相關的專利申請成長速度超過電池專利申請整體成長速度。電池循環利用專利申請在2017年開始加速成長，快速超越與新型電池材料和製造流程相關的技術。實際上，自2017年以來，與電池循環利用相關的國際專利家族（International Patent Family, IPF）的複合年成長率高達42%，電池金屬精煉技術的複合年成長率為16%，所有技術領域的複合年成長率則為2%。
(二)亞洲企業引領電池回收價值鏈的創新
專利分析顯示，亞洲企業（尤其是中國企業）已成為電池循環利用技術創新的主要力量。儘管歐洲和北美仍不斷出現重要的創新及發明，但統計至2023年，亞洲地區申請人在電池回收領域智慧財產權申請占比高達63%。到2019年，包括豐田、LG和住友金屬礦山在內的日本和韓國公司在該領域的專利申請數量超過其他任何地區的申請人。然而，此後它們被中國公司寧德時代（CATL）旗下的電池回收子公司Brunp超越。寧德時代是目前全球最大的電池製造商，在2020年至2023年期間提交的智慧財產權專利數量是豐田的兩倍多（豐田在過去20年間皆為專利申請數量第二多的公司）。受益於寧德時代工廠的電池生產廢料，Brunp已建置相當於全球約5%的電池回收產能。
在電池循環領域申請最多專利的技術類別為廢棄電池收集和透過化學轉化回收金屬相關技術專利，其中汽車公司在電池收集的初始階段具備相對的專業能力，而礦業公司則著重於化學轉換技術。然而，Brunp和LG的發展則涵蓋了電池回收價值鏈的所有環節。
(三)中國已成為電池循環利用和電池關鍵金屬提煉領域的主導力量
電池循環利用的重要目標之一，是提升未來電池關鍵礦物供應來源的多元性，進而強化目前高度集中於少數國家的供應鏈韌性。從報廢電池中回收金屬將與開採的金屬競爭，而這些金屬目前主要在中國進行提煉。中國主導能源產業20種精煉關鍵礦物中19種關鍵金屬供應。自2020年以來，中國在電池金屬提煉領域的IPF比例已與美國持平，反映出中國在該產業（由大型礦業公司引領）的快速擴張。
為避免單一主要電池礦物供應商的依賴風險，過去預期電池循環利用領域的創新會呈現更多元化的地理分佈。然而，事實正好相反，中國在電池循環利用領域國際專利申請占比從2013年的5%上升至2023年的29%。Brunp專利申請量快速增加，是推升中國占比成長的主要原因。同時，在2018年至2023年間，全球電池循環利用相關專利家族中，約70%為中國國家專利。儘管國家專利的品質通常低於國際專利，但國家專利仍為衡量電池循環利用領域活力的重要指標。目前，該領域的大部分工業活動都集中在中國市場，尚未實現國際化。
整體而言，電池循環利用領域的地理多樣性低於電池金屬精煉領域。電池金屬精煉領域主要由總部位於澳洲、加拿大和美國的公司主導，而這些國家在電池循環利用專利申請方面參與度較低。歐洲在電池循環利用領域國際專利中占比已從2013年的22%下降到2023年的21%。
(四)中國申請人越來越重視尋求國際專利保護
自2000年以來，電池循環利用技術創新大致歷經三個階段：2005年以前為多國分散發展階段，以日本較為活躍；2005年至2018年則由中國國家專利申請快速成長帶動全球創新活動；2018年之後，創新活動逐漸由國內專利布局轉向國際專利布局。國際專利家族占全球相關專利的比重由2018年的10%提高至2023年的20%，顯示電池循環利用市場正加速國際化。隨著各國陸續建立回收管理制度與循環利用規範，技術競爭日益激烈，中國企業也開始積極拓展海外市場，並透過國際專利布局強化其全球競爭力。
(五)歐洲創新集中於電池的收集與預處理
歐洲申請人長期維持約20%的電池循環利用國際專利家族占比，尤其是在電池收集和化學轉化領域，技術重點聚焦於遠端處理技術（歐洲申請人在該領域占國際專利家族34%）、分離和固定化（占國際專利家族30%）以及熱解預處理後的濕法冶金提取（占國際專利家族26%）等領域。歐洲專利集中領域反映出歐洲處理廢棄電池方面的潛力，歐洲擁有多家活躍於該領域的大型企業，例如：德國化學公司BASF、比利時循環材料科技公司Umicore，以及許多新創企業。

三、電池循環利用技術
目前鋰離子電池的回收利用在工業中最常見的方法是透過相對簡化的途徑處理－將廢棄電池機械破碎，再進行冶金處理回收有價值的金屬。這種方法相對穩定且易於擴展，可安全地處理各種電池設計和化學成分，同時最大限度地減少人為干預。
(一)拆卸和機械預處理
雖然拆卸可提高物料流的純度，但其規模化應用受到勞動強度和設計差異的限制。因此，許多系統先採取機械粉碎產生混合碎片，再進行分離作業。
(二)黑粉製備與物理分離
黑粉為富含陰極和陽極活性物質的細顆粒，通常包含陰極金屬氧化物、石墨、炭黑和黏合劑殘留物，以及不同含量的鋁粉和銅粉。物理分離採用篩分、磁選、密度分離等技術，在某些製程流程中亦會採用浮選或靜電分離等技術，其分離效率關鍵在於黏合劑性質以及金屬聚合物粉碎成細粉程度。
(三)黑粉的調質處理
黑粉（Black Mass）調質處理的目的在於去除黏合劑並改善材料表面特性，以利後續金屬回收。常見方法包括熱處理、溶劑型剝離（Solvent-based Delamination）及鹼處理。其中，熱處理可分解有機物與黏合劑，但需妥善處理含氟廢氣；溶劑型剝離與鹼處理則可分離活性材料與鋁製集流體（Current Collector），惟須額外進行溶劑回收及廢水處理。後續石墨與正極金屬氧化物通常利用浮選法分離，但若黏合劑殘留過多，將降低分離效率，因此往往需先進行熱處理或化學處理。
(四)冶金回收技術
濕法冶金通常以酸浸法處理黑粉，然後透過溶劑萃取、沉澱、離子交換或電解等方法進行選擇性分離。鋰通常以碳酸鹽或磷酸鹽的形式進行回收，而鎳、鈷和錳則以適合成鹽的形式回收。
火法冶金（Pyrometallurgy）利用高溫熔煉生成富含鈷、鎳和銅的合金，而鋰和鋁則呈現爐渣形態。火法冶金製程對不同電池化學組成與原料特性具有較高的適應性，但其能耗較高，且可能需要進行額外的鋰回收步驟。
Umicore公司開發混合技術，結合火法冶金處理和後續精煉技術，實現過渡金屬的高回收率，並能從煙塵和爐渣等廢料中二次回收鋰金屬。
(五)直接回收再生
直接回收旨在保留電極材料原有的晶體結構。目前文獻中提及的技術包括廢棄正極材料的再鋰化（Relithiation）、熱修復或化學修復。這些方法可以降低能源消耗和試劑消耗，但需精心分選原料及嚴格的污染控制，且在大規模應用方面仍不如濕法冶金（Hydrometallurgy）和火法冶金技術成熟。