Used electric vehicles lithium-ion batteries in the circular economy context : a systematic literature review

Abstract

Countries around the world aim to reduce the greenhouse gas emissions from gasoline powered cars and as a solution to reduce these emissions electric vehicles (EV) have emerged. EVs run on lithium-ion batteries (LIBs) and therefore do not cause greenhouse gas emission due to not using gasoline in their engines. However, when more and more EVs are manufactured the LIBs that give them their power naturally become more and more regular as well and this poses a problem for people and countries of the world as well as to our environment. LIBs hold valuable and scarce materials like cobalt (COB), lithium (LI), graphite (GRA) and manganese (MAN) that can cause harm for the environment if handled incorrectly. Furthermore, after EV LIBs have reached their end-of-life in EVs they still hold enough capacity to be applied to entirely other uses, like buildings. To combat and solve these environmental and potential second life applications for EV LIBS and the materials they hold, CE and its many practices and methods have been proposed as a solution to slow and close the resource loops and offer new second life applications to EV LIBs. The goal of this thesis is to review how EV LIBs second life applications are considered in the CE context currently in the existing literature by performing a systematic literature review (SLR) on the topic. Focus was directed on the current state of the studies on the matter and possible challenges there still are in adopting CE models to EV LIBs. Results show that research to the topic is picking up pace, which is needed because current CE methods in recycling, reusing and repurposing EV LIBs are not efficient enough to be applied on a mass scale across the world due to not being environmentally nor economically feasible as it currently stands.

Useat maat ja niiden hallitukset ympäri maailman tähtäävät bensiiniautoista johtuvien kasvihuonekaasupäästöjen vähentämiseen siirtymällä yhä enemmän sähköautotuotantoon saavuttaakseen tavoitteensa päästöjen vähentämisestä. Sähköautot toimivat litium-ioni-akuilla ja näin ne eivät aiheuta bensiinin palamisesta koituvia päästöjä ja niistä koituvia ympäristö- ja ilmakehärasitusta. Kuitenkin, koska sähköautoja valmistetaan yhä enemmän ja enemmän niiden virtalähteenään käyttämät litium-ioni-akut yleistyvät samaa tahtia yhdessä sähköautojen kanssa aiheuttaen haasteita globaalisti ja paikallisesti valtioille, väestölle ja ympäristölle. Sähköautojen akkujen valmistamiseksi on käytetty kallisarvoisia uusiutumattomia materiaaleja, kuten kobolttia, litiumia, grafiittia ja mangaania, jotka aiheuttavat ympäristöllisiä ongelmia, mikäli niitä ei käsitellä oikein virtalähteenä toimisien päätyttyä. Kun litium-ioni-akut eivät ole enää käyttökelpoisia sähköautojen energianlähteenä, niiden sisältämää kapasiteettia voidaan muissa hyödyntää monissa muissa käyttökohteissa, kuten esimerkiksi rakennuksissa. Erilaisten ympäristöongelmien ja tehokkaan uusiokäytön saavuttamiseksi on ehdotettu akkujen sisältämien materiaalien kiertotaloutta, jonka avulla voidaan hidastaa ja sulkea resurssisilmukoita ja edesauttaa akkujen uusiokäyttöä. Tämän tutkimuksen tavoitteena on tutkia systemaattisen kirjallisuuskatsauksen avulla, kuinka käytettyjen sähköautojen akkujen uusiokäyttö on tällä hetkellä mahdollistettu kiertotalouden malleilla ja metodeilla. Tutkimuksessa keskityttiin olemassa olevien tutkimusten nykytilaan ja näkemykseen, sekä mahdollisiin haasteisiin, joita kiertotalouden mallien käyttöönottamisessa on käytettyjen sähköautojen litium-ioni-akkujen suhteen. Systemaattisen kirjallisuuskatsauksen tulokset osoittavat, että tutkimus aiheeseen on yleistymässä, joka on tarpeellista, sillä nykyiset kiertotalouden metodit/toimintatavat eivät ole ympäristöllisesti ja taloudellisesti sillä tasolla, jotta niitä voidaan ottaa käyttöön maailmanlaajuisesti, jolloin litium-ioni-akut niistä voisivat hyötyä.