锂离子电池(Lithium-ion battery,LIB)等相关原材料的安全供给是保障新能源等行业可持续发展的关键。目前我国对原材料的关键性评价和管理方法研究不足,导致产业政策制定过程定量化难度高,限制了其可操作性。为此,本研究建立了耦合原材料关键性评价、物质流分析和生命周期评价的行业关键材料综合分析评价模型,以能源金属为主要研究对象,以LIB行业为典型应用案例,为关键材料全生命周期的物质、环境管理提供了量化依据。主要研究内容如下:(1)引入并优化了中国能源金属产业的关键原材料评价模型,对27种(组)电池制造原料进行了评价。通过计算并耦合供应风险和经济重要性的关键性,确定了5种(组)关键能源金属(即PGMs、REEs、Si金属、Li、Ga)和6种次关键能源金属(即In、V、石墨、Ni、Co、P)。以中国LIB行业为典型案例,评估了LIB生产中广泛使用的9种原材料,确定Li、Co、Ni和石墨为关键材料,为后续的物质流分析及回收过程的环境影响评价提供直接指导和良好补充。(2)应用时间因子与国际贸易参数耦合的物质流分析模型对中国范围内4种LIB关键材料同时展开物质流分析。结果表明,中国LIB行业目前的关键材料供给处于不平衡的状态:生产的LIB中21.4-31.6 wt%用于出口,但超过80 wt%的Li和Co资源依赖进口。大量资源库存于物质流的消费阶段,且在2025年前市场不会饱和。回收阶段的有价资源回收率仅不到30 wt%,废旧电池管理面临巨大压力。(3)使用生命周期评价和生命周期成本分析方法,对LIB回收阶段3种火法和3种湿法回收的典型工艺进行了分析和比较,结合CML2001和Re Ci Pe中点法分析环境影响,结果表明,新型的火法冶金和湿法冶金未必都会产生较低的环境影响,可能会造成不同类型的环境损害,需要结合区域污染的敏感性和成本综合选择。