La transición hacia la energía renovable está intensificando la demanda de baterías de iones de litio (LIB), aumentando así la necesidad de un abastecimiento sostenible de litio. Las prácticas mineras tradicionales presentan riesgos ambientales y para la salud, que pueden ser mitigados a través de sistemas de reciclaje eficientes al final de la vida útil. Este estudio propone una red de logística inversa de litio modificada que descentraliza la producción de masa negra en instalaciones distribuidas antes de la extracción centralizada, en contraste con los modelos convencionales que transportan las LIB crudas directamente a los sitios de procesamiento central. Utilizando Estados Unidos como caso de estudio, se desarrollaron dos modelos de optimización matemática (programación lineal entera mixta) para comparar las redes tradicional y modificada en términos de eficiencia de costos y emisiones de carbono. El modelo indica que la red propuesta reduce significativamente tanto los costos operativos como las emisiones. Este estudio destaca su potencial para apoyar una economía más verde e informar el desarrollo de políticas.