能源转型下的锂、钴、镍资源需求及回收潜力分析——基于电动汽车的视角
原文发表于《中国科学院学报》2024年第7期《政策与管理研究》。本文为简化改编版
熊英雄1 王守阳1 杨玉瑶2*
1 中国科学院大学经济管理学院
2 北京大学光华管理学院
近年来，锂、钴、镍需求增长迅速，中国、美国、欧盟等国家均将这三种金属列为战略重点矿产，本文研究了我国及全球电动汽车行业对锂、钴、镍需求的增长情况，预测了三种金属的回收潜力，分析了我国锂、钴、镍面临的资源安全挑战。文章建议加强海外矿产资源开发的国际合作，提高海外资产权益保护能力，加快建设电动汽车电池回收体系，通过布局电池回收网络和监管体系，保障我国锂、钴、镍金属供应安全，为实现“双碳”目标提供有力支撑。
面对日益严峻的气候变化威胁，世界各国都在积极推进低碳能源转型。作为能源转型的关键产业，电动汽车近年来发展迅速，全球电动汽车销量已从10年前的几千辆增长至2022年电动汽车保有量将突破1000万辆。根据国际能源署（IEA）预测，到2030年，全球电动汽车销量将超过4000万辆。锂（Li）、钴（Co）、镍（Ni）是电动汽车的主要燃料，在电动汽车需求不断增长的推动下，作为电池关键原材料的锂需求也将快速增长，电动汽车和电池储能已取代消费电子成为锂需求最大的行业，预计到2040年将取代不锈钢成为锂需求最大的行业和镍需求最大的行业。
锂、钴、镍需求激增引发全球对其资源安全的担忧，可能成为能源安全转型的关键制约因素。2016年，国土资源部发布《全国矿产资源规划（2016-2020年）》，将锂、钴、镍等24个资源品种列为战略矿产；美国从1939年开始出台针对战略原材料的法律，2018年美国内政部将锂、钴纳入关键矿产范围，2022年进一步将镍金属纳入；欧盟2008年开始公布《欧盟关键原材料》名单，2020年包括锂、钴，2023年包括镍。锂、钴、镍资源的可获得性受到各国高度重视。在此背景下本研究旨在确定三种金属面临的资源安全挑战，为保障我国锂、钴、镍供应链安全提供决策依据和政策建议。
1 电动汽车行业带动锂、钴、镍需求快速扩张
本研究参考国际能源署的情景设定，选取了两种气候情景：既定政策情景（STEPS）和净零排放情景（NZE），其中既定政策情景提供了能源体系发展的主要方向；净零排放情景为2050年全球能源部门实现二氧化碳净零排放指明了方向。考虑到未来电动汽车电池技术演进的不确定性，本研究设置了三种电池化学技术演进情景，分别为三元锂电池为主的情景、磷酸铁锂电池为主的情景和新型电池技术不断涌现的情景。
净零排放气候目标推动全球锂、钴和镍需求快速增长
在净零排放气候目标驱动下，全球电动汽车电池对锂、钴、镍的需求将快速增长。本次研究结果显示，2020年，全球电动汽车对锂、钴、镍的需求分别为1.8万吨，到2050年，在既定政策情景下，全球电动汽车电池对锂、钴、镍的需求将分别上升至45万-75万吨、21万-49万吨和180万吨-380万吨；在净零排放情景下，全球电动汽车电池对锂、钴、镍的需求将进一步扩大，分别达到74万-124万吨、35万-82万吨和299万-631万吨。
不同的电池技术演进路径下，对锂、钴、镍的需求呈现出巨大的差异。净零排放情景下，全球电动汽车电池在以三元锂为主的技术路线下对锂的需求最高，累计需求量达1814万吨；在新型电池兴起的情景下对锂的需求最低，累计仅为1392万吨。这主要是由于新型电池锂材料强度大幅降低，导致对锂原材料需求的减少。电动汽车电池对镍和钴的累计需求量也在以三元锂为主的情景下最高，分别为9187万吨和1341万吨；而在以磷酸铁锂为主的情景下最低，分别为5625万吨和852万吨。这主要是因为磷酸铁锂电池不需要镍、钴两种原材料，大大减少了对镍、钴的需求。
中国的锂、钴和镍需求
推动绿色发展是全人类共同的事业，中国顺应绿色发展潮流，努力为全球绿色转型作出更大贡献。随着中国新能源汽车产业的快速发展，锂、钴、镍等金属矿产需求预计将快速增长。在既定政策情景下，2025年至2050年，中国电动汽车市场对锂、钴、镍的总需求预计分别超过300万吨、200万吨和1400万吨，净零排放情景下则分别超过400万吨、300万吨和2000万吨，具体取决于其电池技术演进路径。
中国对锂、钴、镍等关键原材料的需求不仅局限于国内市场，还面临来自全球市场的广泛需求，假设未来中国在全球电动汽车电池市场的份额能维持现有水平或略有下降，这将使得中国对锂、钴、镍的需求达到国内需求的1.4倍，对我国锂、钴、镍资源的供给充足性进一步提出更高的要求。
2 锂钴镍资源安全挑战
锂、钴和镍的主要供应
锂、钴、镍是地理分布上供应集中度较高的三种金属矿产。目前，全球约80%的锂供应来自澳大利亚和智利，60%的镍来自印尼、菲律宾、俄罗斯和加拿大。钴的80%以上来自刚果民主共和国，而且这种供应格局短期内难以发生明显改变。在全球锂、钴、镍供应日益紧张的背景下，地理分布高度集中将进一步加剧这三种金属供应链韧性的挑战。因此，未来我国在锂、钴、镍供应上必然面临来自全球市场的竞争，这也对我国锂、钴、镍资源供应安全提出新的挑战。目前，全球锂、钴、镍已探明储量分别为2100万吨、1100万吨和1.3亿吨以上。未来随着采矿技术的进步，全球锂、钴、镍矿储量可能进一步增加，分布也可能发生变化，需密切关注锂、钴、镍矿开采技术和地理分布的变化趋势。
2035年后锂、钴、镍回收潜力将逐渐显现
随着电动汽车电池退役潮的到来，我国电动汽车电池中锂、钴、镍的回收量将大幅增加，可满足相当比例的金属需求，将有效缓解这些关键金属的供应压力。零排放情景下，2035年后我国电动汽车电池中锂、钴、镍的回收量将逐步形成规模，分别达到约1.4万吨、1.5万吨和6万吨；到2050年，电动汽车电池回收量将分别达到1万吨、1.5万吨和6万吨。汽车动力电池中锂、钴、镍的回收量将快速增长，根据其技术路径的演变趋势，分别达到12.9万-14.5万吨、8.6万-11.8万吨、45万-64.5万吨。
至2050年，在三元锂为主导的技术路径下，我国退役电动汽车电池中的锂、钴、镍可分别满足35%、44%和31%的金属需求；在磷酸铁锂为主导的技术路径下，这些数值将达到35%、68%和46%；在新型电池出现的情景下，这些数值将达到53%、91%和41%。相比于三元锂为主导的技术路径，磷酸铁锂为主导的技术路径和新型电池的出现均对钴和镍表现出更高的回收潜力。这是因为磷酸铁锂电池和新型电池都不再依赖镍和钴，因此对镍和钴的需求将逐渐下降，而随着早期安装的三元锂电池的退役，镍和钴回收占需求的比例快速上升。尤其值得注意的是，在新型电池涌现的技术路径下，钴金属的回收利用大幅提升，2050年回收潜力将高达91%，这将大大减少钴的进口需求，进而降低钴资源的供应风险。
3 对策建议
全面推进锂、钴、镍金属资源勘查开采，加强国际合作，积极挖掘海外供应潜力
制定锂钴镍资源中长期勘查规划，提高我国资源储备抗风险能力。密切关注海外矿产项目可能面临的风险，通过投资多元化、加强合作、风险监控等方式增强海外资产和利益。值得注意的是，锂钴镍资源的供应风险不仅来自于供应短缺和高度集中，还来自于自然灾害等因素造成的供应和运输中断。这需要进一步研究，比如制定相应的战略储备策略，提高抵御突发供应中断等风险的能力。
推动电动汽车电池循环经济战略建设，制定科学可行的循环经济目标和政策激励措施
2023年8月，欧盟《电池及废电池法规》生效，其中规定到2031年，电池活性材料中回收金属元素的最低使用比例为：6%锂、6%镍、16%钴。相较于欧盟，我国在电动车电池回收方面的规划与实践仍显不足，亟待制定明确的电动车电池回收目标，确保2035年电动车退役潮到来前，我国电动车电池回收到位。产业布局将推动电动车电池行业加速锂、钴、镍三大关键金属的回收。此外，还需密切监测电动车电池的技术路线，动态判断不同技术演进趋势下的回收效果。强调电动车电池供应链保障的重要作用，并根据实际供应保障形态动态调整回收工作重点。
建立废旧电动车蓄电池回收监管体系，加强对废旧电动车蓄电池回收规模的监测和回收企业的监管
电动汽车电池回收需要更加精细的数据监测和技术追踪，亟待完善覆盖使用、回收、再利用等各个环节的监管体系，建立电动汽车电池废弃物时空分布监测数据平台，及时追踪废弃电池的数量、位置和类型，为后续回收处理提供依据。支持企业加大力度布局电动汽车电池回收网络和回收场地、加工厂等基础设施，确保废旧电池得到有效回收处理。加强电动汽车电池回收企业监管，严厉打击“作坊式”电池拆解厂，确保回收过程安全环保。推动电池护照技术研发和数据库建设，加强电池材料成分和供应链信息追踪，实现电动汽车电池废弃物精细化监管。
熊英，中国科学院大学经济管理学院博士研究生，主要研究方向为重要矿产的供应链。
杨昱瑶，北京大学光华管理学院博士研究生，研究方向为重要矿产供应链。
来源：应雄,汪守阳,杨宇耀. 能源转型下锂钴镍资源需求及回收潜力分析——基于电动汽车的视角. 中国科学院院刊, 2024, 39(7): 1226-1234. DOI:
10.16418/j.issn.1000-3045。