新能源汽車發(fā)展下鋰鈷鎳等礦產(chǎn)資源需求展望

邢佳韻，陳其慎，張艷飛，龍 濤，鄭國棟，王 琨

(中國地質(zhì)科學(xué)院礦產(chǎn)資源研究所，北京 100037)

0 引 言

在環(huán)保壓力及各國政策推動(dòng)下，全球新能源汽車發(fā)展已是大勢(shì)所趨。相比傳統(tǒng)燃油汽車，新能源汽車中的動(dòng)力電池涉及到一些新的礦產(chǎn)資源，此外新能源汽車對(duì)電動(dòng)化和車身輕量化的要求更高，將對(duì)有關(guān)礦產(chǎn)資源未來需求趨勢(shì)產(chǎn)生重要影響。本文旨在通過探討新能源汽車的發(fā)展趨勢(shì)，分析該領(lǐng)域?qū)ο嚓P(guān)礦產(chǎn)資源需求的影響，進(jìn)而對(duì)這些礦產(chǎn)資源未來需求進(jìn)行展望。

根據(jù)國務(wù)院發(fā)布的《節(jié)能與新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃(2012～2020年)》，新能源汽車主要包括純電動(dòng)汽車(BEV)、插電式混合動(dòng)力汽車(PHEV)及燃料電池汽車(FCEV)[1]。混合動(dòng)力汽車(HEV)不在新能源汽車之列。但由于混合動(dòng)力汽車發(fā)展前景較好，能夠大幅提高燃油效率，大量拉動(dòng)礦產(chǎn)資源的需求，本文也將混合動(dòng)力汽車納入研究范疇。在汽車類型方面，本文主要對(duì)輕型車進(jìn)行探討研究。由于燃料電池汽車目前商業(yè)化尚未十分成熟，且更加適用于重型車，因此不作為本文的研究對(duì)象。

1 新能源汽車發(fā)展現(xiàn)狀及展望

2015年以來，全球電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，新能源汽車產(chǎn)銷量由2015年的54萬輛增至2018年的201萬輛，年均增速高達(dá)55%。2018年電動(dòng)汽車市場(chǎng)份額已占據(jù)整個(gè)汽車市場(chǎng)的2%，在環(huán)保壓力、政策推動(dòng)等因素下，未來新能源汽車市場(chǎng)份額還將持續(xù)擴(kuò)大，產(chǎn)銷量將繼續(xù)攀升。根據(jù)BloombergNEF、International Energy Agency(IEA)、Boston Consul-ting Group、BP等[2-6]多家國際權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，本文認(rèn)為到2025年、2030年、2035年全球電動(dòng)汽車(包含純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車)總產(chǎn)量將分別達(dá)到1 200萬輛、3 000萬輛、5 800萬輛，占全球汽車總產(chǎn)量的9%、20%、37%(表1)；同期混合動(dòng)力汽車產(chǎn)量將分別達(dá)到2 000萬輛、4 100萬輛和5 200萬輛，占全球汽車總產(chǎn)量的16%、28%、33%。

表1 全球不同輕型汽車產(chǎn)量預(yù)測(cè)Table 1 Global light vehicle production forecast

2 新能源汽車與能源資源的關(guān)系

新能源汽車電池、電機(jī)、車身、充電設(shè)施等部件涉及多種礦產(chǎn)資源(表2)。與傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)車相比，新能源汽車需要用到鋰、鎳、鈷、石墨等新的礦產(chǎn)資源。此外，由于對(duì)電力依賴增加，單車銅用量以及充電樁的銅需求都使得汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)銅的需求大大增加。未來新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展將對(duì)相關(guān)礦產(chǎn)資源需求帶來巨大影響。

表2 新能源汽車不同部件所需主要礦產(chǎn)資源Table 2 Major mineral resources required for different components of new energy vehicles

3 礦產(chǎn)資源需求分析

本文主要從動(dòng)力電池、汽車電動(dòng)化以及車身輕量化三個(gè)方面對(duì)不同礦產(chǎn)資源需求產(chǎn)生的影響進(jìn)行分析研究。

3.1 電池用礦產(chǎn)需求分析——鋰、鈷、鎳

當(dāng)前銷售的純電動(dòng)汽車、插電式混合動(dòng)力汽車、混合動(dòng)力汽車(部分)中，鋰電池是主流的動(dòng)力電池。鋰離子電池主要含有鋰、鈷、鎳、錳、石墨等礦產(chǎn)，電池負(fù)極材料主要為石墨，正極材料主要有鎳鈷鋁(NCA)、鎳鈷錳(NMC)、磷酸鐵鋰(LFP)等。其中，鎳鈷錳三元電池材料由于金屬元素配比不同還可分為NMC111、NMC433、NMC532、NMC622、NMC811等。各類動(dòng)力電池單位對(duì)不同礦產(chǎn)需求量見表3[2]。

表3 電動(dòng)汽車動(dòng)力電池礦產(chǎn)用量Table 3 Mineral consumption of power battery

資料來源：文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]

目前，從全球不同動(dòng)力電池市場(chǎng)份額看，磷酸鐵鋰LPF和鎳鈷錳三元正極材料占據(jù)最主要的地位，且三元正極材料呈現(xiàn)高鎳低鈷的趨勢(shì)。通過查閱各方資料，參考IEA、麥肯錫(McKinsey)等多家機(jī)構(gòu)的觀點(diǎn)，本文認(rèn)為在技術(shù)的不斷突破下，未來鎳鈷錳三元材料市場(chǎng)份額將逐漸提升，最終占據(jù)主導(dǎo)地位。2018年到2035年，鎳鈷錳三元材料市場(chǎng)將由44%逐步提升至91%(其中，NMC811市場(chǎng)占比將提升至85%，NMC622將由20%提升至50%而后回落至6%左右)；鎳鈷鋁三元材料將較目前的8%有所提升，然后回落至5%；磷酸鐵鋰、鎳氫等其他材料將由目前的48%逐漸減少到4%(表4)。

表4 不同類型動(dòng)力電池市場(chǎng)趨勢(shì)Table 4 Different types of power battery market trends

除特斯拉外，市場(chǎng)上純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池容量主要為30～60 kW·h，插電式混合動(dòng)力汽車電池容量主要為8～12 kW·h(表5)。隨著電池技術(shù)的提升以及用戶對(duì)電池汽車?yán)m(xù)航里程要求的提高，2035年純電動(dòng)汽車動(dòng)力電池容量將達(dá)到80～120 kW·h，插電式混合動(dòng)力汽車達(dá)到15～18 kW·h，混合動(dòng)力汽車電池容量在2～6 kW·h之間。

綜上，依據(jù)不同類型汽車產(chǎn)量、不同動(dòng)力電池單位千瓦時(shí)所需礦產(chǎn)資源量以及不同類型汽車動(dòng)力電池容量，疊加動(dòng)力電池更換周期約8～10年，計(jì)算未來在新能源汽車領(lǐng)域鋰、鈷、鎳需求，結(jié)果見表6。

通過分析這3種礦產(chǎn)資源的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，利用部門預(yù)測(cè)法進(jìn)行需求分析[8]，認(rèn)為到2035年， 鋰、鈷、鎳需求將分別增長(zhǎng)至2018年的16倍、4倍和2.4倍，分別達(dá)到420萬t(碳酸鋰，下同)、52萬t和520萬t，新能源汽車領(lǐng)域分別貢獻(xiàn)了99%、87%、87%的增量(圖1)。

表5 主要新能源汽車車型、電池容量、續(xù)航情況Table 5 Major new energy vehicle models,battery capacity,battery life

資料來源：文獻(xiàn)[7]

表6 全球新能源汽車領(lǐng)域鋰、鈷、鎳需求預(yù)測(cè)Table 6 Global demand forecast of lithium,cobalt andnickel in new energy vehicle field

圖1 全球鋰、鈷、鎳需求預(yù)測(cè)Fig.1 Global demand forecast of lithium,cobalt and nickel

3.2 汽車電動(dòng)化對(duì)礦產(chǎn)需求影響分析——銅

新能源汽車的電機(jī)、電線和充電樁都需要用銅，將對(duì)銅未來需求趨勢(shì)產(chǎn)生新影響。本文從車身用銅和充電樁用銅兩個(gè)方面對(duì)新能源汽車領(lǐng)域用銅量進(jìn)行分析。

2018年，全球充電樁增量達(dá)到471萬個(gè)，其中慢充樁增量達(dá)到467萬個(gè)，快充樁達(dá)4萬個(gè)。結(jié)合IEA對(duì)全球充電樁的預(yù)測(cè)，到2035年全球充電樁新增總量將達(dá)約2 700萬個(gè)，其中慢充樁2 650萬個(gè)，快充樁54萬個(gè)。

相對(duì)于傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)汽車，新能源汽車銅含量較高，但不同類型汽車的平均含銅量不同。純電動(dòng)汽車單車平均含銅量為83 kg，插電式混合動(dòng)力汽車為60 kg，混合動(dòng)力汽車則有40 kg；快充充電樁單個(gè)平均含銅量為60～70 kg，慢充充電樁4～8 kg[9]。根據(jù)不同類型汽車產(chǎn)量、充電樁新增量以及單位用銅量，測(cè)算全球新能源領(lǐng)域銅的需求趨勢(shì)，認(rèn)為新能源汽車領(lǐng)域用銅量將從2018年30萬t增加到2025年180萬t、2030年400萬t和2035年680萬t(表8)。

結(jié)合銅的其他消費(fèi)部門，認(rèn)為2025年、2030年、2035年全球銅需求將分別增長(zhǎng)至2 880萬t、3 300萬t、3 800萬t[10-11]，分別增長(zhǎng)至2018年的1.2倍、1.4倍、1.6倍。到2035年，新能源汽車領(lǐng)域用銅增量將占銅需求增長(zhǎng)總量的46%(圖2)。

表7 充電樁配置增量情況Table 7 Charging pile configuration increment

數(shù)據(jù)來源：文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]

表8 全球新能源汽車領(lǐng)域銅消費(fèi)量預(yù)測(cè)Table 8 Global consumption forecast in new energyvehicle field

圖2 全球銅需求預(yù)測(cè)Fig.2 Global copper demand forecast

3.3 車身輕量化對(duì)礦產(chǎn)需求影響分析——鋁

與傳統(tǒng)汽車不同，新能源汽車采用電池作為動(dòng)力來驅(qū)動(dòng)汽車運(yùn)行。受動(dòng)力電池重量、動(dòng)力電池續(xù)航里程的制約，新能源汽車車身減重要比傳統(tǒng)汽車更加迫切。研究表明，汽車重量每減少10%，最多可實(shí)現(xiàn)節(jié)能8%[12]。鋁合金材料具備高強(qiáng)度、可循環(huán)性、耐腐蝕、密度低等優(yōu)質(zhì)性能，成為汽車減重最具競(jìng)爭(zhēng)力的材料，已經(jīng)得到了市場(chǎng)廣泛應(yīng)用[13]。例如，特斯拉的Model S和Model X、奇瑞新能源的純電動(dòng)微型車小螞蟻等都采用了全鋁車身結(jié)構(gòu)，重量相較傳統(tǒng)鋼車身更輕，以盡可能的彌補(bǔ)沉重電池組所增加的重量。

全球不同區(qū)域汽車用鋁量不同。北美地區(qū)的單車用鋁量約158 kg，歐洲小型車單車用鋁量約300 kg，而目前中國每輛汽車平均用鋁量約為115 kg[14-15]。按照汽車輕量化發(fā)展趨勢(shì)，全球新能源汽車平均含鋁量至少提高至300 kg，以保證續(xù)航里程的提高。2018年，新能源汽車領(lǐng)域用鋁量約合80萬t。到2025年、2030年、2035年，新能源汽車領(lǐng)域用鋁量分別增長(zhǎng)至900萬t、2 100萬t、3 000萬t。結(jié)合全球鋁消費(fèi)其他部門情況，2025年、2030年、2035年鋁消費(fèi)總量將從2018年的5 992萬t分別增長(zhǎng)至6 500萬t、6 900萬t、7 800萬t，增長(zhǎng)至2018年的1.08、1.15、1.30倍。

4 結(jié) 論

1) 未來，以純電動(dòng)車和插電式混合動(dòng)力汽車為主的新能源汽車將快速發(fā)展，2025年、2030年、2035年兩者合計(jì)產(chǎn)銷量將由目前的201萬輛增長(zhǎng)至1 200萬輛、3 000萬輛、5 800萬輛，市場(chǎng)份額由2018年的2%增加至9%、20%和37%?；旌蟿?dòng)力汽車由于具備傳統(tǒng)燃油車的駕駛體驗(yàn)以及大幅提高燃油效率的特性，將與純電動(dòng)汽車和插電式混合動(dòng)力汽車齊頭并進(jìn)發(fā)展。2025年、2030年、2035年產(chǎn)銷量將從目前的231萬輛增長(zhǎng)至2 000萬輛、4 100萬輛、5 200萬輛，市場(chǎng)份額由3%增長(zhǎng)至16%、28%、33%。

2) 受到新能源汽車產(chǎn)業(yè)的拉動(dòng)，動(dòng)力電池所需的鋰、鈷、鎳礦產(chǎn)需求將大幅上漲。2025年、2030年、2035年，在新能源汽車領(lǐng)域碳酸鋰需求將由目前7萬t增長(zhǎng)至87萬t、230萬t、400萬t；鈷需求將由目前的2萬t增長(zhǎng)至12萬t、30萬t、35萬t；鎳需求由目前的6萬t增長(zhǎng)至55萬t、160萬t、270萬t?？紤]其他消費(fèi)部門的需求趨勢(shì)，本文認(rèn)為2035年鋰、鈷、鎳需求將分別達(dá)到420萬t、52萬t和520萬t，增長(zhǎng)至目前的16倍、4倍和2.4倍，新能源汽車領(lǐng)域帶來的增量占到各礦種需求增量的99%、87%、87%。

3) 新能源汽車的電動(dòng)化對(duì)銅資源需求帶來較大影響，到2025年、2030年、2035年該領(lǐng)域用銅量將從目前的30萬t增加到180萬t、400萬t和680萬t；同期全球銅需求將分別增長(zhǎng)至2 880萬t、3 300萬t、3 800萬t，分別增長(zhǎng)至2018年的1.2倍、1.4倍、1.6倍。2035年，新能源汽車領(lǐng)域用銅增量將占銅需求增長(zhǎng)總量的46%。

4) 新能源汽車對(duì)車身輕量化的較高要求對(duì)鋁需求產(chǎn)生拉動(dòng)作用。2018年，新能源汽車領(lǐng)域用鋁量約80萬t，到2025年、2030年、2035年，新能源汽車領(lǐng)域用鋁量分別增長(zhǎng)至900萬t、2 100萬t、3 000萬t；同期，全球鋁消費(fèi)總量將從2018年的5 992萬t分別增長(zhǎng)至6 500萬t、6 900萬t、7 800萬t。