隨著世界轉向電動汽車以減少氣候變化，量化未來對關鍵電池材料的需求至關重要。在一份新的報告中，ChengjianXu、BernhardSteubing以及荷蘭萊頓大學和美國阿貢國家實驗室的一個研究小組展示了鋰、鎳、鈷和錳氧化物為主的電池在2020年到2050年間的需求將以多個因素增加。因此，鋰、鈷和鎳的供應鏈需求大幅擴張，并可能需要探查更多的資源。然而，相對于電動車隊的發展和每輛車的電池容量，不確定性是很大的。在2050年之前，閉環回收在減少原材料需求方面起著次要但越來越重要的作用，研究人員必須研究先進的回收策略，從報廢電池中經濟地回收電池級材料。這項工作現在發表在《自然通訊材料》上。

電動汽車的發展

與裝有內燃機的車輛相比，電動汽車（EV）對氣候的影響更小。這一優勢導致需求大幅增長，全球船隊從10年前的幾千艘增長到2019年的750萬艘。然而，全球平均汽車市場仍然有限，而未來的增長預計將使過去絕對數量的增長相形見絀。鋰離子電池（LIBs）是目前電動汽車的主流技術，典型的汽車鋰離子電池正極含有鋰、鈷和鎳，陽極含有石墨，其他成分中含有鋁和銅。電池技術目前正朝著新的和改進的化學方向發展。在這項工作中，Xu等人研究了全球輕型電動汽車電池的材料需求，從鋰、鎳、鈷到石墨和硅，并將材料需求與持續生產能力和已知儲量聯系起來，以討論改進電池的關鍵因素。這項工作將通過提供對未來電池材料需求的洞察，以及推動電池材料需求的關鍵因素，協助向電動汽車過渡。

全球電動汽車庫存發展預測到2050年。純電動汽車、插電式混合動力電動汽車、STEP方案、國家政策情景、可持續發展情景。

電動汽車（EV）車隊增長

該團隊根據國際能源署（IEA）的兩種情況預測了電動汽車車隊的增長，直至2030年。其中包括與現有政府政策相關的既定政策（STEP）以及與《巴黎協定》氣候目標相一致的可持續發展（SD）情景，即到2030年電動汽車全球銷量達到30%。在這項分析中，Xu等人將這些情景延長到2050年。為滿足STEP方案，到2050年，每年需要約6TWh的電池容量。材料要求將取決于電池化學試劑的選擇，目前正在考慮的三種電池化學試劑。

最有可能出現的情況將遵循當前鋰鎳鈷鋁（NCA）和鋰鎳鈷錳（NCM）電池（以下簡稱NCX，其中X代表鋁或錳）的當前趨勢。到2030年，這將導致電池化學的發展。作為鋰離子電池正極材料的磷酸鐵鋰（LFP）有望在未來電動汽車中得到越來越多的應用。雖然比能量較低會影響電動汽車的燃油經濟性和續航里程，但LFPs具有生產成本低、熱穩定性好、壽命長等優點。盡管LFP電池目前在公共汽車等商用交通工具中使用很普遍，但在包括特斯拉斯在內的輕型電動汽車中也有廣泛應用的前景。

在STEP方案中，電池市場份額和2050年前電動汽車電池年銷量。（a）NCX場景。（b）LFP場景。（c）Li-S/空中場景。LFP磷酸鐵鋰電池、NCM鋰鎳鈷錳電池、NCM111、NCM523、NCM622、NCM811、NCM955中的數字表示鎳、鈷、錳的比值。NCA鋰鎳鈷鋁電池，石墨（Si）石墨陽極含部分硅，鋰硫鋰電池，鋰空氣電池，TWh109kWh。

電池材料需求和回收潛力

隨后，科學家們評估了全球對電動汽車（EV）電池的需求，并指出，對鋰的需求增長只受電池特定化學成分的輕微影響，而鎳和鈷的特定電池化學成分對其需求的影響更大。從2020年到2050年，鋰離子電池的需求量進一步增加。通過這種方式，他們預測2020年至2050年鋰的累計需求量在730萬噸至1830萬噸之間，鈷的累計需求量為350萬噸至1680萬噸，鎳的累計需求量為181萬噸至889萬噸。

Xu等人接下來展示了廢舊電池中隨時間變化的材料，并討論了回收這些材料如何有助于減少初級材料的生產?，F有的電動汽車電池商業回收方法有干法和濕法兩種?；鸱ɑ厥瞻▽φ麄€電池或經過預處理的電池組件進行熔煉。濕法冶金是以酸浸和隨后通過溶劑萃取和沉淀法回收電池材料為基礎的。在閉環循環利用中，火法冶金處理后可進行濕法冶金處理，將合金轉化為金屬鹽。直接回收法的目的是回收陰極材料，同時保持其化學結構以獲得經濟和環境優勢，但這種方法仍處于早期發展階段。

在NCX、LFP和Li-S/空氣電池方案中，鋰、鎳和鈷的電池材料流動從2020年到2050年。（a）原材料需求。（b）廢舊電池材料。STEP情景——既定政策情景、可持續發展情景、百萬噸級可持續發展情景。

電動汽車展望

通過這種方式，徐成建、伯恩哈德·斯特賓及其同事開發了模型，以展示鋰、鎳和鈷的電池產能將如何大幅增長，因為即使在2025年之前，電動汽車的需求增長率也可能超過目前的生產速度。電池材料可以在不超過現有生產能力的情況下供應，但必須增加供應以滿足其他部門的需求。概述的供應風險可能隨著新儲量的發現而改變。對電池容量的需求將取決于技術因素，如車輛設計、重量和燃油效率，以及車隊規模和消費者對電動汽車尺寸和范圍的選擇。

直接回收法是最經濟、最環保的閉路循環法，因為它可以在不經過冶煉和浸出的情況下回收陰極材料。向電動汽車的成功過渡將取決于能否跟上該行業增長的持續的材料供應。科學的可持續性評估，包括化學物質的生命周期評估，將指導替代電池化學品和原材料的選擇。這項工作預計的全球需求也為監測電動汽車及其電池的全球經濟環境和社會影響提供了一個平臺。