中国电动汽车与储能系统中LiFePO4电池激增驱动的磷流变化：历史回溯与未来展望

随着锂离子电池（LIB）产业快速发展，资源与环境压力日益凸显。本文通过动态物质流分析（DMFA）揭示了中国LiFePO4（LFP）电池主导趋势下磷需求与损失的演变规律，发现二次利用（SU）可缓解2039年供需瓶颈，2050年磷需求或达当前9倍。研究为促进FePO4回收、推动LIB产业可持续发展提供了关键数据支撑。

　　

在全球碳中和目标的推动下，能源转型成为关键议题。中国作为全球最大的锂离子电池（LIB）生产消费国，正通过电动汽车（EV）和可再生能源系统（RES）加速转型。然而，LIB产业的爆发式增长带来了资源与环境双重挑战——尤其是LiFePO₄（LFP）电池的崛起，其磷含量是其他LIB的20倍以上，导致磷需求激增。2022年LIB系统已消耗中国2.7%的磷矿产量，若不加以控制，2050年这一比例可能飙升至9倍。更棘手的是，退役电池的磷损失可能引发水污染风险。面对这一困局，研究人员迫切需要回答：如何平衡LIB产业发展与磷资源可持续利用？

针对这一问题，中国研究人员开展了系统性研究。他们构建了动态物质流分析（DMFA）框架，追踪2000-2050年中国LIB系统中磷的代谢路径，首次量化了LFP电池主导趋势下的磷流变化。研究发现，即便考虑二次利用（SU）措施，2039年仍将出现供需瓶颈；而推广FePO₄前驱体回收，可使2050年磷需求增幅从9倍降至2.5倍（低需求情景）。这项发表于《Resources, Conservation and Recycling》的研究，为全球LIB产业的资源管理提供了中国方案。

研究采用三大关键技术：动态物质流分析（DMFA）建立时空模型，涵盖采矿-制造-使用-报废全生命周期；情景分析法设置高/低需求与SU实施程度组合；敏感性检验评估回收率等关键参数影响。数据源自中国工信部统计、企业年报及国际能源署（IEA）预测。

需求与报废量演变
分析显示，中国LIB需求与报废量将持续增长，2050年需求达2610.0-4154.8 GWh，报废量1719.4-2877.6 GWh。LFP电池占比从2022年60%进一步提升，其长寿命特性导致报废高峰滞后但规模更大。

二次利用瓶颈
SU虽能延长LIB寿命（如EV退役电池转ESS），但模型预测2039年SU供给将无法满足需求。在高效SU情景下，2050年新电池需求可减少31.2%，但需配套政策支持收集体系。

磷流关键发现
2022年LIB系统磷需求占磷矿开采2.7%，2050年可能增长至9倍（无SU情景）。SU可使磷利用效率提升17.8%，高回收率情景下需求增幅降至7.9倍。磷损失主要来自报废电池处理环节，LFP电池占比提升加剧这一趋势。

FePO₄回收潜力
相比现行金属回收工艺，直接回收FePO₄前驱体可减少磷损失38.5%。该技术目前仅少数企业（如GHTECH）掌握，但经济性优于磷矿新采。

这项研究首次揭示了中国LIB产业对磷资源的"隐形"消耗，提出SU与FePO₄回收协同方案。其意义在于：为政策制定者提供量化依据——需将磷纳入LIB关键资源清单；推动企业研发FePO₄直接回收技术；警示资源依赖风险，2050年LIB系统磷需求可能超过当前农业用磷的12%。研究团队（Pengyu Wang、Xiuheng Wang、Jingyu Miao）特别指出，未来需建立磷流实时监测系统，并探索LFP电池与磷肥产业的循环经济模式。在全球能源转型背景下，这项研究为资源密集型技术的可持续发展提供了范式参考。