《Resources, Conservation & Recycling Advances》：Identifying the drivers of critical material demand from electric vehicles in China
编辑推荐：
电动汽车（Electric Vehicles, EVs）的快速发展推动了关键材料需求的增长。然而，各种电动汽车特性对此的贡献仍未得到充分理解。为填补这一空白，本研究刻画了2018—2025年间中国337个地级市电动乘用车和商用车的销量、细分市场结构、电池容量和
电动汽车（Electric Vehicles, EVs）的快速发展推动了关键材料需求的增长。然而，各种电动汽车特性对此的贡献仍未得到充分理解。为填补这一空白，本研究刻画了2018—2025年间中国337个地级市电动乘用车和商用车的销量、细分市场结构、电池容量和电池化学组成的特征，并开发了对数平均迪氏指数法（Logarithmic Mean Divisia Index, LMDI）框架，以量化这些因素对总材料需求的贡献，以及非销售因素对单车材料需求的贡献。结果表明，在大多数条件下，销量增长是总材料需求的主要驱动因素。在乘用车中，向磷酸铁锂（Lithium Iron Phosphate, LFP）电池的转型显著降低了钴和镍的需求，但增加了磷和铜的需求，而向更大车型细分市场的转变则部分抵消了这些益处。在商用车中，单车锂使用量的变化主要由细分市场结构的变化驱动，反映了不同运营场景下电气化率的异质性。这些发现强调了在制定关键材料需求管理策略时，需仔细评估电池化学的权衡，同时避免车辆大型化。
中国电动汽车关键材料需求驱动因素研究解读
研究背景与问题
电动汽车被广泛视为道路交通脱碳的关键路径，但其快速部署显著增加了对锂、钴、镍等电池相关关键材料的需求。为应对这一长期资源挑战，大量研究聚焦于回收、梯次利用等生命周期末端管理策略。然而，由于退役电池的可获得性存在延迟，回收材料短期内难以大幅缓解一次材料需求压力。与此同时，包括车辆小型化和共享出行在内的需求侧措施，正日益被视为降低材料需求的重要途径。评估这些策略对减少关键材料需求的潜在贡献，需要清晰理解驱动此类需求的因素，即电动汽车特性。然而，以往研究对电动汽车特性的假设往往缺乏对其实际演变的充分考虑，可能导致关键材料需求估算的系统性偏差。例如，近期证据表明整体平均电池容量的增长越来越多地由车辆细分市场结构的转变驱动，而非单个细分市场内电池容量的持续增长，而此前研究常假设电池容量持续增加或细分市场份额固定不变。因此，更好地理解电动汽车特性等因素如何历史演变并对材料需求做出贡献，能够为政策设计和更现实的未来预测提供支撑。
在识别材料需求驱动因素的各类方法中，对数平均迪氏指数法因其完美的分解特性和处理零值的能力而被广泛认可。此前研究成功将LMDI分解应用于经济层面原材料和建筑材料等领域的需求增长驱动因素量化。在电池关键材料领域，已有研究将中国电动汽车电池相关的锂、钴、镍、锰需求分解为人口、经济、产业和技术效应，虽提供了宏观社会经济因素的重要见解，但未考虑电动汽车特性的演变，且假设电池容量随时间恒定。另有研究考察了单车关键材料需求的时空差异，发现电池化学和车辆细分市场结构是最具影响力的决定因素之一，但该分析仅聚焦于乘用车，未考虑车辆类型的差异。此外，现有针对中国电动汽车材料需求的LMDI分析很少纳入磷和铜，尽管这两种材料在广泛采用的中国磷酸铁锂电池中具有更高的材料强度。鉴于磷矿资源和生产的集中性及其在粮食生产中的关键作用，以及电动汽车对未来铜需求的日益增长的贡献，将这些材料纳入分析对于全面评估向LFP电池转型的影响十分必要。
为弥补上述不足，本研究刻画了2018—2025年间中国337个地级市电动乘用车和商用车的销量、细分市场结构、电池容量和电池化学组成，估算了锂、钴、镍、磷和铜的总需求和单车需求。基于连接这些因素与材料需求的数学关系，开发了LMDI框架，将关键材料需求的时空变化分解为销量变化和电动汽车特性变化的贡献。相比此前研究，本研究扩展了时间覆盖范围、提高了地理分辨率、将车辆范围拓宽至包括商用车、增强了车辆细分市场粒度，并引入了新的分解视角。通过聚焦内生性的电动汽车特性而非传统外生的社会经济驱动因素，本研究为识别电动汽车市场内的政策干预点以及设计旨在降低关键材料需求同时保持交通电气化效益的策略提供了实践基础。该论文发表于《Resources, Conservation》。
关键技术方法
研究人员采用了自下而上的方法表征电动汽车市场，并应用此前开发的框架进行关键材料需求估算和LMDI分解。数据方面，地级市层面的电动乘用车和商用车登记数据来源于中国机动车交通事故责任强制保险数据库，各车型规格数据来自工业和信息化部发布的多个批次车辆产品公告及道路机动车辆生产企业及产品信息查询系统。基于包含登记地点与数量、动力类型、车辆细分市场、电池容量和电池化学的车型级信息，构建同质元类别，计算各元类别的销量和销量加权平均市场特征。依据各元类别的车辆销量和平均电池容量，结合对应化学体系的材料强度数据，计算材料强度。材料强度数据主要基于已有研究，其中磷和铜强度分别依据特定文献，钠离子电池材料强度也予以采纳。在此基础上，开发LMDI框架对总材料需求和单车材料需求进行分解分析。
研究结果
总材料需求的时间趋势与分解
研究人员分析了2018—2025年中国电动乘用车和商用车关键材料需求的总体时间趋势。结果显示，销量增长是绝大多数条件下总材料需求的主导驱动因素。在乘用车领域，向磷酸铁锂电池的转型显著降低了钴和镍的需求，但同时增加了磷和铜的需求。向更大车型细分市场的转变部分抵消了电池化学转型带来的益处。在商用车领域，单车锂使用量的变化主要由细分市场结构的变化驱动，反映了不同运营场景下电气化率的异质性。
总材料需求的空间差异与分解
通过对不同城市间材料需求差异的分解分析，研究发现销量差异是导致城市间总材料需求差异的最主要因素。此外，细分市场结构和电池化学组成的空间差异也对材料需求的空间分布产生重要影响。高销量城市的材料需求远高于低销量城市，而不同城市间电动汽车特性的差异进一步放大了这种空间不均衡性。
单车材料需求的时间趋势与分解
对于单车材料需求的时间变化，分解结果表明电池化学转型是降低乘用车单车钴和镍需求的最主要因素，而细分市场结构向大型车辆的转变则增加了单车材料需求。在商用车中，细分市场结构的变化是驱动单车锂需求变化的核心因素，这与不同商业用途车辆电气化进程的差异性密切相关。
单车材料需求的空间差异与分解
在城市间单车材料需求的差异分析中，研究发现电池化学组成的空间差异是造成乘用车单车材料需求差异的重要原因。一些城市更倾向于采用LFP电池，从而降低了单车钴和镍需求，但增加了磷和铜需求。细分市场结构的差异同样显著，大城市中SUV等高电池容量车型占比较高，推高了单车材料需求。
不同车辆类型间的材料需求差异
研究人员还比较了同一车辆类别内不同车辆类型之间的材料需求差异。在电动乘用车内部，SUV的单车材料需求普遍高于轿车和MPV。在电动商用车内部，不同类型卡车的材料需求差异巨大，反映了其多样化的应用场景和电池配置需求。
结论与讨论
研究结论表明，销量增长是驱动中国电动汽车关键材料总需求的最主要因素，而电动汽车特性——特别是电池化学组成和车辆细分市场结构——对材料需求的结构和强度产生了深远影响。向LFP电池的转型有效降低了对钴和镍的依赖，但增加了对磷和铜的需求，凸显了电池化学选择中的权衡关系。车辆大型化趋势部分抵消了电池化学优化带来的材料节约效果，这强调了在推广电动汽车的同时避免车辆尺寸增大的重要性。在商用车领域，不同运营场景下的差异化电气化进程导致了单车材料需求的显著异质性，这要求在制定材料需求管理策略时充分考虑商用车多样化的使用特征。这些发现为政策制定者提供了明确的干预方向：一方面应继续鼓励LFP等低钴低镍电池技术的应用，另一方面需通过政策引导抑制车辆大型化趋势，同时关注磷和铜等伴随性材料的供应安全。研究还指出，由于材料强度在不同电池化学体系间的差异是影响材料需求的重要因素，未来研究需进一步细化不同电池设计下的材料强度数据，以提高估算精度。
