近年來，人們越來越關注鈷等關鍵電池材料潛在的供應風險。雖然電池技術和回收利用進步是解決此類供應需求的兩個廣為人知的策略，但它們能夠在多大程度上能夠緩解全球性和區域性鈷的供需失衡問題仍然知之甚少。

盡管可再生能源和低碳技術轉型對于實現許多國家的“碳中和”目標和 COVID-19后的綠色復蘇雄心是必不可少的，但此類轉型需要各種類型和大量的關鍵材料（例如用于磁鐵的稀土，用于催化劑的鉑，用于電池的鋰）。尤其是電池技術從根本上依賴于鋰、鈷和鎳等關鍵材料，在可再生能源存儲和汽車電氣化中不可或缺。由于潛在的地緣政治供應風險和可再生能源轉型的重要性，鋰和鈷都被美國、中國、歐盟、日本和澳大利亞等主要經濟體視為關鍵材料。因此，了解對此類關鍵材料的需求并探索潛在供應需求的緩解策略對于確保綠色和低碳未來至關重要。

全球人為驅動的鈷循環包括五個轉化過程：采礦、精煉、制造、使用以及廢物管理和回收（圖 1）。研究結果表明，電池技術創新，尤其是無鈷技術，可以明顯緩解鈷供應風險。面對昂貴的鈷和地緣政治供應風險，許多電池生產商已經優先考慮降低鋰離子電池中的鈷含量并生產NMC811。然而，由于電動汽車市場的快速擴張和電池容量的增加，如果一次供應僅遵循公布的預定開采計劃，未來鈷短缺將不可避免。

低鈷電池正極技術的發展可以緩解但不能預防供應危機。盡管無鈷LFP技術已在2020年進入市場，預計到2030年下一代無鈷電池技術將實現商業化，但這種供需缺口仍將在2028-2033年左右出現。同時，LFP和即將推出的（Li-O₂、Li-S和SSB）無鈷技術仍可分別將鈷累積需求減少62%和41%。通過技術創新延長電池壽命是緩解鈷供應壓力的又一有效措施。研究結果表明，將電池壽命延長一倍將使鈷需求幾乎減半。

因此，電池技術對于緩解潛在的鈷短缺至關重要，進一步加快各種脫鈷電池技術，特別是無鈷技術的研究和市場滲透。鑒于中短期（2028-2033 年）鈷供應短缺，進一步加速新型磷酸鐵鋰電池技術可能是最有效的治療方法。然而，由于LFP正極的低能量密度制約了其發展。

鈷回收是補充主要供應的重要策略。在各種情況下，二次鈷的可用性不斷增加，這表明在未來，特別是從長期來看，回收利用以緩解初級資源壓力的潛力很大。首先，對目前回收率較低的產品進行進一步的回收技術開發，對于利用城市采礦日益增長的潛力至關重要，可以通過進一步開發和浸出再生濕法冶金的應用來緩解。其次，應進一步推廣生產者責任延伸制度和再制造、再利用和回收設計，以促進制造商之間的閉環回收利用。第三，利用互聯網+、綜合物流網絡、大數據平臺等新興信息技術，構建更好的社會收集和回收體系，減少EoL損失，將消費者與合格的回收商、物流公司、加工公司和生產商聯系起來，促進線上和線下的互動。最后，應制定相關法規和行業標準，以吸引更多的回收行業投資，并為企業特別是中小企業提供政策支持，以確保在面臨技術進步和不斷增加的財務成本時確?；厥湛尚小?/span>

圖2：1998-2019年全球和區域規模的歷史鈷庫存和流動

同時，初級供應對于確保未來鈷供需平衡是必要且重要的，尤其是在中短期內。本文結果表明，迫切需要增加一次供應來彌補僅靠電池技術和回收進展無法完全填補的鈷供需缺口。因此，加強鈷礦勘探、利用先進開采技術實現深海開采、提高礦石開采、冶煉和精煉效率，都可以進一步增加一次供應。盡管一次供應很重要，但在增加一次鈷供應方面仍然存在一些關鍵的不確定性和挑戰。

首先，鈷礦生產在經濟上容易受到短期價格波動和生產成本上升的影響。其次，從發現未發現礦床到開采第一塊礦石通常需要十多年的時間，時間滯后使得中短期內難以解決全球和區域供需失衡的問題。第三，94%的鈷生產伴隨著銅或鎳礦石作為副產品，因此鈷與這兩種金屬的產量和價格波動密切相關。第四，由于特定鈷礦的大量開采，鈷的礦石質量下降不可避免，這將增加鈷的生產成本（經濟、社會和環境），并在一定程度上影響鈷的生產。最后，鈷的一次供應面臨各種類型的地緣差別（例如生產國的內戰和不穩定的政府體系）和供應鏈風險。

圖3：七種情景下的全球鈷需求（正值）、廢料產生量（負值）和總供應量（初級+次級）

預計中國未來的鈷消費量將比任何其他地區都多，這主要是由于其國內電動汽車市場的蓬勃發展和未來電池產能的擴大。2019 年，中國鈷儲量僅為80 kt，但占全球鈷精煉產量的67%，這導致其對海外一次鈷資源的依賴程度很高。盡管表明中國可以在最樂觀的情況下確保其鈷供需平衡，但其供應風險仍將相當高。

因此，降低鈷供應風險既需要保障鈷進口渠道的多元化，也需要產業政策、城市采礦和電池技術創新的系統規劃。歐盟和美國的鈷供應安全水平相對較高。他們一方面通過外包電池生產將部分鈷供應壓力轉移到中國和日本，另一方面將大部分海外鈷礦生產控制在其礦業巨頭手中。日本對鈷的需求遠低于其他地區，但由于國內鈷儲量和海外儲量有限，導致日本的供應風險相對較高。在這方面，日本建立以氫氣為中心，意味著在交通系統中使用燃料電池汽車（無鈷汽車）而不是 BEV和PHEV，這可以明顯降低對鈷的依賴并減少潛在供應某種程度的短缺。

圖4：七種選定情景下的預期累計初級需求、國內和總儲備以及相應的供應安全水平

綜述所述，本文主要研究了電池和回收技術進步在多大程度上可以緩解未來幾十年全球和區域鈷的供需失衡。首先，現有的電動汽車包括PEV和EB，而未明確考慮HEV、電動自行車和電動卡車。其次，電池壽命設置為PEV壽命的一半或相同；未來可以通過考慮電池健康狀態和實時建模來進一步改進該指標。第三，除回收利用之外的EoL管理和循環經濟策略，例如再制造和再利用以保持電網穩定或儲能，未來需要進一步討論。盡管如此，本文的結果仍然為全球和區域歷史和未來鈷循環利用的特征以及技術創新，在解決供需失衡中的作用提供了強有力的結論。中短期內不可避免的供應短缺需要多方利益相關者、技術和相關措施配合，并共同努力增加初級供應并促進技術創新，以確保未來的綠色轉型。

Battery technology and recycling alone will not save the electric mobility transition from future cobalt shortages，Nature Commun.，2022，

https://www.nature.com/articles/s41467-022-29022-z