新能源汽車市場的高增長，倒逼整個產業鏈水漲船高，尤其顯現上中游材料成為制約環節。沒有上游的礦產資源以及中游的材料與零部件，下游產品再努力也不易奏效。因此，誰把控了上中游資源，誰就掌握穩定的材料供給，也就贏得在新能源汽車產業鏈中的競爭優勢。趨勢表明，在科技革命和產業變革背景下，新能源汽車技術競爭的重心已前移至研發鏈條前端和產業鏈上中游，包括關鍵材料的研發、生產環節。在世界新一輪科技革命推進下，傳統汽車技術由最初的機械動力化演變為當前以能源低碳化、動力電動化、車輛智能化為標志的新能源汽車先進技術體系。新能源汽車是指采用新動力系統，完全或主要依靠新型能源驅動的汽車，按其動力系統特點大致可分三類：一是純電動汽車（EV），采用電力驅動模式；二是插電式混合動力汽車（PHEV），采用電機＋內燃機驅動模式；三是燃料電池汽車（FCEV），可視為“自帶氫燃料發電機的電動汽車。因采用新動力系統，新能源汽車要以輕量化、電動化和智能化等特點超越傳統汽車，還須在其材料技術上力求突破。例如，運用輕量化材料，滿足汽車減少能源消耗、提高性能；運用驅動電機材料促進新能源轉化為汽車驅動力；運用動力電池材料保障汽車電力儲存、續航時間和安全高效的優勢。在新能源汽車產業鏈中，材料的作用和地位極其重要。材料涉及的產業鏈（圖1）分為下游的整車、中游的零部件與物料（可統稱材料），以及上游的礦資源等三部分。新能源汽車的關鍵材料幾乎貫穿和滲透整個產業鏈條的各環節。例如，下游的整車，主要是汽車研發與制造，其中包括輕量化材料等。中游的零部件與物料，主要是電池、電機、電控等零部件制造和組裝環節，其中的電池產業鏈相對復雜，由電芯、BMS（電池管理系統）、Pack（電池包）三個環節組成；電芯主要由正極、負極、隔膜以及電解液組成；BMS中最為重要的當屬電池熱管理系統，直接關系到電池的安全性能。上游的礦產資源，是涉及新能源汽車各系統部件制造的礦資源，主要涉及鉻、鋁、鍺、鈷、錫、鐵、銦、鋅、錳、鋯、銀、金、鎳、銅、鎵、稀土、石墨、硒、鎂、硅、鉑、鈦和鋰等23種1，其中的鋰、鈷、鎳、鉑、稀土、石墨等6種為新能源汽車最關鍵的礦資源。（圖2）材料在新能源汽車研發中的關鍵作用引起產業界高度重視。目前，新能源汽車面臨適應發展要求的各類關鍵材料研發、創新和產業鏈發展的新問題。與傳統汽車相比，新能源汽車在構成部件方面，新增了發電機、逆變器、動力電池等電機及電子部件，減少了內燃機、變速器、燃料箱、排氣管等；在構成材料方面，用于新增部件的高性能磁鐵、高強度鋼板、鋰化物、鈷化物、碳、鋁合金、樹脂等材料用料會增加，并逐漸成為關鍵材料，成為新能源汽車研發和關注的重點。動力電池的正極材料包括磷酸鐵鋰、錳酸鋰、三元材料(鎳鈷錳、鎳鈷鋁等)；負極材料相對穩定，以石墨為主，也有少量以鈦酸鋰做負極材料；隔膜通常為氧化鋯纖維材料。動力電池涉及的礦資源中，稀有金屬的應用占有一定的比例。例如，稀土貯金合氫在插電混合動力汽車的鎳氫電池領域有廣闊市場，在鎳氫電池中，鎳占到電池成本的 3/5；在鋰離子電池中，電解液、正極材料、負極材料和隔膜各占成本的 1/4。燃料電池汽車能量來源的氫，需要鉑族金屬作為催化劑使之產生。稀土元素對新能源汽車驅動電機而言,是必不可少的，且需求量較大。為保證新能源汽車的續航能力，要求其驅動電機具備高功率密度、高效率和強可靠性。稀土永磁同步電機是當前的主流技術，主要材料為釹鐵硼，通常情況下還會混合少量的鎵和稀土元素中的鏑、鐠、鋱，以保證永磁電機的耐熱性。電子電力系統實現的直流電和交流電轉化，需要一定的鈀、金、鍺、銦和銀等金屬來實現。目前，釹鐵硼是全球范圍內磁性最優的永磁體，而稀土中的釹元素恰好是用來制造高功率輕質磁鐵——釹鐵硼永磁體的關鍵性材料之一。 輕量化材料技術是新能源汽車研發與創新必須突破的關鍵環節。新型纖維復合材料、鎂鋁合金、含鉻的高強度鋼、鈦合金以及一些非金屬基復合材料等，在新能源汽車的輕量化和安全性方面有巨大的應用潛力。有研究指出：汽車輕量化最佳可降低 1/2 能源消耗。鋁合金在新能源汽車輕量化設計中的應用，可使整車減重效果達 20%；鎂合金可應用于座椅骨架、儀表盤、方向盤等，具有質量輕、比強度高、易加工等特點。全球新能源汽車發展帶來的相關礦產資源需求量快速增長，導致礦產資源的供需格局發生變化。例如鋰資源，根據美國地質勘探局 2022年數據，世界鋰資源量約為8900萬噸；鋰儲量2200萬噸，折合碳酸鋰當量超過1億噸。2021年，世界鋰及其衍生物產量折合碳酸鋰當量約66萬噸，同比增長50%以上。目前各國政府都高度重視鋰資源的獲取和開發，多個國家將鋰資源看作石油一樣，列為國家戰略資源。
對中國涉及新能源汽車制造的6種關鍵礦產資源情況，根據的2017年消費量，預測2030 年新能源汽車對其需求量見表1 ；根據各礦產資的需求量、產量、對外依存度等因素進行預測和分析，將其中的鋰、鈷、鎳、鉑列為短缺礦產，稀土、石墨列為優勢礦產（圖3）。2
新能源汽車作為一個新興領域，其技術研發和應用還處于初級階段。而新材料，尤其是關鍵材料的應用，往往標志著新能源汽車研發與創新實現突破性發展。各國逐漸將新能源汽車關鍵材料技術看作是產業競爭的制高點。為此，我國政府、產業界、科技界與相關行業也在聯袂合作，積極探索，促進新材料與新能源汽車發展的深度融合。政府的規劃戰略尤為重要。2021年12月24日上海市經濟和信息化委員會《上海市先進材料產業發展“十四五”規劃》指出：加快上海先進材料創新發展對推進產業鏈強鏈補鏈、強根固基，提升關鍵產業鏈核心競爭力和產業能級有重要意義。提出要支持新能源汽車電池材料、輕量化材料、高性能電機材料的研發和產業化應用。圍繞提升新能源電池性能和系統可靠性，加快動力電池關鍵配套材料攻關和產業化，開展固態電池等新一代產品關鍵材料研發，推進燃料電池基礎材料和核心技術突破。推進高強度鋼材、有色合金材料、復合材料在新能源汽車輕量化方面的應用。加快高效節能電機關鍵配套材料創新升級。支持頭部企業建設汽車材料創新應用平臺，聯合核心材料企業，開展定向技術攻關和產品研發，加快建設核心材料測試驗證和量產能力。規劃列出了推進上海新能源汽車關鍵戰略材料發展項目的清單：——動力電池材料：加快動力鋰電池高安全性正極材料、負極材料、 超高熱穩定性鋰電池隔膜等；實現動力電池軟包鋁塑復合膜的市場化應用。 ——燃料電池材料：加快燃料電池質子交換膜用全氟磺酸樹脂的開發和成膜技術攻關，加快攻關并掌握低鉑載量催化劑、高性能碳紙等基礎材料制備技術，實現質子交換膜、催化劑、碳紙等關鍵材料突破，建立核心材料測試驗證能力和批量制造能力，性能參數對標國際同類產品；加快高性能儲氫材料在燃料電池的應用技術開發。 ——輕量化材料：推進纖維增強復合材料、高強耐腐蝕鋁熱傳輸材料、鋁合金、鎂合金及鋁鎂合金材料的應用。 ——高性能電機材料：提升高性能電磁線、高磁感低損耗冷軋硅鋼片、高綜合性能稀土永磁等材料綠色化水平。全球科技格局的新變化是，基礎研究在搶占國際競爭制高點中的地位凸顯。國外新能源汽車產業界也已意識到基礎研究的重要性。從趨勢看，在科技革命和產業變革促動下，新能源汽車產業競爭的重心已前移至研發鏈條的前端，進而前移至產業鏈的上游材料領域，即關鍵材料的研發、生產環節。新能源汽車市場的高增長，倒逼整個產業鏈水漲船高，尤其顯現上中游原材料產業成為新能源汽車發展的制約環節。例如，動力電池產業鏈的上游為原材料資源的開采和加工，主要有鋰資源、鎳資源、鈷資源和石墨等等；中游是正極材料、負極材料、隔膜、電解液等材料的生產和加工；下游的電芯及電池包供應商將中游的各種材料組裝成電芯后進行制造和封裝。如沒有上游的礦資源、中游的材料與零部件，下游的產品再努力也不會奏效。因此，誰把控了上中游資源，誰就掌握了穩定的原材料供給，也就贏得在新能源汽車產業鏈中的競爭優勢。近期，在多部門持續喊話適度加快國內鋰資源開發的背景下，地方政府對鋰資源開采的審批正在加速。值得一提的是，國內一些鋰資源儲量比較豐富的地區，為了打造鋰電池產業鏈集群，對電池企業在當地進行鋰資源開發和電池項目建設給予了較高的政策優惠支持。據說，因礦產資源比較特殊，部分地區的地方政府希望參股，以資源換產業，對利潤方面并無太多訴求。以宜春為例，該地希望通過引進頭部電池企業，加快當地鋰資源開發，力爭到2025年形成年產50萬噸的鋰鹽產能。未來，隨著宜春鋰云母資源、青海鹽湖鋰資源、四川鋰輝石資源的開采，以及電池回收鋰能力的提升，國內鋰資源自給能力將有明顯提升。新能源汽車材料產業在高速發展同時，出現的一些不平衡、不協調的問題，需要整個產業鏈上、中、下游各企業共同應對，加速創新發展的升級。由于鋰資源等原材料價格的大幅上升，作為電動汽車核心部件的動力電池成本驟增。特斯拉首席執行官馬斯克近期在推特上說：“鋰的價格已經到了瘋狂的水平，雖然鋰元素本身并不短缺，地球上幾乎無處不在，但開采和提煉鋰的速度很慢”。目前，國內很多電池制造企業與四川、青海、江西等鋰資源儲量豐富的地區進行合作，打造依托資源開采、加工、電池生產及回收的一系列產業集群。除了建立牢固、長久、穩定的合作關系外，還利用資本深入上游產業鏈之中，或是直接控制礦產資源，或是參股材料生產企業，或是建立合資材料公司，或是自建材料工廠。例如，寧德時代、比亞迪、億緯鋰能、蜂巢能源、欣旺達等電池企業在通過收購、入股、長協或合作等形式參與國內鋰礦、鹽湖鋰資源的開發。2022年8月18日，贛鋒鋰業公告，其與廣汽埃安新能源汽車有限公司于近日簽署《戰略合作協議》。雙方同意建立長期的戰略合作關系，從新能源動力電池最上游材料端展開合作，持續探討在鋰資源開發、中游鋰鹽深加工及廢舊電池綜合回收利用各層面的深入合作。下游企業與上、中游企業的戰略合作也頻見媒體。例如，上汽集團不斷完善在新能源汽車上游材料的布局，為持續領跑新能源賽道提供新動能。2022年2月21日，上汽集團和青山實業共同宣布，將進一步充分發揮各自在新能源汽車領域的產業優勢，以資本為紐帶，在全球范圍內，合作開發新能源上游的鎳、鈷、鋰、錳等相關資源項目，協同促進新能源電池技術和應用市場開發；3月24日，上汽集團和青山集團合資成立的賽克瑞浦和瑞浦賽克年產20GWh動力電池電芯及系統項目合作和投資協議在廣西柳州正式簽署。9月21日，由上汽集團全資子公司上海汽車集團投資管理有限公司、寧德時代、中國石油、中國石化等共同持股的上海捷能智電新能源科技有限公司成立，經營范圍包含電池租賃、銷售，電動汽車充電基礎設施運營以及集中式快速充電站等業務。
專欄：稀有金屬分類
（朱盛鐳，教授級高級工程師，曾供職于上汽集團技術中心）
注:
[1] 王昶,孫晶,左綠水等.新能源汽車關鍵原材料全球供應風險評估[J].中國科技論壇,2018(4)
[2] 袁小晶.新能源汽車所需關鍵礦產資源的需求預測及供應風險分析[C].中國地質大學(北京).2020-06
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