衡量美国电动汽车电池材料的供需缺口

技术文件: 测量供应和供应中的差距 年对电动汽车电池材料的需求美国 2023年7月 作者和确认 作者: AshnaAggarwal 威尔·阿特金森 MonkgogiBuzwani ： 亚历ft德拉·卡雷恩凯尔·克拉克-萨顿 TansyMassy-Green玛丽·麦克纳马拉SudeshnaMohanty 按字母顺序列出的作者。RMI的所有作者。 致谢及免责声明: 作者希望认可国家可再生能源实验室（NREL），NAATBatt和哥伦比亚哥伦比亚大学电化学能源中心（CEEC）的宝贵反馈和见解。 本文表达的具体观点是作者的观点，不一定反映这些观点外部组织。 目录 1.Introduction4 2.背景5 How许多电动汽车将be已售出在theUS在2030?5 钥匙立法and政策上下文driving新投资…………………………………………………………………………………… …………………………………5 3.Methodsfor评估theEV蓄电池供给-需求差距8 Scopeof材料and进程…………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………9 需求评估10 Supply评估11 4.Results:The估计US供给-需求差距……………………………………………………………………………… ………………………………………14 Supply间隙解释…………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………15 5.结论19 6.技术附录20 尾注21 1.Introduction 电动汽车(EV)的采用正在加速，因为电动汽车对消费者和他们的 manufacturemoreprofitableforproducers.PoliciesenabledatthestateandnationallevelintheUnitedStates 已经发出了强烈的信号，表明汽车的未来是电动的。例如，《降低通货膨胀法》's（IRA's) 条款激励了对关键矿物开采、电动汽车电池(EVB)的前所未有的投资 制造业，以及EVB价值链的许多其他步骤。截至2023年5月，公司已经宣布更多自2022年IRA通过以来，流入电动汽车供应链的投资超过650亿美元。1 RMI估计，到2030年，电动汽车将占美国乘用车销量的56% 各州，采用率有可能超过拜登总统的行政命令，使所有 2030年销售的新型零排放车辆，包括电池电动、插电式混合动力电动或燃料电池车辆。2采用这种规模将需要近500万吨电池组，其中包含约20万吨 到2030年，锂和约100,000吨钴，其中许多其他材料历史上没有如此大量生产。 为了满足日益增长的电动汽车需求，并遵守立法、政策制定者、研究机构、私营和 公共电动汽车价值链利益相关者和其他人将需要强大的数据来指导他们的决策过程，因为他们致力于加强EVB价值链。 我们的研究表明，今天的公开数据缺乏有效所需的粒度和深度 跟踪材料，使得分析贸易依赖性和评估IRA合规性变得困难(即，当 batterymeetstherequirementstoqualifyforthefullrangeofincentionsavailable).Furthermore,theabsenceof 供应商和客户之间的数据跟踪，以及矿产和 EV价值链的材料储备数据，可能导致对资源可用性的高估或低估 支持电动汽车生产和材料回收(例如，回收或报废电池再利用)。增加政府用于汇总和发布贸易和行业数据的资金可以帮助解决其中一些差距。 这份工作文件提出了一种量化投入和需求之间差距的方法。 子组件沿着EVB供应链的所有主要阶段使用大部分公开可用的数据集。它不同从以前的努力中收集来自不同来源的公共数据，以呈现供应的全貌 以及服务于美国市场的EVB供应链上的需求。 表征供应链不同阶段的差距不仅可以为投资和政策提供信息 支持过渡的决定，但也有助于澄清预计有多少EVB供应符合IRA的资格未来的激励机制。这项工作还展示了与公众进行此类分析的挑战 数据，并提供改善公共数据基础设施以支持过渡的见解。在发布我们的方法和初步发现，我们的目标是发起一个持续的对话，以支持公众的改进数据基础设施，并更好地告知与制定所需的政策和投资相关的决策 Responsible,sustainable,andcircularEVBinfrastructure.Whileourresultsreflectsupplygapassessmentsfor 在美国的EVB市场，这种方法可以应用于几乎任何具有确定的基础设施边界范围和物质原产国的地理足迹。 2.背景 到2030年，美国将销售多少辆电动汽车？ 到2025年，在美国销售的大多数轻型电动汽车的总拥有成本(TCO)将与以天然气为燃料的到2027年，预计它们将与化石燃料汽车达到购买价格平价。3RMI 分析估计，到2030年，每年新的私人乘用车销量的56%将是电动汽车，2030年售出约1000万辆电动汽车。4这一估计超过了拜登政府的目标 到2030年，美国所有新车销售的一半是电动汽车，与总销量密切相关环境保护署(EPA)估计的百分比将需要遵守拟议的 排气管排放规则（到2030年为60%）。5 因此，RMI估计对EVB的需求将从2022年的水平增加500%以上，达到911GWh 个人乘用车，如附件1所示。此外，电动汽车的采用将不限于 轻型部门。i在加利福尼亚州和纽约进行的RMI分析估计，大约65%的 今天，中型卡车和49%的重型卡车可以电气化。6到2030年，多达50万电动汽车可以出售中型和250,000辆电动重型卡车，从而增加300GWh的电池 需求。7 图表1.按年份计算的个人乘客电动汽车需求(GWh) 推动新投资的关键立法和政策背景 政策加速了电动汽车的转型以及对新电池生产和制造的投资。 在《基础设施投资和就业法案》(IIJA)和《降低通胀法案》之间，联邦 i个人乘用车是私人拥有的轻型车辆，包括轿车和SUV等轿车，和轻型卡车。我们指定这个较窄的定义，以排除租赁给 消费者，因为联邦激励措施对车队车辆没有同样的要求。 政府已经为电动汽车供应链建立了近300亿美元的补贴和税收抵免国会预算办公室(CBO)的估计。8然而，RMI和其他人的估计表明 许多税收抵免可能价值近10如果有足够的需求响应，乘以国会预算办公室的估计。此外，这一估计并不反映由政府推动的私人资本投资 激励机制。 图表2.IRA和IIJA针对电动汽车电池供应链的激励措施 立法规定 CBO资金Estimate($M) 降低通货膨胀法 $22,209 商业电动汽车税收抵免(45W) $3,583 替代燃料车辆加油财产信用(30C) $1,738 电动汽车制造业补助 $2,000 电动汽车制造业贷款 $3,000 新的电动汽车税收抵免（30D $7,541 ）二手电动汽车税收抵免(25E) $1,347 USPS清洁舰队投资 $3,000 基础设施投资和就业法案 $7,070 电池加工和制造补助金 $6,125 关键材料开采和回收研究 $100 电动车辆电池回收和第二寿命应用程序 $200 储能示范项目 $505 稀土元素示范设施 $140 除了IRA和IIJA中包含的税收抵免和激励措施外，政府最近还提出了制造商基于性能的新规则，将设定最大二氧化碳和其他污染物 轻型、中型和重型车辆的每英里排放量。EPA估计，遵守这些 到2032年，电动汽车将占新轻型销量的67%和中型销量的46%。9 重要的是，IRA内的新EV消费者税收抵免(30D)取决于车辆满足某些整个EV供应链的国内内容要求。下面的图表3说明了这些规定是如何根据供应链部门的不同而改变。 图表3.IRA30D按供应链划分的清洁车辆信用国内内容要求 分部 采矿 在美国或自由贸易协定中提取或加工的关键矿物价值的80％country 由外国关注实体提取或加工的无适用关键矿物 电池组件生产 电池组件价值的100%必须在北美制造或组装 任何部件都不能在外国实体制造或组装 车辆制造 最终车辆组装发生在北美 回收 最终电池回收发生在北美 EV电池的组件是什么？ 电池通过移动电子将存储的能量转换为电能阳极（或负）电极to the阴极（或正）电极通过电解介质（电解质）.A分离器之间的位置 控制电子在电极之间的运动。当电池充电时，电子以相反的方向移动，从阴极到阳极。 通过阅读了解更多“电动汽车电池101：基础知识”and“电动汽车电池供应链解释。 3、EV电池供需缺口的评估方法 这项研究提出了一种评估输入材料供需之间差距的方法。 以及生产2030年所需的估计911GWh电池容量所需的工业容量 个人乘用车(见第2节)。请注意，虽然我们以各种方式约束我们的分析，但这评估任何水平的需求的方法是灵活的，可以适应解决类似的问题 其他部门和/或地理区域。以下各节讨论我们评估的范围以及如何我们估计了供应链每个阶段的供需。 所考虑的材料和工艺范围 为了评估供应缺口，我们将供应链分为三个阶段，如图表4所示。 图表4.电动汽车电池供应链的阶段 来源：RMI分析 The上游阶段涵盖原材料的提取，其中包括由 美国地质调查局（USGS）对EVB制造至关重要，如锂，镍，钴，锰、铝和石墨。EVBs也需要铁和铜。而我们详细的数据集,这 伴随这份工作文件，包括所有这些原材料，我们将我们的初步发现限制在钴，锰、锂、镍、石墨及其衍生物，因为这些材料 potentialforcreatingblinkesinthesupplychain.OthermaterialsimportanttoEVbatteryproduction,such 作为铜，也可能受到限制。 The中游阶段包括原材料的精炼和加工，以及它们的制造成 前体（用于阴极）和电极活性材料依次进入各自的电极，以及其他关键电池成分，如电解质和隔膜。值得注意的是，前体的生产， 阴极活性材料和阴极可以垂直集成在一个设施中。类似地，电极生产和电池组装垂直集成在电池生产设施上。在阳极方面， 中游加工通常包括采用石墨浓缩物或合成石墨，将其转化为高纯度、球形和涂层形式，我们称之为“精炼石墨,”随后将用于 阳极活性材料生产和阳极。我们评估了大多数这些产品的供应缺口，但没有由于制造和贸易数据的限制，分离器。 The下游阶段EVB供应链是制造商组装中游组件的地方 intobatterycells,whichareusedtobuildmodulesandthenbatterypack.Forthisworkingpaper,wefocuson 电池制造能力。 需求评估 我们描述了国内对整个供应链中轻型汽车EVB材料的需求，从 2022年至2030年，通过构建投入产出(IO)模型。该模型建立了联系，以电动汽车电池价值链中各阶段之间的吨投入/吨产出(上文和 详见附录附件A-1)。 WebeginwithEVBpackdemandbasedonthe911GWhdemandin2030c录inSection2.Thistotaldemandis 按电池化学类型分类，使用2022年电动汽车预计的化学市场份额彭博新能源财经（BNEF）制作的展望组合图表。10为了简化化学混合，我们将BNEF(2022)的每个非零市场份额化学分配给三组： 1.磷酸铁锂（LFP，包括磷酸锰铁锂） 2.镍钴铝氧化物（NCA，包括锂镍二氧化物） 3.镍锰钴（NMC，包括所有其他含锰的化学物质）。ii 虽然每个组中的化学物质可能不同，但它们可能的供应链动态被设计为相对在每个群体中相似。 然后，我们使用LFP、NCA和 NMC，哪个根据阿贡国家实验室（ANL）GREET模型的数据大约是216Wh/