摘要随着电动汽车的普及速度加快，报废车辆逐渐成为一种重要但依赖技术的高价值二次资源来源。本研究采用城市代谢模型结合四种技术发展情景，量化了2010年至2050年间中国电动汽车电池和电机中13种关键元素的物质需求、废料产生量以及产品间资源再利用潜力。研究结果显示，电动汽车电池和电机

　　随着电动汽车的普及速度加快，报废车辆逐渐成为一种重要但依赖技术的高价值二次资源来源。本研究采用城市代谢模型结合四种技术发展情景，量化了2010年至2050年间中国电动汽车电池和电机中13种关键元素的物质需求、废料产生量以及产品间资源再利用潜力。研究结果显示，电动汽车电池和电机的流量将快速增长，到2050年电池的流入量将达到5.1太瓦时，而电机的流入量则可达11太瓦时。2030年代之后，报废车辆的流出量也会大幅上升，而在车辆使用过程中对电池的更换将成为可回收电池的另一重要来源。技术变革正在改变资源压力：在回收机制完善的条件下，钴、钕和镝可能会实现资源过剩，而镍和锰则难以仅通过国内回收来实现资源平衡。在所考虑的技术组合情景下，到2050年，完全回收体系可满足89%的锂需求，但仅能满足35%的镍需求和37%的锰需求。这些研究结果表明，若能加强正规回收、闭环回收、再生材料使用要求以及稀土元素回收政策，中国的电动汽车相关矿产资源有望显著提升国家材料安全水平。

　　然而，电动汽车的低碳性能依赖于锂、钴、镍等关键金属以及稀土元素的广泛应用。

　　由于电动汽车的快速普及，这些材料的消耗量不断增加，给资源供应、废物管理和环境可持续性带来了巨大挑战。

　　例如，初级资源开采所带来的环境成本，包括污染物排放、土地占用和水资源消耗，可能会抵消使用电动汽车所带来的环境效益。

　　据报道，2000年至2019年间，印度尼西亚因采矿活动（尤其是镍矿开采）直接或间接失去了2,116平方公里的森林面积。

　　因此，建立可持续的电动汽车材料管理体系，提升材料利用效率并实现循环利用，与加快电动汽车推广一样，都是实现低碳转型的重要举措。

　　截至2025年，中国道路上已有超过4400万辆电动汽车在运行，这一数字占全球总量的半数以上。

　　中国的国家目标是在2030年前将电动汽车在新车销售中的占比提升至60%。

　　为推动这一转型，中国正在加快构建从生产到报废的完整电池生态系统、全国性的充电网络（到2025年预计将有2000万个充电站点），以及以可再生能源为主力的电力系统（每年可再生能源发电量将超过3,000太瓦时）。

　　鉴于中国庞大的产业规模和政策推力，其发展轨迹势必会对全球电动汽车产业格局产生深远影响。

　　从循环经济和“零浪费”的视角来看，城市是各类二次资源——即城市矿产的宝贵储存地。

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　　2020年中国产生了超过800万辆报废车辆，相当于1200万吨可回收材料。

　　然而，电池和电动机技术的快速创新和发展也使得报废物的管理变得更加复杂，引发了人们对废物产生和资源流失的担忧。

　　为了在电动汽车制造和回收领域保持领先地位，中国近期出台了多项重要的电动汽车回收政策：2024年出台了《新能源汽车废旧动力蓄电池综合利用行业规范条件》（属于行业准入指南），2025年出台了《新能源汽车废旧动力蓄电池回收利用管理办法》（属于制度管理法规），这些政策旨在提高电动汽车回收企业的技术标准，建立电池回收和再利用的全生命周期监管体系。

　　近年来，越来越多的研究有助于我们更好地了解如何从报废电动汽车中回收关键金属，但目前仍存在一些关键缺陷。首先，许多研究基于静态的材料组成，并假设回收体系保持不变，这很可能忽视了技术发展和制度变革对未来物质需求和二次资源供应的影响。

　　其次，虽然人们越来越关注锂铁磷酸盐和镍锰钴等主流电池化学体系的发展趋势，比如从NMC111向NMC811和NMC955的过渡，但锂锰铁磷酸盐、锂硫电池和钠离子电池等新兴电池技术尚未充分纳入长期的城市矿产评估中。

　　第三，电动机往往与电池分开考虑，大多数研究只关注钕和镝等少数几种稀土元素，而面向铈基、低稀土含量和无稀土电动机的研发进展则几乎未被研究。

　　这些缺陷表明，目前的认知可能无法全面反映电池和电动机技术的共同发展，以及由此导致的未来物质需求与可回收报废资源之间的失衡。

　　为弥补这些知识缺口，我们构建了一个综合的城市代谢框架，该框架能够同时体现电动汽车的普及情况、电池和电动机技术的发展趋势以及回收系统的运行状况。

　　我们首先设计了四种技术情景，用以描述电池和电动机设计方面的不同发展水平，进而量化2050年前中国13种电动汽车相关材料的物质需求、废料产生量以及产品间资源再利用的潜力。此外，我们还将这些结果与中国2024年的电池回收标准以及2023年颁布的欧盟电池法规进行了对比，以便找出提升资源循环利用能力和供应链韧性的途径。总体而言，这项研究为如何利用报废车辆相关的城市矿产资源，实现世界上最大的电动汽车市场的可持续材料管理提供了具有前瞻性的分析。

　　本研究结合城市代谢建模、技术情景分析以及循环利用潜力评估，量化了2010年至2050年间中国电动汽车电池和电机的二次资源再利用潜力。该分析框架分为三个层面，如图1所示。首先，在车辆层面，我们以历史统计数据以及不同的电气化发展路径（包括四种类型的电动汽车）作为输入数据，运用灰色模型反推法进行分析。

　　图2展示了2010年至2050年间中国电动汽车电池和电机在不同生命周期阶段的数量变化趋势。预计未来几十年来，汽车总销量将持续保持高位，从2025年的3400万辆增长到2050年的5500万辆，2043年左右将达到6100万辆的峰值。再加上快速的电气化进程，这将推动电动汽车相关的电池和电机流量持续大幅增长。在基准发展路径下，电动汽车将在新车销售中占据100%的比例。

　　至今仍有相当一部分报废车辆在注销登记后进入非正规渠道，比如被转售、长期存放或在不具备资质的作坊中进行回收。

　　这种情况带来了严重的环境和安全风险，尤其是在那些非正规回收活动较为普遍的低级别城市。

　　本研究认为，中国的报废电动汽车不应仅仅被视为日益增长的废弃物，而应被视为一项具有战略意义的、依赖技术发展的二次资源来源。通过将城市代谢建模与技术发展情景相结合，我们发现未来的电动汽车电池和电机有望为关键资源提供大量的二次供应，不过这种潜力在不同元素和不同发展路径上存在较大差异。在有效的回收体系下，钴、钕等元素

　　本研究得到了国家生态环境科学研究院内部开放课题研究B项目（编号：2611NFc0）、国家生态环境科学研究院青年科研基金（编号：2425AV002）、

　　（项目编号为72504160和92462301）、国际气候变化与碳中和联合任务组以及江苏省研究生科研实践创新计划（编号：KYCX25_0345）的支持。同时，我们也感谢胡欣雨女士在图表设计方面给予的宝贵建议。

　　概念设计：G.X.和X.Z.；方法研究：X.X.、G.X.、W.L.和Q.K.；项目统筹：G.X.；初稿撰写：X.X.和G.X.；审稿与编辑：X.Z.、W.L.、L.Z.、中岛健一、南斋圭司和J.C.

　　Xin XiongGuochang XuWei LiuXianlai ZengLiang ZhaoQudsia KanwalKenichi NakajimaKeisuke NansaiJun Chen