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第Ⅳ部分稀土在新能源電池市場的介紹
第三十三章稀土元素在電池中的潛在價值與應(yīng)用前景

33.1稀土元素在電池中的潛在價值

在全球宣導(dǎo)綠色能源與可持續(xù)發(fā)展的大背景下，電池作為關(guān)鍵的能量存儲與轉(zhuǎn)換裝置，其性能的提升成為了眾多領(lǐng)域發(fā)展的重要驅(qū)動力。從可擕式電子設(shè)備如智慧手機(jī)、筆記型電腦，到電動汽車、大規(guī)模儲能系統(tǒng)等，各類應(yīng)用場景對電池的能量密度、充放電效率、迴圈壽命以及安全性等方面提出了越來越高的要求。例如，在電動汽車領(lǐng)域，消費(fèi)者期望車輛能夠擁有更長的續(xù)航里程，這就需要電池具備更高的能量密度；而在電網(wǎng)儲能中，為了實(shí)現(xiàn)對可再生能源的有效消納，電池需要具備良好的迴圈穩(wěn)定性和高效的充放電性能。

電動汽車圖片

稀土元素，作為化學(xué)元素週期表中鑭系元素以及與鑭系元素密切相關(guān)的鈧和釔共17種元素的統(tǒng)稱，具有獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)。其電子結(jié)構(gòu)的特殊性賦予了它們優(yōu)異的磁、光、電等特性，這些特性使得稀土元素在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，如永磁材料、發(fā)光材料、催化劑等。在電池領(lǐng)域，稀土元素的獨(dú)特性質(zhì)也為電池性能的提升帶來了新的機(jī)遇和可能。將稀土元素引入電池材料中，有望通過改變電極材料的結(jié)構(gòu)和電子特性，提高電池的能量密度、充放電效率和迴圈壽命等關(guān)鍵性能指標(biāo)。

鑒於電池性能提升的緊迫性以及稀土元素獨(dú)特性質(zhì)所蘊(yùn)含的潛力，深入研究稀土元素在電池中的潛在價值具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。這不僅有助於推動電池技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，滿足日益增長的能源存儲需求，還能夠拓展稀土元素的應(yīng)用領(lǐng)域，提高稀土資源的綜合利用價值，為全球能源轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展提供有力支援。

一、稀土元素概述

稀土元素是化學(xué)元素週期表中鑭系元素鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、鉕（Pm）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）、鑥（Lu），以及與鑭系的15個元素密切相關(guān)的兩個元素鈧（Sc）和釔（Y）的統(tǒng)稱，共17種元素。

稀土元素圖片

根據(jù)稀土元素原子電子層結(jié)構(gòu)和物理化學(xué)性質(zhì)，以及它們在礦物中共生情況和不同的離子半徑可產(chǎn)生不同性質(zhì)的特徵，稀土元素通常被分為輕稀土和中重稀土兩大類。輕稀土包括鑭、鈰、鐠、釹、鉕；中重稀土則包含釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿、鑥、鈧、釔。這種分類方式有助於區(qū)分不同稀土元素在化學(xué)活性、應(yīng)用領(lǐng)域等方面的差異，例如輕稀土在鋼鐵、玻璃等傳統(tǒng)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，中重稀土在電子、新能源等高科技領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。

稀土元素具有獨(dú)特的物理和化學(xué)特性。在物理特性方面，許多稀土元素具有高磁導(dǎo)率，這使得它們在永磁材料中表現(xiàn)出色。如釹鐵硼永磁材料，其磁能積高，能夠在較小的體積下產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場，廣泛應(yīng)用於電動汽車電機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)等設(shè)備中，顯著提高了能源轉(zhuǎn)換效率。稀土元素還具有良好的光學(xué)特性，部分稀土元素在受到激發(fā)時能發(fā)出特定波長的光，可用於製造螢光粉、LED發(fā)光材料等，實(shí)現(xiàn)高效、穩(wěn)定的光源輸出，滿足照明、顯示等領(lǐng)域的需求。

磁性材料圖片

從化學(xué)特性來看，稀土元素化學(xué)性質(zhì)較為活潑，能與多種元素發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成穩(wěn)定的化合物。例如，稀土元素易與氧、硫、氮等元素化合，生成熔點(diǎn)高、穩(wěn)定性強(qiáng)的化合物，在冶金工業(yè)中，可用於去除鋼鐵中的雜質(zhì)，提高鋼鐵的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性。同時，稀土元素的催化活性也十分突出，能夠顯著提高化學(xué)反應(yīng)的速率和選擇性，在石油化工領(lǐng)域，稀土催化劑被廣泛應(yīng)用於石油裂化、加氫精製等過程，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品品質(zhì)。

全球稀土資源分佈廣泛但不均衡。中國是世界上稀土儲量最為豐富的國家之一，截至2023年，中國稀土儲量約為4400萬噸，占全球總儲量的40%左右，主要分佈在內(nèi)蒙古、江西、四川、廣東等地區(qū)，形成了“北輕南重”的分佈格局，內(nèi)蒙古包頭的白雲(yún)鄂博稀土礦是世界上最大的輕稀土礦之一，而江西等地則富含中重稀土資源。除中國外，越南、巴西、俄羅斯、印度等國家也擁有一定量的稀土資源，越南稀土儲量占全球的20%，巴西占19.09%，俄羅斯占9.09%，印度占6.36%。

在稀土開採方面，中國同樣是全球最大的稀土生產(chǎn)國，2023年中國稀土產(chǎn)量達(dá)到24萬噸，約占全球總產(chǎn)量的67.93%。長期以來，中國在稀土開採和冶煉技術(shù)上處於世界領(lǐng)先地位，擁有完整的產(chǎn)業(yè)鏈。然而，稀土開採過程也帶來了一系列環(huán)境問題。傳統(tǒng)的稀土開採方式，如離子型稀土礦的原地浸礦法，需要使用大量化學(xué)藥劑，這些藥劑會滲入土壤和地下水中，導(dǎo)致土壤酸化、重金屬污染等問題，破壞了生態(tài)平衡，影響了周邊地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活。為解決這些問題，中國政府近年來加強(qiáng)了對稀土行業(yè)的監(jiān)管，出臺了一系列政策法規(guī)，限制開採總量，提高行業(yè)準(zhǔn)入門檻，推動稀土企業(yè)採用綠色環(huán)保的開採和冶煉技術(shù)，促進(jìn)稀土產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

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稀土礦山圖片

33.2稀土元素在電池中的應(yīng)用前景

（1）需求端：新能源產(chǎn)業(yè)的指數(shù)級增長

在全球能源轉(zhuǎn)型的大背景下，新能源產(chǎn)業(yè)正以驚人的速度蓬勃發(fā)展，對稀土的需求也呈現(xiàn)出爆發(fā)式增長態(tài)勢。

新能源汽車作為新能源產(chǎn)業(yè)的重要組成部分，近年來發(fā)展勢頭迅猛。一輛電動汽車平均消耗1.5公斤稀土，其中0.5公斤為重稀土。稀土在新能源汽車中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，例如永磁電機(jī)中的釹鐵硼磁體，能夠顯著提高電機(jī)的效率和性能，減少能量損耗。隨著各國對新能源汽車的政策支持以及消費(fèi)者環(huán)保意識的提升，2025年全球新能源汽車銷量預(yù)計達(dá)4500萬輛。按照這個增長趨勢，對應(yīng)稀土需求將增長4.5倍。這意味著稀土在新能源汽車領(lǐng)域的市場前景極為廣闊，同時也對稀土的供應(yīng)和保障提出了更高的要求。

儲能系統(tǒng)是解決新能源間歇性和波動性問題的關(guān)鍵技術(shù)，其重要性日益凸顯。全球儲能裝機(jī)量預(yù)計從2023年的120GWh增至2030年的1.2TWh，增長幅度高達(dá)10倍。在眾多儲能技術(shù)中，鈉離子電池憑藉其資源豐富、成本較低等優(yōu)勢，逐漸成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)。而鈉離子電池對稀土的需求占比將達(dá)25%。稀土在鈉離子電池中可以改善電池的性能，如提高電池的充放電效率、迴圈壽命等。隨著儲能市場的不斷擴(kuò)大，對稀土的需求也將持續(xù)攀升，這將進(jìn)一步推動稀土在儲能領(lǐng)域的應(yīng)用研究和技術(shù)創(chuàng)新。

人形機(jī)器人作為人工智慧和先進(jìn)製造技術(shù)的融合產(chǎn)物，正逐漸走進(jìn)人們的生活和工作領(lǐng)域。單臺機(jī)器人需0.8公斤高性能磁材，這些磁材主要由稀土元素製成，如鐠、釹等。高性能磁材賦予人形機(jī)器人強(qiáng)大的動力和精準(zhǔn)的控制能力，使其能夠完成各種複雜的任務(wù)。隨著人工智慧技術(shù)的不斷進(jìn)步和機(jī)器人應(yīng)用場景的不斷拓展，2025年全球?qū)θ诵螜C(jī)器人的需求或達(dá)1.4萬噸。這將極大地拉動鐠、釹等稀土元素的消費(fèi)，預(yù)計增長幅度達(dá)30%。人形機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，為稀土市場帶來了新的增長點(diǎn)，也促使稀土企業(yè)不斷提高產(chǎn)品品質(zhì)和性能，以滿足機(jī)器人產(chǎn)業(yè)對高性能磁材的需求。

機(jī)器人圖片

（2）供給端：中國主導(dǎo)與全球博弈

在稀土的供給方面，中國在全球佔(zhàn)據(jù)著舉足輕重的地位，但同時也面臨著來自國際市場的競爭和挑戰(zhàn)。

稀土礦山

中國是名副其實(shí)的稀土大國，稀土儲量占全球40%。2024年，中國稀土產(chǎn)量達(dá)到21萬噸，占全球總產(chǎn)量的70%。尤其在重稀土領(lǐng)域，如鏑、鋱等，中國的控制力更是高達(dá)90%。重稀土由於其獨(dú)特的物理和化學(xué)性質(zhì)，在國防、航空航太等高端領(lǐng)域具有不可替代的作用。中國豐富的稀土資源儲備，為國家的戰(zhàn)略發(fā)展提供了堅實(shí)的物質(zhì)基礎(chǔ)，也使得中國在全球稀土市場中擁有重要的話語權(quán)。

航太設(shè)備圖片

為了實(shí)現(xiàn)稀土資源的可持續(xù)開發(fā)和利用，中國出臺了一系列嚴(yán)格的政策措施。2024年10月實(shí)施的《稀土管理條例》，旨在限制粗放開採，加強(qiáng)對稀土資源的保護(hù)和管理。該條例推動稀土產(chǎn)業(yè)鏈向高端化、綠色化轉(zhuǎn)型，鼓勵企業(yè)加大技術(shù)研發(fā)投入，提高資源利用效率，減少環(huán)境污染。通過政策引導(dǎo)，中國稀土產(chǎn)業(yè)正逐步擺脫過去粗放式發(fā)展模式，走向高品質(zhì)發(fā)展道路。

面對中國在稀土領(lǐng)域的主導(dǎo)地位，歐美等國家和地區(qū)積極尋求替代方案，以降低對中國稀土的依賴。一方面，他們通過研發(fā)無稀土電機(jī)，如特斯拉的感應(yīng)電機(jī)，減少對稀土永磁電機(jī)的需求。另一方面，大力發(fā)展回收技術(shù)，歐盟計畫2030年回收率超50%。然而，這些替代技術(shù)面臨著諸多挑戰(zhàn)。無稀土電機(jī)雖然避免了對稀土的依賴，但在性能上與稀土永磁電機(jī)仍存在一定差距，尤其是在效率和功率密度方面。回收技術(shù)雖然具有環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)勢，但目前回收成本較高，技術(shù)難度較大，難以滿足大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)的需求。因此，短期內(nèi)國際替代方案難以對中國稀土產(chǎn)業(yè)構(gòu)成實(shí)質(zhì)性威脅，但長期來看，仍需密切關(guān)注國際技術(shù)發(fā)展動態(tài)，不斷提升中國稀土產(chǎn)業(yè)的競爭力。
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