IDTechEx：连接汽车电气化、电池化学和铜需求

铜是所有汽车制造中的关键材料，无论它们是由天然气、柴油、电力、氢气还是液化天然气（LNG）提供动力。2023年，汽车行业对铜的需求刚刚超过3公吨（1公吨=10亿公斤），但到2034年将增至5公吨。这4.8%的复合年增长率（CAGR）是IDTechEx的一份新报告《2024-2034年汽车铜需求：趋势、利用率和预测》的发现，也是这一增长的关键驱动力——电气化。

如今的汽车已经含有大量的铜，主要用于布线。几十年来，汽车变得越来越大、越来越复杂，这导致它们的布线需求从少数连接激增到数千个。线束现在是一个庞大的迷宫，横跨整个汽车数英里。这些数英里电缆的重量加起来。线束是车辆最重的部件之一，有些车辆的线束重量超过60公斤，平均含铜约25公斤。

汽车正继续变得更加复杂，需要更多的布线。尽管特斯拉和其他公司正在努力实现简化、优化和更高效的汽车网络，IDTechEx预测，线束在未来几年将继续增长。然而，不断增长的线束所需的额外铜与电气化产生的新铜需求相比相形见绌。

构建电动动力系统需要许多以前内燃机车辆不需要的缺铜部件。牵引电机、高压电缆、逆变器和充电器所需重量约为10-15kg。电机是该范围内的决定因素，诸如具有单电机或双电机以及电机设计等因素对所需的铜有很大影响。然而，与电池相比，对这些单独部件的铜需求仍然很小。IDTechEx的研究发现，一辆全电动汽车的平均64千瓦时电池需要25.4公斤铜。

铜的电气和化学特性意味着它被用于整个电池。电池中的每一个电池（有数百或数千个）都包含一个铜箔，用于将电力从电池中输送出去。此外，整个电池中都有大铜棒，将所有电池的电力从电池中输送出来，并将其传输到高压电缆，最终传输到电力电子设备和电机。

当然，铜并不是唯一能够完成这些任务的元素，但在大多数情况下，它的物理、电学和化学性质是最有意义的。铝是取代铜的常见候选者。它大约是铜价格的三分之一，密度较低，因此通常比铜轻。铝在母线和布线方面有一些应用，特斯拉是知名的采用者之一。然而，这仅代表电池中铜含量的约10-20%，其余为电池中的箔。

铜箔仅用于阴极侧，由于铝与电池负极端子上的锂相互作用，因此不能在此处使用。同样，如果铜被用作阳极的集流器，它也会溶解。还有其他材料可以取代阴极处的铜，如不锈钢、碳/石墨和钛，但这些材料在成本、重量和导电性方面存在问题，这意味着不太可能被采用。

那么，铜箔是唯一合理的电流选择，有什么可以减缓其不断增长的需求吗？IDTechEx的报告《2024-2034年汽车铜需求：趋势、利用率和预测》发现，有几种机制可以减少每千瓦时电池容量所需的铜量。第一个是转向更薄的箔片。目前的标准铜箔厚度为10µm，但IDTechEx已经看到一些公司在开发厚度为6µm及以下的铜箔。影响铜强度的另一个因素是电池化学成分。

电池化学成分是决定电池能储存多少能量的最大因素之一。假设其他一切都保持不变，例如材料厚度和电池形状因子，那么如果化学物质A的能量是化学物质B的两倍，那么对于相同的总能量容量，用化学物质A制造的电池将具有化学物质B电池的一半铜。事实上，这与领先的电池化学物质NMC和LFP的情况并不遥远。IDTechEx的研究发现，LFP电池的平均铜强度（kg/kWh）几乎是NMC电池的两倍。

其他化学物质也可用，并在电动化中占有一席之地，但对于未来10年的汽车市场，IDTechEx预测LFP和NMC将占据主导地位，占它们之间市场的90%以上。从现在到那时，LFP的市场份额可能会增长，这要归功于其足够好的能量密度和与NMC相比更低的价格。这将导致电动汽车对铜的需求相应增加，再加上LFP更高的铜强度，IDTechEx还预计每辆车的平均电池尺寸将增加。