Сколько лития содержится в аккумуляторе электромобиля?
Аккумулятор, безусловно, является тем компонентом, который в наибольшей степени влияет на цену, запас хода, вес и значительную часть промышленного потенциала электромобиля. Однако когда речь идет о материалах, необходимых для его производства, часто встречаются цифры, которые могут вызвать путаницу: тонны лития, требующиеся для производства автомобилей, десятки килограммов карбоната лития на аккумулятор, или общие упоминания о металах вроде никеля, кобальта, марганца или железа.
На самом деле обычный электромобиль не содержит десятки килограммов чистого лития. Аккумулятор емкостью около 60 кВт·ч может содержать примерно от 5 до 6 килограммов элементарного лития, хотя его количество варьируется в зависимости от используемой химии, емкости аккумулятора и технологического развития самих элементов питания.
Чтобы понять, откуда берется эта цифра, сначала необходимо узнать, какие типы аккумуляторов в настоящее время используются в электромобилях, поскольку под общим термином «аккумулятор литиевых ионов» существуют довольно разные составы.
Почти все используют литий, но не все — одинаковые материалы
Подавляющее большинство современных электромобилей оснащены аккумуляторами литиевых ионов. Однако это не означает, что все они одинаковы. Основное различие заключается в материалах, используемых преимущественно в катоде элементов, что является одним из факторов, определяющих количество энергии, которое может хранить аккумулятор, стоимость его производства и необходимые сырьевые материалы.
На протяжении многих лет доминирующими были аккумуляторы типа NMC, название которых обозначает никель, марганец и кобальт, входящие в состав их катода вместе с литием. Также существуют аккумуляторы типа NCA, которые использовались некоторыми производителями в первые годы развития электромобилей и содержат никель, кобальт и алюминий.
У этих химических составов есть важное преимущество: они позволяют хранить большое количество энергии при относительно небольшом весе и объеме. Именно поэтому они были особенно привлекательны для автомобилей, которым требовалась высокая автономность без необходимости устанавливать чрезмерно большие и тяжелые аккумуляторы.
В рамках развития этой семьи также предпринимались попытки постепенно сокращать количество кобальта. Различные поколения технологии NMC увеличивали долю никеля, одновременно снижая использование других материалов, именно потому, что кобальт традиционно являлся одним из самых дорогих и проблематичных компонентов в их цепочке поставок.
Но за последние годы произошло ещё одно, более значимое изменение.
Аккумуляторы типа LFP изменили баланс на рынке
Аккумуляторы на основе фосфата железа и лития, известные как LFP, также относятся к семейству литиевых ионных аккумуляторов, но они не содержат никеля и кобальта, используемых в других химических составах. Вместо этого они в основном используют железо и фосфат — два обильных и относительно недорогих материала.
Их основным недостатком традиционно была более низкая энергетическая плотность, что означает, что для хранения той же количества энергии им требуется больший вес или объем по сравнению с аккумуляторами типа NMC. Однако этот разрыв постепенно сокращается благодаря улучшениям в конструкции элементов питания, а также новым дизайнам, которые позволяют гораздо эффективнее использовать доступное пространство внутри аккумуляторной батареи.
В то же время аккумуляторы типа LFP обладают значительными преимуществами с точки зрения стоимости, срока службы и термической стабильности. Сочетание этих факторов объясняет, почему они перестали быть решением, предназначенным в основном для бюджетных автомобилей, и постепенно начали применяться в всё большем количестве моделей.
Изменения происходят особенно быстро в Китае. По данным Международного агентства по энергетике (IEA), к 2025 году аккумуляторы типа LFP уже составляли более 55% от общей мощности аккумуляторов, установленных в электромобилях по всему миру, тогда как годом ранее их доля была менее половины. В Европе их использование по-прежнему значительно меньше — чуть более 10% от общего спроса в 2025 году.
За этим расширением стоит также очень важная экономическая причина. IEA оценивает, что в 2025 году аккумуляторы типа LFP в среднем были на 40% дешевле за кВт·ч по сравнению с аналогами типа NMC, хотя часть этой разницы обусловлена сферами применения и рынками, на которых используется каждая технология.
Следовательно, одним из ключевых трендов в сфере производства аккумуляторов в настоящее время является не отказ от лития, а сокращение использования никеля и особенно кобальта, заменяя их, когда это возможно с учетом характеристик транспортного средства, на железо и фосфат.
Так сколько же лития действительно нужно аккумулятору?
Здесь возникает один из самых интересных вопросов. Хотя аккумуляторы типа LFP полностью исключают никель и кобальт из своего катода, им по-прежнему требуется литий, и разница с некоторыми современными аккумуляторами на основе технологии NMC не так велика, как может показаться.
Расчёты, проведённые Международным советом по чистым транспортным средствам (ICCT), показывают, что для аккумуляторов типа LFP содержание лития составляет примерно 0,08 кг на каждый кВт·ч емкости, тогда как современные аккумуляторы типа NMC имеют значение около 0,09–0,10 кг/кВт·ч в зависимости от их состава.
Если применить эти значения к типичным аккумуляторам электромобилей, можно получить следующую оценку:
Емкость аккумулятора
LFP
Современный NMC
40 кВт·ч
примерно 3,2 кг
примерно 3,6–4 кг
60 кВт·ч
примерно 4,8 кг
примерно 5,4–6 кг
80 кВт·ч
примерно 6,4 кг
примерно 7,2–8 кг
100 кВт·ч
примерно 8 кг
примерно 9–10 кг
Это не точные значения, применимые ко всем моделям, поскольку конкретный состав элементов аккумулятора и их энергетическая плотность различаются у разных производителей и в разных поколениях. Тем не менее они помогают правильно определить, речь идет о каком количестве лития.
Электромобиль с аккумулятором ёмкостью 60 кВт·ч не требует 20 или 30 килограммов элементарного лития. Обычно его количество составляет примерно пять-шесть килограммов.
Почему же при обсуждении лития приводятся гораздо более большие цифры
Часть путаницы происходит из-за неразборчивого использования разных понятий. Литий не добавляется в аккумулятор в виде нескольких килограммов чистого металла, добытого непосредственно из шахты, а входит в состав различных химических соединений, используемых при производстве его активных материалов.
По этой причине горнодобывающая промышленность часто использует такие показатели, как эквивалентный карбонат лития или LCE, которые позволяют сравнивать различные соединения и способы производства. Количество карбоната лития, необходимое для получения определенного количества элементарного лития, значительно превышает массу самого лития.
Поэтому, когда в оценках для электромобиля указывается несколько десятков килограммов «лития», крайне важно точно выяснить, что именно измеряется. Речь может идти об эквивалентном карбонате лития, другом соединении или обработанном сырье, а не о количестве элементарного лития, которое в конечном итоге содержится в аккумуляторе.
Это различие объясняет значительную часть кажущихся противоречивых цифр, которые можно найти при сравнении разных исследований.
Замена NMC на LFP лишь незначительно снижает потребность в литии
Сравнение обеих технологий позволяет понять ещё один важный аспект трансформации, происходящей в отрасли. Замена аккумуляторов типа NMC на LFP может резко снизить потребление никеля и кобальта, однако она оказывает относительно небольшое влияние на спрос на литий.
ICCT считает, что в сценарии значительно более широкого использования аккумуляторов LFP мировой спрос на литий снизится всего на 2% к 2030 году и на 1% к 2040 году по сравнению с базовым сценарием. Причина заключается в том, что для аккумуляторов LFP требуется примерно 0,08 кг лития на кВт·ч, в то время как для рассматриваемых аккумуляторов NMC потребуется примерно 0,09–0,10 кг.
Разница будет гораздо больше для других материалов. В том же сценарии потребности в никеле и кобальте снизятся значительно, поскольку ни тот, ни другой не входят в состав катода аккумуляторов LFP.
Это позволяет лучше понять, в каком направлении сейчас развивается отрасль: материалы для аккумуляторов меняются, но литий по-прежнему остается основным элементом технологий, которые сегодня определяют развитие электромобилей.
Следующим шагом может стать аккумулятор, не требующий лития
Чтобы полностью избавиться от лития, необходимо сменить химическую группу. Одной из технологий, которые наиболее быстро развиваются в этом направлении, является аккумулятор на ионах натрия; его принцип работы схож с принципом работы литиевых аккумуляторов, но вместо лития используется натрий.
Его главное преимущество заключается не только в экономической составляющей. Натрий чрезвычайно обильен, что позволит диверсифицировать существующую цепочку поставок, в настоящее время сильно зависящую от лития, а также обеспечить определенные преимущества в работе при низких температурах.
Технология уже вышла за рамки чисто экспериментальной стадии. Производители вроде CATL и BYD увеличивают объемы производства, а первые автомобили с натриевыми аккумуляторами уже начинают поступать на рынок. Однако по показателю энергетической плотности она все еще значительно уступает более совершенным литиевым технологиям.
Это означает, что для хранения той же количества энергии все еще может потребоваться более крупный или тяжелый аккумулятор, что является серьезным недостатком для автомобилей, нуждающихся в большой дальности езды.
По этой причине их первые приложения могут сосредоточиться на небольших автомобилях, городских коммерческих транспортных средствах, двух- и трехколесных машинах или стационарных системах хранения, где вес и объем имеют меньшее значение. Также изучаются батареи, сочетающие щелочно-натриевые и литиевые элементы, чтобы воспользоваться преимуществами обеих технологий.
Твердотельные батареи не обязательно означают отказ от лития
Существует еще одна технология, которая часто упоминается при речи о батареях будущего: так называемые твердотельные батареи. Следует отличать ее от перехода на натрий, поскольку она решает не совсем ту же проблему.
Аккумуляторы твердотельного типа могут по-прежнему использовать литий. Основное отличие их от обычных аккумуляторов заключается в электролите — среде, через которую ионы перемещаются между электродами. Современные аккумуляторы обычно используют жидкий электролит, в то время как технологии твердотельных аккумуляторов направлены на его полную или частичную замену твердыми материалами.
Цель состоит в создании аккумуляторов с более высокой энергетической плотностью, лучшими характеристиками и потенциально большей безопасностью, однако до сих пор существуют значительные промышленные трудности. Хотя уже производятся элементы для тестирования, а на рынке имеются полутвердые решения, полностью твердотельные аккумуляторы еще должны доказать, что их можно производить конкурентоспособно в крупных масштабах.
Следовательно, говорить о твердом состоянии не значит говорить о аккумуляторе без лития. Это два разных направления развития: в одном стремятся коренным образом изменить способ конструкции и функционирования элемента; в другом, как это происходит с натрием, можно заменить один из его основных материалов.
Литий будет оставаться ключевым элементом, несмотря на постоянные изменения аккумуляторов
Развитие аккумуляторов для электромобилей не идет в одном направлении. В первые годы роста рынка особое внимание уделялось достижению максимального запаса хода с помощью химических составов с высокой энергетической плотностью, таких как NMC или NCA. Теперь, по мере увеличения объемов производства, становятся все более важными такие факторы, как стоимость, наличие сырья и надежность поставок.
Это объясняет выдающийся рост аккумуляторов типа LFP. Их распространение позволяет отказаться от никеля и кобальта в пользу более распространённых материалов, таких как железо и фосфор, хотя литий по-прежнему остаётся необходимым.
Аккумуляторы на основе натрия представляют собой иной подход, поскольку они действительно могут полностью избавиться от необходимости в литии, но им ещё предстоит преодолеть их более низкую энергетическую плотность и создать промышленную инфраструктуру, сопоставимую с той, что была построена за десятилетия для литиевых ионных аккумуляторов.
Пока это происходит, количество лития, которое фактически содержится в электромобиле, по-прежнему значительно меньше, чем может показаться на основе некоторых обычно используемых цифр. В аккумуляторе емкостью от 60 до 80 кВт·ч содержится примерно от пяти до восьми килограммов элементарного лития, что достаточно для хранения энергии, необходимой для перемещения автомобиля на сотни километров, а также для многократного использования в течение тысяч циклов зарядки и разрядки.
