產(chǎn)業(yè)鏈概況

碳酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈概況

整個鋰產(chǎn)業(yè)鏈相對比較長，上游原料端主要是礦產(chǎn)資源，包括鋰輝石礦、鋰云母礦及鹽湖礦等，鋰鹽產(chǎn)品主要有氫氧化鋰、碳酸鋰及氯化鋰，中間產(chǎn)品主要有正極材料與電解液及金屬鋰，正極材料分為三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰、錳酸鋰等，電解液主要是六氟磷酸鋰。終端應(yīng)用方面，最主要的用途是在新能源汽車、電動車、3C 及數(shù)碼電子及儲能方面，總消費占比達到約 95%，其他還有少量用于潤滑脂、催化劑、玻璃陶瓷，醫(yī)藥、一次電池等領(lǐng)域，鋰產(chǎn)業(yè)鏈全景圖如下圖所示：

1. 上游原料端概述

全球鋰資源儲量豐富，根據(jù)美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）數(shù)據(jù)，2021 年全球已探明的鋰資源量達到 8900 萬噸，折合 2200 萬金屬噸，1.12 億噸 LCE。但分布非常不均，主要集中在南美、澳大利亞、中國等地。主要存在形式有鹽湖鹵水、鋰輝石、鋰云母等，從占比來看，鹵水礦占比較大，全球占比達到 64%，中國鋰資源中鹵水礦占比達到 79%。

鹽湖鹵水型鋰礦主要分布在南美鋰三角地區(qū)和我國的青藏高原，高品位的鋰輝石主要位于澳大利亞，鋰云母集中在我國江西地區(qū)。

1.1. 鋰輝石

鋰輝石是最重要的鋰礦物資源之一。鋰輝石屬單斜晶系晶體,常呈柱狀、粒狀或板狀。顏色呈灰白、灰綠、翠綠、紫色或黃色等。玻璃光澤,條痕無色,硬度為 6.5~7,密度為3.03~3.22g/cm3。鋰輝石主要產(chǎn)于富鋰花崗偉晶巖中,共生礦物有石英、鈉長石、微斜長石等。晶體在加熱或被紫外線照射時會改變顏色,在陽光作用下也會失去光澤。焙燒至1000℃左右時迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦弯囕x石，并具熱裂性質(zhì)。我國鋰輝石資源主要分布在四川、新疆、江西、湖南等地。

據(jù)中國有色金屬報報道，2022 年，全球鋰產(chǎn)量礦石來源中，鋰輝石占比約 46%；國內(nèi)鋰鹽產(chǎn)量占全球比例達 70%，按資源來源計算，國內(nèi)鋰產(chǎn)量來源中鋰輝石占比約為 38%。

1.2. 鋰云母

鋰云母是一種層狀鋁硅酸鹽礦物，化學(xué)式為 K(Li5Al)4O10(F,OH)2，呈短柱體、小薄片集合體或大板狀晶體。常伴生 MgO、FeO、MnO、CaO、Na2O、Cs2O、Rb2O 和有害元素F（理論上為 4.89%），F(xiàn) 在 Li 的回收過程中通過形成 HF 或氟化物使鋰的回收變得復(fù)雜。

鋰云母主要分布在中國的江西、湖南，其中江西宜春儲藏著世界最大的鋰云母礦。目前，宜春已探明可利用氧化鋰儲量 250 萬噸，按 0.188 氧化鋰-碳酸鋰折算系數(shù)，理論上可生產(chǎn)碳酸鋰 1300 萬 t 左右。

1.3. 鹽湖

鹽湖鹵水型鋰礦是鋰資源的重要來源，據(jù)估算儲量約占全球鋰資源的 2/3，是未來鋰工業(yè)開采的主導(dǎo)方向，近些年來，隨著新能源發(fā)展，對鋰資源需求飛速增長，鹵水提取鋰技術(shù)也在不斷進步，鹽湖鹵水型鋰產(chǎn)量在不斷增加。鹵水型鋰礦主要有碳酸鹽型、硫酸鹽型和鹵化物型，其中碳酸鹽型與硫酸鹽型是目前鹽湖鋰開發(fā)的主要類型，尤其是碳酸鹽型鹽湖鎂鋰比低，可直接從鹵水中析出，是生產(chǎn)鋰的最佳選擇。

鹽湖鋰礦大都形成于新生代時期較為活躍的地質(zhì)構(gòu)造區(qū)域中，包括板塊大陸邊緣弧后盆地、碰撞帶微裂谷和山間盆地、碰撞帶山間槽地和盆地等地區(qū)。該類鋰礦主要產(chǎn)于封閉的盆地，尤其是在干旱、多風(fēng)的氣候環(huán)境下，后經(jīng)過構(gòu)造活動、火山活動等地質(zhì)作用，來自地層、熱液等中的鋰離子在適當(dāng)?shù)暮畬又羞M行大量富集，后經(jīng)過長時間的濃縮最終形成有開采價值的鋰礦床。典型的鹽湖型鋰礦有玻利維亞的 Uyuni 鹽湖、智利的 Salar de Atacama、阿根廷的 Cauchari-Olaroz、中國的察爾汗鹽湖和扎布耶鹽湖最為典型。

2. 鋰鹽產(chǎn)品介紹

鋰鹽主要產(chǎn)品有碳酸鋰，氫氧化鋰及氯化鋰。根據(jù)原料鋰存在狀態(tài)的不同，提鋰技術(shù)可分為礦石提鋰和鹵水提鋰技術(shù)。目前，鹵水提鋰技術(shù)一般生產(chǎn)工業(yè)級碳酸鋰，主要有沉淀法、溶劑萃取法和離子交換吸附法，其中碳酸鹽沉淀法是目前較為成熟的方法，離子吸附法是工藝簡單、回收率高，是目前最具發(fā)展前景的鹵水提鋰方法。礦石提鋰技術(shù)一般用于高質(zhì)量電池級碳酸鋰與氫氧化鋰，在所有提鋰方法中，硫酸法使用最為廣泛，但對設(shè)備腐蝕較為嚴重，而純減壓煮法同時解決了嚴重腐蝕設(shè)備和氯化鋰氣體難以收集等問題，發(fā)展前景較大。

2.1. 氫氧化鋰

氫氧化鋰簡介：是一種重要的化工原料，早期主要用于化工原料、化學(xué)試劑、冶金、玻璃、陶瓷等行業(yè)，近些年隨著鋰電池快速發(fā)展，主要用作鋰電池正極材料原料，用來生產(chǎn)三元高鎳鋰電池正極。

氫氧化鋰性能：化學(xué)式為 LiOH，白色粒狀晶體,相對密度為 1.46，熔點為 450℃，942℃分解。它溶于水，20℃時，100g 水中能溶解 12.8g；微溶于乙醇；在空氣中極易吸收水及二氧化碳，堿性較強。

氫氧化鋰生產(chǎn)：主要使用鋰輝石進行生產(chǎn)，主要生產(chǎn)工藝有碳酸鋰苛化法、硫酸鋰苛化法、石灰石焙燒法、純堿水熱浸出法、電解法等。
碳酸鋰苛化法是目前國外生產(chǎn)氫氧化鋰的主流工藝之一，美國明尼阿波利斯工廠最早實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。該法工藝成熟，具有生產(chǎn)流程短，能耗低，物料流通量小等優(yōu)點，但對原料純度要求較高，除雜工序繁瑣，回收率偏低。

硫酸鋰苛化法是將鋰輝石精礦經(jīng) 950 ~ 1100℃轉(zhuǎn)型焙燒，250 ~ 300℃酸化焙燒處理后，中和浸取得到 8.5%硫酸鋰浸出液。將其強制蒸發(fā)至濃度為 17%，根據(jù)浸取母液中鋰含量加入對應(yīng)理論量的燒堿溶液，冷凍至-10℃條件下析出芒硝，冷凍料漿經(jīng)離心脫水后，經(jīng)深度除雜再強制蒸發(fā)，制得單水氫氧化鋰產(chǎn)品。是目前國內(nèi)以鋰輝石生產(chǎn)氫氧化鋰最為成熟的生產(chǎn)工藝，我國的新疆鋰鹽廠、天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)以及四川尼科國潤等企業(yè)均已實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該法采用物理冷凍的方法實現(xiàn)芒硝與氫氧化鋰的分離，具有流程短、工藝成熟可靠、綜合效益高等優(yōu)點，但也存在能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量難以達到優(yōu)級標準等弊端。

石灰石焙燒法是將鋰云母與石灰石按 1∶3 質(zhì)量比混合細磨，然后送入回轉(zhuǎn)窖在 850℃條件下焙燒 4 小時，通過浸取焙燒產(chǎn)物最終得到單水氫氧化鋰產(chǎn)品。該法在上世紀美國的桑勃拉伊特工廠和圣安東尼奧工廠以及我國宜春鋰云母礦的開采中就有生產(chǎn)應(yīng)用,經(jīng)過多年的發(fā)展,生產(chǎn)工藝已較為成熟，我國部分廠家使用此法進行生產(chǎn)。

氫氧化鋰消費：早在 1990 年時，氫氧化鋰主要用于潤滑脂，用量占到高達 80%的份額，隨后逐年下降，到 2016 年占比降到 30%。隨新能源汽車需求的拉動，用量逐步上升，據(jù) SMM 統(tǒng)計，目前用在鋰電池領(lǐng)域的占比已達到 90%以上。

中國生產(chǎn)規(guī)模：隨著新能源汽車產(chǎn)量快速增長，氫氧化鋰產(chǎn)能產(chǎn)量保持高速增長，據(jù)百川統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2022 年，中國氫氧化鋰產(chǎn)能為 45.45 萬噸，有效產(chǎn)能為 36.30 萬噸，產(chǎn)量約 20.13 萬噸。

2.2. 碳酸鋰

碳酸鋰作為基礎(chǔ)原材料，廣泛應(yīng)用于電池、陶瓷，冶金、醫(yī)藥等行業(yè)。碳酸鋰的產(chǎn)品等級一般分為工業(yè)級與電池級，當(dāng)前市場需求量最大的是電池級碳酸鋰，主要作為生產(chǎn)鋰離子電池正極材料，主要正極材料有鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池，以及三元電池等，電池級碳酸鋰主要由工業(yè)級碳酸鋰提純制備得到。工業(yè)級碳酸鋰的生產(chǎn)方法則是從鋰輝石等礦石或者鹵水中提取，鋰輝石礦石提鋰的主要方法有硫酸法、硫酸鹽法、純堿壓煮法、石灰石燒結(jié)法、氯化焙燒法等。鹵水提鋰的方法主要有煅燒法、膜法、樹脂吸附法、太陽池濃縮法等。

2.3. 氯化鋰

氯化鋰是一種無機物，其分子式為 LiCl，分子量為 42.39。是為白色的晶體，具有潮解性。味咸，易溶于水，乙醇、丙酮、吡啶等有機溶劑。屬于低毒類，但對眼睛和粘膜具有強烈的刺激和腐蝕作用。氯化鋰主要用于空氣調(diào)節(jié)領(lǐng)域，用作助焊劑、干燥劑、化學(xué)試劑，并用于制焰火、干電池和金屬鋰等。

對于氯化鋰生產(chǎn)，工業(yè)上主要由鋰云母、鋰輝石以及提取 NaCl、KCl 后的鹽鹵水中提取。通常使用的是由 Li2CO3或 LiOH 與鹽酸作用制得。一些試劑廠生產(chǎn)的無水 LiCl 往往是在蒸發(fā) LiCl 水溶液至 100-110℃時熱濾而得的塊狀體，其含水量在 3%-5%。
氯化鋰是制取金屬鋰的原料。電解制取金屬時的助熔劑（如鈦和鋁的生產(chǎn)），用作鋁的焊接劑、空調(diào)除濕劑以及特種水泥原料，還用于火焰，在電池行業(yè)中用于生產(chǎn)鋰錳電池電解液等。無水 LiCl 主要用于電解制備金屬鋰、鋁的焊劑和釬劑及非冷凍型空調(diào)機中的吸濕（脫濕）劑。

3. 中間產(chǎn)品介紹

以鋰鹽為原料，下游中間產(chǎn)品主要有電極材料、電解液及金屬鋰，其中電極材料主要有三元材料、磷酸鐵鋰、鈷酸鋰及錳酸鋰，電解液主要是六氟磷酸鋰。

3.1. 正極材料

鋰電池常見的正極材料主要包括： 鈷酸鋰（LCO）、錳酸鋰（LMO）、磷酸鐵鋰（LFP）、三元材料（NCM/NCA）等。根據(jù) EVTank 發(fā)布的數(shù)據(jù)，2022 年，中國鋰電池正極材料出貨量為 194.7 萬噸，同比大幅增長 77.97%。其中磷酸鐵鋰正極材料出貨量 114.2 萬噸，同比增長 150.99%，在整個正極材料中的市場份額已經(jīng)上升到58.65%；三元材料總體出貨量為 65.8 萬噸，同比增長 55.92%。

3.1.1 鈷酸鋰

化學(xué)式為 LiCoO2，是一種無機化合物，其外觀呈灰黑色粉末，吸入和皮膚觸摸會導(dǎo)致過敏。鈷酸鋰的制備方法其步驟包括：1）將碳酸鋰、四氧化三鈷、二氧化鋯等均勻混合；2）用壓缽機將上述混合料進行壓實，壓實密度 0.8～2.0 克/立方厘米，再將壓實混合料裝入匣缽；3）將窯爐通電并調(diào)節(jié)窯爐高溫區(qū)溫度至 900℃后，將裝缽后的上述匣缽摞好放在外推板架的推板上，進行一次燒結(jié) 16～22 小時；4）對一次燒結(jié)后的所述壓實混合料進行粉碎，產(chǎn)出料粒度為 D50＝3～15 微米。

3.1.2 錳酸鋰

LMO 的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)主要基于高溫固相法，技術(shù)上已經(jīng)非常成熟了，主要包括混料、預(yù)燒、粉碎分級、多次燒結(jié)、粉碎過篩這幾個主要步驟。高端動力型 LMO 生產(chǎn)的核心技術(shù)在于氧化錳前驅(qū)體的生產(chǎn)以及燒結(jié)工藝。

3.1.3 磷酸鐵鋰

磷酸鐵鋰（LiFePO4）相對原料源豐富，且具有性價比高、污染小、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。目前主要生產(chǎn)方法有高溫固相法、碳熱還原法及水熱法等。

高溫固相法工藝流程較為簡單，但是混料時間長，制得的產(chǎn)品粒徑不易控制且分布不均勻、形狀不規(guī)則，還可能存在部分燒結(jié)現(xiàn)象。

碳熱還原法是將原料磷酸二氫鋰、氧化鐵和碳粉按照摩爾比充分混合均勻，然后在在氮氣氣氛下的箱型燒 結(jié)爐中先燒結(jié)一些時間，然后自然冷卻至適當(dāng)溫度得到產(chǎn)物。這種方法主要優(yōu)勢是操作簡便，且容易實現(xiàn)工業(yè)化。鐵源多屬三價鐵物質(zhì)，因此價格相對低廉且來源多樣，因此生產(chǎn)成本較低。但是也有反應(yīng)不均勻性、產(chǎn)物顆粒大小不易控制等不足之處。

水熱法一般是在封閉的反應(yīng)器中，用可溶性亞鐵鹽、鋰鹽和磷酸為原料，水溶液為反應(yīng)介質(zhì)，在高溫高壓下加熱反應(yīng)器，使原料溶解和重結(jié)晶，合成磷酸鐵鋰。這種方法合成的產(chǎn)品的結(jié)晶形狀和顆粒大小容易控制，物理相位均勻，粉末尺寸小，流程簡易。但不足之處是需要耐高溫、高壓的設(shè)備，所以使得機械化生產(chǎn)難度大。