产业链概况
碳酸锂产业链概况
整个锂产业链相对比较长，上游原料端主要是矿产资源，包括锂辉石矿、锂云母矿及盐湖矿等，锂盐产品主要有氢氧化锂、碳酸锂及氯化锂，中间产品主要有正极材料与电解液及金属锂，正极材料分为三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂、锰酸锂等，电解液主要是六氟磷酸锂。终端应用方面，最主要的用途是在新能源汽车、电动车、3C 及数码电子及储能方面，总消费占比达到约 95%，其他还有少量用于润滑脂、催化剂、玻璃陶瓷，医药、一次电池等领域，锂产业链全景图如下图所示：
1. 上游原料端概述
全球锂资源储量丰富，根据美国地质调查局（USGS）数据，2021 年全球已探明的锂资源量达到 8900 万吨，折合 2200 万金属吨，1.12 亿吨 LCE。但分布非常不均，主要集中在南美、澳大利亚、中国等地。主要存在形式有盐湖卤水、锂辉石、锂云母等，从占比来看，卤水矿占比较大，全球占比达到 64%，中国锂资源中卤水矿占比达到 79%。
盐湖卤水型锂矿主要分布在南美锂三角地区和我国的青藏高原，高品位的锂辉石主要位于澳大利亚，锂云母集中在我国江西地区。
1.1. 锂辉石
锂辉石是最重要的锂矿物资源之一。锂辉石属单斜晶系晶体,常呈柱状、粒状或板状。颜色呈灰白、灰绿、翠绿、紫色或黄色等。玻璃光泽,条痕无色,硬度为 6.5~7,密度为3.03~3.22g/cm3。锂辉石主要产于富锂花岗伟晶岩中,共生矿物有石英、钠长石、微斜长石等。晶体在加热或被紫外线照射时会改变颜色,在阳光作用下也会失去光泽。焙烧至1000℃左右时迅速转变为β型锂辉石，并具热裂性质。我国锂辉石资源主要分布在四川、新疆、江西、湖南等地。
据中国有色金属报报道，2022 年，全球锂产量矿石来源中，锂辉石占比约 46%；国内锂盐产量占全球比例达 70%，按资源来源计算，国内锂产量来源中锂辉石占比约为 38%。
1.2. 锂云母
锂云母是一种层状铝硅酸盐矿物，化学式为 K(Li5Al)4O10(F,OH)2，呈短柱体、小薄片集合体或大板状晶体。常伴生 MgO、FeO、MnO、CaO、Na2O、Cs2O、Rb2O 和有害元素F（理论上为 4.89%），F 在 Li 的回收过程中通过形成 HF 或氟化物使锂的回收变得复杂。
锂云母主要分布在中国的江西、湖南，其中江西宜春储藏着世界最大的锂云母矿。目前，宜春已探明可利用氧化锂储量 250 万吨，按 0.188 氧化锂-碳酸锂折算系数，理论上可生产碳酸锂 1300 万 t 左右。
1.3. 盐湖
盐湖卤水型锂矿是锂资源的重要来源，据估算储量约占全球锂资源的 2/3，是未来锂工业开采的主导方向，近些年来，随着新能源发展，对锂资源需求飞速增长，卤水提取锂技术也在不断进步，盐湖卤水型锂产量在不断增加。卤水型锂矿主要有碳酸盐型、硫酸盐型和卤化物型，其中碳酸盐型与硫酸盐型是目前盐湖锂开发的主要类型，尤其是碳酸盐型盐湖镁锂比低，可直接从卤水中析出，是生产锂的最佳选择。
盐湖锂矿大都形成于新生代时期较为活跃的地质构造区域中，包括板块大陆边缘弧后盆地、碰撞带微裂谷和山间盆地、碰撞带山间槽地和盆地等地区。该类锂矿主要产于封闭的盆地，尤其是在干旱、多风的气候环境下，后经过构造活动、火山活动等地质作用，来自地层、热液等中的锂离子在适当的含水层中进行大量富集，后经过长时间的浓缩最终形成有开采价值的锂矿床。典型的盐湖型锂矿有玻利维亚的 Uyuni 盐湖、智利的 Salar de Atacama、阿根廷的 Cauchari-Olaroz、中国的察尔汗盐湖和扎布耶盐湖最为典型。
2. 锂盐产品介绍
锂盐主要产品有碳酸锂，氢氧化锂及氯化锂。根据原料锂存在状态的不同，提锂技术可分为矿石提锂和卤水提锂技术。目前，卤水提锂技术一般生产工业级碳酸锂，主要有沉淀法、溶剂萃取法和离子交换吸附法，其中碳酸盐沉淀法是目前较为成熟的方法，离子吸附法是工艺简单、回收率高，是目前最具发展前景的卤水提锂方法。矿石提锂技术一般用于高质量电池级碳酸锂与氢氧化锂，在所有提锂方法中，硫酸法使用最为广泛，但对设备腐蚀较为严重，而纯减压煮法同时解决了严重腐蚀设备和氯化锂气体难以收集等问题，发展前景较大。
2.1. 氢氧化锂
氢氧化锂简介：是一种重要的化工原料，早期主要用于化工原料、化学试剂、冶金、玻璃、陶瓷等行业，近些年随着锂电池快速发展，主要用作锂电池正极材料原料，用来生产三元高镍锂电池正极。
氢氧化锂性能：化学式为 LiOH，白色粒状晶体,相对密度为 1.46，熔点为 450℃，942℃分解。它溶于水，20℃时，100g 水中能溶解 12.8g；微溶于乙醇；在空气中极易吸收水及二氧化碳，碱性较强。
氢氧化锂生产：主要使用锂辉石进行生产，主要生产工艺有碳酸锂苛化法、硫酸锂苛化法、石灰石焙烧法、纯碱水热浸出法、电解法等。
碳酸锂苛化法是目前国外生产氢氧化锂的主流工艺之一，美国明尼阿波利斯工厂最早实现工业化应用。该法工艺成熟，具有生产流程短，能耗低，物料流通量小等优点，但对原料纯度要求较高，除杂工序繁琐，回收率偏低。
硫酸锂苛化法是将锂辉石精矿经 950 ~ 1100℃转型焙烧，250 ~ 300℃酸化焙烧处理后，中和浸取得到 8.5%硫酸锂浸出液。将其强制蒸发至浓度为 17%，根据浸取母液中锂含量加入对应理论量的烧碱溶液，冷冻至-10℃条件下析出芒硝，冷冻料浆经离心脱水后，经深度除杂再强制蒸发，制得单水氢氧化锂产品。是目前国内以锂辉石生产氢氧化锂最为成熟的生产工艺，我国的新疆锂盐厂、天齐锂业、赣锋锂业以及四川尼科国润等企业均已实现工业化生产。该法采用物理冷冻的方法实现芒硝与氢氧化锂的分离，具有流程短、工艺成熟可靠、综合效益高等优点，但也存在能耗高、产品质量难以达到优级标准等弊端。
石灰石焙烧法是将锂云母与石灰石按 1∶3 质量比混合细磨，然后送入回转窖在 850℃条件下焙烧 4 小时，通过浸取焙烧产物最终得到单水氢氧化锂产品。该法在上世纪美国的桑勃拉伊特工厂和圣安东尼奥工厂以及我国宜春锂云母矿的开采中就有生产应用,经过多年的发展,生产工艺已较为成熟，我国部分厂家使用此法进行生产。
氢氧化锂消费：早在 1990 年时，氢氧化锂主要用于润滑脂，用量占到高达 80%的份额，随后逐年下降，到 2016 年占比降到 30%。随新能源汽车需求的拉动，用量逐步上升，据 SMM 统计，目前用在锂电池领域的占比已达到 90%以上。
中国生产规模：随着新能源汽车产量快速增长，氢氧化锂产能产量保持高速增长，据百川统计数据，2022 年，中国氢氧化锂产能为 45.45 万吨，有效产能为 36.30 万吨，产量约 20.13 万吨。
2.2. 碳酸锂
碳酸锂作为基础原材料，广泛应用于电池、陶瓷，冶金、医药等行业。碳酸锂的产品等级一般分为工业级与电池级，当前市场需求量最大的是电池级碳酸锂，主要作为生产锂离子电池正极材料，主要正极材料有钴酸锂电池、磷酸铁锂电池，以及三元电池等，电池级碳酸锂主要由工业级碳酸锂提纯制备得到。工业级碳酸锂的生产方法则是从锂辉石等矿石或者卤水中提取，锂辉石矿石提锂的主要方法有硫酸法、硫酸盐法、纯碱压煮法、石灰石烧结法、氯化焙烧法等。卤水提锂的方法主要有煅烧法、膜法、树脂吸附法、太阳池浓缩法等。
2.3. 氯化锂
氯化锂是一种无机物，其分子式为 LiCl，分子量为 42.39。是为白色的晶体，具有潮解性。味咸，易溶于水，乙醇、丙酮、吡啶等有机溶剂。属于低毒类，但对眼睛和粘膜具有强烈的刺激和腐蚀作用。氯化锂主要用于空气调节领域，用作助焊剂、干燥剂、化学试剂，并用于制焰火、干电池和金属锂等。
对于氯化锂生产，工业上主要由锂云母、锂辉石以及提取 NaCl、KCl 后的盐卤水中提取。通常使用的是由 Li2CO3或 LiOH 与盐酸作用制得。一些试剂厂生产的无水 LiCl 往往是在蒸发 LiCl 水溶液至 100-110℃时热滤而得的块状体，其含水量在 3%-5%。
氯化锂是制取金属锂的原料。电解制取金属时的助熔剂（如钛和铝的生产），用作铝的焊接剂、空调除湿剂以及特种水泥原料，还用于火焰，在电池行业中用于生产锂锰电池电解液等。无水 LiCl 主要用于电解制备金属锂、铝的焊剂和钎剂及非冷冻型空调机中的吸湿（脱湿）剂。
3. 中间产品介绍
以锂盐为原料，下游中间产品主要有电极材料、电解液及金属锂，其中电极材料主要有三元材料、磷酸铁锂、钴酸锂及锰酸锂，电解液主要是六氟磷酸锂。
3.1. 正极材料
锂电池常见的正极材料主要包括： 钴酸锂（LCO）、锰酸锂（LMO）、磷酸铁锂（LFP）、三元材料（NCM/NCA）等。根据 EVTank 发布的数据，2022 年，中国锂电池正极材料出货量为 194.7 万吨，同比大幅增长 77.97%。其中磷酸铁锂正极材料出货量 114.2 万吨，同比增长 150.99%，在整个正极材料中的市场份额已经上升到58.65%；三元材料总体出货量为 65.8 万吨，同比增长 55.92%。
3.1.1 钴酸锂
化学式为 LiCoO2，是一种无机化合物，其外观呈灰黑色粉末，吸入和皮肤触摸会导致过敏。钴酸锂的制备方法其步骤包括：1）将碳酸锂、四氧化三钴、二氧化锆等均匀混合；2）用压钵机将上述混合料进行压实，压实密度 0.8～2.0 克/立方厘米，再将压实混合料装入匣钵；3）将窑炉通电并调节窑炉高温区温度至 900℃后，将装钵后的上述匣钵摞好放在外推板架的推板上，进行一次烧结 16～22 小时；4）对一次烧结后的所述压实混合料进行粉碎，产出料粒度为 D50＝3～15 微米。
3.1.2 锰酸锂
LMO 的产业化生产主要基于高温固相法，技术上已经非常成熟了，主要包括混料、预烧、粉碎分级、多次烧结、粉碎过筛这几个主要步骤。高端动力型 LMO 生产的核心技术在于氧化锰前驱体的生产以及烧结工艺。
3.1.3 磷酸铁锂
磷酸铁锂（LiFePO4）相对原料源丰富，且具有性价比高、污染小、热稳定性好等优势。目前主要生产方法有高温固相法、碳热还原法及水热法等。
高温固相法工艺流程较为简单，但是混料时间长，制得的产品粒径不易控制且分布不均匀、形状不规则，还可能存在部分烧结现象。
碳热还原法是将原料磷酸二氢锂、氧化铁和碳粉按照摩尔比充分混合均匀，然后在在氮气气氛下的箱型烧 结炉中先烧结一些时间，然后自然冷却至适当温度得到产物。这种方法主要优势是操作简便，且容易实现工业化。铁源多属三价铁物质，因此价格相对低廉且来源多样，因此生产成本较低。但是也有反应不均匀性、产物颗粒大小不易控制等不足之处。
水热法一般是在封闭的反应器中，用可溶性亚铁盐、锂盐和磷酸为原料，水溶液为反应介质，在高温高压下加热反应器，使原料溶解和重结晶，合成磷酸铁锂。这种方法合成的产品的结晶形状和颗粒大小容易控制，物理相位均匀，粉末尺寸小，流程简易。但不足之处是需要耐高温、高压的设备，所以使得机械化生产难度大。
