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報(bào)告出品/作者：華泰期貨、陳思捷、師橙、付志文 以下為報(bào)告原文節(jié)選 ------ 產(chǎn)業(yè)鏈概況 碳酸鋰產(chǎn)業(yè)鏈概況 整個(gè)鋰產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)比較長(zhǎng)，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(chē)、電動(dòng)車(chē)、3C 及數(shù)碼電子及儲(chǔ)能方面，總消費(fèi)占比達(dá)到約 95%，其他還有少量用于潤(rùn)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(chǔ)量豐富，根據(jù)美國(guó)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(dá)到 8900 萬(wàn)噸，折合 2200 萬(wàn)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(guó)等地。主要存在形式有鹽湖鹵水、鋰輝石、鋰云母等，從占比來(lái)看，鹵水礦占比較大，全球占比達(dá)到 64%，中國(guó)鋰資源中鹵水礦占比達(dá)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(guó)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(guó)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(wú)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(zhǎng)石、微斜長(zhǎng)石等。晶體在加熱或被紫外線照射時(shí)會(huì)改變顏色,在陽(yáng)光作用下也會(huì)失去光澤。焙燒至1000℃左右時(shí)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)棣滦弯囕x石，并具熱裂性質(zhì)。我國(guó)鋰輝石資源主要分布在四川、新疆、江西、湖南等地。 據(jù)中國(guó)有色金屬報(bào)報(bào)道，2022 年，全球鋰產(chǎn)量礦石來(lái)源中，鋰輝石占比約 46%；國(guó)內(nèi)鋰鹽產(chǎn)量占全球比例達(dá) 70%，按資源來(lái)源計(jì)算，國(guó)內(nèi)鋰產(chǎn)量來(lái)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(guò)程中通過(guò)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(guó)的江西、湖南，其中江西宜春儲(chǔ)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(chǔ)量 250 萬(wàn)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(wàn) t 左右。 1.3. 鹽湖 鹽湖鹵水型鋰礦是鋰資源的重要來(lái)源，據(jù)估算儲(chǔ)量約占全球鋰資源的 2/3，是未來(lái)鋰工業(yè)開(kāi)采的主導(dǎo)方向，近些年來(lái)，隨著新能源發(fā)展，對(duì)鋰資源需求飛速增長(zhǎng)，鹵水提取鋰技術(shù)也在不斷進(jìn)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(kāi)發(fā)的主要類(lèi)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(shí)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(lèi)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(guò)構(gòu)造活動(dòng)、火山活動(dòng)等地質(zhì)作用，來(lái)自地層、熱液等中的鋰離子在適當(dāng)?shù)暮畬又羞M(jìn)行大量富集，后經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的濃縮最終形成有開(kāi)采價(jià)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(guó)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(jí)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(jiǎn)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(jí)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(duì)設(shè)備腐蝕較為嚴(yán)重，而純減壓煮法同時(shí)解決了嚴(yán)重腐蝕設(shè)備和氯化鋰氣體難以收集等問(wèn)題，發(fā)展前景較大。 2.1. 氫氧化鋰 氫氧化鋰簡(jiǎn)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(lái)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(duì)密度為 1.46，熔點(diǎn)為 450℃，942℃分解。它溶于水，20℃時(shí)，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(qiáng)。 氫氧化鋰生產(chǎn)：主要使用鋰輝石進(jìn)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。 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(qiáng)制蒸發(fā)至濃度為 17%，根據(jù)浸取母液中鋰含量加入對(duì)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?gòu)?qiáng)制蒸發(fā)，制得單水氫氧化鋰產(chǎn)品。是目前國(guó)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(guó)的新疆鋰鹽廠、天齊鋰業(yè)、贛鋒鋰業(yè)以及四川尼科國(guó)潤(rùn)等企業(yè)均已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。該法采用物理冷凍的方法實(shí)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(diǎn)，但也存在能耗高、產(chǎn)品質(zhì)量難以達(dá)到優(yōu)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)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(xì)磨，然后送入回轉(zhuǎn)窖在 850℃條件下焙燒 4 小時(shí)，通過(guò)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(jì)美國(guó)的桑勃拉伊特工廠和圣安東尼奧工廠以及我國(guó)宜春鋰云母礦的開(kāi)采中就有生產(chǎn)應(yīng)用,經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,生產(chǎn)工藝已較為成熟，我國(guó)部分廠家使用此法進(jìn)行生產(chǎn)。
氫氧化鋰消費(fèi)：早在 1990 年時(shí)，氫氧化鋰主要用于潤(rùn)滑脂，用量占到高達(dá) 80%的份額，隨后逐年下降，到 2016 年占比降到 30%。隨新能源汽車(chē)需求的拉動(dòng)，用量逐步上升，據(jù) SMM 統(tǒng)計(jì)，目前用在鋰電池領(lǐng)域的占比已達(dá)到 90%以上。 中國(guó)生產(chǎn)規(guī)模：隨著新能源汽車(chē)產(chǎn)量快速增長(zhǎng)，氫氧化鋰產(chǎn)能產(chǎn)量保持高速增長(zhǎng)，據(jù)百川統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2022 年，中國(guó)氫氧化鋰產(chǎn)能為 45.45 萬(wàn)噸，有效產(chǎn)能為 36.30 萬(wàn)噸，產(chǎn)量約 20.13 萬(wàn)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(jí)一般分為工業(yè)級(jí)與電池級(jí)，當(dāng)前市場(chǎng)需求量最大的是電池級(jí)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(jí)碳酸鋰主要由工業(yè)級(jí)碳酸鋰提純制備得到。工業(yè)級(jí)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(shù)脂吸附法、太陽(yáng)池濃縮法等。
2.3. 氯化鋰 氯化鋰是一種無(wú)機(jī)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(jī)溶劑。屬于低毒類(lèi)，但對(duì)眼睛和粘膜具有強(qiáng)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(duì)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(wú)水 LiCl 往往是在蒸發(fā) LiCl 水溶液至 100-110℃時(shí)熱濾而得的塊狀體，其含水量在 3%-5%。 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(jiàn)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(guó)鋰電池正極材料出貨量為 194.7 萬(wàn)噸，同比大幅增長(zhǎng) 77.97%。其中磷酸鐵鋰正極材料出貨量 114.2 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 150.99%，在整個(gè)正極材料中的市場(chǎng)份額已經(jīng)上升到58.65%；三元材料總體出貨量為 65.8 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) 55.92%。 3.1.1 鈷酸鋰 化學(xué)式為 LiCoO2，是一種無(wú)機(jī)化合物，其外觀呈灰黑色粉末，吸入和皮膚觸摸會(huì)導(dǎo)致過(guò)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(jī)將上述混合料進(jìn)行壓實(shí)，壓實(shí)密度 0.8～2.0 克/立方厘米，再將壓實(shí)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(jìn)行一次燒結(jié) 16～22 小時(shí)；4）對(duì)一次燒結(jié)后的所述壓實(shí)混合料進(jìn)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(jí)、多次燒結(jié)、粉碎過(guò)篩這幾個(gè)主要步驟。高端動(dòng)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(duì)原料源豐富，且具有性價(jià)比高、污染小、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。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(jiǎn)單，但是混料時(shí)間長(zhǎng)，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?dú)鈿夥障碌南湫蜔?結(jié)爐中先燒結(jié)一些時(shí)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(shì)是操作簡(jiǎn)便，且容易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。鐵源多屬三價(jià)鐵物質(zhì)，因此價(jià)格相對(duì)低廉且來(lái)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(jiǎn)易。但不足之處是需要耐高溫、高壓的設(shè)備，所以使得機(jī)械化生產(chǎn)難度大。
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