純堿分為輕質(zhì)純堿和重質(zhì)純堿,二者下游應(yīng)用領(lǐng)域也有所不同。重質(zhì)純堿下游行業(yè)以平板玻璃、光伏玻璃為主;而輕質(zhì)純堿下游主要涉及日用玻璃、無機(jī)鹽、洗滌劑、氧化鋁等行業(yè)。

碳酸鋰是一種無機(jī)化合物,化學(xué)式為Li2CO3。碳酸鋰可用于鋰化合物及搪瓷、玻璃制造等,高純級(jí)碳酸鋰主要應(yīng)用于制備高端鋰離子電池正極材料及電池級(jí)氟化鋰的制備。近幾年,由于新能源板塊的快速發(fā)展,鋰電池板塊成為市場(chǎng)青睞的朝陽行業(yè)之一,無論是傳統(tǒng)鋰電池如磷酸鐵鋰、錳酸鋰、鈷酸鋰、鈦酸鋰等,還是新型電池如石墨烯電池等都需要用到鋰元素。

碳酸鋰作為鋰電池正極材料的前驅(qū)體,其能量是鎳氫電池、鎳鉻電池的三倍,是鉛酸電池的兩倍。它作為鋰產(chǎn)業(yè)鏈中最重要的中間產(chǎn)品,合成工藝根據(jù)鋰原料分為礦石鋰、鹽湖鋰兩大類,而在這兩大類工藝中又分為多種制備方法,其中,硫酸法、蒸發(fā)沉淀法、溶劑萃取法、粉末吸附法等都需要消耗純堿。

據(jù)測(cè)算,每生產(chǎn)1噸碳酸鋰大概需要消耗2噸以上純堿。2016年我國碳酸鋰產(chǎn)量僅為5.34萬噸,2021年已提升至近20萬噸,對(duì)純堿年度需求量也從2016年的13.29萬噸提升至2021年的39.9萬噸(見圖1)。

圖1  2016—2020年碳酸鋰產(chǎn)量及純堿消耗量情況

資料來源:Wind、光大期貨研究所。

我國碳酸鋰行業(yè)產(chǎn)能及產(chǎn)量主要集中在青海、江西、四川,以上三地碳酸鋰產(chǎn)量及輕堿消耗量占比均達(dá)到90%以上。截至2020年,國內(nèi)碳酸鋰生產(chǎn)企業(yè)45家左右,其中南氏鋰電(江西)、贛鋒鋰業(yè)、天齊鋰業(yè)、雅化集團(tuán)、致遠(yuǎn)鋰業(yè)等產(chǎn)能較大,以上5家生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)能占碳酸鋰總產(chǎn)能的46.7%,產(chǎn)量占總產(chǎn)量的44.9%。

延伸閱讀

了解鋰電池

鋰元素的原子序數(shù)是3,故其在元素周期表中排序第三位,是最輕的金屬。因?yàn)殇嚨脑影霃椒浅Ｐ?所以相較于其他堿金屬,鋰具有壓縮性小、硬度大、熔點(diǎn)高等特點(diǎn)。

鋰在元素周期表中是排位第一的金屬元素,其單位質(zhì)量所攜帶的電荷在金屬里面最高,對(duì)應(yīng)的能量密度大,因此也就更適合作為電池材料。元素周期表中排名前兩位的氫元素和氦元素,是燃料成本巨大的惰性氣體,不適合承載能量,被電池材料行業(yè)拒之門外。通常,氫燃料的動(dòng)力系統(tǒng)成本約為鋰電動(dòng)力系統(tǒng)成本的近10倍,而一體化加氫站的成本更是達(dá)到鋰電充電站成本的200~300倍。

鋰元素在動(dòng)力電池方面具有極高的性價(jià)比,已經(jīng)成為當(dāng)前國內(nèi)外動(dòng)力電池中不可或缺的一部分。傳統(tǒng)的鋰電池如磷酸鐵鋰(LFP)、三元體系鎳鈷鋁(NCA)以及鎳鈷錳(NCM)、錳酸鋰(LMO)、鈷酸鋰(LCO)等都必須要用到鋰元素,而一些新型的石墨烯電池也需要依靠石墨烯對(duì)電極材料進(jìn)行改性,而該過程中鋰仍是必要元素。

鋰電池通常由鋰金屬或鋰合金作為負(fù)極材料,并使用非水液態(tài)有機(jī)電解質(zhì)溶液的電池,其主要分為鋰金屬電池和鋰離子電池。它的主要原料包括正極材料、負(fù)極材料、隔膜、電解液、銅箔、鋁箔等,而其下游應(yīng)用領(lǐng)域多用于電子消費(fèi)、新能源車的動(dòng)力電池和儲(chǔ)能領(lǐng)域(見圖2)。

圖2　鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)疽鈭D

資料來源:根據(jù)公開資料整理,由光大期貨研究所制圖。

目前,市場(chǎng)主流的鋰電池是鋰離子電池,主要是指以鋰離子嵌入化合物為正極材料電池的總稱,它的組成主要由其上游材料匯合而成,而碳酸鋰(或錳酸鋰、鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰等)通常作為鋰離子電池正極材料的前驅(qū)體。另外,以10~20μm的電解鋁箔或銅箔作為導(dǎo)電集流體,以特殊成型的高分子薄膜作為隔膜,以六氟磷酸鋰的碳酸酯類溶劑或凝膠狀電解液的聚合物作為有機(jī)電解液,再以活性物質(zhì)石墨或結(jié)構(gòu)類似石墨的碳為負(fù)極材料,加以電池外殼、蓋帽等部分,便形成了一個(gè)完整的鋰離子電池。

鋰離子電池的充電和放電過程,分別就是鋰離子在電池中的嵌入和脫嵌過程。在充電過程中,正極材料上生成的鋰離子,經(jīng)過電解液的移動(dòng)到負(fù)極。而到達(dá)負(fù)極的鋰離子就嵌入層狀結(jié)構(gòu)的碳層微孔中,嵌入的鋰離子數(shù)量越多,充電容量就越高。同樣,當(dāng)對(duì)電池進(jìn)行放電時(shí),嵌入負(fù)極碳層的鋰離子便脫出并運(yùn)動(dòng)返回正極。此時(shí),返回正極的鋰離子越多,則放電容量便越高。

鋰電子電池具有電壓高、能量大、循環(huán)壽命長、安全性能好、自放電小、快速充電等眾多優(yōu)點(diǎn)。同時(shí),鋰電子電池也具有衰老速度受限于使用次數(shù)和溫度、回收率偏高、過度充電/放電不耐受等缺點(diǎn)。