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

碳酸鋰是一種無機化合物,化學式為Li2CO3。碳酸鋰可用于鋰化合物及搪瓷、玻璃制造等,高純級碳酸鋰主要應用于制備高端鋰離子電池正極材料及電池級氟化鋰的制備。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。它作為鋰產業(yè)鏈中最重要的中間產品,合成工藝根據鋰原料分為礦石鋰、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。

據測算,每生產1噸碳酸鋰大概需要消耗2噸以上純堿。2016年我國碳酸鋰產量僅為5.34萬噸,2021年已提升至近20萬噸,對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)產能及產量主要集中在青海、江西、四川,以上三地碳酸鋰產量及輕堿消耗量占比均達到90%以上。截至2020年,國內碳酸鋰生產企業(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、致遠鋰業(yè)等產能較大,以上5家生產企業(yè)的產能占碳酸鋰總產能的46.7%,產量占總產量的44.9%。

延伸閱讀

了解鋰電池

鋰元素的原子序數是3,故其在元素周期表中排序第三位,是最輕的金屬。因為鋰的原子半徑非常小,所以相較于其他堿金屬,鋰具有壓縮性小、硬度大、熔點高等特點。

鋰在元素周期表中是排位第一的金屬元素,其單位質量所攜帶的電荷在金屬里面最高,對應的能量密度大,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,氫燃料的動力系統(tǒng)成本約為鋰電動力系統(tǒng)成本的近10倍,而一體化加氫站的成本更是達到鋰電充電站成本的200~300倍。

鋰元素在動力電池方面具有極高的性價比,已經成為當前國內外動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電極材料進行改性,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極材料,并使用非水液態(tài)有機電解質溶液的電池,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、負極材料、隔膜、電解液、銅箔、鋁箔等,而其下游應用領域多用于電子消費、新能源車的動力電池和儲能領域(見圖2)。

圖2　鋰電池產業(yè)鏈示意圖

資料來源:根據公開資料整理,由光大期貨研究所制圖。

目前,市場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體。另外,以10~20μm的電解鋁箔或銅箔作為導電集流體,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電解液,再以活性物質石墨或結構類似石墨的碳為負極材料,加以電池外殼、蓋帽等部分,便形成了一個完整的鋰離子電池。

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,經過電解液的移動到負極。而到達負極的鋰離子就嵌入層狀結構的碳層微孔中,嵌入的鋰離子數量越多,充電容量就越高。同樣,當對電池進行放電時,嵌入負極碳層的鋰離子便脫出并運動返回正極。此時,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。同時,鋰電子電池也具有衰老速度受限于使用次數和溫度、回收率偏高、過度充電/放電不耐受等缺點。