伴隨著宇宙大爆炸的一團火光,鋰元素先期來到了這個宇宙。然而,鋰元素走進科學家的視野卻還是近200年的事情。這期間,鋰元素曾有過幾次小試牛刀的興奮,而與電池的結緣使其完成了從「小眾」到「大眾」的華麗轉身。在當今社會,鋰電池可謂是無處不在,手機,平板電腦,電動汽車等,但對於鋰和鋰電池你又知道多少呢?
鋰(Li)是一種銀白色的金屬元素,質軟,是密度最小的金屬(0.53g/cm3)。用於原子反應堆、制輕合金及電池等。鋰和它的化合物並不像其他的鹼金屬那麼典型,因為鋰的電荷密度很大並且有穩定的氦型雙電子層,使得鋰容易極化其他的分子或離子,自己本身卻不容易受到極化。這一點就影響到它和它的化合物的穩定性。 在自然界中,主要以鋰輝石、鋰雲母及磷鋁石礦的形式存在。已知含鋰的礦物有150多種,其中主要有鋰輝石、鋰雲母、透鋰長石等。海水中鋰的含量不算少,總儲量達2600億噸,可惜濃度太小,提煉實在困難。
鋰元素介紹
鋰的密度小於水
我國鋰礦資源豐富,主要集中在西藏、青海、四川和江西4省(區),在湖南、新疆、河南、福建、陝西等5個省(自治區)亦有產出。鋰礦床類型以硬巖型為主,鹽湖鋰礦雖然儲量巨大,但開發利用技術尚待發展。硬巖型鋰礦又以偉晶巖型為主,集中分布在新疆阿爾泰和川西甲基卡等礦集區。
鋰礦床按成因類型可分為內生和外生兩大類,內生型分為花崗偉晶巖型、花崗巖型、雲英巖型和巖漿熱液型;外生型包括鹽湖型和地下滷水型和巖漿熱液型。我國的鋰礦資源主要集中於花崗巖型、花崗偉晶巖型和鹽湖型中,其他類型鋰礦床的規模較小。
鋰輝石礦石
鋰輝石
逆襲的寶石級鋰輝石
中國鋰礦分布圖
鋰廣泛應用於電池、陶瓷、玻璃、潤滑劑、製冷液、核工業以及光電等行業。隨著電腦、數位相機、手機、移動電動工具等電子產品的不斷發展,電池行業已經成為鋰最大的消費領域。此外,碳酸鋰是陶瓷產業減能耗、環保的有效途徑之一,對鋰的需求量也將會提高。與此同時,鋰在玻璃中的各種新作用也在不斷被發現,玻璃行業對鋰的需求仍將保持增長。因而,玻璃和陶瓷行業成為了鋰的第二大消費領域。
電池行業:因為鋰的原子量很小,所以用鋰作陽極的電池具有很高的能量密度。此外,鋰電池還具有質量輕、體積小、壽命長、性能好、無汙染等優點,因而倍受青睞。近年來,鋰在電池領域的應用增長最快,已經從1997年的7%上升到2013年的35%,電池領域已經成為全球鋰的最大消費領域。現在,鋰電池已經被廣泛應用到筆記本電腦、手機、數位相機、小型電子器材、航天、機電以及軍事通訊等領域。隨著電動汽車技術的不斷成熟,鋰電池也將被廣泛應用到汽車行業。
玻璃行業:鋰精礦或鋰化物在製造玻璃時有較大的助熔作用,添加到玻璃配料中能夠降低玻璃熔化時的溫度和熔體的粘度,簡化生產流程,降低能耗,延長爐齡,增加產量,改善操作條件,減少汙染。此外,在玻璃中添加鋰化合物還能降低玻璃熱膨脹的係數,改善玻璃的密度和光潔度,提高製品的強度、延性、耐蝕性及耐熱急變性能。現在含鋰的玻璃被廣泛用到化學、電子學、光學和現代科學技術部門,甚至也用在日常生活用品中。
陶瓷行業:陶瓷中加入少量鋰輝石可降低燒結溫度,縮短燒結時間,改善陶瓷的流動性和粘著力,提高陶瓷的強度和折射率,增強陶瓷的耐熱、耐酸、耐鹼、耐磨以及耐熱急變性能。現在,利用鋰輝石製成的鋰輝石質低熱膨脹陶瓷及低熱膨脹釉料被廣泛應用到微波爐內的託盤、電磁灶面板、汽輪機葉片、火花塞、低熱膨脹係數泡沫陶瓷以及輕質陶瓷等中。
潤滑脂行業:鋰基潤滑脂與鉀、鈉、鈣基類的潤滑脂相比,具有抗氧、耐壓、潤滑性能好的優點,特別是鋰基潤滑脂的工作度寬,抗水性能好,在-60℃~300℃下幾乎不改變潤滑脂的粘性,即使水量很少時,也仍能保持良好的穩定性,因而被應用到飛機、坦克、火車、汽車、治金、石油化工、無線電探測等設備上。
金屬鋰具有熱容大、液相溫度範圍寬、熱導率高、粘度低和密度小等性質,在核聚變或核裂變反應堆中用作冷卻劑。
溴化鋰是一種高效水蒸氣吸收劑和空氣溼度調節劑,被廣泛用於空調、除溼、製冷和空氣淨化系統。
鋰及其化合物具有燃燒度高、速度快、火焰寬、發熱量大等特點,常當作高能燃料用於火箭、飛機或潛艇上。
鋰還能製造「鋰鹽肥料」,防治西紅柿腐爛和小麥鏽穗病。
鋁電解槽中添加鋰鹽能夠提高融鹽流動性,降低電解度,節約電能效果顯著。
正丁基鋰還用作合成苯乙烯、丁二烯醇的引發劑,廣泛應用於耐高溫和低溫的橡膠密封材料和橡膠輪胎,其中橡膠輪胎加入丁基鋰可使其壽命提高四倍以上。
鋰電池上遊:
鋰電池上遊為原材料資源的開採、加工,主要有鋰資源、鈷資源和石墨。
一輛電動車的三種原料消費量:45千克碳酸鋰、11千克鈷、50千克石墨。我們以特斯拉ModelS為例,測算了電動車中三種主要金屬元素的含量。同時按電動車年銷量增長100萬輛為基準,做原材料的消費增量敏感性分析,可得出碳酸鋰消費增量4.5萬噸,現消費量14萬噸/年;鈷消費增量1.1萬噸,現消費量8萬噸/年;石墨消費增量5萬噸,現消費量巨大但無準確數字。 全球鋰資源儲量約為1300萬噸,年開採量為3.5萬噸,預計可開採371年。 電動汽車中,鋰電成本佔比最大,接近一半,而鋰電成本中,又以正極材料的價值量佔比最大。
鋰電池上遊重點企業:
天齊鋰業(002466):中國最大的電池級碳酸鋰供應商,全球最大的礦石提鋰企業;
贛鋒鋰業(002460):國內鋰系列產品品種最齊全、產品加工鏈最長、工藝技術最全面的生產商;
鹽湖股份(000792):公司所在的察爾汗鹽湖總面積為5856平方公裡,是一個以鉀鹽為主,伴生有鎂,鈉,鋰,硼,碘等多種礦產的大型內陸綜合性鹽湖,整個鹽湖的開採價值超過12萬億。察爾汗鹽湖是我國最大的可溶性鉀鎂鹽礦床,各種鹽的總儲量達600多億噸,其中氯化鎂儲量16.5億噸,氯化鋰儲量824.6萬噸,均佔全國首位,氯化鈉儲量462.2億噸,可供全世界人口食用兩千年。
西藏礦業(000762):鋰資源龍頭扎布耶鹽湖蘊藏的鋰,鉀,銫等礦產是全球為數不多的超百萬噸級鹽湖之一(控股50.72%股權子公司扎布耶鋰業擁有20年開採權)。就礦床的礦石品位而言,鋰,銫居世界鹽湖第二位,鉀位居全國鹽湖之首,據地勘工作結果顯示,扎布耶鹽湖碳酸鋰含量初步探明130萬噸左右,鉀3590萬噸。
五礦資本(600390):子公司長遠鋰科專業生產鈷酸鋰,是特斯拉電池原料直接供應商。
鋰電池中遊:
(1)正極材料
鈷酸鋰、鎳鈷錳酸鋰、錳酸鋰、磷酸鐵鋰、鎳鈷鋁酸鋰。
(2)負極材料
全球負極材料總出貨量中天然石墨佔比55%,人造石墨佔比35%,中間相炭微球佔比7.4%,鈦酸鋰、鋅、矽合計佔比約1%。綜合而看石墨類負極材料佔總出貨量的90%。
正極材料及負極材料主要上市企業:
中信國安(000839):是目前國內最大的鋰電池正極材料鈷酸鋰和錳酸鋰的生產廠家;
中國寶安(000009):擁有全球第一的致力於鋰離子二次電池用的負極材料及納米材料應用的深圳貝特瑞;
杉杉股份(600884):鋰電池負極材料產能1200噸、電解液產銷量國內第二、鋰電池正極材料產能5000噸、鈷酸鋰年產能4000噸、錳酸鋰500噸;
當升科技(300073):公司生產鈷酸鋰、多元材料、錳酸鋰以及其他鋰電正極材料,產銷規模國內第一。
格林美(002340):電池材料(四氧化三鈷、三元材料等)佔其收入的30%左右。
電解液 鋰電池電解液,是鋰離子電池中是作為帶動鋰離子流動的載體,對鋰電池的運行和安全性具有舉足輕重的作用。鋰離子電池的工作原理也就是其充放電的過程,就是鋰離子在正負極之間的穿梭,而電解液正是鋰離子流動的介質。
隔膜 隔膜的主要作用是把電池的正負極分隔開,防止兩極接觸而短路,此外還有使電解質離子通過的功能。
隔膜、電解液上市公司:
滄州明珠(002108):鋰電池隔膜總產能將達到3000萬平米/年。
佛塑科技(000973):鋰電隔膜溼法龍頭,產能將超過1億平方米/年。 大東南:生產耐高溫超薄電容膜、鋰電池隔膜和太陽能電池背膜。
江蘇國泰(002091):鋰電池電解液產能國內第一。
新宙邦(300037):鋰電池電解液市場佔有率排名國內前三。
天賜材料(002709):天賜材料擁有電解液和電解液核心原材料六氟磷酸鋰一體化生產優勢以及技術服務優勢,在逐步興起的三元電解液方面也表現出色。
多氟多(002407):六氟磷酸鋰處於龍頭地位。
鋰電池下遊:
鋰電池:比亞迪(002594)、國軒高科(002074)、德賽電池(000049)、TCL集團(000100)、凱恩股份(002012)、南都電源(300068)
電機:寧波韻升(600366)、信質電機(002664)、大洋電機(002249)、江特電機(002176)。
電控:德賽電池(000049)、欣旺達(300207)、動力源(600405)、匯川技術(300124)。
電容器:江海股份(002484)、法拉電子(600563)、南洋科技(002389)。
整車:中通客車(000957)、比亞迪(002594)、江淮汽車(600418)、宇通客車(600066)和福田汽車(600166)、金龍汽車
汽車配件:均勝電子(600699)、萬向錢潮(000559)、富奧股份(000030)
(7)充電站:特銳德、萬馬股份、國電南瑞(600406)、許繼電器、奧特迅、動力源、上海普天(600680)。