“你不能錯(cuò)過這個(gè)機(jī)會(huì)，這就像是一張印鈔許可證?！?/p>

這是馬斯克在2022年特斯拉財(cái)報(bào)會(huì)上呼吁全球更多企業(yè)進(jìn)入鋰精煉行業(yè)所言，而在日前的股東大會(huì)上，特斯拉也是又一次提到了鋰精煉的重要性。

現(xiàn)在，鋰是決定動(dòng)力電池成本的核心原料，也是決定電動(dòng)汽車成本的原材料之一，而這兩年電池級(jí)碳酸鋰/氫氧化鋰的價(jià)格也是居高不下，就在前兩天，電池級(jí)碳酸鋰的價(jià)格又沖上了30萬元/噸，可見要想更好地控制電動(dòng)汽車的成本，上游的鋰產(chǎn)業(yè)也不可忽視。

(資料圖片僅供參考)

不過，馬斯克也不止一次地說過，鋰礦原材料并不是多么稀缺，缺的是更多企業(yè)來參與鋰精煉，用更先進(jìn)的技術(shù)來提高鋰精煉的效率，降低成本。

呼吁了半天，馬斯克也擼起袖子自己開鋰精煉廠了，前不久，馬斯克就為得州的鋰精煉廠舉行了破土動(dòng)工儀式。而且在儀式上，馬斯克不止一次地強(qiáng)調(diào)了自家使用的鋰精煉技術(shù)是一種不同于傳統(tǒng)鋰精煉的技術(shù)路徑，既環(huán)保又高效成本還低，甚至直言“你可以住在這個(gè)廠里，也不會(huì)受到任何影響”。

^{▲馬斯克在鋰精煉廠破土動(dòng)工儀式上（圖源特斯拉中國）}

馬斯克所提到的跟現(xiàn)在的主流做法有很大不同，而對(duì)于自家的鋰精煉技術(shù)，特斯拉電池原材料和回收負(fù)責(zé)人特納在奠基儀式上做了簡(jiǎn)要的講述，特斯拉的鋰精煉技術(shù)將使能源消耗減少20%，消耗的化學(xué)藥劑成本會(huì)低60%，所以總成本也會(huì)低30%，同時(shí)精煉過程所產(chǎn)生的副產(chǎn)品也是無害的。

按照特斯拉的說法，這么好的技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的呢？為何之前沒有其他公司采用？又怎么保證副產(chǎn)品無害？最后又如何實(shí)現(xiàn)特納所說的低成本？對(duì)于此項(xiàng)技術(shù)，特斯拉也只是在不斷強(qiáng)調(diào)不會(huì)使用強(qiáng)酸，產(chǎn)生的副產(chǎn)品無害，整個(gè)工藝過程也會(huì)更加精簡(jiǎn)，但基于底層邏輯，還是得通過化學(xué)反應(yīng)將鋰置換出來。

雖然特斯拉沒有透露更多的細(xì)節(jié)，我們還是通過特斯拉2021年的一項(xiàng)專利找到了蛛絲馬跡，發(fā)現(xiàn)特斯拉確實(shí)沒有按常理出牌。

01.特斯拉擺脫強(qiáng)酸提鋰的秘密

雖然特斯拉鋰精煉廠破土動(dòng)工儀式是近期才開始的，但是特斯拉在鋰精煉的相關(guān)布局或許可以追溯到2018年。在2020年12月29日，特斯拉提交了名為“從粘土礦物中選擇性提取鋰”的專利申請(qǐng)，并且，該專利已于2021年7月8日公布。

▲特斯拉“從粘土礦物中選擇性提取鋰”專利部分截圖

值得注意的是，鹽、水、粘土和高能研磨發(fā)生的特定順序?qū)︿嚨奶崛⌒视绊懖粫?huì)很大，以氯化鈉作為陽離子源為例，平均來看，在高能研磨前加入氯化鈉比在高能研磨中加入時(shí)要高，約7%。不過，從圖中也可以看出，研磨時(shí)間對(duì)鋰的提取效率影響很大，當(dāng)研磨時(shí)間達(dá)到2-3個(gè)小時(shí)，鋰提取效率最好。

^{▲陽離子源在高能研磨前/后鋰提取效率對(duì)比}

所以，總的來說，特斯拉利用球磨機(jī)可以用物理的方式使得粘土的顆粒變小變形，晶體結(jié)構(gòu)相對(duì)完整，所驅(qū)動(dòng)的結(jié)構(gòu)變化允許鹽水溶液作用于粘土晶體中的鋰，并通過陽離子交換選擇性地提取鋰離子。

同時(shí)，特斯拉在專利中還表示“所述粘土材料還包含一種或多種另外的礦物，所述另外的礦物選自鋰輝石、鋰云母、鐵鋰云母、蒙皂石、鋰蒙脫石、白云母及其組合”，也就是說，雖然是以粘土礦來研究的，但是這項(xiàng)專利也可以用于含鋰的其他礦物，如鋰輝石等。

02.不同提取方案對(duì)比測(cè)試

除了給出使用球磨機(jī)的技術(shù)方案外，特斯拉還在專利中對(duì)比了“非選擇性硫酸浸出”、“選擇性提取”、“選擇性浸出”的提取效率。

^{▲三種鋰提取效率}

在“非選擇性硫酸浸出”方法中，將37 .5g粘土材料與112.5g硫酸（濃硫酸，196g/L）混合以形成150g漿料，該漿料于65℃浸出2小時(shí)以通過非選擇性浸出而形成浸出溶液。最后鋰提取效率大約為85%，但同時(shí)析出了大量的鋁、鈣、鎂和鐵等陽離子，這些都需要后續(xù)工藝去除。

^{▲非選擇性硫酸浸出}

同時(shí)，粘土礦與硫酸配比為1：3，又根據(jù)最后的鋰提取率為85%，而粘土礦中鋰含量為0.13%-0.16%，粗略計(jì)算，提取1g鋰大約需要消耗2474g硫酸，可見成本之大。在“選擇性提取”方法中，將40g粘土材料和4gNaCl添加到PM100行星球磨機(jī)中并于500rpm下碾磨2小時(shí)以形成選擇性提取產(chǎn)物，此時(shí)大約會(huì)有百分之五十的鋰被釋放出來，但雜質(zhì)已經(jīng)大量減少了。

▲選擇性提取

在“選擇性浸出”方法中，將33g來自“選擇性提取”方法的碾磨混合物（即30g粘土材料和3g NaCl）添加到117g水中以形成漿料，并在65℃下浸出2小時(shí)以通過選擇性浸出過程而形成浸出溶液，此時(shí)鋰提取效率大約為70%，且雜質(zhì)會(huì)變得更少。

▲選擇性浸出

可以看出，“選擇性浸出”比“選擇性提取”多了“水浸”這一步，或許當(dāng)“水浸”的溫度達(dá)到某個(gè)數(shù)值能夠增加提取效率。不過，該專利僅涵蓋生產(chǎn)電池級(jí)氫氧化鋰或碳酸鋰的前幾個(gè)步驟，隨著浸出液的純化，鋰從浸出液中分離出來，再轉(zhuǎn)化為氫氧化鋰或碳酸鋰，最后的鋰提取效率將會(huì)低于70%。

03.為什么鋰對(duì)特斯拉這么重要？

特斯拉在鋰精煉廠破土動(dòng)工的當(dāng)天表示其鋰精煉廠預(yù)計(jì)在2025年可以全面投入使用，到時(shí)候布局了這么久的結(jié)果如何就能見分曉了。那為什么特斯拉要這么費(fèi)力地自己入局鋰精煉呢？畢竟現(xiàn)在鋰精煉也算是相當(dāng)成熟了，特斯拉的手甚至也伸向了更加上游的鋰礦開采，比如收購加拿大的上市鋰礦企業(yè)西格瑪鋰業(yè)公司。

直接原因無非就是現(xiàn)在電池級(jí)碳酸鋰和氫氧化鋰的價(jià)格波動(dòng)很大，從2022年年初開始，電池級(jí)碳酸鋰價(jià)格約為28萬元/噸，3月份又上升至50萬元/噸，在11月一度突破60萬元/噸，之后又從2022年年底55萬元/噸一路降至今年4月份的18萬元/噸，可見電池級(jí)碳酸鋰的價(jià)格波動(dòng)之大。

▲2022-2023.5電池級(jí)碳酸鋰走勢(shì)（數(shù)據(jù)來源：SMM）

而透過表面的碳酸鋰價(jià)格波動(dòng)，特斯拉入局鋰精煉產(chǎn)業(yè)的深層邏輯有三點(diǎn)。一是特斯拉想盡可能地保證電池的質(zhì)量和安全性，馬斯克對(duì)自家的技術(shù)還是比較自信。二是節(jié)省成本，提高利潤。馬斯克一直在說特斯拉要實(shí)現(xiàn)年銷2000萬輛的目標(biāo)，相應(yīng)的電池需求量將會(huì)巨大的，所以，對(duì)于特斯拉來說，自建鋰精煉廠更加劃算。三是保障可用的鋰供應(yīng)，讓特斯拉對(duì)供應(yīng)鏈有更多的控制權(quán)，可以靈活地接受原料，包括工業(yè)廢棄物和電池等，形成良性循環(huán)。

這將增加特斯拉的垂直整合能力，減少外部依賴，將生產(chǎn)鏈和成本都牢牢地把握在自己的手里。除此之外，拜登政府在2022年8月出臺(tái)的《通脹削減法案》也是促使特斯拉選擇自建鋰精煉廠的原因之一。法案中規(guī)定，在美國生產(chǎn)的電動(dòng)汽車要想拿到所有的稅收減免，其電池生產(chǎn)的核心原材料必須來自美國本土。具體來說，從2023年開始，電池中的核心礦物至少有40%來自美國；2026年以后，占比至少要達(dá)到80%。所以，特斯拉作為美國最大的電動(dòng)汽車企業(yè)，自然要在上游產(chǎn)業(yè)上提前布局。

04.國內(nèi)鋰礦雙雄占據(jù)全球半數(shù)產(chǎn)能

在鋰礦精煉這個(gè)行業(yè)內(nèi)，特斯拉只能算是后入局者。而我國的鋰礦精煉技術(shù)已經(jīng)比較成熟，在直供電池用的鋰礦精加工領(lǐng)域占據(jù)了全球近一半的產(chǎn)能。其中天齊鋰業(yè)和贛鋒鋰業(yè)更是全球范圍內(nèi)鋰精煉的龍頭廠商，同時(shí)，兩家企業(yè)主要采用硫酸鋰苛化法來用鋰輝石生產(chǎn)氫氧化鋰。除此之外，天齊鋰業(yè)也在致力于進(jìn)一步處理好鋰精煉中產(chǎn)生的副產(chǎn)品。從申請(qǐng)的專利來看，“硫酸法鋰鹽生產(chǎn)的尾氣綜合處理工藝方法”、“鋰輝石制備氫氧化鋰的方法及去除鈉鉀的方法”等為在傳統(tǒng)硫酸法上對(duì)所產(chǎn)生副產(chǎn)品的處理進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)。天齊鋰業(yè)也在對(duì)鋰提取過程中的裝置進(jìn)行改進(jìn)，如專利“從鹽湖鹵水中提取氫氧化鋰和氫氧化鈉的方法及裝置”，這就是一種雙極膜電滲析系統(tǒng)，可以在電滲析的同時(shí)，將鋰鈉初步分離，減少氫氧化鋰的重結(jié)晶次數(shù)，縮短工藝流程。

同樣作為國內(nèi)鋰礦“雙雄”之一的贛鋒鋰業(yè)，其產(chǎn)品也包括電池級(jí)碳酸鋰、電池級(jí)氫氧化鋰，贛鋒鋰業(yè)也主要從鋰礦石和鹵水中精煉鋰，不過，贛鋒鋰業(yè)回收提鋰技術(shù)也比較成熟。

而從贛鋒鋰業(yè)的專利來看，如“一種從鋰輝石浸出液除雜渣中回收鎂和錳的方法”、“一種氫氧化鋰生產(chǎn)母液除鉀的方法”來看，其仍然是對(duì)副產(chǎn)品的回收處理。值得注意的是，贛鋒鋰業(yè)在今年4月11日公布了一份“一種電池級(jí)氧化鋰高效自動(dòng)球磨生產(chǎn)裝備”的專利，雖然是用來制造電池級(jí)氧化鋰，不過或許贛鋒也會(huì)將球磨機(jī)用在生產(chǎn)電池級(jí)碳酸鋰和電池級(jí)氫氧化鋰上。

▲一種電池級(jí)氧化鋰高效自動(dòng)球磨生產(chǎn)裝備

05.結(jié)語：特斯拉或重塑電池材料產(chǎn)業(yè)格局

隨著電動(dòng)車的快速普及，鋰電池就被視為“新時(shí)代的石油”，而鋰則變成為了這場(chǎng)能源革命中的關(guān)鍵材料。目前，鋰礦精煉技術(shù)雖然已經(jīng)比較成熟，但是在環(huán)保和效率方面還有很大的提升空間，從特斯拉公布的專利來看，特斯拉通過機(jī)械化學(xué)技術(shù)路徑來取代傳統(tǒng)的強(qiáng)酸提取，可以更高效低成本地提取鋰，就像特斯拉采用一體壓鑄來改進(jìn)整車的制造效率一樣，由于巨大的產(chǎn)能需求，特斯拉還需要定制一個(gè)不同于傳統(tǒng)工業(yè)上所用的球磨機(jī)。

特斯拉的鋰精煉技術(shù)路線如果能夠跑通，將會(huì)帶來更高效更低成本的電池級(jí)氫氧化鋰或碳酸鋰，這樣勢(shì)必會(huì)重塑鋰精煉上游產(chǎn)業(yè)格局，其影響到底有多大，等到2025年特斯拉鋰精煉廠建成之后應(yīng)該會(huì)逐漸顯現(xiàn)。

本文作者：冷泠，來源：車東西，原文標(biāo)題：《打碎礦石得到鋰！特斯拉掀鋰生意牌桌，背后技術(shù)解密》

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