锂,又名“白金”,如今的需求从未如此之大 - 这种柔软的银色金属使电动汽车 (EV) 电池能够存储更多能量并延长使用寿命。
无论您在阅读本文时使用的是什么设备,很可能都是由锂离子电池供电的。如果您驾驶的是电动汽车,该电池也可以为其供电。
随着电动汽车和储能行业的持续增长,未来几年对电池级锂的需求将大幅增长。锂离子电池是全球经济向低碳转型的重要组成部分。
由于电动汽车占全球汽车总销量的 10%,电池制造商很难采购更多的锂。
那么,锂实际上是如何从地球到达您的电动汽车的,以及这种电池的真正工作原理是什么?看完这篇文章你就会知道。
我们将解释如何提取这种金属以及它如何为电子设备和电动汽车提供动力。 此外,您还将了解有关锂市场的重要事实和数据,以及它的乐观程度。
但我们首先要了解基础知识,从金属元素本身开始。
什么是锂?
锂 (Li) 是所有金属中最轻的,尤其属于称为 碱金属。它具有高度反应性或总是想要释放电子。它还具有最低的密度,可以在很小的空间内存储大量的能量,使其成为制造电池的理想选择。
锂因其柔软的银白色外观而被称为“白金”,它是制造可充电电池的关键金属,不仅用于电动汽车,还用于笔记本电脑和手机等许多其他设备。
电动汽车制造商更喜欢锂离子电池,因为它们重量轻且可以快速充电。
用于电池和电动汽车的锂有两种主要类型:碳酸锂和氢氧化锂。
碳酸锂具有广泛的工业用途。除了制造电动汽车电池外,碳酸锂还可用于生产地板处理剂、水泥增稠剂、粘合剂和合金。该化合物甚至被世界卫生组织列为治疗双相情感障碍的基本药物。
碳酸锂还可以转化为氢氧化锂,这是制造更高性能和更持久的电动汽车电池的首选。
一些世界上最大的碱金属生产商生产这两种类型的锂,而较小的生产商只专注于生产一种类型的锂。那么他们如何提取这种金属并使其准备好为您的电动汽车提供动力呢?
锂如何从地球进入电动汽车?
目前,从地球上提取锂有两种主要方法:
- 常规锂卤水提取:盐平卤水
- 矿石开采:锂岩矿床
在美国,这种物质是从盐水或所谓的“盐水”中开采出来的。撒拉人“。
到目前为止,该国只有一处锂矿,位于上图所示的内华达州银峰。但随着金属需求的飙升,更多的炼油厂将会出现。
事实上,特斯拉在其新工厂破土动工。 德克萨斯州锂精炼厂,这在北美尚属首创。这家领先的电动汽车制造商将花费约 1 亿美元才能完成。
当今商业锂生产的大部分来自从盐沼中提取锂的供应商。大部分采矿活动发生在安第斯山脉的高处 锂三角 – 阿根廷、智利和玻利维亚交界处。
从盐水中开采锂非常简单,但过程非常耗时。
来自地下的咸水被泵送到地表并进入一系列蒸发池。在长达两年或更早的时间内,水会蒸发,盐水的成分也会发生变化。这也会将水池的颜色变成更亮的蓝色。
然后将石灰和碳酸钠的浆液添加到盐水中以去除杂质和其他不需要的元素。当锂浓度足够高时,盐水被泵送到回收设施以过滤金属。
一旦盐水干涸,就会留下需要进一步纯化的白色粉末。粉末经过最终的化学转化后,现在变成了可用于电池的固体金属。
总之,卤水提取过程中涉及的主要步骤如下:
- 盐水净化去除杂质
- 化学处理以获得所需的材料和副产品
- 过滤去除不需要的固体
- 另一种沉淀锂的处理方法
- 清洗和干燥以将元件变成最终材料
生产白金的另一种方法是通过矿石或硬岩开采。
硬石中的软金属
硬岩中的锂含量比盐水中的锂含量还要多。但这个过程需要重型设备来挖出元素,而且噪音很大。
北卡罗来纳州的国王山拥有一些最高品位的岩石锂矿床。它曾经供应了世界上大部分的锂。但当从该国其他地区的盐水中获取锂更便宜时,这种情况就停止了。
在众多含锂矿石中, 锂辉石 主要用于商业生产。
挖出矿石后,将其粉碎并在高温(2012°F 或 1100°C)下烘烤。然后冷却、研磨,并在较低温度(250°C)下用硫酸再次烘烤。这称为酸浸,其中酸中的氢被锂离子取代以产生锂。
据特斯拉称,他们将在德克萨斯州的炼油厂使用创新的无酸锂加工技术。该过程将使用危险性较小的试剂,并产生可用的副产品,例如沙子和石灰石。
与盐水法相同,使用石灰去除锂辉石中不需要的镁。然后纯碱也用于从过滤后的溶液中生产碳酸锂。
澳大利亚的锂矿石产量占全球的大部分。规模较小的矿石开采作业分布在巴西、葡萄牙、非洲和中国。
行业预测还显示,到 2025 年,北美和芬兰将有更多矿山上线。这将为不断增长的锂离子电动汽车电池生产市场带来更多供应。
现在,锂电动汽车电池在供电设备和汽车中到底如何工作?
锂电动汽车电池实际上是如何工作的?
电池是由金属片、箔和薄膜堆叠在一起的紧凑三明治。通过将锂放入这个三明治中,它可以产生电力。
每个电池都是锂离子电池的密集集合,通常呈圆柱体或袋状。每个电池都包含一个称为阴极的正极和一个称为阳极的负极。
阴极通常含有金属氧化物,例如镍、锰,其中钴是常见的选择。这是发现锂原子的地方。阳极通常由石墨制成,允许锂插入或插入其间。
阴极和阳极之间是一种液体溶液,称为 电解质。它使锂离子能够在两个电极之间移动。换句话说,电池的工作原理基本上是锂离子和电子来回乒乓球运动。
为了安全起见,夹层中间还有一个多孔隔板。它可以防止正极和负极相互直接接触。
在充电循环期间,引入的电流将电子从阴极的锂原子中分裂出来。锂离子通过电解质流向阳极并与电子重新结合。同时,电子围绕外部电路移动到阳极。
在放电周期期间,该过程只是相反。当离子穿过电解质时,阳极中的锂原子再次与电子分离。与此同时,电子流过外部电路,为汽车的电机或其他电子设备供电。
以下是此过程如何工作的快速直观解释。
这个过程可以重复无数次,这解释了为什么锂离子电池非常适合电动汽车。虽然电池的充电能力会随着时间的推移而降低, 它可以持续10到20年.
这些电动汽车电池可以在汽车地板等狭小的空间内储存大量能量。电动汽车可以行驶数百英里, 约100至300英里,或300公里至500公里。这足够长的时间足以仅在一个充电周期内行驶。
但还有一个问题仍然存在:电池的锂生产是否足够可持续,足以实现电动汽车革命的梦想?现在让我们看一下这个市场以及它的未来有多么光明。
关于锂市场您需要了解什么
据市场预测,电动汽车将弥补 50% 到 2030 年美国新乘用车销量的百分比。
- 据估计,未来十年,电池市场的潜在增长将需要 90 个特斯拉超级工厂规模的设施。
值得注意的是,为当今使用的电动汽车电池奠定了基础的诺贝尔奖获得者 M. Stanley Wittingham 曾指出,从长远来看,这种关键金属仍将保持重要地位。他特别表示 “未来 10 到 20 年将是锂。”
事实上,锂市场正在迅速变化。锂电池的价格占 40% 电动汽车的生产成本。难怪特斯拉、福特和比亚迪等电动汽车制造商都在寻找更好、更具成本效益的选择。
根据标准普尔全球, 美国进口锂离子电池 2023年第一季度飙升近 66% 与去年相比,达到了惊人的 235,386 公吨。
进一步让投资者看好锂的是这四件事。
推动锂需求的四大因素
#1.实现净零或无碳能源的动力
主要由富裕国家组成的国际能源署 (IEA) 承诺 净零 到 2050 年。净零意味着用等量的碳去除或减少来平衡碳排放量。
为了减少碳排放,一些国家禁止销售新的化石燃料动力汽车。它们的正式名称为 ICE——内燃机车辆。
例如,韩国和挪威最早将于 2025 年开始实施禁令。英国、日本、印度和荷兰等其他国家将于 2030 年实施。加拿大和中国等其他国家将在 2040 年后实施 ICE 禁令。 XNUMX.
有趣的是,美国的目标是电动汽车的占比超过 20% 到 2030 年新车销量
#2.汽车制造商承诺停止生产内燃机汽车
为了响应政府的禁令计划,汽车制造商开始在 2040 年之前逐步停止销售内燃机汽车。其中包括通用汽车、梅赛德斯、福特和比亚迪等大型汽车制造商。
为了实现这一目标,车企需要花费巨额资金 510亿美元以上 制造电动汽车及其电池。到本十年末,其中约 1/3 将用于制造电动汽车电池并购买其零部件。
更值得注意的是,德国汽车制造商大众汽车承诺超过 的美元110亿元 电动汽车和电池(约占欧洲汽车制造商承诺总量的一半)。这显然是因为这家欧洲汽车制造商的目标是在未来十年内销售数百万辆电动汽车。
#3。电动汽车激励措施已经结束
为了进一步吸引电动汽车购买者,富裕国家正在提供更多激励措施。例如,电动汽车车主可能会免除某些税收,甚至可以获得能源回扣以实现绿色环保。
因此,即使在 COVID-19 大流行高峰期间,电动汽车销量仍在增长,这也刺激了锂需求。制定电动汽车政策的国家是电动汽车销量打破纪录的国家。这些国家是中国、英国、美国、德国、挪威、法国和新西兰。
#4。政府提供行业刺激措施
在美国尤其如此,当拜登政府签署了 通货膨胀减少法。 该 $ 1 万亿 历史规律将支持促进低碳经济的部门和举措。根据该法案,电动汽车制造商有资格获得生产电动汽车、建设新设施和生产电动汽车电池的税收抵免。
该法律还规定了最多 的美元22亿元 为新的和现有的电动汽车设施提供贷款。它还涵盖公共交通和政府车队,提供 3亿美元以上 购买 零排放车辆(ZEV)。所有这些数字意味着需要更多的原材料,当然,其中尤其包括锂。
中国处于领先地位
据彭博新能源财经报道,到1,760年,全球锂电池产能将达到2025 GWh以上。中国仍以63%的份额占据市场主导地位,其次是欧洲(15%)和美国(9%)。
2020 年与 2025 年全球锂电池产量
中国还生产世界上大部分的阳极和阴极,这对制造锂离子电池至关重要。 IEA预测,到2030年,全球大部分电动汽车电池产能仍将来自中国。
此外,中国企业占据了电动汽车电池市场一半以上的份额。尤其是中国当代新能源科技有限公司(CATL),是全球最大的锂离子电池制造商。 他们为特斯拉、宝马、标致和大众等领先的电动汽车制造商供应锂离子电池。
据彭博社数据显示,以 视觉资本家,以下是2022年排名前十的电动汽车电池制造商。
尽管美国、欧洲和韩国政府的支持力度不断加大,但中国可能仍将是电动汽车锂离子电池市场的领导者。
锂价格:接下来会发生什么?
迄今为止,最大的锂公司雅宝 (Albemarle) 认为对白金的需求将超过供应,几乎升至几乎 4 年为 2030 万吨,而 2 年约为 2025 万吨。这家矿业巨头透露了投资计划 的美元1.3亿元 去年三月在南卡罗来纳州的一家锂加工厂。
该公司位于内华达州的 Silver Peak 矿场是目前美国唯一一家运营锂矿的矿场。它供应周围 6,000吨 一年的碳酸锂,仅占 1% 全球碳酸锂供应量。
美国地质调查局报告称,美国 750,000吨 到 2021 年,可回收锂的产量将随着新锂储量的发现和建立而增加。
如下图所示,全球锂产量增长了 21% 2022年与2021年相比,超过2018年的最高水平。软金属价格飙升 从 1,078 年起 2020%,然后在去年达到历史新高。
特斯拉和 SpaceX 首席执行官埃隆·马斯克 (Elon Musk) 表示,每吨锂的平均价格非常惊人 78,032 年为 2022 美元/吨。但现在价格已经回落,市场似乎将战胜供应过剩的担忧。
然而,由于当今锂生产的大部分位于水资源紧张的地区,对供应的担忧仍然存在。但如果马斯克所说的锂并不短缺,因为它几乎无处不在,那么最大的挑战将是如何提取和精炼它。
如果这一切都解决了,那么满足电动汽车锂离子电池不断飙升的需求可能不成问题。
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