2021年年初至今，碳酸鋰價格翻倍，鋰礦及氫氧化鋰價格也逐漸上行。據相關機構估算，隨著未來5年新能源汽車數量的持續(xù)高速增長，預計2025年全球新能源汽車滲透率有望達到20%，其銷量將超1800萬輛。同時考慮儲能、3C消費電子以及傳統(tǒng)工業(yè)等其他碳酸鋰應用場景，預計2025年全球碳酸鋰需求量將達124萬噸，是2020年的3.6倍。
一端是鋰材料的需求量很大，但從另一端其供給來看，像Altura、Wodgina等鋰礦開采企業(yè)的礦山目前仍處于關停狀態(tài)，而雅寶、livent、SQM等全球傳統(tǒng)鋰業(yè)巨頭雖然有明確的產能擴張計劃，但新建產能的釋放仍有待時日。正是考慮鋰材料的供給較為滯后，據預計到2025年，全球碳酸鋰缺口將突破16萬噸，缺口占比達到13%。
碳酸鋰
碳酸鋰具有2種晶型存在形態(tài)，無定型白色粉末狀或棱柱形無色單斜晶體，是制備各種鋰化合物的基礎原料，被廣泛應用于電池、醫(yī)藥、制冷、有機合成、陶瓷等行業(yè)。
電池級碳酸鋰
隨著鋰離子電池在電子產品、新能源電動汽車等領域的應用，作為鋰離子電池的重要基礎原料—電池級碳酸鋰的需求量急劇增加。電池級碳酸鋰是生產鋰離子電池正極材料的關鍵原料，如鈷酸鋰電池、磷酸鐵鋰電池以及三元電池等的正極材料，均是以電池級碳酸鋰為基礎合成而得。此外，電池級碳酸鋰作為鋰離子電池的電解質添加劑，不僅能夠顯著提高電池的安全性能，而且可延長使用壽命。
電池級碳酸鋰制備
電池級碳酸鋰生產原料來源廣泛，目前常用的有粗碳酸鋰、鹽湖鹵水、鋰輝石、鋰云母、廢舊鋰電池等。
1.1粗碳酸鋰提純制備電池級碳酸鋰工藝
目前，粗碳酸鋰提純制備電池級碳酸鋰主要有有苛化法、重結晶法、氫化法等。
苛化方法將精制的石灰乳添加到粗碳酸鋰的漿料中，以形成可溶性氫氧化鋰。鈣雜質主要以碳酸鈣的形式沉淀，而鎂雜質則形成更多不溶的氫氧化鎂沉淀。過濾后除去鈣和鎂雜質后，將高純二氧化碳通入過濾液中以獲得碳酸鋰，將其與其他雜質進一步分離，并將沉淀的碳酸鋰干燥，以獲得高純度碳酸鋰產物。該方法對碳酸鋰與石灰乳的量的比例，石灰乳的純度和溫度提出了嚴格的要求。
重結晶方法利用以下特性 ：碳酸鋰在水中的溶解度隨溫度升高而降低，而常見雜質離子的溶解度隨溫度升高而升高。當加熱工業(yè)級碳酸鋰并與去離子水混合時，碳酸鋰是屬于不溶的。將雜質溶解、過濾除去雜質，干燥后可獲得高純度的碳酸鋰，在高溫下溶解并在操作過程中進行均勻攪拌可加速雜質的溶解。該方法操作簡便，除雜效果好，但碳酸鋰的溶解度低，在混合過程中容易發(fā)生壁的附著，損失大，工作周期長。
碳酸氫化沉淀法是將粗制碳酸鋰和去離子水與水懸浮液混合，使高純二氧化碳氣體進入其中，得到碳酸氫鋰水溶液，將濾液作為沉淀過濾，并通過陽離子交換樹脂除去鈣和鎂等雜質離子。除去雜質后，碳酸氫鋰在高溫下分解，形成碳酸鋰沉淀。過濾后，用熱的去離子水洗滌。干燥后成為高純度碳酸鋰產物。碳酸氫化沉淀法制備高純碳酸鋰在于加入一種沉淀劑，除去大部分鈣鎂等不可溶雜質，碳酸氫鋰高溫分解過濾可以除去可溶性雜質。該制備工藝相對簡單，今后的發(fā)展前景也十分可觀，并且能夠獲得相對理想的除雜效果，缺點是循環(huán)母液量大。
1.2 鹽湖鹵水生產電池級碳酸鋰
據統(tǒng)計，鹽湖鹵水鋰資源的儲量約占鋰總資源 70%~80%，從鹽湖鹵水中提取鋰已成為鋰鹽生產的主要方向。中國科學院青海鹽湖研究所創(chuàng)造了水和鹽的多元素體系，從高濃度鹽水中有效分離鎂和濃鋰的新模式-一種選擇性離子遷移的新分離方法。青海鋰業(yè)和青海東臺吉乃爾鋰資源股份有限公司的工藝路線如下 ：原料鹵水送至鹵水過濾車間，多介質過濾器去除原料鹵水中的雜質，凈液送至鋰鎂分離。經鋰鎂分離處理后的富鎂鹵水返回鹽田，低鎂高鋰的溶液則送至后續(xù)碳酸鋰的生產，產出符合質量要求的電池級碳酸鋰。
1.3鋰輝石制備電池級碳酸鋰工藝
硫酸法提鋰工藝主要是基于晶相組織轉變的原理，先將含鋰礦石精礦在1000℃的高溫下焙燒，將其晶相轉化為β型，細粉碎后，與過量的濃硫酸混合均勻后再進入硫酸化焙燒窯焙燒。冷卻之后的硫酸鋰焙砂，漿化后輸送至浸出罐。在浸出罐內，硫酸鋰及硫酸鹽雜質進入溶液體系。加入除雜劑及中和劑，使雜質沉淀，固液分離得到浸出渣和富鋰溶液。富鋰溶液進一步除雜后得到高純硫酸鋰溶液，與碳酸鈉溶液在沉鋰釜中反應生成碳酸鋰晶體。結晶出來的碳酸鋰漿料經過濾洗滌得到電池級碳酸鋰。
1.4 鋰云母制備電池級碳酸鋰工藝
江西永興特鋼新能源科技有限公司以鋰云母為原料、采用焙燒分解置換生產碳酸鋰并聯(lián)產鈉、鉀、銣、銫產品 ；采用了新型冶金工藝、設備與材料開發(fā)一體化研發(fā)的全新思路，通過對鋰云母強化提鋰工藝、符合工藝特點的關鍵設備、高附加值鋰產品等的研究，成功研發(fā)了鋰云母礦固氟技術、鋰云母分解技術、選擇性高效浸出技術、綜合利用鈉、鉀、銣、銫的產業(yè)化技術、鋰云母高效提鋰關鍵設備制備技術等。以上集成技術突破了傳統(tǒng)工藝的技術經濟瓶頸，實現(xiàn)了從鋰云母礦中高效、經濟提取電池級碳酸鋰新工藝的工業(yè)化應用。
1.5 廢舊鋰電池回收制備電池級碳酸鋰工藝
研究人員進行從廢磷酸鐵鋰中回收鋰資源的研究，以廢磷酸鐵鋰為原料進行鋰、鐵、磷的綜合回收，并充分利用了廢磷酸鹽中的磷、鐵、鋰資源。鋰、鐵具有高附加值，磷酸鐵，碳酸鋰產品和磷酸鋰是在無鐵渣的過程中生產的，回收率高。贛鋒鋰業(yè)以磷酸鐵鋰廢料為原料，通過火法焙燒、鹽酸浸出、轉型除雜、堿化除雜、純堿沉鋰等步驟制備得電池級碳酸鋰。因此從廢舊鋰電池這座“城市礦山”回收制備電池級碳酸鋰，實現(xiàn)資源循環(huán)利用，符合國家節(jié)能減排政策，具有重要的經濟意義與社會意義。
電池級碳酸鋰的發(fā)展前景
電池級碳酸鋰作為鋰電池的正極材料，正廣泛地應用到電動汽車行業(yè)中。
一方面，電池級碳酸鋰制備環(huán)節(jié)，鈣、鎂等雜質含量面臨比較高的要求。結合現(xiàn)階段電池級碳酸鋰制備情況，今后在制備過程中建議采用多種工藝聯(lián)合處理的方式，以免單一工藝在使用過程中導致問題無法解決，也可以使用組合加工方法來確保碳酸鋰產品的純度，從而節(jié)省生產成本，制備電池級碳酸鋰時，將來必須特別考慮深度去除鈣和鎂。
另一方面，因磁性物質關系到電池的安全性、充電次數等關鍵特性指標，對制作電池的原材料電池級碳酸鋰提出了很高的要求。行業(yè)標準規(guī)定磁物的含量＜0.0003%，但下游正極材料客戶要求產品磁物含量低于200ppb，所以下游廠家將會更加挑剔，那些達不到客戶需求并且產品質量不穩(wěn)定的產品不會再有市場。
文章來源：
上海有色網：需求逐年攀升 未來五年碳酸鋰和氫氧化鋰價格將高位波動
電池中國網：碳酸鋰 | 價格暴漲！“搶鋰”大戰(zhàn)還將繼續(xù)？
李偉達：電池級碳酸鋰制備工藝研究解析
魏昊等：電池級碳酸鋰制備與提純的研究進展
來源：中國粉體網