“你不能錯過(guò)這個(gè)機會(huì )，這就像是一張印鈔許可證?！?/p>

這是馬斯克在2022年特斯拉財報會(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(chē)成本的原材料之一，而這兩年電池級碳酸鋰/氫氧化鋰的價(jià)格也是居高不下，就在前兩天，電池級碳酸鋰的價(jià)格又沖上了30萬(wàn)元/噸，可見(jiàn)要想更好地控制電動(dòng)汽車(chē)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(guò)，馬斯克也不止一次地說(shuō)過(guò)，鋰礦原材料并不是多么稀缺，缺的是更多企業(yè)來(lái)參與鋰精煉，用更先進(jìn)的技術(shù)來(lái)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(kāi)鋰精煉廠(chǎng)了，前不久，馬斯克就為得州的鋰精煉廠(chǎng)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調了自家使用的鋰精煉技術(shù)是一種不同于傳統鋰精煉的技術(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(chǎng)里，也不會(huì )受到任何影響”。

^{▲馬斯克在鋰精煉廠(chǎng)破土動(dòng)工儀式上（圖源特斯拉中國）}

馬斯克所提到的跟現在的主流做法有很大不同，而對于自家的鋰精煉技術(shù)，特斯拉電池原材料和回收負責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(guò)程所產(chǎn)生的副產(chǎn)品也是無(wú)害的。

按照特斯拉的說(shuō)法，這么好的技術(shù)是如何實(shí)現的呢？為何之前沒(méi)有其他公司采用？又怎么保證副產(chǎn)品無(wú)害？最后又如何實(shí)現特納所說(shuō)的低成本？對于此項技術(shù)，特斯拉也只是在不斷強調不會(huì )使用強酸，產(chǎn)生的副產(chǎn)品無(wú)害，整個(gè)工藝過(guò)程也會(huì )更加精簡(jiǎn)，但基于底層邏輯，還是得通過(guò)化學(xué)反應將鋰置換出來(lái)。

雖然特斯拉沒(méi)有透露更多的細節，我們還是通過(guò)特斯拉2021年的一項專(zhuān)利找到了蛛絲馬跡，發(fā)現特斯拉確實(shí)沒(méi)有按常理出牌。

01.特斯拉擺脫強酸提鋰的秘密

雖然特斯拉鋰精煉廠(chǎng)破土動(dòng)工儀式是近期才開(kāi)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(zhuān)利申請，并且，該專(zhuān)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(zhuān)利部分截圖

值得注意的是，鹽、水、粘土和高能研磨發(fā)生的特定順序對鋰的提取效率影響不會(huì )很大，以氯化鈉作為陽(yáng)離子源為例，平均來(lái)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(guò)，從圖中也可以看出，研磨時(shí)間對鋰的提取效率影響很大，當研磨時(shí)間達到2-3個(gè)小時(shí)，鋰提取效率最好。

^{▲陽(yáng)離子源在高能研磨前/后鋰提取效率對比}

所以，總的來(lái)說(shuō)，特斯拉利用球磨機可以用物理的方式使得粘土的顆粒變小變形，晶體結構相對完整，所驅動(dòng)的結構變化允許鹽水溶液作用于粘土晶體中的鋰，并通過(guò)陽(yáng)離子交換選擇性地提取鋰離子。

同時(shí)，特斯拉在專(zhuān)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(shuō)，雖然是以粘土礦來(lái)研究的，但是這項專(zhuān)利也可以用于含鋰的其他礦物，如鋰輝石等。

02.不同提取方案對比測試

除了給出使用球磨機的技術(shù)方案外，特斯拉還在專(zhuān)利中對比了“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(guò)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(yáng)離子，這些都需要后續工藝去除。

^{▲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%，粗略計算，提取1g鋰大約需要消耗2474g硫酸，可見(jiàn)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(lái)，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(lái)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(guò)選擇性浸出過(guò)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“水浸”的溫度達到某個(gè)數值能夠增加提取效率。不過(guò)，該專(zhuān)利僅涵蓋生產(chǎn)電池級氫氧化鋰或碳酸鋰的前幾個(gè)步驟，隨著(zhù)浸出液的純化，鋰從浸出液中分離出來(lái)，再轉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.為什么鋰對特斯拉這么重要？

特斯拉在鋰精煉廠(chǎng)破土動(dòng)工的當天表示其鋰精煉廠(chǎng)預計在2025年可以全面投入使用，到時(shí)候布局了這么久的結果如何就能見(jiàn)分曉了。那為什么特斯拉要這么費力地自己入局鋰精煉呢？畢竟現在鋰精煉也算是相當成熟了，特斯拉的手甚至也伸向了更加上游的鋰礦開(kāi)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(wú)非就是現在電池級碳酸鋰和氫氧化鋰的價(jià)格波動(dòng)很大，從2022年年初開(kāi)始，電池級碳酸鋰價(jià)格約為28萬(wàn)元/噸，3月份又上升至50萬(wàn)元/噸，在11月一度突破60萬(wàn)元/噸，之后又從2022年年底55萬(wàn)元/噸一路降至今年4月份的18萬(wàn)元/噸，可見(jiàn)電池級碳酸鋰的價(jià)格波動(dòng)之大。

▲2022-2023.5電池級碳酸鋰走勢（數據來(lái)源：SMM）

而透過(guò)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，馬斯克對自家的技術(shù)還是比較自信。二是節省成本，提高利潤。馬斯克一直在說(shuō)特斯拉要實(shí)現年銷(xiāo)2000萬(wàn)輛的目標，相應的電池需求量將會(huì )巨大的，所以，對于特斯拉來(lái)說(shuō)，自建鋰精煉廠(chǎng)更加劃算。三是保障可用的鋰供應，讓特斯拉對供應鏈有更多的控制權，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(lài)，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月出臺的《通脹削減法案》也是促使特斯拉選擇自建鋰精煉廠(chǎng)的原因之一。法案中規定，在美國生產(chǎn)的電動(dòng)汽車(chē)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(lái)自美國本土。具體來(lái)說(shuō)，從2023年開(kāi)始，電池中的核心礦物至少有40%來(lái)自美國；2026年以后，占比至少要達到80%。所以，特斯拉作為美國最大的電動(dòng)汽車(chē)企業(yè)，自然要在上游產(chǎn)業(yè)上提前布局。

04.國內鋰礦雙雄占據全球半數產(chǎn)能

在鋰礦精煉這個(gè)行業(yè)內，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)更是全球范圍內鋰精煉的龍頭廠(chǎng)商，同時(shí)，兩家企業(yè)主要采用硫酸鋰苛化法來(lái)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。從申請的專(zhuān)利來(lái)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”等為在傳統硫酸法上對所產(chǎn)生副產(chǎn)品的處理進(jìn)行了改進(jìn)。同時(shí)。天齊鋰業(yè)也在對鋰提取過(guò)程中的裝置進(jìn)行改進(jìn)，如專(zhuān)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，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晶次數，縮短工藝流程。

同樣作為國內鋰礦“雙雄”之一的贛鋒鋰業(yè)，其產(chǎn)品也包括電池級碳酸鋰、電池級氫氧化鋰，贛鋒鋰業(yè)也主要從鋰礦石和鹵水中精煉鋰，不過(guò)，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(zhuān)利來(lái)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(lái)看，其仍然是對副產(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“一種電池級氧化鋰高效自動(dòng)球磨生產(chǎn)裝備”的專(zhuān)利，雖然是用來(lái)制造電池級氧化鋰，不過(guò)或許贛鋒也會(huì )將球磨機用在生產(chǎn)電池級碳酸鋰和電池級氫氧化鋰上。

▲一種電池級氧化鋰高效自動(dòng)球磨生產(chǎn)裝備

05.結語(yǔ)：特斯拉或重塑電池材料產(chǎn)業(yè)格局

隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)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(zhuān)利來(lái)看，特斯拉通過(guò)機械化學(xué)技術(shù)路徑來(lái)取代傳統的強酸提取，可以更高效低成本地提取鋰，就像特斯拉采用一體壓鑄來(lái)改進(jìn)整車(chē)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)不同于傳統工業(yè)上所用的球磨機。

特斯拉的鋰精煉技術(shù)路線(xiàn)如果能夠跑通，將會(huì )帶來(lái)更高效更低成本的電池級氫氧化鋰或碳酸鋰，這樣勢必會(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(chǎng)建成之后應該會(huì )逐漸顯現。

本文作者：冷泠，來(lái)源：車(chē)東西，原文標題：《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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