
10月9日,瑞典皇家科学院宣布,将2019年诺贝尔化学奖授予约翰·B·古迪纳夫(John B. Goodenough)、M·斯坦利·威廷汉(M. Stanley Whittingham )、吉野彰(Akira Yoshino)。三人将平均分配900万瑞典克朗,约合646万人民币的奖金,2019年诺贝尔化学奖表彰锂离子电池的研发。
锂电池重量轻、可充电、功能强大,现在被广泛应用于手机、笔记本电脑和电动汽车等各种产品。它还可以储存大量太阳能和风能,使一个没有化石燃料的社会成为可能。
我们使用便携式电子设备进行通信、工作、学习、听音乐或者搜索知识,全球都在用锂离子电池为便携式电子设备供电。锂离子电池还使开发远程电动汽车和储存太阳能、风能等可再生能源成为可能。
锂离子电池的基础是在20世纪70年代的石油危机期间奠定的。惠廷汉致力于开发可以实现无化石燃料能源技术的方法。他开始研究超导体,并发现了一种能量极其丰富的材料,他用这种材料在锂电池中制造了一个新的阴极。
古迪纳夫1980年证实嵌入锂离子的氧化钴可以产生高达4V的电压。这是一个重要的突破,将为人类带来更强大的电池。
以古迪纳的阴极材料为基础,吉野彰在1985年制造出第一个商业上可行的锂离子电池。结果是吉野彰制造出一种重量轻而又坚固耐用的电池,在性能下降之前可以充电数百次。
“几年前,诺贝尔物理学奖就该颁给老爷子了。”听到诺贝尔化学奖颁给了97岁的John B. Goodenough之后,中国科学院化学研究所(下称中科院化学所)研究员辛森第一时间对界面新闻记者表示,“自己的‘老板’拿到奖了,还是非常开心的。”
古迪纳夫老爷子眼下担心的一件事情是:锂资源的重要性不亚于石油等战略性资源,一旦锂资源开采出现瓶颈,可能会跟石油一样成为战争的导火索。
上世纪中叶,因石油引发的危机以及雾霾天气,正是让汽车制造商和石油公司开启锂电池研究的原因,以希望代替石油资源。
2018年全球碳酸锂新增产能近6.7万吨,主要是盐湖卤水类和锂辉石类,其中6成为矿石锂。从长远来看,各大锂资源公司都规划了中长期的锂资源扩产计划,但由于大部分项目仍在建设中,2018年仍非产能释放的高峰期。预计到2020年左右,诸多锂资源公司的新建碳酸锂产能将进入产能集中释放期。
由于持续不断的勘探,锂资源在世界范围内已大幅度增加。目前已探明的全球锂资源储量总计超过5,300万吨,附属资源种类主要包括盐湖卤水锂、地热卤水锂、锂蒙脱石锂、油田卤水锂以及伟晶岩锂等。其中,美国锂资源总量约680万吨,其他国家约4,700万吨,主要包括阿根廷980.00 万吨、玻利维亚900万吨、智利840万吨、中国700万吨、澳大利亚500万吨,以及加拿大190万吨等。从锂资源分布看,主要集中在南美洲和澳洲,其中,阿根廷、玻利维亚、智利以及澳大利亚等4国的锂资源储量占全球储量的六成以上。
伴随着锂电池出货量的增加,全球锂资源的需求量不断增加,供需基本面在2015年起出现了紧张局面。2016年,全球锂资源供应量约38,000公吨,主要供应国包括澳大利亚、智利、阿根廷等,而全球锂资源需求量约38,500公吨左右,供需紧张。由于19年前,锂资源供应量难以规模释放,而同期需求量的不断增长,致供需基本面在中期内仍将处于紧平衡状态。
中国锂储量320万吨左右,约占全球总储量的22.9%,位列第二,主要分布在青海、西藏、新疆、四川、江西、湖南等省区。锂资源分布总体相对集中,青海、西藏和四川锂资源储量占总量达85.23%,其中西藏和青海为盐湖卤水型,固体型锂矿主要分布于四川、新疆、江西等地,属花岗伟晶岩型的锂辉石或锂云母矿。
中国锂矿床分布
虽然中国的锂资源丰富,但受开发条件、技术等限制,国内卤水锂和矿石锂的开发程度都较低。全球碳酸锂生产的原料主要来自卤水,中国盐湖卤水资源丰富,青海柴达木盆地盐湖都是高镁锂比的卤水,相关的提锂技术还未达到工业化生产的成熟度;西藏扎比耶盐湖卤水中的锂以碳酸锂形态存在,易于提取,但是因交通、电力、能源等条件,限制了大规模开发。
目前,我国碳酸锂生产的原料主要为锂辉石矿。国内锂辉石资源丰富,分布集中,其中四川占57%,江西占33%。四川锂矿成矿条件优越,资源丰富,在全国乃至全世界都占有重要地位,其中阿坝、甘孜两州探明储量大,具备大规模开发的条件,但矿山所在在自然环境恶劣,海拔高,基础设施配套差,开采和尾矿处理难度大,环保问题也制约着开发。江西宜春是我国规模最大的钽铌采选企业和铌锂原料生产基地,也是重要的锂云母矿产地,已开发多年,但开采规模较小,矿石品质较低,部分锂盐生产中的技术难题尚未突破,锂开发处于试生产阶段。
锂电池产业的快速发展,致中国已成为目前世界第一的锂消费大国,几乎占用了全球每年40%的原锂资源产量,为此需大量进口。
一方面,我国新能源汽车作为七大新兴产业领域之一,得到了国家的大力支持,按照工信部的《汽车产业中长期发展规划》,2020年新能源汽车产量达200万辆,需要增加10~14万吨碳酸锂的消耗(合1.80~2.52万吨金属锂);再一方面,我国国内锂资源的需求从2001年的1,850吨增至2016年的17,350吨,2017 年约接近2万吨;而同期我国国内锂资源的产量从2013年的4,700吨的高点降低到2016 年的2,300吨,缺口越来越大,对外依存度超过85%。
2016 年底,中国锂盐产能折合碳酸锂约17万吨,而中国的锂盐生产当中,其中绝大部分仍然依赖于进口锂辉石加工,占比超过70%,2016年我国从海外进口锂辉石49万吨,我国自产锂辉石矿仅有3.8 万吨,总量相差悬殊。
因此,国家层面上高度重视对锂资源的勘查与开发,在《全国矿产资源规划(2016—2020)》中18处提到锂,把锂作为9个需要“储备和保护矿种”之一、24 种战略性矿种之一,“十三五”期间设立了1个国家规划矿区(甲基卡)和7个重点勘查区,下达的勘查指标是60万吨氧化锂,并要建设2个能源基地(甲基卡,柴达木)。
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