有“锂”要学（一）：锂与碳酸锂产业链基础

有“锂”要学（一）：锂与碳酸锂产业链基础 国投安信期货研究院 吴江F3085524Z0016394 一、锂元素简介 锂是一种金属元素，广泛运用于电池、玻璃陶瓷、润滑油脂等领域；在新能源快速发展背景下炙手可热。作为新能源上游必不可少的关键资源，锂在2016年被国土资源部确定为我国战略性矿产资源。 1.1什么是锂 锂，原子序数3，原子量6.941，是最轻的碱金属元素。1817年由瑞典科学家阿弗韦聪在分析透锂长石矿时发现。自然界中主要的锂矿物为锂辉石、锂云母、透锂长石和磷铝石等等。 图1：锂的原子序数、原子量、原子轨道图 资料来源：公开图片 1.2锂的性质 锂是银白色金属，质软，可用刀切割。是最轻的金属，密度比所有的油和液态烃都小，故应存放于固体石蜡或者白凡士林中(在液体石蜡中锂也会浮起)。熔点为180.54°C，沸点1342°C，密度0.534克/厘米³，硬度0.6。在20℃时，锂的晶格常数为 3.50Å，电导约为银的五分之一。锂容易与铁以外的任意一种金属熔合。锂的挥发性盐的火焰呈深红色，可用此来鉴定锂。 图2：锂金属与盐湖 资料来源：公开图片 锂与其它碱金属不同，在室温下与水反应比较慢，但能与氮气反应生成黑色的一氮化三锂晶体。锂的弱酸盐都难溶于水。在碱金属氯化物中，只有氯化锂易溶于有机溶剂。金属锂可溶于液氨。锂易与氧、氮、硫等化合，在冶金工业中可用做脱氧剂。锂也可以做铅基合金和铍、镁、铝等轻质合金的成分。锂在500℃左右容易与氢发生反应，产生氢化 锂。氢化锂遇水发生猛烈的化学反应，产生大量的氢气。 1.3锂的来源 锂号称“稀有金属”，但地壳中的含量不算“稀有”，地壳中约有0.0065%的锂，其丰度居第二十七位。已知含锂的矿物有150多种，其中主要有锂辉石、锂云母、透锂长石 等。海水中锂的含量不算少，总储量达2600亿吨，但浓度太小，提炼困难。某些矿泉水和植物机体里，含有丰富的锂，如海藻和烟草中往往含较多锂化合物。中国锂矿资源丰富，以中国的锂盐产量计算，仅江西云母锂矿就可供开采上百年。 常见的锂资源形态包括硬岩锂和卤水锂，硬岩锂包括锂辉石、锂云母、透锂长石等，目前澳大利亚是全球最大的硬岩锂生产国，同时是最大的锂资源供应国，当地主要以锂辉石为主，且矿石品位较高。卤水锂资源约占全球总量60%左右，主要分布于南美智利、阿根廷等国以及我国西藏、青海等地。 二、锂的历史与应用 2.1锂的早期应用 锂被发现后的相当长时间里，并未有重大突破，仅在玻璃陶瓷业、冶金工业、制药业等行业，使用了为数不多的锂化合物。上世纪90年代以来，笔记本电脑、掌上电脑、手机和电动汽车所以能广泛普及或正方兴未艾，锂离子电池功不可没。特别是电动汽车有望推动锂成为“固体汽油”全面替代传统燃油。 图3：锂价百年供应量 图表数据来源：公开信息整理 锂早期工业用途包括：①锂玻璃，在玻璃制造中加入锂，锂玻璃的溶解性降为普通玻璃的1/100，基本做到了永不溶解，抗酸腐蚀；②冶金工业，锂能强烈与氧、氮、氯、硫等物质反应，可以充当脱氧剂和脱硫剂；铜冶炼过程中，加入十万分之一到万分之一的锂，能改善铜的内部结构，使之变得更加致密，提高铜的导电性；③合金，在优质特殊合金钢材中，锂是清除杂质最理想的材料；软的纯铝中加入少量的锂、镁、铍等金属熔成合金，既轻便，又特别坚硬，用这种合金来制造飞机，能使飞机减轻2/3的重量。 2.2锂能的应用 锂最广泛的用途是锂能应用，包括三个方面——动力燃料、核能和储能。①动力燃料：锂是用作火箭燃料的最佳金属之一，锂或锂的化合物制成固体燃料，用作火箭、导弹、宇宙飞船的推动力，能量高、燃速大、比冲量极高。②核能：在1950-1960年代，人类发现锂具有优异的核性能，并用作核聚变武器的生产，这是人类对锂需求第一次显著提升。③储能：1990年代起锂离子电池发明并开始广泛应用。锂离子电池有较高的安全性、可充电性、高容量性，且体积较小、成本较低，广泛运用在纯电动汽车领域。纯电动汽车主要由车载动力电池供电，与燃油汽车主要差别在四大部件：驱动电机、调速控制器、动力电池、车载充电器。除了汽车领域，从电脑、手机等信息终端的微型化，以及储能设备家庭化，锂电池有望有更多更广泛的应用场景。 三、锂产业链概况 3.1锂产业链——碳酸锂是锂产业链核心原料 锂产业链主要可以分为锂的资源供应、中游加工贸易和下游消费终端。上游为原材料资源的开采、加工，主要分为锂矿石和盐湖提锂两种路径，中游主要是各种形式的锂盐中间品，其中碳酸锂是最为主流的品种，下游主要是锂的消费终端。 图4：锂产业链 图表数据来源：公开信息整理 从锂产业链结构可以看到，碳酸锂是制备各种产品的重要源头。锂产品根据加工难度、工艺水平和技术含量等因素，可以分为基础锂产品和高端锂产品两类。基础锂产品一 般指工业级碳酸锂、工业级氢氧化锂；高端锂产品包括电池级碳酸锂、电池级氯化锂、电池级氢氧化锂、高纯碳酸锂、电池级金属锂等。 通过酸溶解、碱沉淀等化学反应，碳酸锂可以制得氯化锂和氢氧化锂两种基础锂产品，对应金属锂及润滑脂等下游应用。通过溶解、除杂等工艺，由碳酸锂可制得氟化锂、医用碳酸锂以及电池级碳酸锂，其中氟化锂用于陶瓷、化工等行业，医用碳酸锂用于制药，电池级碳酸锂用于生产锂电池。 3.2锂资源与生产 锂在自然界中不以单一元素的形式存在，而是含在稳定的盐或矿物中。这些盐和矿物的锂浓度通常较低，仅有几种有限的资源能够以较低的成本提取出锂。全球锂资源矿床主要分为硬岩型锂矿和盐湖卤水。硬岩型锂矿分为伟晶岩型和沉积岩型，其中锂辉石、锂云母矿属于伟晶岩型，黏土锂矿属于沉积岩型。 图5：全球主要锂资源类型 资料来源：USGS，国投安信期货研究院 美国地质调查局数据显示，2022年目前全球锂资源量已达8900万吨金属锂当量，折合碳酸锂当量约5.2亿吨。66%集中于南美、美国和澳洲。其中南美锂三角（玻利维亚、阿根廷、智利锂）资源量占比高达56%。我国锂资源总量约占6%，居全球第六位。2022年全球锂储量为2600万吨金属锂当量，折合碳酸锂当量约1.4亿吨。其中，智利、阿根廷、澳大利亚的锂储量合计占比高达70%。 图6：2022年全球锂矿资源量分布（万吨）图7：2022年全球锂储量分布（万吨） 资料来源：USGS，国投安信期货研究院 2021年我国锂矿（氧化锂）资源储量为404万吨，卤水盐湖占比超7成。其中固体锂矿主要分布在四川、新疆、江西；盐湖锂矿主要分布在青藏高原。青海察尔汗盐湖是我国规模最大的锂资源产地。相比于南美盐湖，我国盐湖镁锂比高，提锂难度大。 图8：2022年全球锂储量分布（万吨） 数据来源：自然资源部、国投安信期货研究院 从实际生产来看，锂的供应呈现区域集中、寡头垄断格局。全球锂资源供应格局素有“三湖一矿”说法，智利阿塔卡玛（Atacama），美国银峰（SilverPeak），阿根廷翁布雷穆埃尔托（HombreMuerto），以及澳大利亚的格林布什锂矿。锂矿资源集中造就了几大锂业巨头——智利SQM、美国FMC（已拆锂资源Livent单独上市）、美国雅宝 （Albemarle）、澳大利亚泰利森(Talison)、Allkem(Galaxy和Orocobre合并)等。USGS数据显示，2022年全球锂资源供给总量为13万吨金属锂当量，折合碳酸锂当量 约69万吨，同比增长22%。澳大利亚、智利和中国的锂资源供给占全球总量的92%，其中澳大利亚贡献了全球近半数的锂资源供应。中国锂资源供给量为1.9万吨金属锂当量，折合碳酸锂当量约10万吨，同比增加约36%。 图9：全球锂产量分布（万吨） 资料来源：USGS，国投安信期货研究院 3.3锂的应用与消费 锂最主要的应用是作为锂离子电池的主要材料。碳酸锂位于锂盐产业链中游，是锂电池正极材料的关键原料，决定其电化学性能，主导电池的能量密度和安全性能。 据USGS数据，2021年锂消费结构中电池应用占比达到70%（电池级碳酸锂），其中动力电池、消费电池和储能电池分布占比37%、30%、4%。其次锂矿物可直接用作工业领域，例如陶瓷和玻璃应用中的精矿（工业级碳酸锂）。 图10：锂盐消费行业分布 资料来源：USGS，国投安信期货研究院 锂离子电池近年来增速最快的消费领域，当前也是占比最大的消费领域是动力电池，即新能源汽车的动力系统所需电池。据高工产业研究院（GGII）数据，2021年全球动力电池装机量约292.13GWh，同比增长114%；预计2025年全球动力电池装机1485GWh，产量为1782GWh，折合碳酸锂用量为115.16万吨LCE。 消费锂电池主要是钴酸锂电池，1Gwh钴酸锂电池消耗约800吨碳酸锂。消费电池是碳酸锂需求的重要补充，由于3C消费基本进入成熟期，消费电子出货量近年来保持低速增长，2022年消费电池碳酸锂需求为10.69万吨LCE，2025年达到13.68万吨LCE。 储能领域是近两年新兴的锂消费行业，虽然目前在锂消费行业占比较低，但随着锂电池储能成本的下降，储能对锂的需求有望以较高速度提升。2021年其在全球新增电化学装机规模占比已高达98%。预计全球新增锂电池储能装机规模2025年达到104.93GW，2021- 2025年CAGR为80%。 免责声明 国投安信期货有限公司是经中国证监会批准设立的期货经营机构，已具备期货投资咨询业务资格。本报告仅供国投安信期货有限公司（以下简称“本公司”）的机构或个人客户（以下简称“客户”）使 用。本公司不会因接收人收到本报告而视其为客户。如接收人并非国投安信期货客户，请及时退回并删除。 本报告是基于本公司认为可靠的已公开信息，但本公司不保证该等信息的准确性或完整性。本报告所载的资料、意见及推测只提供给客户作参考之用。本报告所载的资料、意见及推测仅反映本公司于发布本报告当日的判断，本报告所指的期货或期权的价格、价值可能会波动。在不同时期，本公司可发�与本报告所载资料、意见及推测不一致的报告。客户不应视本报告为其做�投资决策的唯一因素。在任何情况下，本报告中的信息或所表述的意见并不构成对任何人的投资建议。在任何情况下，本公司不对任何人因使用本报告中的任何内容所导致的任何损失负任何责任。 本报告可能附带其它网站的地址或超级链接，本公司不对其内容的真实性、合法性、完整性和准确性负责。本报告提供这些地址或超级链接的目的纯粹是为了客户使用方便，链接网站的内容不构成本报告的任何部分，客户需自行承担浏览这些网站的费用或风险。 本报告的版权归本公司所有。本公司对本报告保留一切权利。除非另有书面显示，否则本报告中的所有材料的版权均属本公司。未经本公司事先书面授权，本报告的任何部分均不得以任何方式制作任何形式的拷贝、复印件或复制品，或再次分发给任何其他人，或以任何侵犯本公司版权的其他方式使用。