中国粉体网讯 2021年年初至今，碳酸锂价格翻倍，锂矿及氢氧化锂价格也逐渐上行。据相关机构估算，随着未来5年新能源汽车数量的持续高速增长，预计2025年全球新能源汽车渗透率有望达到20%，其销量将超1800万辆。同时考虑储能、3C消费电子以及传统工业等其他碳酸锂应用场景，预计2025年全球碳酸锂需求量将达124万吨，是2020年的3.6倍。
一端是锂材料的需求量很大，但从另一端其供给来看，像Altura、Wodgina等锂矿开采企业的矿山目前仍处于关停状态，而雅宝、livent、SQM等全球传统锂业巨头虽然有明确的产能扩张计划，但新建产能的释放仍有待时日。正是考虑锂材料的供给较为滞后，据预计到2025年，全球碳酸锂缺口将突破16万吨，缺口占比达到13%。
碳酸锂
碳酸锂具有2种晶型存在形态，无定型白色粉末状或棱柱形无色单斜晶体，是制备各种锂化合物的基础原料，被广泛应用于电池、医药、制冷、有机合成、陶瓷等行业。
电池级碳酸锂
随着锂离子电池在电子产品、新能源电动汽车等领域的应用，作为锂离子电池的重要基础原料—电池级碳酸锂的需求量急剧增加。电池级碳酸锂是生产锂离子电池正极材料的关键原料，如钴酸锂电池、磷酸铁锂电池以及三元电池等的正极材料，均是以电池级碳酸锂为基础合成而得。此外，电池级碳酸锂作为锂离子电池的电解质添加剂，不仅能够显著提高电池的安全性能，而且可延长使用寿命。
电池级碳酸锂制备
电池级碳酸锂生产原料来源广泛，目前常用的有粗碳酸锂、盐湖卤水、锂辉石、锂云母、废旧锂电池等。
1.1粗碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂工艺
目前，粗碳酸锂提纯制备电池级碳酸锂主要有有苛化法、重结晶法、氢化法等。
苛化方法将精制的石灰乳添加到粗碳酸锂的浆料中，以形成可溶性氢氧化锂。钙杂质主要以碳酸钙的形式沉淀，而镁杂质则形成更多不溶的氢氧化镁沉淀。过滤后除去钙和镁杂质后，将高纯二氧化碳通入过滤液中以获得碳酸锂，将其与其他杂质进一步分离，并将沉淀的碳酸锂干燥，以获得高纯度碳酸锂产物。该方法对碳酸锂与石灰乳的量的比例，石灰乳的纯度和温度提出了严格的要求。
重结晶方法利用以下特性 ：碳酸锂在水中的溶解度随温度升高而降低，而常见杂质离子的溶解度随温度升高而升高。当加热工业级碳酸锂并与去离子水混合时，碳酸锂是属于不溶的。将杂质溶解、过滤除去杂质，干燥后可获得高纯度的碳酸锂，在高温下溶解并在操作过程中进行均匀搅拌可加速杂质的溶解。该方法操作简便，除杂效果好，但碳酸锂的溶解度低，在混合过程中容易发生壁的附着，损失大，工作周期长。
碳酸氢化沉淀法是将粗制碳酸锂和去离子水与水悬浮液混合，使高纯二氧化碳气体进入其中，得到碳酸氢锂水溶液，将滤液作为沉淀过滤，并通过阳离子交换树脂除去钙和镁等杂质离子。除去杂质后，碳酸氢锂在高温下分解，形成碳酸锂沉淀。过滤后，用热的去离子水洗涤。干燥后成为高纯度碳酸锂产物。碳酸氢化沉淀法制备高纯碳酸锂在于加入一种沉淀剂，除去大部分钙镁等不可溶杂质，碳酸氢锂高温分解过滤可以除去可溶性杂质。该制备工艺相对简单，今后的发展前景也十分可观，并且能够获得相对理想的除杂效果，缺点是循环母液量大。
1.2 盐湖卤水生产电池级碳酸锂
据统计，盐湖卤水锂资源的储量约占锂总资源 70%~80%，从盐湖卤水中提取锂已成为锂盐生产的主要方向。中国科学院青海盐湖研究所创造了水和盐的多元素体系，从高浓度盐水中有效分离镁和浓锂的新模式-一种选择性离子迁移的新分离方法。青海锂业和青海东台吉乃尔锂资源股份有限公司的工艺路线如下 ：原料卤水送至卤水过滤车间，多介质过滤器去除原料卤水中的杂质，净液送至锂镁分离。经锂镁分离处理后的富镁卤水返回盐田，低镁高锂的溶液则送至后续碳酸锂的生产，产出符合质量要求的电池级碳酸锂。
1.3锂辉石制备电池级碳酸锂工艺
硫酸法提锂工艺主要是基于晶相组织转变的原理，先将含锂矿石精矿在1000℃的高温下焙烧，将其晶相转化为β型，细粉碎后，与过量的浓硫酸混合均匀后再进入硫酸化焙烧窑焙烧。冷却之后的硫酸锂焙砂，浆化后输送至浸出罐。在浸出罐内，硫酸锂及硫酸盐杂质进入溶液体系。加入除杂剂及中和剂，使杂质沉淀，固液分离得到浸出渣和富锂溶液。富锂溶液进一步除杂后得到高纯硫酸锂溶液，与碳酸钠溶液在沉锂釜中反应生成碳酸锂晶体。结晶出来的碳酸锂浆料经过滤洗涤得到电池级碳酸锂。
1.4 锂云母制备电池级碳酸锂工艺
江西永兴特钢新能源科技有限公司以锂云母为原料、采用焙烧分解置换生产碳酸锂并联产钠、钾、铷、铯产品 ；采用了新型冶金工艺、设备与材料开发一体化研发的全新思路，通过对锂云母强化提锂工艺、符合工艺特点的关键设备、高附加值锂产品等的研究，成功研发了锂云母矿固氟技术、锂云母分解技术、选择性高效浸出技术、综合利用钠、钾、铷、铯的产业化技术、锂云母高效提锂关键设备制备技术等。以上集成技术突破了传统工艺的技术经济瓶颈，实现了从锂云母矿中高效、经济提取电池级碳酸锂新工艺的工业化应用。
1.5 废旧锂电池回收制备电池级碳酸锂工艺
研究人员进行从废磷酸铁锂中回收锂资源的研究，以废磷酸铁锂为原料进行锂、铁、磷的综合回收，并充分利用了废磷酸盐中的磷、铁、锂资源。锂、铁具有高附加值，磷酸铁，碳酸锂产品和磷酸锂是在无铁渣的过程中生产的，回收率高。赣锋锂业以磷酸铁锂废料为原料，通过火法焙烧、盐酸浸出、转型除杂、碱化除杂、纯碱沉锂等步骤制备得电池级碳酸锂。因此从废旧锂电池这座“城市矿山”回收制备电池级碳酸锂，实现资源循环利用，符合国家节能减排政策，具有重要的经济意义与社会意义。
电池级碳酸锂的发展前景
电池级碳酸锂作为锂电池的正极材料，正广泛地应用到电动汽车行业中。
一方面，电池级碳酸锂制备环节，钙、镁等杂质含量面临比较高的要求。结合现阶段电池级碳酸锂制备情况，今后在制备过程中建议采用多种工艺联合处理的方式，以免单一工艺在使用过程中导致问题无法解决，也可以使用组合加工方法来确保碳酸锂产品的纯度，从而节省生产成本，制备电池级碳酸锂时，将来必须特别考虑深度去除钙和镁。
另一方面，因磁性物质关系到电池的安全性、充电次数等关键特性指标，对制作电池的原材料电池级碳酸锂提出了很高的要求。行业标准规定磁物的含量＜0.0003%，但下游正极材料客户要求产品磁物含量低于200ppb，所以下游厂家将会更加挑剔，那些达不到客户需求并且产品质量不稳定的产品不会再有市场。
文章来源：
上海有色网：需求逐年攀升 未来五年碳酸锂和氢氧化锂价格将高位波动
电池中国网：碳酸锂 | 价格暴涨！“抢锂”大战还将继续？
李伟达：电池级碳酸锂制备工艺研究解析
魏昊等：电池级碳酸锂制备与提纯的研究进展
（中国粉体网编辑整理/青黎）
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