国内氢氧化锂生产工艺及成本分析

陈光辉，王中奎，罗宁川

（北京安泰科信息股份有限公司，北京 100814）

1 概述

锂产品在现代工业中具有非常重要的地位，在电池工业、铝工业、润滑脂、医药、制冷剂、核工业及光电行业等新能源、新材料领域有广泛的应用。随着技术的进步，锂产品的应用范围不断扩大，需求保持较快增长，行业发展前景十分广阔。

新能源汽车市场的持续增长，带动了动力电池行业的增长[1]。鉴于需求端对于高续航里程及汽车轻量化锲而不舍的追求，高镍化趋势长期坚定不变。在动力电池高镍化趋势下，锂盐需求正渐渐从碳酸锂向氢氧化锂转变，氢氧化锂替代碳酸锂或成为趋势。高能量密度的高镍三元必须使用氢氧化锂，随着高镍三元正极材料的开发速度不断加快，高镍三元材料在动力电池上实现规模化应用，氢氧化锂的需求将不断走高，氢氧化锂及其制备业受到业界的广泛关注。

2 氢氧化锂生产现状

2019年，氢氧化锂因高镍三元电池的快速发展成为锂化合物的主要增长动力。根据五矿证券的研究报告，2019年全球单水氢氧化锂的产销量约为9.96万吨，需求量约为7.97万吨，其中锂离子电池领域的需求约6.2万吨。预计2025年全球氢氧化锂的需求总量将大幅增长至56.6万吨，2019-2025年的复合平均年增长率约38.65%，2022年锂电池对于氢氧化锂的需求量预计将超越碳酸锂。2019年全球氢氧化锂市场的供应集中度较高，按照产能与产量份额如下图所示：

图1 2019年氢氧化锂产能份额和产量份额

当前全球优质氢氧化锂产能均集中在中国，随着特斯拉国产化的加速，以及宝马、蔚来等高镍车型的发力，2020年中国电池级氢氧化锂需求及产量将会有明显增长。当前国内氢氧化锂的原料来源相较于碳酸锂更为单一，主要以锂辉石精矿为原料，生产厂商集中度更高。

3 氢氧化锂生产工艺

矿石、盐湖生产氢氧化锂的工艺路径成熟，但是在实际生产中，生产高品质的氢氧化锂产品却并不简单，尤其是除杂的工艺门槛较高，下游客户通常也有差异化的指标要求，这也注定氢氧化锂、尤其电池级氢氧化锂难以成为标准化的大宗商品。矿石可一步生产电池级氢氧化锂，首先利用锂精矿焙烧、酸化生产硫酸锂溶液，然后硫酸锂通过氢氧化钠进行转化，经过滤、蒸发浓缩、结晶（部分采用多次结晶）、干燥等工序生产电池级氢氧化锂；盐湖的成熟工艺是首先生产碳酸锂、再苛化生产氢氧化锂，盐湖提锂虽然资源丰富，但由于盐湖提锂本身的杂质含量较多，且技术通用性查，加上盐湖提锂企业倾向于将高品质的碳酸锂产品直接外售，将工业级（或次优）的碳酸锂作为原料用于后端氢氧化锂的生产，这将导致其氢氧化锂产品的品质、一致性难以得到保障；盐湖提锂企业也在积极试验卤水电解生产氢氧化锂的工艺，但在批量生产中，其工艺成熟度和产品品质依然有待观察和验证。

矿石提锂生产氢氧化锂常用的生产方法主要有碳酸锂和氢氧化钙法、煅烧法、硫酸锂法等。碳酸锂和氢氧化钙法生产工艺可以得到浓度约3.5%的溶液，若比此浓度高，由于氢氧化锂的存在，碳酸锂的溶解度下降残留于碳酸钙残渣中而造成损失。煅烧法缺点是镁的使用使得工艺流程复杂，设备腐蚀严重，蒸发水量大，能耗高。硫酸锂法生产氢氧化锂回收率较高，可连续生产，并能实现自动化控制，产品性能稳定，生产成本低，是目前我国主要的生产方法。

硫酸锂法工艺以天然锂精矿(α型)为原料，先通过回转窑焙烧使α-锂精矿转化为易与硫酸反应的β-锂精矿，然后通过硫酸法将锂精矿中的锂元素提取出来，加水制浆浸出，使固态硫酸锂变为液态，加入石灰粉和碳酸钙调节pH 值，过滤出铁、钙、镁等杂质，再通过加入碳酸钠和进行离子交换进一步去除钙之后，将硫酸锂浸出液适当蒸发浓缩，加入氢氧化钠后，通过冷却到-5℃～-15℃分离出十水硫酸钠，将分离后母液蒸发浓缩结晶出粗品单水氢氧化锂，最后通过重结晶的方式得到精品单水氢氧化锂[2]。

其基本原理主要是利用Na2SO4与LiOH在低温下溶解度不同，采用低温分离出Na2SO4，达到净化液体的目的。主要反应方程式如下：

图2 硫酸锂法生产氢氧化锂工艺流程

4 氢氧化锂生产成本分析

氢氧化锂生产过程中所使用的主要原辅材料为锂辉石精矿、硫酸、纯碱、烧碱、碳酸钙等；产品生产过程中主要能源消耗有两大方面：一是设备运转的电能消耗；二是生产过程中的热量消耗。本文根据国内主要氢氧化锂企业原辅材料消耗、能源消耗及提锂回收率，来计算其直接成本[3]，其成本计算如表1所示。

通过上表计算可得，各企业氢氧化锂直接成本集中在3.8-4.1万元/吨。从上表可以看出，原材料的成本占据了氢氧化锂直接成本的80%左右，进而可以得知上游锂资源对企业成本控制的重要性。

表1 氢氧化锂直接成本分析

成本控制是锂化工企业综合竞争的核心之一，同时也是体现企业内部管理机制及其运行效果的绩效指标。企业可以通过投资锂资源，获得稳定优质的锂原料来控制成本；也可以通过对各种生产工艺、设备、技术的不断完善和革新，提升产品质量，降低单位产品成本；也可以加大研发投入用于技术项目研发和科研成果产业化，通过产品差异化战略来增加高端产品溢价能力，确保成本效益，提高整体盈利能力。

5 结语

本文结合氢氧化锂的生产情况，介绍了当前氢氧化锂生产的主流工艺及成本分析。随着市场对新能源汽车续航能力、行驶里程的要求不断提高，导致对动力电池能量密度的要求也越来越高，走高镍化三元路线已经逐渐成为主流车企的共同选择。高镍三元材料需求的增长将直接带动氢氧化锂需求的增长，企业必须持续不断的坚持降本增效，不断降低产品成本，提升产品品质，具体表现为：在资源、资本、人员、生产线、销售和技术、投资等方面进行国际化战略布局，同时坚持贴近市场、引导市场可持续健康平稳发展；坚持高端化、差异化产品取向，持续优化生产工艺，努力提升产品品质；坚持聚焦前沿行业技术方向，不断挖掘现有生产线产能潜力，加快新技术、新设备、新工艺的自主研发和储备，实现由单纯的锂加工制造业务向集锂资源储备、开发和贸易以及锂系列产品加工为一体的转变，产业链向上下游延伸、价值链向高端攀升，核心竞争力进一步增强。