锂电池用途科普｜锂的用途，资源分布，消费结构，供应现状及未来趋势|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

科普｜锂的用途、资源分布、消费结构、供应现状及未来趋势

来源：中国矿业报

如果说，从矿业周期大势上看，多少有点悲观色调的话，那锂无疑是给低沉的资源圈添加了一抹亮丽的色彩。在矿产资源行业萎靡不振的大背景下，锂矿势头不减，成为了广受关注的明星矿种。

这很大程度上得益于新能源汽车市场日渐兴盛，使得作为上游材料的锂矿资源成为了“香饽饽”。那么，锂矿资源目前的生产和供应形势如何？如何解决国内供不应求的缺锂现象？第一期“战略性新兴矿产资源专题讲座”上，自然资源部中国地质调查局中国地质科学院全球矿产资源战略研究中心、新兴矿产战略研究室主任李建武为大家分享了《中国锂资源供应体系现状、问题与建议》。

锂的用途和锂资源分布

锂是一种对国民经济及国防安全具有重要意义的战略金属，在高新新技术和军工产业中应用广泛。锂在能源领域的应用主要包括做成锂离子电池应用于新能源汽车、消费电子产品、储能系统，以及核聚变的原料，被称为21世纪的能源金属。

因为锂的原子量很小，所以用锂作阳极的电池具有很高的能量密度。此外，锂电池还具有质量轻、体积小、寿命长、性能好、无污染等优点，因而备受青睐。

近年来，锂在电池领域的应用增长最快，电池领域已经成为全球锂的最大消费领域。2007~2017年，该领域占比从20%提高到46%。2017年全球锂消费量为23.76万吨，其中2005~2015年全球锂消费年均增长6%；2015~2017年受全球新能源汽车产量快速增加的影响，年均增长21%，中国是最主要的拉动因素。2017年，中国锂消费量12.47万吨，其中2007~2014年，随着3C产品的飞速发展，中国锂消费从2.28万吨增加到6.58万吨，年均增长16%；2014~2017年主要受新能源汽车产业的拉动，中国锂消费从6.58万吨增加到12.47万吨，年均增长24%。

锂

锂的消费结构

随着全球对清洁能源需求的高涨，锂战略地位凸显，锂已被锂资源短缺的工业化国家列为战略资源安全保障范围，寻求多元化的供应渠道已是普遍的策略选择。

全球目前开发利用的锂资源分为盐湖卤水型和硬岩型两类，两者比例约7:3。全球锂资源总量丰富，但分布不均，主要分布在南美洲、亚洲和大洋洲，高度集中在智利、中国、阿根廷和澳大利亚四国。

智利和阿根廷以盐湖卤水型为主，澳大利亚以硬岩型为主，中国则两种资源都有分布。中国卤水型锂矿约占总量的67%，主要分布在青海和西藏，锂辉石矿）和锂云母矿等硬岩型锂矿约占33%，锂辉石矿集中分布在四川和新疆，锂云母矿主要在江西。

我国锂资源供应现状及未来趋势

从全产业链角度看，中国锂资源生产能力弱，但锂盐加工能力强。2017年全球锂矿（包括硬岩锂和卤水锂）产量总计22.89万吨（折碳酸锂当量，下同）。其中，澳大利亚产量9.95万吨，占比43%，居第一位；智利7.51万吨，占比33%，居第二位；阿根廷2.93万吨，占13%；三国产量合计约占全球总量的89%。

中国锂资源以盐湖型为主，但限于技术和成本各方面原因，目前依然主要从矿石中提锂，所需锂矿石几乎全部依赖进口。我国川西地区锂资源勘查取得重要成果，但受多种条件所限，投产尚需时日。江西宜春锂矿床锂品位低，提锂成本高，但其副产品铌、钽等受益高，综合开发前景好。盐湖锂矿主要开发的是青海地区，该地区产能正在逐步建设，陆续释放。目前，察尔汗盐湖是产量最高的矿区，但该区资源品质差，镁锂比高，开发成本高。

与此同时，中国锂盐产量增长迅速，是全球第一大锂盐生产国。2017年全球锂盐产量23.54万吨，集中在3个国家：中国12.34万吨，占全球52%，居第一位；智利7.8万吨，占33%，居第二位；阿根廷3.4万吨，占15%，居第三位，合计占全球比例近100%。全球锂盐产业高度集中，2017年前五家企业产量合计约占全球60%。排名前三的企业分别为智利SQM公司、美国Albemarle（雅保）公司以及中国天齐锂业，产量合计约占全球44%；美国FMC公司和中国赣锋锂业分列第四位和第五位。

由于未来中国本土锂资源供应能力有限，缺口长期存在，李建武分析，如果市场价格维持在6万元/吨左右，2025年、2030年和2035年，我国锂资源矿山产能将可以分别达到17万吨、23万吨和25万吨。届时，缺口分别为43.2万吨、75.4万吨和96.6万吨，对外依存度将长期在70%以上。

我国锂资源供应体系的问题及对策

我国目前盐湖锂和硬岩锂的供应都存在很大问题。我国盐湖锂资源禀赋差，青海盐湖镁锂比高、品位低、开发成本高；察尔汗盐湖比南美Atacama盐湖氯化锂浓度低60倍，镁锂比值高78倍~310倍。西藏主要含锂盐湖资源品质较好，但受高海拔、交通运输条件等因素影响，开发规模受限；我国硬岩型锂资源中，锂辉石矿主要分布在四川西部地区，资源品质好，但海拔高、基础设施差、民族问题复杂，开发受到很大限制；锂云母矿主要分布在江西宜春地区，但锂云母矿成分较锂辉石复杂，提锂成本较高。

同时，我国锂资源供应成本较高。目前锂资源供应结构中， 60%成本高于5万元/吨，其余40%在3万元/吨，而南美盐湖成本仅为2万元/吨。

造成上述现象的原因之一是我国锂资源海外投资过于集中在澳大利亚。2017年，我国进口的锂资源80%以上来自硬岩锂，绝大多数为中国企业在澳大利亚投资项目。由于硬岩锂成本较盐湖锂平均高出一倍以上，其抵御市场价格波动风险的能力较差，企业发展面临较大挑战。

针对以上问题，李建武建议：

要加强新型锂资源开发，如青海柴达木盆地第三系背斜构造区深层裂隙孔隙卤水锂矿是一种新型锂资源，具有较大潜力，品位较高，镁锂比低，品质优于目前开发的盐湖卤水锂资源，是未来锂矿勘查和开发的重要方向之一。

我国应采取多种措施，有效提升本土锂资源供应能力。一是要加大技术研发投入，鼓励企业和科研机构进行技术攻关，解决高镁锂比盐湖提锂技术难题，降低开发成本，提高国内盐湖锂供应能力。二是要积极协调和改善四川西部硬岩型锂矿开发社会环境，尽快形成产能。

来源：中国矿业报

锂电池的种类和用途

通常我们说得最多的动力电池主要有磷酸铁锂电池、锰酸锂电池、钴酸锂电池以及三元锂电池（三元镍钴锰）。

以上各类电池都有优缺点，大致归纳为：

磷酸铁锂电池：是指用磷酸铁锂作为正极材料的锂离子电池。

优点：寿命长、充放电倍率大最快可在1小时内将电池充满、大容量，无记忆效应，安全性好、高温性好、元素无害环保、成本低。重量轻

缺点：能量密度低，振实密度低（体积密度）。

应用

由于磷酸铁锂动力电池具有上述特点，并且生产出各种不同容量的电池，很快得到广泛地应用。它主要应用领域有：

大型电动车辆：公交车、电动汽车、景点游览车及混合动力车等；

轻型电动车：电动自行车、高尔夫球车、小型平板电瓶车、铲车、清洁车、电动轮椅等；

电动工具：电钻、电锯、割草机等；

遥控汽车、船、飞机等玩具；

太阳能及风力发电的储能设备；

UPS及应急灯、警示灯及矿灯（安全性最好）；

替代照相机中3V的一次性锂电池及9V的镍镉或镍氢可充电电池（尺寸完全相同）；

小型医疗仪器设备及便携式仪器等。

动力电池的对比

目前最有希望应用于动力型锂离子电池的正极材料主要有改性锰酸锂（LiMn2O4）、磷酸铁锂（LiFePO4）和镍钴锰酸锂（Li(Ni,Co,Mn)O2）三元材料。镍钴锰酸锂三元材料由于钴的资源缺乏与镍、钴成高和价格波动大等原因，普遍认为很难成为电动汽车用动力型锂离子电池的主流，但可以与尖晶石锰酸锂在一定范围内混合使用。

金属交易市场，钴（Co）最贵，并且存储量不多，镍（Ni）、锰（Mn）较便宜，而铁（Fe）最便宜。正极材料的价格也与这些金属的价格行情一致。因此，采用LiFePO4正极材料做成的锂离子电池应是最便宜的。它的另一个特点是对环境无污染。

作为充电电池的要求是：容量高、输出电压高、良好的充放电循环性能、输出电压稳定、能大电流充放电、电化学稳定性能、使用中安全（不会因过充电、过放电及短路等操作不当而引起燃烧或爆炸）、工作温度范围宽、无毒或少毒、对环境无污染。采用LiFePO4作正极的磷酸铁锂电池在这些性能要求上都不错，特别在大放电率放电（5～10C放电）、放电电压平稳上、安全上（不燃烧、不爆炸）、寿命上（循环次数）、对环境无污染上，它是最好的，是目前最好的大电流输出动力电池。

这里举一个用磷酸铁锂动力电池替代铅酸电池的应用实例。采用36V/10Ah（360Wh）的铅酸电池，其重量12kg，充一次电可行走约50km，充电次数约100次，使用时间约1年。若采用磷酸铁锂动力电池，采用同样的360Wh能量（12个10Ah电池串联组成），其重量约4kg，充电一次可行走80km左右，充电次数可达1000次，使用寿命可达3～5年。虽然说磷酸铁锂动力电池的价格较铅酸电池高得多，但总的经济效果还是采用磷酸铁锂动力电池更好，并且在使用上更轻便。[1] 磷酸铁锂产业不会过分依赖国外市场，原料和设备也不会受制于国外企业，国内整个产业链相对是比较成熟的。同时国内外对于磷酸铁锂的研究和产业化的起步差别不大，

三元锂电池：三元聚合物锂电池是指正极材料使用镍钴锰酸锂（Li（NiCoMn）O2）三元正极材料的锂电池，三元复合正极材料前驱体产品，是以镍盐、钴盐、锰盐为原料,里面镍钴锰的比例可以根据实际需要调整，三元材料做正极的电池相对于钴酸锂电池安全性高，但是电压太低，用在手机上（手机截止电压一般在3.0V左右）会有明显的容量不足的感觉。目前三元材料的电芯代替了之前广泛使用的钴酸锂电芯，在笔记本电池领域广泛使用。

优点：能量密度高、振实密度高。

缺点：安全性差、耐高温性差、寿命差、大功率放电差、元素有毒（三元锂电池大功率充放电后温度急剧升高，高温后释放氧气极容易燃烧）。

性能

在容量与安全性方面比较均衡的材料，循环性能好于正常钴酸锂，前期由于技术原因其标称电压只有3.5-3.6V，在使用范围方面有所限制，但到目前，随着配方的不断改进和结构完善，电池的标称电压已达到3.7V，在容量上已经达到或超过钴酸锂电池水平。

地位

全球5大电芯品牌SANYO，PANASONIC，SONY，LG，SAMSUNG已推出三元材料的电芯，相当部分的笔记型电池线都用三元材料的电芯替换了之前的钴酸锂电芯，SANYO，SAMSUNG柱式电池方面更是全面停产钴酸锂电芯转向三元电芯的制造，目前国内外小型的高倍率动力电池大部分使用三元正极材料

锰酸锂电池：锰酸锂电池是指正极使用锰酸锂材料的电池，锰酸锂电池其标称电压在2.5~4.2v ，锰酸锂电池以成本低，安全性好而被广泛使用。

优点：成本低、安全性和低温性能好的正极材料，

缺点：耐高温性差，锰酸锂长时间使用后温度急剧升高，电池寿命衰减严重（比如日产电动车LEAF）。

用途

主要用于制造手机和笔记本电脑及其它便携式电子设备的锂离子电池作正极材料。

钴酸锂电池：钴酸锂电池结构稳定、容量比高、综合性能突出、但是其安全性差、成本非常高，主要用于中小型号电芯，广泛应用于笔记本电脑、手机、MP3/4等小型电子设备中，标称电压3.7V。

钴酸锂的特点

1、电化学性能优越　　2、加工性能优异　3、振实密度大, 有助于提高电池体积比容量　4、产品性能稳定, 一致性好　

钴酸锂的用途

主要用于制造手机和笔记本电脑及其它便携式电子设备的锂离子电池作正极材料。通常用于3C产品，安全性极差，不适合做动力电池。

三元锂电池为什么在商用车上被禁用？

在中国电动车百人会上，工业和信息化部装备司司长张相木的一句话引起了很大的争议。他是这么说的：「工信部将组织开展对三元锂电池的风险评估，在评估完成前，暂停三元锂电池客车列入新能源汽车推广应用推荐车型目录。」

针对这样的消息，电动车百人会信息部特地发布了一条公告，说百人会只是一个平台，而不代表任何一方表态。根据目前的报道，也有企业透露目前相关管理机构已经暂停了三元锂电池的电动大巴的公告受理，但真实性有待考量。

对商用车使用三元锂电池提出反对意见，主要还是出于安全考虑。但为什么三元锂电池会「躺枪」，得从原理说起。

三元锂 VS 磷酸铁锂

「三元锂电池」全称是「三元聚合物锂电池」，指正极材料使用镍钴锰酸锂三元正极材料的锂电池。这一命名方式是根据电池的「正极材料」划分的，除此之外，还有钴酸锂、锰酸锂、磷酸铁锂电池。除了根据正极材料划分，还可以根据外形、外包材料、电解液来划分电池类别。

三元锂、锰酸锂、磷酸铁锂都可以在电动车上用。说了这么多「锂」，你可能有点晕，但今天的主角是三元锂电池和磷酸铁锂电池。

三元锂电池和磷酸铁锂电池各自特性不同，主要矛盾集中在「能量密度」和「安全性」上。三元锂电池能量密度更大，但安全性经常受到怀疑。磷酸铁锂电池虽然能量密度小，但大家说它更安全。

所谓「安全性」的差异，主要还是在正极材料上。

这两种材料都会在到达一定温度时发生分解，三元锂材料会在 200 度左右发生分解。并且三元锂材料的化学反映更加剧烈，会释放氧分子，在高温作用下电解液迅速燃烧，发生连锁反应。而磷酸铁锂会在 700-800 度时发生分解，不会像三元锂材料一样释放氧分子，燃烧没那么剧烈。说简单点，就是三元锂材料比磷酸铁锂材料更容易着火。注意，我们这里提到的只是「材料」。

从总的趋势来看，国内车企乘用车纷纷转向使用三元锂电池，包括北汽、比亚迪、江淮等。相应的供应商也在加速三元锂电池的生产，比如亿纬锂能在半年报中透露，二期工厂将主要生产三元锂电池。

至于磷酸铁锂电池，越来越多的活跃在电动客车市场。去年 11 月，磷酸铁锂电池的电动大巴装机量占到了 64.9%，三元锂电池装机量只有 27.6%。相反，在纯电动乘用车市场，三元锂电池在去年 11 月的装机量超过 76%。

问题不在于用哪种电池

我们前面提到的，只是三元锂材料和磷酸铁锂材料特性的差异。而最终决定安全性的，是整个动力电池系统。

由于锂电池的特性，所以必须要有 BMS（Battery Management System）。主要功能包括过充保护（OVP）、过放保护（UVP）、过温保护（OTP）、过流保护（OCP）等功能，一旦发生意外，能够立刻切断电流。

如果电池热解了，先得问问 BMS 是不是合格的。

所以单纯认为三元锂电池不安全，是不太合适的。三元锂材料容易热解，但是不代表三元锂电池不安全；磷酸铁锂材料不易热解，但是不代表磷酸铁锂电池就是安全的。

动力电池的安全，是一个系统问题，不只是材料的原因。从之前的纯电动客车自燃事故来看，有三元锂电池，也有磷酸铁锂电池。但事故并不能说明某种电池是失败的，涉及因素太多了，燃油车自燃也数不胜数。

其实，我们更应该关注的是如何阻止失效电池单体危害其他单体，受工艺水平限制，不可能把所有电池单体一致性保持在 100%。

振华新能源总经理李树军在最近的 GNEV 大会上就认为，高能量密度材料的使用，面临鞭炮还是手雷的选择。所以，务实的做法是关注模块安全，而它的重点是失效隔离与安全保护。单体失效是无法避免的现象，但可以通过对单体进行控制，来预防模块失效。

再宏观一点儿来看，如果使用三元锂电池是为了获得更高的续航里程，那么其实还可以有很多其他方式来实现，比如车子的轻量化等等，这更是一个系统性工程。

但是，如果从政策上就限制住了三元锂电池，是不是这些相关的电动车技术也要面临「偏废」？

总之，电池类型的选择，是要与产品定位和技术相符的。如果因为大巴易发生大规模伤亡，就禁止三元锂电池在大巴上使用，那小车怎么办？

那是不是有「国家保护」的私心呢？如果限制三元锂电池应用在商用车上，最大的受益者可能就是国内的磷酸铁锂电池生产企业了，因为韩国电池企业主打三元锂电池并且走低价路线。不过再想想，这种「保护」真的有利于国内电动车以及相关技术的发展么？

其实，技术是可以解决材料天生缺陷的，而通过政策来干预技术的发展是值得考量的。

在一个汽车工程师的微信群里，有过一个观点：电动车着火不是坏事，甚至早出事比晚出事好。问题的关键不在于使用哪种电池，而是在于我们的电动车增速太快了，由此带来大量的低质产品，这些才是真正的安全隐患。

锰酸锂电池在全球新能源汽车领域的应用

中国储能网讯：近日，应主办方捷能科技的邀请，上海“新能源汽车大课堂”迎来了星恒研发总监程凯先生，为整车厂、PACK企业、电芯企业、方案提供商等行业精英做了“超级锰酸锂技术与应用”的主题演讲，详见下文：

日韩企业将锰酸锂电池广泛应用于国际新能源汽车主力品牌

AESC、东芝、LEJ、日立与LG等日韩电池企业将锰酸锂电池广泛应用于日、韩、欧美等多主流品牌的新能源汽车上。尤其日产LEAF截止2016年底累计销售35万辆。日本电池厂的锰酸锂电池以大的掺杂单晶颗粒为主：克容量稍低，设计面密度很低，高温及循环性能好；多与三元或二元材料掺混使用。

在我国，锰酸锂电池主要应用在新能源商用车领域

由于我国新能源汽车推广路线的不同，以磷酸铁锂商业化最突出，并且随着对比能量的追求，开始加快推进三元。然而，以星恒为代表的一批动力锂电池企业仍采用与国际接轨的锰酸锂技术方案，并开展了大胆的创新，发挥其优势，主力应用在商用车领域。

不同材料各有利弊，星恒锰酸锂扬长避短

普通锰酸锂的优势是电压平台高、低温性好、倍率性好、综合性价比高；而缺点是能量密度低，高温循环性和储存性较差。

如何扬长避短成为采用锰酸锂材料的电池厂需要解决的首要问题。程凯介绍：“与日本企业不同，星恒的锰酸锂采用由一次颗粒团聚而成的二次颗粒，通过掺杂和包覆双管齐下的方案对材料进行修饰：提高了锰酸锂的克容量；提高了电池的高温循环性能和贮存性能；在极片设计上则采用了高面密度设计。”

星恒“超级锰酸锂”——高性价比的动力锂电池

通过多年的研发和改善，星恒推出了具有高性价比的“超极锰酸锂”，具有长循环寿命、低成本和二次寿命的三大特点。

从2006年至今，全球踪迹400万轻型电动车均采用星恒超极锰酸锂电池，已经经过14年，5个生命周期的市场应用检验。截止2016年底，星恒为国内近2万辆电动汽车提供动力锂电池配套，尤其在电动物流车领域处于领先地位。

补贴退坡与市场化，锰酸锂前景大好

“在电池“高能量密度”导向下，锰酸锂发展一度受挫。然而，动力电池不能片面追求单一性能。

如果不做出改变，国内企业投入锰酸锂的材料的技术开发会受到影响，乐于采用锰酸锂作为动力电池的汽车厂也会日渐减少，导致整个体系发展落后于日韩企业，将形成一个“怪圈”。程凯在演讲中说道，“随着国家的补贴退坡，新能源汽车市场化压力增大，但星恒对锰酸锂体系充满坚定信心，提升动力电池的综合性价比，让新能源汽车广泛普及，才是未来。”

据他介绍：“锰酸锂材料本身就具备突出的成本优势。随着国内新能源汽车蓬勃发展，锂离子电池原材料均大幅涨价：碳酸锂、六氟磷酸锂、镍、钴，铜无一幸免，而仅有锰酸锂主要材料二氧化锰的价格稳定。

星恒希望通过不断努力，在2020年将电池成本降到1元／瓦时。只有综合性价比优于传统燃油汽车，才能实现新能源汽车的真正市场化。锰酸锂电池，尤其星恒“超极锰酸锂”大有可为！”。