由于人类日益增加的化石能源消耗,雾霾、温室效应等环境问题日益严重。为了缓解当前环境恶化的现状,需要改变现有不合理的能源结构,提高能源利用率、发展新能源,规模储能成为十分紧迫的问题。在当前研发的储能器件中,锂离子电池具有体积小、重量轻、能量密度高等优点,在手机、笔记本电脑等便携设备以及电动自行车、电动汽车等交通工具中正发挥着越来越重要的作用。锂离子电池的用量逐年增加,特别是支持新能源发展的储能电池需求旺盛,这样电池的成本就成为人们关注的焦点。
众所周知,锂离子电池材料中常用的钴和镍等重金属元素,不仅资源稀有、价格昂贵,而且对环境也有不利影响。特别需要指出的是,合成正极材料都需要相当比例的含锂前驱体,而锂的资源十分有限,随着锂离子电池应用范围的快速扩展,必然会出现锂盐供不应求的局面。2015年后期由于我国电动汽车产量快速增长,导致锂离子电池产能的提升,从而出现碳酸锂价格飞涨局面。可以预期,锂离子电池原材料成本难以大幅降低,将使其在大规模储能中的应用受到限制。
全球锂资源
对于锂离子电池材料,含锂前驱体主要形式为碳酸锂。碳酸锂有两种来源:矿石和盐湖。锂矿石主要以锂辉石、锂云母及磷铝石矿的形式存在。从盐湖卤水提取生产的锂化学产品主要是碳酸锂或氯化锂。美国地质调查局的数据显,2015年全球已探明的锂资源量(金属锂当量)为3950万吨,其中几乎73%集中分布在南美洲少数国家。全球可开采锂资源储量约为1350万吨(以碳酸锂当量计算约为7100万吨),近两年锂资源的年平均开采量为3.5万吨,即便如此预计也仅可供开采385年,更何况目前每年的锂资源开采量正逐渐增加。
上图展示了全球主要锂资源国家分布、产量及储量情况。