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密度最低的金属锂(Li,原子序数 3)

锂(Li,原子序数 3)是“最轻金属”,也是当下能源革命的核心元素。

基本特征

属性 数值  备注
密度 0.534 g cm⁻³ 最轻金属,能浮在汽油上
电极电位  −3.04 V 最负,电池界“电压发动机”
同位素 ⁷Li 92.5 %、⁶Li 7.5 % 后者是氚增殖堆的“弹药”
地壳丰度 20 ppm 与镍相近,但富矿稀少

 

五个高频应用场景

① 动力电池

三元(NCM)、磷酸铁锂(LFP)正极都离不开 Li⁺“搬工”。

1 辆 Model 3 长续航 ≈ 12 kg Li₂CO₃ 当量,占整车成本 4–6 %。

② 便携电源

手机 1 节 3.7 V 软包 ≈ 2 g 金属锂;笔记本 60 Wh ≈ 15 g。

③ 玻璃陶瓷

⁷Li 加入铝硅玻璃 → 热膨胀系数近零,Corning Gorilla Glass 即用此招防摔。

④ 铝工业

每吨电解铝需 1–2 kg Li₂CO₃ 作“助熔剂”,降低熔点 80 °C,节电 3 %。

⑤ 核聚变

⁶Li + n → ³T + ⁴He,产氚反应截面高,ITER 包层设计年需 ⁶Li 百公斤级。

资源地图(2025 版)

卤水型:智利 Atacama、阿根廷 Hombre Muerto、中国察尔汗,占全球产能 65 %。

硬岩型:澳大利亚 Greenbushes(品位 2.4 % Li₂O,全球最大矿山)。

新玩家:四川甲基卡(国内最高 2.8 %)、马里 Goulamina、加拿大 James Bay。

提取工艺

南美卤水:

盐田蒸发 12–18 月 → LiCl 卤水 → 石灰除镁 → 苏打沉淀 Li₂CO₃

缺点:一次水耗 50 t/t 产品,ESG 压力最大。

中国吸附法:

铝系分子筛直接吸附老卤 Li⁺ → 洗脱 → 双极膜电渗析得 LiOH

优点:生产周期 7 天,水耗降 80 %;缺点:一次性树脂贵。

硬岩提锂:

锂辉石 1000 °C 转型 → 酸化焙烧 → 硫酸浸出 → 除杂 → 沉锂

成本 6–7 万元/吨,比卤水高 30 %,但 8 周即可投产。

价格过山车(近 5 年)

2021 10 万 → 2022 11 月 60 万(高点)→ 2023 4 月 17 万 → 2024 12 月 7.8 万元/吨(电池级碳酸锂,含税)。

核心驱动:产能释放 vs 库存去化 vs 储能抢装。

三条“冷到结冰”知识

宇宙锂危机:

标准大爆炸模型预测 ⁷Li 丰度比实测高 3 倍,称为“锂缺失问题”,至今没完全解决。

医疗“情绪金属”:

碳酸锂 1949 年起用于双相情感障碍,血药浓度 0.6–1.0 mmol L⁻¹ 即起效,但治疗窗窄,多喝两口盐水就能“滑出”安全区。

火箭燃料“锂加成”:

锂铝氢(LiAlH₄)比肼能量高 15 %,曾计划用于航天飞机升级项目,因怕水太猛作罢——遇水即爆,现场无法灭火。