Tổng Quan Ngành Công Nghiệp Lithium
"Lithium," là một trong những nguyên liệu thô cho xe điện (NEVs), là một phần quan trọng để hiểu về NEVs. Hôm nay, chúng tôi sẽ giới thiệu toàn diện chuỗi ngành công nghiệp lithium từ thượng nguồn đến hạ nguồn thông qua bài viết này.
Khai Thác Thượng Nguồn
Tài Nguyên Khoáng Sản
Đầu thượng nguồn có ba loại tài nguyên chứa lithium oxide có thể được khai thác làm nguyên liệu cho pin lithium: spodumene, lepidolite, và nước muối hồ muối. Spodumene chiếm 45% nguồn cung toàn cầu, lepidolite 11%, và nước muối hồ muối 39%.
Theo khu vực, Úc có nhiều quặng spodumene nhất, chiếm khoảng 92% tổng tài nguyên spodumene, phần còn lại chia đều giữa Brazil và Trung Quốc (khoảng 4% mỗi nước). Lepidolite hầu như chỉ được tìm thấy ở bốn khu vực khai thác ở Nghi Xuân, Giang Tây, Trung Quốc, với 48% ở Mỏ Tantalum-Niobium Nghi Xuân. Chile, là quốc gia có tài nguyên hồ muối lớn nhất thế giới, chiếm 63% hồ muối toàn cầu, với các khu vực Thanh Hải và Tây Tạng của Trung Quốc chiếm 27%, phần còn lại phân bố ở Argentina và các quốc gia khác.
Mỏ và Công Ty
Lấy Úc làm ví dụ, là quốc gia có tài nguyên spodumene lớn nhất thế giới, các mỏ của nó có sản lượng cao nhất, với Greenbushes, Mt Marion, Wodgina, và Pilgangoora là các mỏ chính. Greenbushes và Pilgangoora lần lượt xếp hạng nhất và nhì, với tổng sản lượng của họ vào năm 2023 chiếm khoảng 30% sản lượng mỏ lithium của Úc. Các công ty khai thác chính bao gồm CATL, Albemarle, Tianqi Lithium, Ganfeng Lithium, IGO, Posco, và Arcadium Lithium. Ở Trung Quốc, spodumene chủ yếu phân bố ở bốn khu vực khai thác: Yelonggou và Lijiagou ở huyện Kim Xuyên, tỉnh Tứ Xuyên; Jiajika 134 ở châu tự trị Cam Tư; và Dahongliutan ở tỉnh Tân Cương, với Dahongliutan có chất lượng và sản lượng cao nhất. Lepidolite hầu như chỉ được sản xuất ở bốn khu vực khai thác ở Nghi Xuân, Giang Tây, Trung Quốc, với 48% ở Mỏ Tantalum-Niobium Nghi Xuân.
Chế Biến Quặng và Chiết Xuất Lithium
Tuy nhiên, thành phần của quặng thô rất phức tạp, với kích thước hạt khoáng không đồng đều và các khoáng chất gangue khác nhau, dẫn đến tỷ lệ sử dụng tài nguyên khoáng sản tương đối thấp. Hàm lượng lithium oxide trung bình tổng thể tương đối hạn chế (spodumene ROM chứa khoảng 1,5%~4%; lepidolite ROM thậm chí còn thấp hơn: khoảng 0,3%~0,4%). Do đó, trong sản xuất thực tế, cần phải tuyển quặng để thu được tinh quặng spodumene hoặc tinh quặng lepidolite đạt tiêu chuẩn. Các phương pháp chính là tuyển nổi và tuyển trọng lực, tách và làm giàu các thành phần hữu ích khác trong quặng. Hàm lượng lithium oxide của tinh quặng spodumene thu được có thể đạt khoảng 5%~6,2%, và tinh quặng lepidolite có thể đạt 1,5%~2,5%. Rõ ràng là spodumene có hàm lượng lithium oxide tương đối cao, làm cho việc chiết xuất lithium từ tinh quặng spodumene hiệu quả hơn và chất lượng tốt hơn, do đó chủ yếu sản xuất lithium carbonate cấp pin và lithium hydroxide cấp pin. Tinh quặng lepidolite chủ yếu sản xuất lithium carbonate cấp gần pin và cấp công nghiệp. Ngoài ra, spodumene có thể được sử dụng để chiết xuất cả lithium hydroxide và lithium carbonate, trong khi tinh quặng lepidolite chỉ có thể được sử dụng để chiết xuất lithium carbonate. Lithium hydroxide và lithium carbonate đều là hóa chất lithium và có thể chuyển đổi lẫn nhau; lithium hydroxide có thể được carbon hóa thành lithium carbonate, và lithium carbonate có thể được chuyển đổi thành lithium hydroxide thông qua quá trình kiềm hóa.
Đối với hồ muối, lithium chủ yếu được chiết xuất bằng cách bơm nước muối ngầm và sau đó sử dụng các quy trình và phương pháp khác nhau. Mặc dù mỗi nhà sản xuất có các phương pháp chiết xuất lithium khác nhau, nhưng các phương pháp phổ biến nhất trên thị trường là hấp phụ, màng lọc, và nung, chủ yếu vì các phương pháp này có sản lượng tương đối cao và công nghệ trưởng thành. Đáng chú ý là do hàm lượng tạp chất cao như kali và magiê trong nước muối hồ muối, hầu hết các sản phẩm không thể đạt cấp pin, do đó chủ yếu sản xuất lithium carbonate cấp công nghiệp, nhưng có thể được tinh chế để đạt cấp pin. Ngoài ra, tái chế pin lithium hiện là một nguồn tài nguyên quan trọng—lithium được chiết xuất bằng cách nghiền chúng thành khối đen.
Các Công Ty Hóa Chất Lithium
Về sản xuất hóa chất lithium toàn cầu, các công ty như CATL, Tianqi Lithium, Lanke Lithium, và CITIC Guoan chiếm lĩnh thị trường lithium carbonate, với 5 công ty hàng đầu (CR5) chiếm 38% thị trường trong quý 3 năm nay. Đối với lithium hydroxide, các công ty như Tianyi Lithium, Ganfeng Lithium, và Albemarle là đại diện, với 10 công ty hàng đầu chiếm 90% thị trường. Hiện tại, nhiều công ty tham gia sản xuất lithium carbonate, chủ yếu sử dụng spodumene làm nguyên liệu thô. Điều này chủ yếu là do nhu cầu mạnh mẽ đối với LFP ở hạ nguồn, làm cho lithium hydroxide, tập trung vào các vật liệu ba thành phần có hàm lượng niken cao, khó có lợi nhuận và duy trì sản xuất.
Vật Liệu Trung Nguồn
Các thành phần chính của pin là vật liệu hoạt động cực dương, vật liệu cực âm, chất điện giải, và màng ngăn, với tỷ lệ chi phí tương ứng khoảng 45%, 10%, 20%, và 25%.
Vật Liệu Hoạt Động Cực Dương
Là một trong bốn thành phần chính của pin, vật liệu hoạt động cực dương có chi phí cao nhất, chiếm khoảng 45% tổng chi phí pin. Do yêu cầu hiệu suất và sản phẩm khác nhau, các loại pin khác nhau yêu cầu các vật liệu hoạt động cực dương khác nhau. Chúng có thể được chia thành các vật liệu cực dương ba thành phần, vật liệu LFP, vật liệu LCO, và vật liệu LMO.
a. Vật Liệu LFP
Vật liệu LFP chủ yếu được làm từ "lithium carbonate" và "sắt phosphate" làm nguyên liệu chính, cùng với các vật liệu phụ trợ khác. Các sản phẩm hạ nguồn chính bao gồm xe điện tầm trung, máy bay không người lái, và xe hai bánh. Các nhà sản xuất vật liệu LFP lớn nhất là Defang Nano và Hunan Yuneng. Hiện tại, pin làm từ vật liệu LFP có đặc điểm an toàn cao và hiệu quả chi phí, dần chiếm lĩnh thị trường, với khoảng 80% thị phần. Năm nay, các công ty liên quan có lịch trình sản xuất tốt. Tuy nhiên, vật liệu LFP hiếm khi được sử dụng ở nước ngoài, chủ yếu vì không có sản xuất sắt phosphate ở nước ngoài, và thị trường châu Âu yêu cầu tầm xa siêu dài, nơi pin LFP kém hơn so với vật liệu cực dương ba thành phần.
b. Vật Liệu Cực Dương Ba Thành Phần
Vật liệu cực dương ba thành phần chủ yếu được làm từ các tiền chất cực dương ba thành phần (nickel sulphate + cobalt sulphate + manganese sulphate) và lithium carbonate hoặc lithium hydroxide. Các mô hình sản phẩm chính là 523, 613, và 811, trong đó số đầu tiên đại diện cho tỷ lệ nickel sulphate (dung lượng pin), số thứ hai đại diện cho tỷ lệ cobalt sulphate (an toàn pin), và số thứ ba đại diện cho tỷ lệ manganese sulphate (ổn định pin). Các sản phẩm có hàm lượng niken thấp hoặc trung bình yêu cầu lithium carbonate, trong khi các sản phẩm có hàm lượng niken cao chỉ có thể sử dụng lithium hydroxide. Hiện tại, các nhà sản xuất vật liệu chính đang phát triển theo xu hướng niken cao hoặc niken trung bình cao áp. Vật liệu cực dương ba thành phần niken cao được đại diện bởi các công ty như Ronbay Technology và B&M, chiếm khoảng 37% thị trường vật liệu cực dương ba thành phần. Vật liệu cực dương ba thành phần niken trung bình được đại diện bởi các công ty như Reshine Technology và XTC New Energy Materials (Hạ Môn), chiếm 24% (dòng 5) và 32% (dòng 6) thị trường. Tại thị trường Trung Quốc, vật liệu cực dương ba thành phần dần bị vật liệu LFP lấn át. Tính đến tháng 9 năm nay, tỷ lệ LFP so với vật liệu cực dương ba thành phần là 8:2. Tuy nhiên, tại thị trường nước ngoài, vật liệu cực dương ba thành phần chiếm thị phần chính (trên 90%).
Vật Liệu Cực Âm
Vật liệu cực âm là nguyên liệu quan trọng cho pin lithium-ion, đóng vai trò then chốt trong pin lithium-ion. Trong quá trình sạc, vật liệu cực âm liên tục phản ứng với các ion lithium, "bắt giữ và lưu trữ" các ion lithium. Trong quá trình xả pin, các ion lithium chuyển từ cực âm sang cực dương, và pin thực hiện công việc bên ngoài. Do đó, khả năng phản ứng thuận nghịch của các ion lithium với vật liệu cực âm quyết định hiệu quả lưu trữ năng lượng của pin lithium-ion. Cải thiện hiệu suất pin lithium-ion phụ thuộc một phần vào việc cải thiện hiệu suất vật liệu cực âm.
Nguyên liệu chính cho vật liệu cực âm là graphite nhân tạo, chiếm khoảng 10% chi phí. Trung Quốc là nhà sản xuất chính của vật liệu cực âm, chiếm hơn 90% thị phần toàn cầu, với các công ty như BTR, Putailai, và Shanshan Corporation chiếm khoảng 40% thị trường. Tuy nhiên, có xu hướng sử dụng lithium kim loại trong tương lai.
Sử Dụng Hạ Nguồn
Các sản phẩm hạ nguồn chủ yếu bao gồm công suất lớn (NEVs), công suất nhỏ (xe hai bánh, máy bay không người lái), sản phẩm kỹ thuật số 3C, và lưu trữ năng lượng.
Công suất lớn có tỷ lệ ứng dụng lớn nhất trong lĩnh vực pin lithium, khoảng 70%. Trong đó, vật liệu LFP và vật liệu cực dương ba thành phần niken trung bình tương ứng với NEVs tầm trung và thấp, trong khi vật liệu cực dương ba thành phần niken cao được sử dụng cho các sản phẩm thương hiệu cao cấp. Các công ty sử dụng hạ nguồn bao gồm BYD và CATL. Công suất nhỏ chiếm khoảng 12% trong lĩnh vực pin lithium, sản phẩm kỹ thuật số 3C khoảng 8%, và lưu trữ năng lượng khoảng 10%, với nhu cầu thị trường và hiệu suất tốt nhất, đóng góp đáng kể vào thị trường sử dụng hạ nguồn, với nhiều xuất khẩu ra nước ngoài.
