自然资源科普与文化, 2025, 0(4): 14-19 doi:

资源博览

锂:白色石油 能源革命

文图/黄豪擎, 王卫兵, 刘大同

第一作者单位/中国地质调查局 军民融合地质调查中心

通信作者单位/中国地质调查局 军民融合地质调查中心

通讯作者: 王卫兵,高级工程师,从事地质资源与地质工程研究工作。

责任编辑: 何陈临秋

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黄豪擎,工程师,从事矿产及环境地质研究工作。

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文图/黄豪擎, 王卫兵, 刘大同. 锂:白色石油 能源革命. 自然资源科普与文化, 2025, 0(4): 14-19 doi:

2019年,在玻利维亚的乌尤尼盐沼,一支科考队从地下卤水中提取出一种银白色金属。这是目前最轻的金属元素,也是现阶段商业化电池中能量密度较高的负极材料之一——锂。从智能手机到火星探测器,从储能电站到高端工业,锂以“白色石油”之名,已成为21世纪大国博弈焦点。它的故事不仅关乎科学突破,更是一部人类与地球资源对话的史诗。

> 常见锂矿物——锂辉石


石头之心 百年探险

1817年,瑞典化学家阿夫韦德松在分析透锂长石时,意外发现了一种新元素。因其藏身于岩石中,他用希腊语“lithos”(石头)将其命名为“锂”。然而,这颗“石头之心”的提取却让科学家们头疼了数十年,因为锂的化学活性极高,稍不留神便会与氧气、水发生剧烈反应。直到1855年,德国化学家罗伯特·本生通过电解法首次制得金属锂,这场与元素的“捉迷藏”才告一段落。1923年,德国 Metallgesellschaft 公司把电解槽放大到吨级,锂终于走出实验室,成为可以称重、装桶、发货的工业产品。从岩石缝隙到电解槽,再到货轮甲板,锂的“百年探险”完成了第一段航程,也为 1991 年索尼锂电池的商业化埋下了伏笔。

> 锂产业链示意图


锂的早期研究充满戏剧性,罗伯特·本生尝试将锂用于烟火制造,却因其剧烈燃烧特性险些引发实验室事故。直到20世纪初,锂的工业化应用仍局限于玻璃陶瓷和润滑油脂领域。真正的转折发生在冷战时期——锂—6因其在氢弹核聚变中的关键作用(锂—6与氘氚反应生成氦和中子并释放能量),被列为战略物资,这使得美国内华达州的锂矿一度成为军事重地。1991年,索尼公司推出首款商用锂离子电池,这场“能源革命”才被真正点燃。这块仅手掌大小的电池,能量密度是铅酸电池的5倍,且无记忆效应,让手机、笔记本电脑等便携式电子设备真正“飞入寻常百姓家”。锂,就此从实验室的新奇发现,跃升为现代社会的“能量血脉”。

> 2023年全球锂资源消费结构占比(美国地质调查局,2024)


轻盈之躯 擎天之力

锂是元素周期表中最轻的金属(密度仅0.534克/立方厘米),却拥有惊人的“能量杠杆”——其标准电极电势高达—3.04伏特,意味着每克锂可释放的电能远超其他金属。一块500克的手机锂电池,若换成铅酸电池,重量将超过2.5千克。更令人惊叹的是,锂离子电池充放电效率达95%以上,循环寿命超过千次,完美契合现代社会对高效、清洁能源的追求。

地质学家发现,锂的“超能力”源于地球演化的馈赠。数千万年前,板块运动将富含锂的岩浆送入地壳,经风化、沉积形成盐湖卤水与锂辉石矿床。锂的两种稳定同位素——锂—6和锂—7,更是在不同领域大放异彩。锂—6是可控核聚变的关键原料,而锂—7则用于调节核反应堆冷却剂的酸碱值,防止管道腐蚀(锂—7通过与水反应生成氢氧化锂,它作为一种强碱,能够中和冷却剂中的酸性物质,从而提高冷却剂的酸碱值,防止其对反应堆金属部件产生腐蚀)。这种“双面特性”让锂成为能源与核工业的“万能钥匙”。

纵横三界 重塑文明

新能源革命

2005年以前,全球60%以上的锂主要用于陶瓷、玻璃、合金等,其余部分主要用于工业润滑剂和润滑油脂,少量用于电池。之后,锂在电池领域的应用越来越广泛,从2006 年的19%快速增长到2023年的87%(《中国矿业》2025年第2期),电池成为锂最主要的应用领域,而锂电技术的迭代正以前所未有的速度推动能源结构转型。特斯拉Model 3的底盘宛如一块“锂能量砖”,支撑着500 千米续航;比亚迪“刀片电池”通过结构创新,将体积利用率提升50%。更前沿的固态锂电池,用锂金属负极将能量密度推至500 瓦时/千克,让“充电5分钟,续航1 000千米”触手可及。锂电技术正以“中国速度”迭代,助力全球能源结构转型。

> 玻利维亚Colchani-Potosi盐湖型锂资源


工业多面手

锂的轻量化与耐极端环境特性,使其成为高端工业的核心材料。C919客机采用含锂铝合金,在减重30%的同时强度倍增,每架飞机可节省燃油成本超百万美元。Space X星舰的燃料贮箱使用锂增强复合材料,抗压强度提升40%。“玉兔号”月球车的太阳能帆板,依靠锂基润滑脂可在—180℃的月夜中灵活运转。在核能领域,1 克氘氚燃料与锂—6反应释放的能量,相当于燃烧8 吨石油,这或许是人类开启可控核聚变大门的钥匙。

生命守护者

在神经科学领域,碳酸锂能让双相情感障碍患者的情绪波动趋于平稳,被誉为“精神领域的稳压器”。《自然》刊登的最新研究显示,锂元素可抑制阿尔茨海默病患者脑内的tau蛋白聚集,使得临床试验中患者认知衰退速度降低60%。在生物医学领域,掺杂锂的陶瓷人工关节能刺激骨细胞再生,让骨折愈合效率提升40%,已有超10万患者受益于此技术。

资源暗战 大国棋局

全球锂资源版图

曾经,全球锂资源分布极不均衡,58%蕴藏于南美“锂三角”(阿根廷、智利、玻利维亚)的盐湖卤水中,26%富集在澳大利亚的锂辉石矿脉中。其中,阿根廷盐湖的卤水锂浓度可达0.1%,提锂成本仅为硬岩矿的1/3,使其成为国际资本争夺的“白色黄金”。而澳大利亚凭借“开关式”产能调节机制(如Greenbushes矿通过调整开采品位控制产量),成为全球锂价波动的放大器——当价格跌破550美元/吨时,低品位矿山立即停产,价格回升至650美元则快速复产,产能弹性达±20%。这种特性使澳洲矿山既能充当价格暴跌的减震器,又能成为价格反弹的助推器。

然而,中国“亚洲锂腰带”(“锂腰带”是业界对我国西部一条世界级锂成矿带的形象称呼)概念的提出以及系列找矿突破行动,正开始重塑全球锂资源供应格局。这条绵延2 800千米的巨型成矿带,已探明锂资源量高达650余万吨,远景资源量甚至超过3 000万吨。这不仅使中国锂矿储量全球占比提升至16.5%,排名跃至世界第二(中国地质调查局,2025),更重要的是,它为全球锂供应体系提供了一个富有潜力的新支柱,将为中国乃至全球锂业作出巨大贡献。

中国锂矿产业

中国以“资源安全+技术自主”为双重核心,正全力构建从“勘探—冶炼—回收”的全链条产业体系,以破解锂资源高度依赖进口的局面。尽管“亚洲锂腰带”的发现极大增强了我国的资源底气,但现实挑战依然严峻:这些矿床多位于高海拔生态脆弱区,开采难度大、成本高,导致2024年锂资源对外依存度仍达60%(方正中期期货研究院,2025)。在这场“白色石油”博弈中,上游采矿被澳洲“五矿”、美国雅保垄断,中游冶炼的中国企业则面临环保与能耗的“紧箍咒”——每提取1吨碳酸锂需消耗数十倍甚至上百倍的淡水资源,如盐湖蒸发池(沉淀法)消耗约1 500~1 900吨,盐湖吸附—膜法(DLE)消耗约10~40吨,锂辉石硫酸法(硬岩)消耗约150~250吨,锂云母硫酸盐焙烧法消耗约200~350吨。与此同时,产生大量含氟废渣(矿石中的氟与钙、铝等结合形成氟化钙、氟铝酸盐等固体残渣,每生产1吨碳酸锂约副产10~20吨废渣)。四川甲基卡锂矿储量亚洲第一,但已投产的仅有134号矿脉;青海盐湖提锂虽成本低至3万元/吨,但受限于高镁锂比(镁锂比过高会导致分离难度增加)和生态约束,扩产缓慢。政策上,《“十四五”原材料工业发展规划》设“能耗+环保”准入门槛,要求新建项目锂回收率≥85%,并对锂云母提锂、电池回收等技术给予专项补贴,推动锂云母产能4年增4倍。产业链协同方面,国内部分企业通过海外项目可实现年权益产能超20万吨;中游碳酸锂、氢氧化锂产能占全球75%以上,纯度达99.99%;下游宁德时代等实现退役电池回收超50万吨,锂回收率≥95%,形成循环闭环。当前锂产业正从规模扩张转向质量提升,既降低对外依存度,又引领全球锂电绿色标准,为“双碳”与新能源革命提供核心支撑。

地缘协作

南美“锂三角”拥有全球58%的盐湖锂资源,近年来,该区域积极推动锂资源开发的协同规划,制定了统一的环保与开采标准。智利政府将水资源使用费提高300%,推动SQM公司将传统盐田摊晒法升级为吸附法。此举虽将锂回收率提升至70%,可也使得产能释放周期拉长至24个月。在此背景下,其他经济体也在积极布局:印度斥资1 630亿卢比推进非洲锂钴矿合作;斯特兰蒂斯集团等欧美车企通过收购股权等方式,加强与电池企业的技术绑定以保障供应链。当前,全球锂资源领域正逐步探索多元协作路径,通过技术优化、产能协调,力求实现资源开发效率与供需稳定的平衡,应对锂资源集中分布带来的供应链挑战。

未来战场 高维决胜

深海寻锂

初步地球化学调查结果显示,东太平洋克拉里昂—克利珀顿断裂带的深海黏土富集锂元素,远景资源量引人注目,但其能否达到工业开采规模仍需进行系统的资源评价与可行性研究。中国“蛟龙号”深潜器已在此区域发现多个富锂矿点,勘探深度突破7 000 米,并计划部署无人潜器,实现全天候开采。未来或建设“深海锂矿工厂”,通过机器人自动化技术提取锂资源,同时减少对海洋生态的扰动。这将大幅降低我国锂资源的对外依存度,并为全球锂资源供给开辟新路径。

月球采矿

在探索未来战场的进程中,月球资源的开发利用成为一个极具潜力的方向。月球,这个地球的天然卫星,其蕴含的资源一直备受关注。而锂,作为一种在现代科技和军事领域有着关键作用的元素,科学家们也在探寻它是否存在于月球之上。部分研究人员通过对月球岩石和月壤样本的分析,发现月球物质中存在着一些与锂元素共生或相关的矿物组合。如果月球上真的存在锂元素,那将对未来战场和人类发展意义重大。在军事领域,锂作为锂电池的关键材料,能为各类军事装备提供更高效、持久的能源支持。

技术革命

中国科研团队把锂云母磨细后和硫酸钠一起放进 850℃左右的高温炉,硫酸盐先熔化再分解,放出酸性气体,把原本锁在晶格里的锂离子“撬”出来,变成易溶于水的硫酸锂,出炉后只需以水冲之,锂就与其他杂质分开,进入溶液准备下一步沉淀成碳酸锂,从而攻克了第三代硫酸盐焙烧法,实现了锂云母稳定大规模开发,提锂效率提升40%。青海盐湖则是把锂云母和硫酸钠一起放进“高温烤箱”,盐像热刀切进晶格,把锂“撬”成砂糖一样的硫酸锂,出炉后经过水冲,锂就像糖一样融进水里,顺利与不溶的矿石残渣分离,实现吸附—膜法技术提锂。蜂巢能源推出无钴锂电池,打破西方专利壁垒,成本降低20%。比亚迪“刀片电池”通过针刺测试,并未燃烧,安全性全球领先。2023年,中国锂电专利申请量占全球68%,宁德时代研发投入超150亿元,推动锂电产业从“跟跑”到“领跑”。此外,宁德时代“麒麟电池”实现锂回收率99%,2025年,全球动力电池回收市场规模预计突破1 000亿元。更有前瞻性的是,我国规划到2030年实现500吉瓦时的电池回收产能,将覆盖当年退役电池总量的80%。

> “蛟龙号”深潜器模型 中国航海博物馆展出 视觉中国/供


> 宁德时代“麒麟电池”(图片来源:视觉中国)


锂火燎原 其道大光

从被迫进口“白色石油”到主导全球锂电产业链,从追随国际标准到制定技术规则,中国正将锂的“能量密码”转化为能源革命的澎湃动力。

当“碳达峰”“碳中和”愿景驱动绿色能源转型,当“一带一路”联通盐湖与矿山,我们看到的不仅是锂资源的全球配置,更是一个文明古国以科技为舟、以产业为桨,在能源革命的浪潮中勇立潮头的雄姿。诺贝尔奖得主吉野彰说:“锂的故事才刚翻开第一章。”而中国,正在为这部史诗撰写着激动人心的章节。

锂火已燃,其道大光。这片古老的土地将以“锂”为笔,在世界强国的名册上写下东方传奇。

参考文献

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