锂电池无处不在——它们为笔记本电脑和手机供电，它们 被 用于电池储能系统，并且是 电池技术 在电动汽车（EV）中最常见的应用。因此，对锂的需求将持续增长。2025 年第一季度，美国电动汽车销量增长了 11.4%，国际能源署（IEA） 估计 仅在 2022 年至 2023 年间，电池对锂的需求就增长了 30%。
这种增长令人鼓舞，因为电动汽车和电池储能是减少温室气体排放的重要组成部分。然而，随着锂需求的增长，供应问题将变得更加严峻。陆地资源的全球锂储量 估计 约为 2200 万公吨，且高浓度锂仅存在于少数几个地理位置，特别是南美多国和中国的优质卤水，以及澳大利亚的硬岩矿。
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随着需求增加，不仅供应可能成为问题，从这些来源提取锂的过程也带来了 挑战从卤水中提取锂涉及太阳能蒸发和化学沉淀，这一过程不仅耗时，还可能改变当地生态系统和供水。硬岩开采同样会造成环境影响，并涉及大量的化学品使用和水资源消耗。
为应对这些挑战，研究人员正在探索提取锂的新方法，目标是最终从海水中获取该元素。海洋中大约有 2000亿公吨 锂——这几乎是取之不尽的供应——但其浓度极低，仅为百万分之180，且周围环绕着大量的钠等其他离子。
我们如何改进提取技术以获取这些海洋资源？通过改造和优化海水淡化技术，我们可以改进从卤水中提取锂的方法，并最终将其推广至海水提取。
直接锂提取开启了新的可能性
直接锂提取（DLE）旨在高效地从卤水中捕获锂离子，包括来自油气田、地热卤水和盐湖的卤水。实现这一过程的方法有多种，其中大多数是 改编 自现有的海水淡化和废水处理技术。我们分析了 CAS Content CollectionTM（这是全球最大的人工收录科学信息合集），以更好地了解这些技术的发展变化。我们发现，近年来与 DLE 相关的出版物增长迅速（见图 1）。过去两年增长尤为迅猛，仅 2025 年前两个月的出版物数量就已达到 2024 年全年总量的三分之一。
所有出版物中有一半是专利，这表明商业界对这些技术有着浓厚的兴趣。考虑到锂电池需求的增长，这一点在情理之中。DLE 还具有许多 优势 相比当前的提取方法，其用水量和化学品消耗更少，对环境的影响微乎其微，回收率高，提取速度快，且成本可能更低。
然而，每种卤水中锂、其他元素和离子以及总溶解固体的含量各不相同，这意味着没有一种方法是 有效的 适用于所有情况。在关于直接锂提取（DLE）日益丰富的文献中，人们正在研究多种技术，每种技术都有其独特的优缺点。
直接锂提取的类型
有五种用于卤水（可能还包括海水）的 DLE 类型：
- 吸附法： 使用 铝基材料 进行吸附是目前唯一商业化的 DLE 技术。当我们分析 CAS Content CollectionTM 中关于 DLE 相关文献的概念时，“吸附”和“吸附剂”是报告最多的概念（见图 2）。这表明该方法的研究非常广泛。该工艺的工作原理是吸附剂选择性地结合锂，然后使用不同的溶液将其解吸。碳、沸石、 金属有机框架以及层状双氢氧化物都是该工艺中使用的材料示例。吸附法的优点在于其具有高锂吸收潜力和低能耗。然而，正如研究人员所 指出的那样，为了达到最高的技术就绪水平（TRL），吸附法要求最低锂含量 >100 mg/L，卤水温度需在 50℃ 左右，且盐度需足够高。
- 离子交换法： 该工艺涉及 交换 锂离子与吸附剂内部带有相同电荷的不同离子之间的交换。与吸附法类似，该工艺具有很高的锂吸收能力。然而，嵌入材料需要使用酸性溶液，而这些材料可能会因酸的作用而变得不稳定或降解。嵌入材料包括锰和钛。
- 溶剂萃取： 该方法依赖于 分离 锂，其原理是基于锂在有机相和水相之间分配系数的差异。溶剂萃取对于复杂的卤水非常有效，但它会使用煤油或甲基异丁基酮，这增加了火灾风险。此外，该技术在使用添加剂和溶剂方面也存在环境问题。
- 膜分离： 半透膜可用于选择性过滤卤水中的锂离子和其他盐类。这些膜可以是 聚酰胺、 NASICON 基 材料或 反渗透 膜。该 工艺 相对简单且环保，不需要高能耗。然而，该方法需要对高浓度卤水进行预处理，因此并非适用于所有应用场景。
- 电化学： 该工艺目前仍处于应用研究阶段，但已展现出良好的前景。它 涉及 使用锂嵌入材料作为提取电极，并可应用于锂离子电池浸出液，从而实现对本应废弃材料的再利用。研究人员指出，该工艺具有锂选择性高、反应时间短和能耗低等优点。一项 研究 表明，锰酸锂和活性炭电极可重复使用且无性能衰减。镍锰酸锂（LNMO）和磷酸铁锂（LFP）也是潜在的电极材料。该工艺在商业化前仍需进一步完善，但斯坦福大学主导的一项 研究 在加利福尼亚州半月湾的海水中进行了测试，并取得了积极成果。
我们通过评估与 DLE 相关的国际专利分类（IPC）代码，进一步分析了研究布局。大多数专利属于“化学；冶金”和“作业”这两个 IPC 部。本次分析中排名前列的 DLE 方法与我们的概念分析结果一致，即吸附法是主要方法，其次是基于膜的技术（见图 3）。
从海水中提取锂面临的挑战
在能够大规模高效地从海水中提取锂之前，必须利用现有卤水对这些方法进行改进，并将其提升至能够从低浓度海水源中提取大量锂的水平。目前还存在 障碍 这一过程还面临诸多挑战，包括成本问题，因为这些提取方法目前的成本高于太阳能蒸发等方法。此外，锂价必须保持稳定，这些技术才具有经济可行性。
可扩展性是另一个挑战——这些提取方法不仅必须能够大规模应用，理想情况下，一种或多种方法还应适用于各种类型的卤水，以便能够利用所有可用的水资源。随着这些改进的实现，我们或许能够将这些直接锂提取（DLE）技术扩展到海水领域，从而预防未来可能出现的锂短缺。
尽管挑战巨大，但随着锂电池在汽车和个人设备中日益普及，寻求突破的动力将推动更多的研究和更先进的技术发展。
