海水提锂能否满足我们对充电电池日益增长的需求？

锂电池无处不在——它们为笔记本电脑和手机供电，被用于电池储能系统，也是电动汽车（EV）中最常见的电池技术。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，随着锂需求增长，供应问题将变得更加严峻。全球陆地锂储量估计约为 2200 万公吨，且高浓度锂资源仅分布在少数几个地理区域，特别是南美各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，供应不仅可能成为问题，从这些来源提取锂的过程也带来了挑战。从卤水中提锂涉及太阳能蒸发和化学沉淀，这一过程耗时较长，且可能改变当地生态系统和供水。硬岩开采也会造成环境影响，并涉及大量的化学品使用和水资源消耗。

为应对这些挑战，研究人员正在探索新的提锂方法，目标是最终从海水中获取该元素。海洋中蕴藏着约2000 亿公吨锂资源——几乎取之不尽，但其浓度极低，仅为百万分之 180，且周围环绕着大量钠等其他离子。

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，我们可以改善从卤水中提锂的效果，并最终将其推广至海水提锂。

直接提锂技术开启了新的可能性

直接提锂（DLE）旨在高效捕获卤水中的锂离子，包括油气田卤水、地热卤水和盐湖卤水。实现这一过程的方法有多种，其中大多数改编自现有的海水淡化和废水处理技术。我们分析了全球最大的人工标引科学信息库CAS Content Collection^TM，以深入了解这些技术的发展趋势。研究发现，近年来与 DLE 相关的出版物数量呈快速增长态势（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。鉴于锂电池需求的增长，这一点不难理解。与目前的提取方法相比，DLE 还具有诸多优势——耗水和化学品消耗更少、环境影响极小、回收率高、提取速度快，且成本可能更低。

然而，每种卤水所含的锂、其他元素和离子以及总溶解固体含量各不相同，这意味着没有一种方法在任何情况下都有效。在关于 DLE 的日益丰富的文献中，多种技术正在被研究，每种技术都有其独特的优缺点。

直接提锂的类型

用于卤水及潜在海水提锂的 DLE 技术主要有五种：

• 吸附法：使用铝基材料的吸附法是目前唯一商业化的 DLE 技术。当我们分析 CAS Content Collection 中与 DLE 相关的文献概念时，“吸附”和“吸附剂”是报告频率最高的概念（见图 2）。这证明了该方法的研究广度。该过程通过吸附剂选择性结合锂，然后使用不同的溶液进行解吸。碳、沸石、金属有机框架和层状双氢氧化物是该过程中使用的材料示例。吸附法的优势在于其潜在的高锂吸附量和低能耗。然而，正如研究人员所指出的那样，要达到最高的技术就绪水平（TRL），吸附法要求锂含量至少大于 100 mg/L，卤水温度需在 50℃ 左右，且盐度需足够高。‍
• 离子交换法：该过程涉及交换吸附剂内部携带相同电荷的锂离子与其他离子。与吸附法类似，该过程具有较高的锂吸附容量。然而，嵌入材料通常使用酸性溶液，这些材料可能会因酸而变得不稳定或降解。嵌入材料包括锰和钛。‍
• 溶剂萃取法：该方法依赖于分离锂，其原理是锂在有机相和水相之间的分配系数差异。溶剂萃取法对复杂卤水有效，但它使用煤油或甲基异丁基酮，这增加了火灾风险。此外，使用添加剂和溶剂也引发了环境担忧。‍
• 膜分离法：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。该过程相对简单且环保，不需要高能耗。然而，该方法需要对高浓度卤水进行预处理，因此并非在所有应用中都高效。‍
• 电化学法：该过程仍处于应用研究阶段，但展现出良好前景。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，从而实现废弃材料的再利用。研究人员指出其具有高锂选择性、反应时间短和低能耗的特点。一项研究表明，锂锰氧化物和活性炭电极可重复使用且无降解。锂镍锰氧化物（LNMO）和磷酸铁锂（LFP）也是潜在的电极材料。该过程在商业化前仍需改进，但一项由斯坦福大学领导的研究已将其用于加利福尼亚州半月湾的海水提取，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，进一步分析了研究现状。大多数专利属于“化学；冶金”和“作业”这两个 IPC 部类。在此次分析中，排名靠前的 DLE 方法与我们的概念分析结果一致，即吸附法位居首位，其次是膜技术（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。这一过程存在障碍，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法等工艺。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 DLE 技术扩展至海水领域，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的普及，寻求突破的动力将推动更多研究和更先进技术的出现。