回头看当年1.048亿元的“锂提取”科技成果转化典例

 

2017年,中南大学冶金与环境学院赵中伟教授团队的“电化学脱嵌法从盐湖卤水提锂”技术3件相关专利,以独占许可方式转让给上海郸华科技发展有限公司,许可使用费达1.048亿元。时隔两年,本文将结合行业发展和技术进展回头看,上海郸华科技为何舍得下此重金做这笔交易,以及该过程对于科技成果转化和投资实务的借鉴意义。

 

锂技术壁垒

 

根据美国地质调查局2017年发布的数据显示,全球已探明的锂资源总量和具有经济开采价值的锂储量分别约达到4700万吨、1450万吨,存在形式主要有两种:盐湖卤水型锂矿和固体型锂矿,分别约占总储量的78.3%和21.6%[1] 。

 

[1]张梦龙,田欢,魏昊,等. 锂资源提取工艺现状及发展趋势[J].稀有金属与硬质合金,2018,v.46;No.227(04):15-23.

 

矿石提取相较于卤水提取发展较为成熟,目前我国78%锂产品的生产主要来源于矿石。锂辉石因锂含量高且易于处理,是目前固体型矿石提取锂的主要原料。固体型锂矿提取锂的方法有硫酸盐法、硫酸法、石灰石烧结法、氯化焙烧法、纯碱压煮法氢氟酸法等。从矿石中提锂步骤繁琐、能耗大,且锂矿石资源量日益减少。资源开采研究已逐渐从传统矿石提锂转向盐湖卤水等液态资源的开发利用上。

 

卤水资源含量丰富且锂品位较高,我国盐湖资源储量占比达到了85%左右。由于我国盐湖卤水类型独特、镁锂比高且不易分离,相关提锂工艺尚未成熟,目前主要研究的方法有沉淀法、溶剂萃取法、蒸发结晶法、煅烧浸取法、盐析法、碳化法、电渗析法、熔盐电解法等,但这些方法大多过程复杂,成本高,对设备腐蚀严重,且产品纯度不高,不利于大规模生产。

 

除上述方法之外,还有一种方法——吸附法可用于与卤水提取。吸附剂法是利用对锂离子有选择性吸附的吸附剂来吸附离子,再将锂离子洗脱下来,达到离子与其它杂质离子分离的目的。与其他方法相比,吸附法具有工艺简单、回收率高、选择性好、环境友好等优势。吸附剂主要包括有机吸附剂和无机吸附剂,其中,有机吸附剂因高昂的成本和对环境的危害应用较少。目前研究较多的是无机吸附剂。无机吸附剂对锂离子有良好的选择性及筛效应,吸附效果好、操作简便。

 

无机吸附剂包括层状吸附剂、锑酸盐吸附剂、铝基吸附剂、离子筛型氧化物吸附剂。其中,离子筛型氧化物吸附剂提锂操作简单,绿色无污染,吸附容量大,具有较大优势,但是存在溶损率较高等缺点。

 

离子筛是20世纪70年代初由原苏联发现并合成的,近几十年来,日本、俄罗斯、中国等也对离子进行了系列研究。离子筛是指预先在无机化合物中引入目标离子(如锂离子),目标离子与无机化合物反应生成复合氧化物,在不改变复合氧化物晶体结构的前提下,对复合氧化物进行处理,抽除目标离子,得到具有规则空隙结构的多孔材料。根据尺寸效应和筛分效应,在多离子共存情况下,该材料对目标离子具有特定的记忆选择性,进而将目标离子同其他离子分离开来。

 

传统的离子吸附法通过离子筛型氧化物如二氧化锰、氧化钛等与卤水接触来选择吸附。吸附结束后,再用酸将所吸附的Li+溶出。整个过程本质上是通过调整溶液体系的pH值实现锂的吸附和解吸。但是众所周知,离子筛型氧化物在酸洗脱过程中的溶损较大,导致吸附剂寿命短,不利于大规模的工业应用。

 

赵中伟教授团队的“电化学脱嵌法”属于离子吸附法,其原理是一种选择性提取锂的磷酸铁离子筛的应用方法,团队发明和转让的相关专利如表1所示,其技术的特征在于使磷酸铁离子筛与含锂溶液接触,通过加入氧化剂或由外电路电压来调整体系电势使离子结构中的正三价铁被还原为正二价,锂离子进入磷酸铁的晶格生成磷酸铁锂,将生成的磷酸铁锂置于支持电解质溶液中,并调整体系电势再使离子结构中的正二价铁氧化为正三价,使锂离子进入溶液,实现Li+与卤水中其他元素的分离;同时离子重新转化为磷酸铁重复使用;所述的磷酸铁离子筛为FePO4、MexFeyPO4中的一种或几种的混合物;Me为Mg、Al、Ti、Ni、Co、Mn、Mo、Nb中的一种或几种的混合;0<x<1,0<y<1。这种方法能够从原理上解决酸洗脱过程中的溶损大、吸附剂寿命短等问题,有望大规模工业应用。

 

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表1:赵中伟教授研究团队相关专利

资料来源:天齐锂业、方象知产研究院整理

 

上述几篇专利保护的权利包括:通过电势控制选择性提取锂的磷酸铁离子筛的应用方法、磷酸铁离子筛的组成、装置特征。较全面地保护了该技术的技术原理、实施方法和装置、原材料类型等。

 

此外,梳理一下研究团队申请相关专利的方式:在2011年7月4日申请发明专利“一种盐湖卤水镁锂分离及富集锂的方法”的同日,提交了实用新型专利“一种盐湖卤水镁锂分离及富集锂的装置”的申请,该实用新型专利的授权时间(2012年4月4日)比发明专利授权时间(2013年3月13日)早将近一年,较好地提前保护了装置相关的权利。且在这些专利申请之前,先期已经于2010年11月19日提交了“一种选择性提取锂的磷酸铁离子及其应用”发明专利申请,并于2012年8月15日获得授权,较好地提前保护了方法、原料相关的部分权利。此外,研究团队于2011年11月11日提交了PCT申请,提出的专利权要求涵盖了原理、实施方法和装置、原材料等,目前已经在美国和德国获得了专利授权。

 

2018年底,该项目已经完成工业化试验,且开发出第二代电化学脱嵌法膜堆电解槽关键设备及智能专家控制系统,并与相关企业签订年产2万吨碳酸锂项目的技术合作协议。

 

经中国有色金属工业协会组织的专家委员会鉴定,与传统技术相比,采用该技术处理高镁锂比盐湖卤水:

(1)显著提高了锂的综合回收率(提高30~50个百分点);

(2)大幅度降低了可处理卤水品位(可直接处理原卤、老卤及任意阶段的卤水);

(3)生产成本低(碳酸锂成本低于2万元/吨);

(4)无需调节卤水的酸碱度、盐度等,亦无有毒、有害物质的添加和产生,过程清洁环保;

(5)提锂装置模块化、智能化,可组建不同规模的生产线,快速投产。

 

该项目技术的实施,将有望大幅提高我国盐湖资源利用率,降低盐湖提锂成本,实现盐湖卤水资源的高效、清洁生产,对降低我国资源对外依存度具有重要的战略意义。

 

业产业链及相关供需现状和趋势分析

 

目前产业已经形成由锂资源开采、加工、制成产品到消费的一条清晰完整的产业链结构,主要由产业的上游、中游和下游组成。

 

产业链上游主要是锂资源开采,包括矿石提锂和盐湖提锂所产出的初级产品,碳酸锂是锂资源开发后的直接产品,碳酸锂产量和需求是整个产业发展的基础;赵中伟教授团队的技术属于产业链上游的关键技术。

 

产业链中游主要是锂产品的加工,主要包括工业级碳酸锂、电池级碳酸锂及碳酸锂深加工产品;产业链下游主要是锂产品最终应用领域,包括消费电子、新能源汽车、储能、玻璃陶瓷及润滑脂等终端消费领域。

 

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图 1:锂业产业链

资料来源:天齐锂业、方象知产研究院整理

 

目前,产业链上游的矿石提锂和盐湖提锂产能集中在阿根廷、澳大利亚、巴西、加拿大、智利和中国等国家。

 

2017年和2018年,包括摩根士丹利(Morgan Stanley)、蒙特利尔银行资本市场(BMO Capital Market)、数据研究机构基本矿物情报(Benchmark Mineral Intelligence)、行业数据服务商Roskill、全球采矿业的领先数字出版物MINING.com、WoodMac能源咨询顾问公司等知名研究机构,对2019至2025年全球供需、价格等进行了分析,相关研究成果均认为未来全球供需均呈现出增长趋势,但是关于供需平衡、锂价格等的发展趋势所持观点存在一定分歧。

 

例如,摩根士丹利的相关研究成果认为,在2019-2025年,全球供应量将实现较大幅度提升,市场将长期呈现为供过于求的局面,锂价将在2018年下降至13000美元/吨左右,到2021年减半至7000美元/吨,并在较长时间内维持稳定;WoodMac预计2018年的平均价格将达到13000美元/吨,到2019年将降至9000美元/吨,并在2022年降至6500美元/吨;而采矿业的领先数字出版物MINING.com的专家Rick Mills专门撰文详细驳斥了摩根士丹利的相关观点,认为摩根士丹利的该报告严重偏向供应,几乎没有提及需求,而实际上部分欧洲国家对于电动汽车全面替代汽油车的计划以及中国(虽然近两年补贴有所降低)、印度大力发展纯电动车的计划将激发大量需求,还认为新一代提锂技术走向产业化还面临诸多困难、生产过程的复杂性和成本也被低估了;Benchmark Mineral Intelligence则认为,2019年和2020年大概率会出现供过于求的局面,之后则再次出现供不应求的情况。

 

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图 2:摩根士丹利、Roskill对未来供需情况的预测以及目前的锂价走势

资料来源:摩根士丹利、Roskill 、中原证券、百川资讯

 

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图 3:全球新能源汽车市场预测

资料来源:浙商证券研究所、方象知产研究院整理

 

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图 4:全球供需平衡关系预测

资料来源:Benchmark Mineral Intelligence、方象知产研究院整理

 

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图 5:全球锂需预测

资料来源:Lithium Chile、方象知产研究院整理

 

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图 6:不同地区提锂成本

资料来源:Roskill、天齐锂业、方象知产研究院整理

 

根据中南大学披露,赵中伟教授团队发明的盐湖提锂技术,能够把碳酸锂生产成本降到2万元/吨以下,该价格比Roskill、摩根斯坦利等机构基于现有技术预计的2025年碳酸锂生产成本还要低。

 

2018年底的项目鉴定中,中国有色金属工业协会组织的专家委员会对中南大学和江苏中南锂业有限公司(中南大学与上海郸华科技合资公司,前期部分专利转让费作价入股)合作完成的“电化学脱嵌法盐湖提锂新技术”项目进行了科技成果评价,专家一致认为:“该项发明对充分开发我国丰富的高镁锂比盐湖资源具有重要的战略意义”、“技术发明属国内外首创,居国际领先水平”。专家组给出的意见,从理论上印证了技术的可行性。因此,对该技术提锂成本的估计,理论上不会出现较大偏差。

 

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图 7:江苏中南锂业股权结构

资料来源:天眼查

 

方象观察

 

技术研究主体应在科技成果研发和转化过程中注重技术保护,充分保障自身利益。在技术探索过程中,应结合研究情况及时进行恰当形式的技术保护,实施可靠的技术保护方案。

 

本例中,在研究过程中,研究团队根据研究进展,从技术原理、方法和装置等的角度,在不同时间,先后采用实用新型专利、发明专利和PCT专利申请等组合方式,保障了发明人的权利和学校的权益;在转化过程中,通过独家许可、转让及附带协议相结合的方式,确保核心专利的权属人为发明人,并且在后续申报国家科技奖励的过程中可获得受转让机构的配合,充分保障了技术发明人在成果转化后的相关权利。

 

科研机构、科技成果转化机构应在充分研究市场需求的基础上,及时筛选和抓住技术契机,选择适合转化项目,保证转化落地和获益。

 

本例中,所转化技术面向的市场需求旺盛,且有明确的快速增长趋势,中国盐湖提锂技术存在瓶颈,技术路径巧妙但复杂度较低,工业化难度较小,所以受让方敢于在中试尚未完成的情况下抓住机会进行投资,及时准确地选择了转化项目和把握了技术转化的先机。

 

采用现金+股权的形式实施科技成果转化,有利于科技成果的进一步研究和落地,有效降低技术不确定性,保护技术受让方的利益,减少了现金流需求,一定程度上也保护了技术持有方的未来利益。

 

本例中,许可实施使用费共计10480万元,其中货币资金2480万元,股权为8000万元。为有效实施本专利技术,双方共同组建了平台公司,由平台公司具体负责专利技术的产业化和生产。这一模式值得相关机构借鉴。