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元素宇宙行业研究报告总结（2023年10月18日）

本报告系统梳理了金属新材料领域近90种元素及材料的制备工艺、能耗水平与下游应用，旨在为投资者提供研究指南。内容涵盖上、中、下三篇，按拼音字母排序，中篇重点分析M-T系列27类材料。

M系列

• 镁：制备流程包括白云石煅烧（1200℃）、硅铁还原（1100-1200℃）及电解法。下游需求主要为铝合金（34%）、钢铁脱硫（9%）、海绵钛（16%）等。中国生产以皮江法为主，吨镁耗能约101吨硅铁。
• 锰：通过氧化锰矿酸浸、电解获取电解锰，用于锌锰电池（2%）、动力电池（1%）及不锈钢冶金（97%）。高纯度锰酸锂（LiMn₂O₄）制备依赖高温固相法，需1:2摩尔比Li与Mn反应。
• 锰酸锂：主要作为锂电正极材料，由碳酸锂/氢氧化锂与MnO₂/Mn₃O₄混合焙烧制得。其熔点低（471℃），适合高镍三元材料烧结（700-800℃），但热稳定性低于高镍材料。
• 钼：全球下游需求集中于工程钢（39%）、不锈钢（24%）。制备包括火法冶炼（还原熔炼）与湿法冶炼（浸出、沉淀、电解）。吨钼精矿需消耗4500-4800kWh电力。

N系列

• 钠离子电池：正极材料为层状氧化物及普鲁士蓝类化合物，负极以碳基材料为主。2020年中国需求中，储能（家庭/电站）、低速电动车占主导。钠电池能量密度（100-150Wh/kg）与循环寿命（2000+次）优于铅酸电池，但低于锂电。
• 黏土矿提锂：通过混合硫酸盐与含锂黏土，高温焙烧（900-1100℃）分解生成硫酸锂，再经冷冻、浓缩、苛化制得氢氧化锂（LiOH）。主要用于三元电池（74%）及陶瓷玻璃（14%）。
• 镍：红土镍矿通过火法（RKEF/侧吹）或湿法冶炼（高压浸出、沉淀）获取镍盐，进一步电解制纯镍。2019年中国下游需求中，不锈钢（80%）、电池（8%）、电镀（5%）为主，吨电池级镍耗能约18500kWh。

P系列

• 普鲁士白/蓝：普鲁士白由铁氰化钠与氯化钠反应生成，用于电池正极材料；普鲁士蓝则通过亚铁氰化钾、硫酸亚铁复盐制得，主要应用于涂料、颜料及电池领域。
• PVDF：聚偏氟乙烯，用于锂电粘结剂（磷酸铁锂需35吨/1GWh）。制备分悬浮聚合法与乳液聚合法，需高纯度VDF单体及引发剂。

Q系列

• 铅：主流工艺为鼓风炉熔炼法（含铅量40%-50%），电解精炼耗能48-240kWh/t。下游集中于铅酸电池（87.6%）、钢铁冶炼（80%）。
• 前驱体（磷酸铁/三元）：磷酸铁锂制备需高纯磷酸与铁盐沉淀反应，1GWh电池消耗约1920吨磷酸铁；三元前驱体（NCM）采用共沉淀法，比例包括NCM333、523、622、811，钴、镍、锰含量不同影响性能及成本。

R系列

• 热场材料：石墨坩埚、导流筒等用于光伏单晶炉，占非硅成本18%。制造成本中，制造费用占比达54%。
• 铷：主要来自锂云母（含Cs₂O最高12%）及盐卤水，下游用于光学器件、催化剂及航天领域。
• 软磁铁氧体：以磁铁矿为原料，通过球磨、造粒、烧结制成。全球需求中，汽车电子（14%）、光伏（17%）占比高。

S系列

• 3D打印：金属粉末、光固化树脂为原料，应用领域包括航空航天（16.8%）、医疗（15.6%）等。
• 石墨烯：制备方法包括机械剥离法、CVD法等，应用于新能源（71.4%）、复合材料（71%）及电子信息。
• 石英：高纯度石英砂（≥99.9%）用于半导体（65%）、光伏（12%）及光通讯（15%）。石英坩埚寿命约350小时，每GW硅片产能需100台单晶炉。

T系列

• 碳酸锂：主要来自锂辉石焙烧（950-1100℃）、盐湖提锂（富锂母液沉淀）。下游需求以动力电池（74%）为主，因其熔点高（约900℃）适合低镍三元材料。
• 碳纤维：聚丙烯腈原丝经预氧化、碳化制成，分大丝束（工业领域）与小丝束（国防军工）。风电叶片需约1吨碳纤维/1MW产能，抗拉强度20-70GPa，密度1.5-2g/cm³。

氢能：全球需求中，煤制氢（62%）成本最低但碳排放高，天然气制氢（19%）结合碳捕获可生产蓝氢，绿氢（可再生能源电解）为未来理想方向，1kg氢气能耗约48kWh。

氢燃料电池：能量转化效率40%-60%，应用场景包括交通运输（78%）及固定式系统。核心部件为质子交换膜（PEM）、催化剂（铂用量约0.06-0.3g/kW）及双极板。

行业风险提示：技术迭代、材料用量测算误差、下游需求不及预期可能影响投资。报告采用相对评级体系，投资者需结合自身情况独立决策。