Bolaget heter SQM och Tesla funderar på att investera i produktionen av metallen inför upptrappningen av produktionstakten av Model 3, enligt Financial Times.
Elbilstillverkaren kan åta sig att bygga en fabrik i Chile för att producera det litium som behövs för batterierna, sade Eduardo Bitran, vid chilenska utvecklingsmyndigheten Corfo, till Financial Times.
"Med ett växande utbud av litium är Chile nyckeln för varje företag som vill bli globalt inom elbilar", sade Eduardo Bitran.
"Att vara nära Chile eller att ha en strategisk allians i Chile blir en strategisk faktor för ett företag som Tesla", sade han vidare.
SQM har tidigare i januari löst en långvarig tvist med Corfo vilket gör att bolaget nu kan fyrfaldiga litiumproduktionen till och med 2026.
Tesla har haft svårt att möta produktionsmålen för Model 3, bland annat på grund av problem med batteriproduktionen i Nevada.