鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（八）

第Ⅱ部分 鎢在新能源電池市場的介紹

第八章 鎢在鈉離子電池中的應用

金屬鎢（Tungsten，W）是一種過渡金屬，屬￿第6周期的第6族元素。由于鎢離子的半徑小，電價高，極化能力强，易形成絡陰離子，因此鎢主要以絡陰離子形式(WO4)2-，與溶液中的Fe2+、Mn2+、Ca2+等陽離子結合形成黑鎢礦或白鎢礦沉澱。

金屬鎢是一種銀白色的金屬，具有硬而高的密度，其密度爲19.35克/立方厘米，與黃金相近，熔點爲3422℃，沸點爲5927℃。鎢的蒸發速度慢，化學性質穩定，主要用來製造燈絲和高速切削合金鋼、超硬模具、光學儀器、化學儀器等。

金屬鎢除了有上述用途之外，還可以應用于電池領域中。據中鎢在綫瞭解，納米黃色氧化鎢、針狀紫色氧化鎢、棒狀紫色氧化鎢、二硫化鎢空心球、二硫化鎢納米片、二硒化鎢納米片、納米鎢酸、納米氮化鎢、鎢酸鈉、鎢酸鋅及其它鎢化合物都能很好地應用于鈉離子電池（鈉電池）正極材料、負極材料、電解液和隔膜中。

鎢化合物在鈉離子電池中的應用主要體現在以下幾個方面：

鎢化合物可以作爲鈉電池的負極材料。鎢化合物具有良好的電化學性能和穩定性，能够有效地儲存和釋放鈉離子。通過調整鎢化合物的結構或組成，可以進一步優化其電化學性能，提高電池的能量密度和循環穩定性。

鎢化合物可以作爲鈉電池電解質的添加劑。鎢化合物可以改善電解質的離子導電性和穩定性，提高電池的充放電速率和倍率性能。同時，鎢化合物還可以與電解質中的其他組分相互作用，形成穩定的複合物，進一步優化電池的性能。

鎢化合物可以作爲鈉離子電池隔膜的材料之一。鎢化合物具有良好的機械强度和耐高溫性能，能够承受鈉電池工作過程中的高溫和高壓環境，保證電池的安全性和穩定性。同時，鎢化合物還可以提高隔膜的離子導通性和選擇性，進一步提高電池的性能。

需要注意的是，雖然鎢化合物在鈉電池中具有潜在的應用價值，但是其製備成本較高，且在充放電過程中可能會發生體積變化等問題，因此需要進一步的研究和開發工作來提高其性能和降低成本。同時，還需要考慮鎢化合物的環保性和可持續性問題，以符合未來電池産業的發展趨勢。

衆所周知，鈉離子電池是一種二次電池，其工作原理與鋰離子電池相似，主要依靠鈉離子在正極和負極之間移動。在充放電過程中，Na+在兩個電極之間往返嵌入和脫出；充電時，Na+從正極脫嵌，經過電解質嵌入負極；放電時則相反。

與鋰離子電池相比，鈉離子電池具有以下優勢：（1）鈉鹽原材料儲量豐富，價格低廉，采用鐵錳鎳基正極材料相比較鋰電池三元材料，原料成本降低一半。（2）鈉鹽特性允許使用低濃度電解液，降低了成本。（3）鈉離子不會與鋁形成合金，負極可采用鋁箔作爲集流體，進一步降低成本和重量。（4）鈉離子電池沒有過放電特性，允許放電到零伏。（5）鈉離子電池的能量密度大于100Wh/kg，可與磷酸鐵鋰電池相媲美，但其成本優勢明顯，有望在大規模儲能中取代傳統鉛酸電池。

據中鎢在綫瞭解，近年來，我國鈉離子電池産業鏈的發展勢頭强勁。衆多企業，如寧德時代、中科海鈉、鈉創新能源和傳藝科技等都在積極布局鈉離子電池産能。中商情報網消息顯示，截至2023年6月底，我國已經投産的鈉離子電池專用産能達到了10GWh，與2022年年底相比增長了8GWh；預計在2023年全年，我國鈉電池專用量産綫産能將達到39.7GWh，主要的産能來自于寧德時代、海四達和湖南立方等企業；預計到2025年底，我國鈉電池專用量産綫産能將達到275.8GWh；預計2026年全球鈉離子電池需求將達116GWh。

8.1 氧化鎢在鈉離子電池中的應用

氧化鎢（WO3-x）作爲一種具有優异電化學性能的過渡金屬氧化物，在鈉離子電池中具有廣泛的應用前景。氧化鎢作爲正極材料，具有高能量密度、長循環壽命和良好的安全性能等特點。在鈉電池中，WO3-x可以與鈉離子發生可逆的氧化還原反應，從而實現能量的儲存和釋放。同時，WO3-x還具有較高的電導率和良好的化學穩定性，有利于提高鈉離子電池的充放電效率和循環壽命。

除了作爲正極材料，氧化鎢還可以作爲負極材料。在鈉電池中，負極材料需要具有良好的電化學性能和穩定性，以適應鈉離子的嵌入和脫嵌過程。WO3-x具有較高的電化學活性和穩定性，可以滿足鈉離子電池負極材料的要求。同時，WO3-x還具有較高的容量和良好的循環壽命，有利于提高電池的能量密度和充放電效率。

除了作爲正負極材料，氧化鎢還可以在鈉離子電池中作爲電解質、隔膜等材料。例如，WO3-x可以作爲電解質中的添加劑，提高電解質的電導率和穩定性；同時，WO3-x還可以作爲隔膜材料，提高隔膜的機械强度和化學穩定性，有利于提高鈉電池的安全性和壽命。

雖然氧化鎢在鈉離子電池中具有廣泛的應用前景，但仍存在一些挑戰需要解决。首先，WO3-x的製備工藝相對複雜，需要精確控制反應條件和反應時間，否則容易造成材料的結構不穩定或尺寸不均勻等問題。其次，WO3-x的電化學性能還需要進一步提高，以滿足鈉電池的高能量密度和長循環壽命的要求。此外，還需要進一步研究氧化鎢與其他材料的複合應用，以提高其在鈉電池中的綜合性能。

8.1.1 鈉電池正極材料用黃色氧化鎢

8.1.2 鈉電池負極材料用黃色氧化鎢

8.1.3 鈉電池正極材料用紫色氧化鎢

8.1.4 鈉電池負極材料用紫色氧化鎢

8.1.5 鈉電池電極材料用氧化鎢的挑戰

8.2 二硫化鎢在鈉離子電池中的應用

8.2.1 鈉電池正極材料用二硫化鎢空心球

鈉離子電池正極材料是近年來備受關注的新能源材料之一，它們在電池性能和成本方面具有重要影響。目前，鈉離子電池正極材料主要包括層狀氧化物、普魯士藍類化合物和聚陰離子化合物等。

層狀氧化物是一種常見的鈉離子電池正極材料，具有較高的理論容量和良好的電化學性能。它們通常具有開放式的結構，能够容納大量的鈉離子，幷且在充放電過程中具有良好的可逆性。然而，層狀氧化物在充放電過程中容易發生體積效應，導致結構不穩定和容量衰减。爲了解决這個問題，研究人員提出了用二硫化鎢來改性層狀氧化物的方法。二硫化鎢具有穩定的晶體結構和良好的電化學性能，可以有效地提高層狀氧化物的穩定性和循環性能。

普魯士藍類化合物是一種具有較高能量密度和良好循環性能的鈉離子電池正極材料。它們通常具有穩定的框架結構，能够容納大量的鈉離子，幷且在充放電過程中具有良好的可逆性。然而，普魯士藍類化合物存在容量衰减的問題，這可能會影響電池的壽命和性能。爲了改善這個問題，研究人員提出了用二硫化鎢來改性普魯士藍類化合物的方法。二硫化鎢可以與普魯士藍類化合物中的鐵離子發生相互作用，形成穩定的複合物，從而提高普魯士藍類化合物的穩定性和循環性能。

聚陰離子化合物是一種具有優异穩定性和循環性能的鈉離子電池正極材料。它們通常具有穩定的框架結構，能够容納大量的鈉離子，幷且在充放電過程中具有良好的可逆性。然而，聚陰離子化合物的理論容量較低，這可能會限制其在高性能電池中的應用。爲了提高聚陰離子化合物的理論容量，研究人員提出了用二硫化鎢來改性聚陰離子化合物的方法。二硫化鎢可以與聚陰離子化合物中的陰離子發生相互作用，形成穩定的複合物，從而提高聚陰離子化合物的理論容量和循環性能。

綜上所述，不同類型的鈉離子電池正極材料具有不同的優勢和劣勢。在選擇正極材料時，需要考慮電池的性能要求、成本、壽命等因素。同時，通過用二硫化鎢來改性層狀氧化物、普魯士藍類化合物和聚陰離子化合物等方法，可以進一步優化這些材料的性能和應用範圍。未來，隨著技術的不斷進步和研究的深入，相信會有更多優秀的鈉離子電池正極材料被發現和應用。

8.2.2 鈉電池負極材料用二硫化鎢空心球

鈉離子電池是近年來備受關注的一種新型儲能電池，由于其原料易得、生産成本較低和性能優越等特點，被認爲是一種理想的鋰離子電池替代品。然而，鈉離子電池在實際應用中仍然存在一些問題，其中最主要的問題是負極材料的儲鈉性能較差。

鈉離子電池負極材料的選擇需要滿足一系列要求。首先，工作電壓應該盡可能低，以降低電池的內部消耗。其次，比容量要高，以確保電池能够儲存更多的能量。此外，材料的結構要穩定，體積變化小，這樣才能保證電池的循環壽命和穩定性。首周庫侖效率也要高，這樣可以提高電池的能量轉換效率。

目前，鈉離子電池負極材料主要包括碳基、鈦基、有機類和合金類等。常見的碳基材料包括石墨、石墨烯、硬碳、軟碳等。然而，由于鈉離子的半徑較大，石墨等傳統負極材料在鈉離子嵌入過程中容易破壞其結構，導致電池性能下降。因此，需要尋找新的負極材料來滿足鈉離子電池的需求。值得一提的是，一些具有層狀結構的材料如二硫化鎢（WS2）、二硫化鉬（MoS2）被認爲是有潜力的候選者。這些材料具有較大的層間距，可以容納鈉離子的嵌入和脫嵌，同時保持穩定的結構。

二硫化鎢空心球是一種特殊的WS2納米材料，顆粒形貌爲空心球，在許多領域具有廣泛的應用前景，如能源存儲、催化、傳感器等。在能源存儲領域，由于材料的內部空間較大，所以WS2空心球具有較高的比表面積和良好的孔洞分布，這可以有效地增加電極材料的活性物質負載量，提高電池的能量密度和功率密度。此外，WS2空心球具有較好的電化學性能，能够有效地提高電池的充放電效率和循環壽命。

據中鎢在綫瞭解，爲了開發儲鈉性能良好的負極材料，福州大學研究者（專利文檔序號爲28486888）製備出由二硫化鎢納米片組成分等級空心球。這種WS2空心球具有許多優點。首先，其層間距較大，約爲1.02nm，具有良好的儲鈉性能，有利于鈉離子在其中的嵌入與脫嵌。其次，由于其空心結構，可以避免負極材料發生體積膨脹的問題，從而提高了電池的循環壽命。此外，WS2還具有優异的熱化學穩定性和化學穩定性，可以在高溫和腐蝕性環境下保持穩定的性能。

溶劑熱法製備金屬相1t-WS2空心球的步驟如下：準備原料：將0.255g二氯化鎢和0.375g硫代乙醯胺放入一個乾淨的燒杯中。加入溶劑：向燒杯中加入20ml异丙醇和10ml乙醇，幷攪拌均勻。攪拌：用玻璃棒或攪拌器攪拌混合物，確保所有原料都充分溶解。轉移至反應釜：將混合物轉移到反應釜中，確保反應釜密封良好。加熱反應：將反應釜放入烘箱中，設置溫度爲200℃幷保持24小時。冷却：反應結束後，將反應釜從烘箱中取出，讓其自然冷却至室溫。離心分離：將冷却後的混合物進行離心分離，分離出固體産物。洗滌：用乙醇和去離子水對固體産物進行洗滌，以去除雜質。烘乾：將固體産物放入真空烘箱中，設置溫度爲70℃幷保持一段時間，直到完全乾燥。（來源：文檔序號28486888的專利）

鈉電池金屬相1t-WS2空心球負極材料的製備步驟：混合材料：按質量比7:2:1將金屬相1t-WS2空心球、乙炔黑和PVDF（聚偏氟乙烯粘結劑）混合均勻。塗布製備：將混合好的材料均勻塗布在銅箔上，作爲鈉電池的負極材料。乾燥處理：將塗布好的銅箔放入真空烘箱中，設置溫度爲70℃幷保持一段時間，直到材料完全乾燥。電池組裝：將乾燥後的銅箔作爲負極材料與正極材料、隔膜、電解液等組裝成鈉電池。測試性能：對組裝好的鈉電池進行充放電測試、循環壽命測試等性能測試，以評估其性能。（來源：文檔序號28486888的專利）

在鈉電池中，負極材料的性能直接影響到電池的整體性能。因此，開發儲鈉性能良好的負極材料是鈉電池研究中的重要方向之一。福州大學的研究者們通過製備二硫化鎢空心球作爲鈉離子電池的負極材料，爲解决鈉電池在實際應用中的問題提供了一種新的思路和方法。

雖然目前二硫化鎢空心球在鈉電池中的應用還處于實驗室階段，但是隨著技術的不斷進步和研究的深入，相信未來會有更多的應用場景出現。同時，隨著環保意識的不斷提高和新能源産業的不斷發展，鈉電池作爲一種環保、高效、低成本的儲能電池將會得到更加廣泛的應用。

8.2.3 鈉電池正極材料用二硫化鎢納米片

8.2.4 鈉電池負極材料用二硫化鎢納米片

8.2.5 鈉電池負極材料用二硫化鎢納米管

8.2.6 鈉電池電極材料用二硫化鎢的挑戰

8.3 二硒化鎢在鈉離子電池中的應用

8.3.1 鈉電池正極材料用二硒化鎢

8.3.2 鈉電池負極材料用二硒化鎢

8.3.3 鈉電池電極材料用二硒化鎢的挑戰

8.4 納米鎢酸在鈉離子電池中的應用

隨著對可再生能源和高性能儲能系統的需求不斷增長，鈉電池作爲一種具有潜力的替代技術逐漸受到關注。納米鎢酸作爲一種新型的電極材料，展現出在鈉離子電池中應用的潜力。

鎢酸是一種含有鎢和氧的化合物，是指鎢酸的納米級別的顆粒，具有良好的儲荷性能、電導率、電化學性能、化學穩定性和可調變的氧化態。通過納米化處理，鎢酸的比表面積得到提高，從而增加了與電解質之間的接觸面積，提高了其電極活性在，增强鈉離子擴散速率。

研究表明，納米鎢酸電極材料在充放電過程中能够實現可逆的氧化還原反應，表現出較高的循環穩定性和可逆容量；由于其納米結構和多氧化態的特性，納米鎢酸能够實現高比容量的儲能。納米鎢酸的納米結構有助于提高鈉離子在電極材料中的擴散速度，從而提高電池的功率性能，實現更快的充放電速率。相比一些傳統的電極材料，納米鎢酸在鈉離子嵌入/脫嵌過程中表現出較好的抗膨脹特性，有助于維持電池的結構穩定性。含有納米鎢酸的電極材料經過1000次循環充放電測試，顯示出高達90%以上的容量保持率，表明其具有出色的循環壽命。

8.4.1 鈉電池正極材料用納米鎢酸

鈉電池正極材料是鈉電池的核心組成部分，其性能直接影響到電池的整體性能。目前，鈉電池正極材料主要包括層狀氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍類似物等。其中，層狀氧化物包括鈉鎳氧化物（NaxNiO2）、鈉錳氧化物（NaxMnO2），具有層狀結構，其中鈉離子可以在層間插入/脫插。聚陰離子化合物包括鈉硫化物（Na2S）、鈉硫（Na2Sx），其特點是具有多個陰離子，爲電池的嵌入/脫嵌過程提供了多種氧化還原反應。普魯士藍類似物具有均勻的晶體結構，其中鈉離子可以嵌入/脫嵌，發生氧化還原反應。

納米鎢酸是一種潜在的正極材料改性劑，它可以與層狀氧化物、聚陰離子化合物和普魯士藍及其他鈉離子電池正極材料結合，提高其電化學性能和穩定性。

具體來說，納米鎢酸的引入增加了正極材料的比表面積，有效提高了電池的儲能能力。納米鎢酸的結構穩定性及其多氧化態的特性可以有效提高現有鈉離子電池正極材料的循環穩定性，這將有助于减緩正極材料的結構變化，延長電池的壽命。納米鎢酸通過提高電池的導電性能，改善了電池的功率性能。

綜上所述，納米鎢酸改性鈉電池正極材料具有多方面的優勢和潜力。然而，目前對于納米鎢酸在鈉電池中的應用研究仍處于初級階段，未來需要進一步探索其製備工藝、優化配方、提高生産效率等方面的研究，以推動鈉電池技術的快速發展和應用普及。

8.4.2 鈉電池負極材料用納米鎢酸

8.4.3 鈉電池電極材料用納米鎢酸的挑戰

8.5 氮化鎢在鈉離子電池中的應用

8.5.1 鈉電池正極材料用納米氮化鎢納米

8.5.2 鈉電池負極材料用納米氮化鎢納米

8.5.3 鈉電池電極材料用納米氮化鎢的挑戰

8.6 鎢酸鈉在鈉離子電池中的應用

8.6.1 鈉電池負極材料用納米鎢酸鈉

8.6.2 鈉電池電極材料用納米鎢酸鈉的挑戰

8.7 鎢酸鋅在鈉離子電池中的應用

8.7.1 鈉電池負極材料用鎢酸鋅

8.7.2 鈉電池電極材料用鎢酸鋅的挑戰

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《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（四）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（三）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（二，下）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（二，中）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（二，上）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（一）》

 

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