鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（六）

第Ⅱ部分 鎢在新能源電池市場的介紹

第六章 鎢在鋰離子電池中的應用

隨著電動汽車、移動設備和儲能系統等領域的快速發展，鋰離子電池的需求不斷增加。鋰離子電池具有高能量密度、長壽命、環保等優點，已成爲當今主流的電池類型之一。

然而，隨著人們對電池性能要求的不斷提高，鋰離子電池的能量密度、安全性和循環壽命等方面仍需不斷改進和完善。

鎢在鋰離子電池中的應用近年來引起了廣泛的關注。作爲一種具有優异性能的材料，鎢基材料如納米鎢酸、納米三氧化鎢、針狀紫色氧化鎢、二硫化鎢納米片等具有潜在的高能量密度、良好的熱化學穩定性和導電性，被認爲是下一代鋰離子電池的理想電極材料添加劑。

鎢基材料作爲理想電極材料的原因：一是鎢基材料具有較高的能量密度，這意味著可以提供更高的儲能密度，從而增加電池的續航能力。二是鎢基材料的良好結構穩定性和循環性能，可以延長電池的壽命。三是鎢基材料具有較低的膨脹係數和較好的結構穩定性，可以避免電池在使用過程中因體積變化而引起的結構破壞和安全隱患。四是鎢基材料具有較高的電導率和良好的電化學穩定性，可以提供更快的充放電速度和更高的能量轉換效率。

據中鎢在綫/中鎢智造瞭解，在“2018年橫濱人車科技展”上，日本東芝展示出了一款使用紫色氧化鎢超細粉末生産的負極材料，能使鋰離子電池實現超快速充電。2023年，英國電池初創公司展示了一款基于蓮花Elise的概念電動車，該電動車采用了新型的鈮鎢氧化物電池技術，可以在短短6分鐘內充滿電。

目前，針對鎢基電極材料的研究主要集中在製備方法、結構設計和性能優化等方面。其中，納米結構鎢基電極材料的研究是一個熱點領域。納米結構的鎢基材料可以提供更高的比表面積和更快的離子傳輸通道，從而進一步改善電池的性能。此外，研究人員還在探索新型的鎢基複合電極材料，如鎢碳複合材料、鎢氮複合材料等。這些複合材料可以結合不同材料的優點，進一步優化電極的性能。

未來，隨著對鎢基電極材料的深入研究和新材料的不斷涌現，鎢基材料在鋰離子電池中的應用前景廣闊。然而，仍需解决一些關鍵的科學和技術問題。例如，進一步優化鎢基電極材料的製備工藝和降低成本；深入研究電極材料的電化學反應機制和失效機理；提高鎢基電極材料的可逆容量和循環壽命等。此外，還需要加强與産業界的合作，推動鎢基電極材料的實際應用和産業化進程。

6.1 納米鎢酸在鋰離子電池中的應用

納米鎢酸（H2WO4或WO3·H2O）作爲一種新型的納米材料，通常是指三氧化鎢和水的比值爲1:1的一種過渡金屬化合物，因其特殊的物理化學性質和優异的性能，在許多領域中得到了廣泛的應用。在鋰離子電池領域中，納米鎢酸也被認爲是一種很有前途的電極材料添加劑。

傳統的鋰電池負極材料主要由石墨等碳材料組成，但是這些材料的容量和充放電效率相對較低。納米鎢酸作爲電極材料的添加劑可以增加電極的比表面積，提高電極的容量和充放電效率。同時，納米H2WO4還可以通過控制形貌和結構來優化其電化學性能，提高鋰離子電池的能量密度和功率密度。

納米鎢酸的尺寸在納米級別，具有很高的比表面積和良好的電導性。這些性質使得納米H2WO4在電化學反應中表現出良好的催化性能和電導性，可以有效地提高鋰電池的電化學性能。

納米鎢酸還具有良好的離子導電性和化學穩定性。在鋰離子電池中，離子導電性對于電池的倍率性能和充放電效率具有重要影響。納米鎢酸的高離子導電性可以降低電池的內阻，提高倍率性能和充放電效率。同時，納米H2WO4還可以在高溫和高電壓條件下穩定存在，增加電池的安全性和穩定性。

6.1.1 鋰電池正極材料用納米鎢酸

6.1.2 鋰電池負極材料用納米鎢酸

6.1.3 鋰電池電極材料用納米鎢酸的挑戰

6.2 納米黃色氧化鎢在鋰離子電池中的應用

6.2.1 鋰電池正極材料用納米黃色氧化鎢

6.2.2 鋰電池負極材料用納米黃色氧化鎢

6.2.3 鋰電池電極材料用納米黃色氧化鎢的挑戰

6.3 納米紫色氧化鎢在鋰離子電池中的應用

6.3.1 鋰電池正極材料用納米紫色氧化鎢

6.3.2 鋰電池負極材料用納米紫色氧化鎢

爲了延長新型電動車的使用壽命，改良其動力鋰電池負極材料的性能是非常關鍵的。製造商們一直在尋找能够提高負極材料性能的有效物質。在這個過程中，紫色氧化鎢超細顆粒成爲了一個備受關注的選項。

紫色氧化鎢超細顆粒是一種納米材料，具有顆粒尺寸小、分散均勻、不易團聚、量子尺寸效應、表面效應、小尺寸效應等特點。這種材料在作爲鋰離子電池負極材料時，具有許多優勢。紫色氧化鎢的納米尺寸可以提供更大的比表面積和更快的離子傳輸通道，進而能够有效地增大材料儲存鋰離子的空間，加快離子的氧化還原反應速率。這可以緩解鋰枝晶的生長問題，降低電池容量的衰减速度。

鋰枝晶的生長是鋰離子電池中常見的問題之一。當鋰離子在遷移到負極表面時，部分鋰離子沒有進入負極活性物質中形成穩定的化合物，而是獲得電子後沉積在負極表面成爲金屬鋰。這些金屬鋰的沉積會導致電池容量下降，嚴重時甚至會引起電池短路和爆炸。

除了以上提到的優點外，紫色氧化鎢還具有較高的化學穩定性、良好的電導性和熱導性等優點。這些特性使得WO2.72可以作爲負極材料的添加劑，提高電池的安全性、循環壽命和倍率性能等。

總之，紫色氧化鎢超細顆粒具有較大的比表面積和較强的化學擴散性能，因此被認爲是製備電池負極材料的優選原料。它可以在一定程度上緩解鋰枝晶的生長問題，從而提高電池的循環壽命和安全性。此外，紫色氧化鎢還可以改善電池的倍率性能和能量密度，使得電池具有更高的功率輸出和更長的續航里程。

然而，雖然紫色氧化鎢在負極材料中的應用前景廣闊，但目前仍處于研發階段。未來需要進一步研究其製備工藝、性能優化以及在電池製造中的應用等方面的問題。同時，還需要考慮其與其他材料的兼容性和成本等因素，以實現其在電動車領域的廣泛應用。

據中鎢在綫/中鎢智造瞭解，在“2018年橫濱人車科技展”上，日本東芝展示出了一款使用紫色氧化鎢超細粉末生産的負極材料，能使鋰離子電池在短時間內快速充電，同時保持長壽命。東芝的這款新鋰離子電池除了具有快速充電和長壽命的特點外，還具有較高的能量密度和良好的安全性。這些優點使得這款電池可以用于汽車領域，爲電動汽車提供更長的續航里程和更快的充電速度；也可以用于微型/輕度混合動力火車、電梯等領域，提供可靠的能源存儲設備；還可以用于不斷電供應系統UPS和大電流電源等領域，提供高效、可靠的儲能解决方案。

6.3.3 鋰電池電極材料用納米紫色氧化鎢的挑戰

6.4 二氧化鎢在鋰離子電池中的應用

6.4.1 鋰電池正極材料用二氧化鎢

6.4.2 鋰電池負極材料用二氧化鎢

6.4.3 鋰電池電極材料用二氧化鎢的挑戰

6.5 鈮鎢氧化物在鋰離子電池中的應用

鈮鎢氧化物（Niobium Tungsten Oxide，NTO）是一種由鈮（Nb）和鎢（W）與氧（O）組合而成的化合物，具有正交相晶體結構，幷擁有較大的空位尺寸，被認爲是一種潜力巨大的鋰離子電池負極材料。

鈮鎢氧化物作爲一種新型的負極材料，具有高容量、長循環壽命和良好的倍率性能等優點，可以有效地提高鋰離子電池的性能，如能量密度、循環壽命、安全性等。NTO材料高容量和長循環壽命主要得益于其穩定的晶體結構和較大的空位尺寸，這使得鋰離子在充放電過程中能够快速進出電極材料，幷减少了電極材料的粉化或脫落等問題。

IT之家最新消息顯示，英國電池初創公司（Nyobolt）近年來展示了一款基于蓮花Elise的概念電動車，該車采用了新型的鈮鎢氧化物電池技術，可以在短短6分鐘內充滿電。這一創新技術有望大幅度提升電動車的效率和性能，進而能有效緩解現有電動車充電時間長、續航里程短的問題。

Nyobolt的鈮電池技術源自劍橋大學的研究，使用了鈮鎢氧化物作爲鋰電池的負極材料。研究表明，鈮鎢氧化物的電化學性能與其晶體結構、隧道尺寸有著密切關係：五邊形NTO材料的隧道尺寸較大，因而能使電池擁有良好的倍率性能；四邊形NTO材料因有獨特的開放式晶體，而具有較强的鋰離子存儲能力，能使電池擁有較高的容量和較好的循環穩定性。另外，多孔微米球結構可以使電解液與NTO材料充分接觸，增加電解液的滲透能力，减小界面電阻。

總之，鈮鎢氧化物作爲一種新型的鋰離子電池負極材料，具有高容量、長循環壽命、良好的倍率性能和環保等優點。隨著技術的不斷進步和應用領域的不斷拓展，鈮鎢氧化物在鋰離子電池負極材料中的應用將會有更加廣泛的發展前景。

6.5.1 鋰電池正極材料用鈮鎢氧化物

鈮鎢氧化物是一種具有潜在應用價值的鋰離子電池正極材料，由鈮和鎢的氧化物構成，通常具有正交相的晶體結構，這種結構有利于鋰離子的嵌入和脫出。

在鋰離子電池中，正極材料是電池的重要組成部分，對電池的能量密度、循環壽命、安全性和成本等有直接的影響。目前，商業化的正極材料如鈷酸鋰（LiCoO2）、鎳酸鋰（LiNiO2）和錳酸鋰（LiMn2O4）等存在容量較低、循環壽命短、倍率性能差等問題，限制了其在某些領域的應用。

鈮鎢氧化物作爲新型正極材料，具有高能量密度、高穩定性等優點，可以有效彌補現有正極材料的不足。其高能量密度主要得益于其較大的理論容量和較高的電子導電性。根據不同的合成方法和結構調控，鈮鎢氧化物的容量可以在數百至數千毫安時每克（mAh/g）的範圍內變化。例如，通過固相法合成的Nb2O5正極材料具有較高的容量，可達到190mAh/g左右。

此外，鈮鎢氧化物還具有高穩定性、長循環壽命和良好的倍率性能等優點。在充放電過程中，NTO結構穩定，體積變化小，不會出現明顯的粉化或脫落等問題。這使得NTO在循環過程中保持較好的結構完整性和電化學活性，從而具有較長的壽命和良好的倍率性能。

授權公告號CN115050946B的專利摘要顯示，所述正極活性材料包括正極活性材料基體和包覆層，所述包覆層包裹在所述正極活性材料基體的外表面；所述正極活性材料基體爲高鎳材料，所述包覆層包括含碳鈮鎢氧化物材料，所述含碳鈮鎢氧化物材料爲碳改性的鈮鎢氧化物，通過該技術可以有效提高電池的循環壽命和充放電性能。

然而，鈮鎢氧化物也存在一些問題需要解决。例如，其電導率相對較低，需要進一步提高其導電性能；在充放電過程中可能會發生體積變化，需要增强其結構穩定性和耐久性；同時，其容量和倍率性能還需進一步提高以滿足實際應用的需求。

6.5.2 鋰電池負極材料用鈮鎢氧化物

6.5.3 鋰電池電極材料用鈮鎢氧化物的挑戰

6.6 氮化鎢在鋰離子電池中的應用

6.6.1 鋰電池負極材料用氮化鎢

6.6.2 鋰電池電極材料用氮化鎢的挑戰

6.7 二硫化鎢在磷酸鐵鋰中的應用

二硫化鎢（WS2）是一種具有特殊結構和性質的化合物，其顆粒形貌的不同可以影響其在鋰離子電池正極材料或負極材料中的應用。以下是不同形貌的二硫化鎢及其在鋰離子電池中的應用：

二硫化鎢納米片：具有類似于石墨烯的層狀結構，層內共價鍵强烈，層間范德華力較弱，使得層與層之間容易剝離，因此具有較低的摩擦係數。這種結構特點使得WS2納米片在作爲鋰離子電池電極材料時具有一些獨特的優勢，如高能量密度、長循環壽命、良好的安全性和穩定性等。

二硫化鎢納米管：具有類似于納米管的形態，內部具有中空的管狀結構，外部覆蓋著層狀結構。這種結構使得WS2納米管在作爲鋰離子電池電極材料時具有較高的比表面積和良好的電導率，有利于提高電池的充放電性能。

二硫化鎢納米綫：具有類似于納米綫的形態，長徑比大，橫向尺寸小。這種結構使得WS2在作爲鋰離子電池電極材料時具有良好的導電性和穩定性，能够限制電流的過度釋放，提高電池的安全性。

二硫化鎢量子點：具有類似于量子點的形態，橫向尺寸小，表面能高。這種結構使得WS2量子點在作爲鋰離子電池電極材料時具有較高的比表面積和良好的電化學活性，能够提供更多的活性物質反應位點，提高電池的容量和能量密度。

二硫化鎢納米花：具有類似于納米花的形態，由多個小顆粒組成，表面具有豐富的邊緣和缺陷。這種結構使得WS2納米花同樣能够爲電極材料提供更多的活性物質反應位點，進而提高電池的容量和能量密度。

綜上所述，不同形貌的二硫化鎢具有不同的結構和性質特點，在作爲鋰離子電池電極材料時能够發揮不同的優勢和作用。對于具體的電池體系和應用場景，可以選擇合適的形貌和結構的WS2進行優化和改進，提高電池的性能和安全性。

6.7.1 鋰電池正極材料用二硫化鎢納米片

二硫化鎢納米片在鋰離子電池正極材料中的應用顯示出巨大的潜力。由于其特殊的層狀結構和優秀的電化學性能，WS2納米片有望顯著提高磷酸鐵鋰正極材料的性能。

磷酸鐵鋰是目前商業化鋰離子電池中廣泛使用的正極材料，具有高安全性和低生産成本等優勢。然而，磷酸鐵鋰也存在一些不足，如導電率低、容量有限和低溫性能不佳等問題。爲了克服這些缺點，科學家們采用了WS2納米片作爲改性劑，以獲得更高導電率、更大容量以及更好低溫性能的産品。

二硫化鎢納米片是一種低維度的納米材料，具有類似于石墨烯的層狀結構和大表面積的特性。這些特性使得二硫化鎢納米片在鋰離子電池正極材料的製備中具有多種優勢。首先，WS2納米片可以提供更多的活性物質反應位點，增加電池的容量和能量密度。其次，WS2納米片的層狀結構和良好的電導率有利于提高電池的充放電性能。此外，WS2納米片還能限制電流的過度釋放，提高電池的安全性。

在磷酸鐵鋰正極材料的改性中，二硫化鎢納米片通過改善材料的電化學性能和耐溫性能來增强産品的抗高溫性能與抗低溫性能。具體來說，WS2納米片可以提供更多的鋰離子插層脫嵌通道，提高材料的導電率和容量。同時，WS2納米片的熱學性能和力學性能也得到了很好的提升，從而降低了自身發生化學反應的可能性，增强了特種鋰電池的安全性。

除了在正極材料中的應用外，二硫化鎢納米片還可以用于製備新型鋰電池的負極材料。研究表明，WS2納米片具有較高的理論比容量、良好的循環穩定性和較低的製備成本等優點，有望成爲下一代儲能負極材料的理想選擇。

6.7.2 鋰電池正極材料用二硫化鎢納米管

6.7.3 鋰電池負極材料用二硫化鎢納米片

6.7.4 鋰電池負極材料用二硫化鎢納米管

6.7.5 鋰電池電極材料用二硫化鎢的挑戰

6.8 鎢酸鈉在鋰離子電池中的應用

6.8.1 鋰電池負極材料用鎢酸鈉

6.8.2 鋰電池電極材料用鎢酸鈉的挑戰

6.9 鎢酸鋅在鋰離子電池中的應用

6.9.1 鋰電池負極材料用鎢酸鋅

6.9.2 鋰電池電極材料用鎢酸鋅的挑戰

6.10 鎢酸鋰在鋰離子電池中的應用

6.10.1 鋰離子電池正極材料用鎢酸鋰

6.10.2 鋰離子電池負極材料用鎢酸鋰

6.10.3 鋰電池電解質用鎢酸鋰

6.10.4 鋰電池用鎢酸鋰的挑戰

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《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（六）》

《鎢鉬稀土在新能源電池領域的應用與市場研究（五）》

《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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