钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二，下）

第I部分 电池、钨、钼和稀土的介绍

第二章 常见电池的介绍（下）

2.9 钠离子电池

钠离子电池（NIBs）是一种新型电池技术，其正极材料通常采用钠盐，负极材料则采用铝箔。

在电池充放电过程中，钠离子会从正极移动到负极或从负极移动到正极，以实现电荷的平衡。这种电池具有高能量密度、长寿命、环保等优点。

钠离子电池的工作原理与锂离子电池类似，不同之处在于钠离子电池使用钠离子作为电荷载体，而锂离子电池使用锂离子作为电荷载体。由于钠离子电池的钠离子尺寸较大，因此在充放电过程中难以嵌入和脱出电极材料，因此需要采用特殊的电极材料和电解质体系来提高电池的电化学性能。

钠离子电池的研究和开发始于20世纪80年代，但直到近年来随着锂离子电池技术的成熟和普及，钠离子电池才逐渐受到关注。目前，全球范围内有许多公司和实验室正在研究和开发钠离子电池技术，并取得了一些突破性进展。

钠离子电池的应用前景广泛，可以用于电动汽车、储能系统、电力系统的备用电源等领域。由于钠离子电池的原料成本较低，且钠盐的储量丰富，因此可以大大降低电池的成本。此外，钠离子电池的安全性也较高，不会发生像锂离子电池那样的过热或燃烧等危险情况。

然而，钠离子电池的充放电速度较慢，且循环寿命较短，因此还需要进一步研究和改进。此外，由于钠离子电池技术的成熟度和商业化程度较低，目前市场上的主要电池技术仍然是锂离子电池。但是，随着技术的不断进步和市场需求的增加，钠离子电池有望在未来成为主流电池技术之一。

2.9.1 钠离子电池基本结构

2.9.1.1 钠离子电池正极材料

2.9.1.1.1 钠电池层状氧化物正极材料

2.9.1.1.2 钠电池普鲁士蓝正极材料

2.9.1.1.3 钠电池聚阴离子化合物正极材料

2.9.1.2 钠离子电池负极材料

2.9.1.2.1 钠电池碳负极材料

2.9.1.2.2 钠电池钨基负极材料

钠电池的钨基负极材料是一种新兴的电池技术，具有高能量密度、长寿命、低成本等优点。这种材料是通过将钨基金属纳米颗粒与碳复合，形成一种类似于石墨的结构，从而实现在钠离子电池中作为负极材料的应用。

钨基负极材料的优点在于其高能量密度，可达到250mAh/g以上，同时其循环寿命也较长，能够达到1000次以上。此外，由于钨基金属的化学稳定性较高，这种材料在高温和高电压条件下也表现出良好的稳定性。

然而，钨基负极材料也存在一些问题需要解决。首先，其制备过程较为复杂，成本较高。其次，虽然其循环寿命较长，但是在快速充放电的条件下，其容量会迅速衰减，影响电池的性能。此外，钨基金属的电导率较低，会对电池的电化学性能产生影响。

为了克服这些问题，科研人员正在研究如何优化钨基负极材料的制备工艺和结构，以提高其电导率和循环性能。同时，也在探索将钨基负极材料与其他材料相结合，以实现更高效、更可靠的钠离子电池。

2.9.1.2.4 钠电池合金负极材料

2.9.1.3 钠离子电池隔膜

2.9.1.4 钠离子电池电解液

2.9.2 钠离子电池工作原理

2.9.3 钠离子电池主要特性

2.9.4 钠离子电池生产工序

2.9.5 钠离子电池性能的影响因素

2.9.5.1 正极材料对钠离子电池性能的影响

2.9.5.2 负极材料对钠离子电池性能的影响

2.9.5.3 隔膜对钠离子电池性能的影响

2.9.5.4 电解液对钠离子电池性能的影响

2.9.5.5 放电深度对钠离子电池寿命的影响

2.9.5.6 过充电程度对钠离子电池寿命的影响

2.9.5.7 温度对钠离子电池寿命的影响

2.9.5.8 放电电流密度对钠离子电池寿命的影响

2.9.6 钠离子电池技术指标

2.9.7 钠离子电池使用注意事项

2.9.8 钠离子电池的应用

2.9.9 钠离子电池的发展现状

自20世纪80年代以来，钠离子电池技术已经经历了近40年的发展。早期的钠离子电池主要集中在研究层状氧化物、普鲁士蓝类化合物等正极材料，而负极主要采用石墨或硬碳等碳基材料。然而，由于钠离子半径较大，无法在石墨或硬碳中可逆脱嵌，因此早期的钠离子电池容量较低，循环寿命也不理想。

近年来，随着科研技术的进步，钠离子电池的性能得到了显著提升。一方面，研究者们发现了新的正极材料，如层状过渡金属氧化物、聚阴离子化合物等，这些材料具有较高的理论容量和良好的电化学性能。另一方面，研究者们也探索了新的负极材料，如合金类材料、碳基材料等，这些材料在钠离子嵌入和脱出过程中表现出较好的稳定性和可逆性。

目前，钠离子电池的商业化应用已经取得了一定的进展。一些大型能源企业和科研机构已经开始进行钠离子电池的量产和推广。例如，中国的新能源企业宁德时代已经成功开发出了具有自主知识产权的钠离子电池，并计划在未来几年内实现量产。此外，一些国际知名科研机构和高校也在积极开展钠离子电池的研究和开发工作，为未来的能源存储技术发展奠定了基础。

前瞻产业研究院消息显示，根据全球调研机构BISResearch发布的报告数据，2021年全球钠离子电池市场规模约为5.28亿美元，2022年约5.49亿美元，其中亚太地区因新能源市场的快速增长，成为钠离子电池相关产品应用的最大市场。

智研咨询消息显示，2022年我国钠离子电池产量约为0.5Gwh，钠离子电池需求总量为0.10GWh；预计2023年我国钠离子电池产量约为3Gwh，钠离子电池需求总量为1.65GWh左右。从我国钠离子电池需求分布领域来看，预计2023年国内需求总量在1.652GWh左右，其中两轮车领域需求为0.44GWh，占26.67%；A00级电动车领域需求为0.72GWh，占43.64%；储能领域需求为0.08GWh，占4.85%；电动工具、工程机械、启动电源等其他领域需求为0.41GWh，占24.85%。

据悉，目前中国布局钠离子电池生产和制造的企业主要分为两类。一类是传统的锂电池厂商，如宁德时代、欣旺达、亿纬锂能、鹏辉能源。这些企业在锂电池领域有着丰富的经验和资源，并且看到了钠离子电池的潜力和未来发展趋势，因此开始切入钠离子电池的生产和制造。

另一类是创新型企业，如中科海钠、钠创新能源和传艺科技。这些企业多为初创公司，有着较强的研发能力和技术背景，专注于探索和开发钠离子电池的新技术和新应用。它们通常会从“0”到“1”参与钠离子电池产业布局，通过技术创新和研发投入来推动钠离子电池的发展和应用。

无论是传统锂电池厂商还是创新型企业，它们在布局钠离子电池生产和制造时都有自己的优势和挑战。传统锂电池厂商在生产工艺、质量控制、供应链管理等方面有着较强的实力和经验，而创新型企业在技术研发、产品创新、市场开拓等方面更具活力和灵活性。

钠离子电池是国家政策重点支持发展的新型电池技术之一。未来智库消息显示，2021年4月，国家发改委和国家能源局联合发布《关于新型储能发展的指导意见》中，首次将钠离子电池列入其中。2022年3月，国家发改委、国家能源局在《“十四五”新型储能发展方案》中明确提出要推动多元化技术开发，要开展钠离子电池、新型锂离子电池等关键技术装备和集成优化设计研究，集中攻关。2022年7月，在工信部发布的《关于印发2022年第二批行业标准修订和外文版项目计划的通知》中，我国首批钠离子电池行业标准《钠离子电池术语和词汇》（2022-1103T-SJ）和《钠离子电池符号和命名》（2022-1102T-SJ）计划正式下达。

2.9.10 钠离子电池的发展前景

2.9.11钠离子电池的发展瓶颈

2.10 锌离子电池

2.10.1 锌离子电池基本结构

2.10.1.1 锌离子电池正极材料

2.10.1.1.1 锌电池正极材料的种类

2.10.1.1.2 锌电池正极材料的制备方法

2.10.1.2 锌离子电池负极材料

2.10.1.2.1 锌电池负极材料的种类

2.10.1.3 锌离子电池隔膜

2.10.1.3.1 锌电池聚合物材料的选择

2.10.1.3.2 锌电池聚合物材料的优化

2.10.1.4 锌离子电池电解液

2.10.1.4.1 锌电池水系电解液

2.10.1.4.2 锌电池非水系电解液

2.10.1.4.3 锌电池混合电解液

2.10.2 锌离子电池工作原理

锌离子电池是一种先进的电池类型，具有高能量密度、长寿命和环保等优点。本文将详细探讨锌离子电池的工作原理，包括正负极的反应过程、电解液的作用以及电池的充电和放电过程。

锌离子电池的正极通常采用金属氧化物材料，如MnO2、NiOOH等。在充电过程中，正极材料中的金属离子被氧化，释放出电子并转移到外电路中，同时生成Zn2+离子。这个过程可以用以下反应方程式表示：MnO2+H2O+e-→MnOOH+OH-；NiOOH+H2O+e-→Ni(OH)2+OH-

在放电过程中，Zn2+离子通过电解液迁移到负极表面，并还原成金属锌，同时释放出电子传递到外电路中。这个过程可以用以下反应方程式表示：Zn2++2e-→Zn

锌离子电池的充电和放电过程是通过外部电路实现的。在充电时，正极材料中的金属离子被氧化，电子通过外部电路传递到负极表面，同时生成Zn2+离子。在放电时，Zn2+离子通过电解液迁移到负极表面，并还原成金属锌，同时释放出电子传递到外电路中。这个过程中，电解液中的离子也会进行迁移和反应，以维持电池的正常工作。

2.10.3 锌离子电池主要特性

2.10.4 锌离子电池生产工序

2.10.5 锌离子电池性能的影响因素

2.10.5.1 正极材料对锌离子电池性能的影响

2.10.5.2 负极材料对锌离子电池性能的影响

2.10.5.3 隔膜对锌离子电池性能的影响

2.10.5.4 电解液对锌离子电池性能的影响

2.10.5.5 放电深度对锌离子电池寿命的影响

2.10.5.6 过充电程度对锌离子电池寿命的影响

2.10.5.7 工作温度对锌离子电池寿命的影响

2.10.5.8 放电电流密度对锌离子电池寿命的影响

2.10.6 锌离子电池技术指标

2.10.7锌离子电池使用注意事项

2.10.8 锌离子电池的应用

2.10.9 锌离子电池的发展现状

2.10.10 锌离子电池的发展前景

2.10.11 锌离子电池的发展瓶颈

2.11 镍氢电池

2.11.1 镍氢电池基本结构

2.11.1.1 镍氢电池正极材料

2.11.1.2 镍氢电池负极材料

2.11.1.3 镍氢电池隔膜

2.11.1.4 镍氢电池电解液

2.11.2 镍氢电池工作原理

2.11.3 镍氢电池主要特性

2.11.4 镍氢电池生产工序

2.11.5 镍氢电池性能的影响因素

2.11.5.1 正极材料对镍氢电池性能的影响

2.11.5.2 负极材料对镍氢电池性能的影响

2.11.5.3 隔膜对镍氢电池性能的影响

2.11.5.4 电解液对镍氢电池性能的影响

2.11.5.5 放电深度对镍氢电池寿命的影响

2.11.5.6 过充电程度对镍氢电池寿命的影响

2.11.5.7 工作温度对镍氢电池寿命的影响

2.11.5.8 放电电流密度对镍氢电池寿命的影响

2.11.6 镍氢电池技术指标

2.11.7 镍氢电池使用注意事项

2.11.8 镍氢电池的应用

2.11.9 镍氢电池的发展现状

镍氢电池，几十年的发展历程见证了其逐渐成熟的过程。如今，镍氢电池的技术水平和性能已经达到了相当高的水准，使得它广泛应用于混合动力汽车、电子设备、备用电源等领域。

目前，国内外镍氢电池的比能量一般在60~80Wh/kg之间。这意味着每公斤的电池可以提供60~80瓦时（Wh）的电能，这个能量密度在电池界处于领先地位。而比功率在500~1000W/kg之间，这意味着电池可以在短时间内提供大量的电力，这对于高功率应用场景尤为重要。循环寿命方面，镍氢电池的循环寿命在500~2000次之间，这也与其质量和使用环境有关。，从成本角度来看，镍氢电池的成本约为200~300元/kg，相较于其他类型的电池，其成本相对较低。

目前，全球镍氢电池生产主要集中在中国和日本，我国以生产小型镍氢电池为主，日本则以生产大型镍氢电池为主。同丰工程规划消息显示，日本松下开发的镍氢电池，比能量达到了100Wh/kg，比功率达到了1500W/kg，循环寿命达到了3000次。美国通用汽车公司开发镍氢电池，比能量达到了90Wh/kg，比功率达到了1200W/kg，循环寿命达到了2000次。中国中炬高新技术实业（集团）股份有限公司开发的镍氢电池，比能量达到了80Wh/kg，比功率达到了1000W/kg，循环寿命达到了1500次。

思瀚产业研究院消息显示，2006 年，我国已成为全球镍氢电池第一生产国。根据 Wind 数据，2022 年我国镍氢电池产品出口额为 5.52 亿美元，同比增长 21.44%。QYResearch 调研显示，2022 年全球小型镍氢电池市场规模大约为 7.76 亿美元。

根据中金普华产业研究院的数据，2019年镍氢电池产业市场规模约为44.37亿元，受疫情影响，到2020年产业市场规模略有下降，为39.49亿元，现有混合动力电池99%的市场份额为镍氢动力电池。预计到2023年，随着新能源汽车和智能网联汽车的发展，以及国家对绿色环保产业的支持，镍氢电池产业市场规模将恢复增长，达到50亿元左右。

2.11.10 镍氢电池的发展前景

2.11.11 镍氢电池的发展瓶颈

2.12 燃料电池

2.12.1 燃料电池基本结构

2.12.1.1 燃料电池阳极材料

2.12.1.2 燃料电池阴极材料

2.12.1.3 燃料电池隔膜

2.12.1.4 燃料电池电解质

2.12.1.5 燃料电池催化剂

燃料电池的催化剂的作用是促进氢气和氧气之间的电化学反应，将化学能转化为电能。催化剂的选择和使用直接影响到燃料电池的性能和寿命。因此，燃料电池催化剂的研究和开发对于燃料电池的发展至关重要。

然而，目前燃料电池所面临的难题之一是催化剂的抗腐蚀性差、使用寿命短，以及催化剂成本高。针对这些问题，研究者们一直在寻找更加高效、稳定、廉价的催化剂。最近，一种新型的催化剂——Pt/WO3/C引起了人们的关注。这种催化剂是由强化学稳定性的三氧化钨（WO3）代替部分碳材料作为燃料电池载体，进而与铂（Pt）形成协同催化作用。这种催化剂具有极高的抗腐蚀性和使用寿命，同时还能降低催化剂的成本，提高催化活性。

三氧化钨是一种宽带隙半导体材料，具有优异的电学、光学和热学性能。它具有稳定的化学性质，能够在高温、强酸、强碱等环境下保持稳定性。因此，WO3是一种理想的催化剂载体材料。在燃料电池中，WO3可以作为阳极氧化的催化剂，促进氧气的还原反应。同时，由于WO3与铂具有协同催化作用，可以减少贵金属铂的使用量，降低催化剂的成本。

Pt/ WO3/C催化剂的结构和制备方法对催化剂的性能有着至关重要的影响。在制备过程中，需要严格控制催化剂的组成、结构和形貌，以保证催化剂的抗腐蚀性、稳定性和催化活性。同时，还需要对催化剂进行优化和修饰，以提高其电化学性能和稳定性。

相比于传统的贵金属催化剂，Pt/WO3/C催化剂具有更高的抗腐蚀性和使用寿命。这主要是因为WO3的化学稳定性高，能够有效地保护催化剂不受腐蚀。同时，由于WO3与铂的协同催化作用，可以降低铂的使用量，进一步降低催化剂的成本。此外，Pt/ WO3/C催化剂还具有优异的电化学性能和稳定性，能够提高燃料电池的功率密度和净功率。

除了Pt/WO3/C之外，还有其他类型的燃料电池催化剂，如Pt/C、Ru/C等。这些催化剂中，铂和钌等贵金属具有较高的催化活性，但它们的成本较高，且易受中毒影响。因此，研究者们一直在寻找更加高效、稳定、廉价的催化剂。

在催化剂的研究和开发中，除了催化剂的选择和制备之外，还需要考虑催化剂的稳定性、抗毒性和可回收性等因素。同时，还需要深入研究电化学反应的机理和动力学，以优化催化剂的性能和设计。

2.12.1.6 燃料电池集电器

2.12.2 燃料电池工作原理

2.12.3 燃料电池主要特性

2.12.4 燃料电池生产工序

2.12.5 燃料电池性能的影响因素

2.12.5.1 阳极材料对燃料电池性能的影响

2.12.5.2 阴极材料对燃料电池性能的影响

2.12.5.3 催化剂对燃料电池性能的影响

2.12.5.4 隔膜对燃料电池性能的影响

2.12.5.5 电解质对燃料电池性能的影响

2.12.5.6 集电器对燃料电池性能的影响

2.12.5.7 工作温度对燃料电池寿命的影响

2.12.5.8 工作压力对燃料电池寿命的影响

2.12.5.9 电流密度对燃料电池寿命的影响

2.12.6 燃料电池技术指标

2.12.7 燃料电池使用注意事项

2.12.8 燃料电池的应用

2.12.9 燃料电池的发展现状

2.12.10 燃料电池的发展前景

2.12.11 燃料电池的发展瓶颈

2.13 太阳能电池

太阳能电池是一种利用太阳光直接发电的光电半导体薄片，又称为“太阳能芯片”或“光电池”。它只要被满足一定照度条件的光照度，瞬间就可输出电压及在有回路的情况下产生电流。太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光伏效应工作的晶硅太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的薄膜电池实施太阳能电池则还处于萌芽阶段。2023年2月28日，国家统计局发布《中华人民共和国2022年国民经济和社会发展统计公报》，报告显示：2022年全年太阳能电池（光伏电池）产量3.4亿千瓦，增长46.8%。 2023年一季度，中国太阳能电池出口突破900亿元，增长23.6%。

2.13.1 太阳能电池基本组成

太阳能电池的基本结构包括PN结、金属电极和半导体材料。PN结是太阳能电池的核心部分，由两种半导体材料构成，其中P型半导体富含空穴，N型半导体则富含自由电子。当两种半导体材料接触时，由于电子浓度的差异，电子会从N型区域向P型区域移动，形成一个耗尽层。这个耗尽层中会形成一个电场，使得电子不能在P型区域和N型区域之间自由移动。

太阳能电池中还有两个金属电极，一个是P型半导体接触的金属电极，另一个是N型半导体接触的金属电极。这两个电极将太阳能电池和外部电路连接起来。

此外，硅太阳能电池的工作原理是半导体的光电效应。在硅晶体中掺入其他的杂质，如硼、磷等，当掺入硼时，硅晶体中就会存在着一个空穴。而掺入磷原子以后，因为磷原子有五个电子，所以就会有一个电子变得非常活跃，形成N（negative）型半导体。

2.13.1.1 太阳能电池PN结

太阳能电池中的PN结是太阳能电池的核心部分，它的性能直接影响太阳能电池的转换效率和稳定性。下面将详细介绍太阳能电池的PN结结构、特点和工作原理。

太阳能电池的PN结是由P型半导体和N型半导体之间形成的界面。P型半导体中含有大量空穴，而N型半导体中含有大量自由电子。在P型和N型半导体之间会形成一个电势差，这个电势差是PN结产生电压的基础。

PN结特点：具有高光电转换效率，可以将太阳能转换成电能，并且转换效率与光照强度和光谱分布有关。PN结的温度稳定性较好，可以在较宽的温度范围内工作。PN结的可靠性强，可以长时间稳定工作。PN结耐候性好，可以在各种气候条件下工作。

PN结工作原理：当太阳光照射在太阳能电池上时，光子穿过透明导电膜照射在PN结上，光子与半导体材料中的电子相互作用，电子被激发到导带中，形成自由电子和自由空穴。自由电子和自由空穴分别被N型和P型半导体中的电场分离，形成电势差。这个电势差是太阳能电池产生电压的基础。

PN结的影响因素：光照强度：光照强度越大，PN结产生的电流和电压越大。光谱分布：光谱分布对PN结的转换效率也有影响。在光谱分布不均匀的情况下，PN结的转换效率会降低。温度：温度对PN结的转换效率也有影响。随着温度的升高，PN结的转换效率会降低。材料质量：材料质量对PN结的转换效率也有影响。高质量的材料可以获得更高的转换效率。

为了提高太阳能电池的转换效率和稳定性，人们不断优化PN结的结构和材料。例如，采用多结太阳能电池、染料敏化太阳能电池、钙钛矿太阳能电池等技术可以提高太阳光的吸收效率和载流子的传输效率，从而提高太阳能电池的转换效率。此外，采用新材料和新技术也可以提高太阳能电池的稳定性和耐候性。

2.13.1.2 太阳能电池金属电极

2.13.1.3 太阳能电池透明导电膜

2.13.1.4 太阳能电池硅片

2.13.2 太阳能电池工作原理

2.13.3 太阳能电池主要特性

2.13.4 太阳能电池生产工序

2.13.5 太阳能电池性能的影响因素

2.13.5.1 硅片质量对太阳能电池性能的影响

2.13.5.2 硅片厚度对太阳能电池性能的影响

2.13.5.3 光照强度对太阳能电池性能的影响

2.13.5.4 工作温度对太阳能电池性能的影响

2.13.6 太阳能电池技术指标

2.13.7 太阳能电池使用注意事项

2.13.8 太阳能电池的应用

2.13.9 太阳能电池的发展现状

2.13.10 太阳能电池的发展前景

2.13.11太阳能电池的发展瓶颈

更多内容请阅读/下载请下列pdf文件：

《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二，下）》

《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二，中）》

《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二，上）》

《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（一）》

《钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究》内容简介

 

• < 上页
• 下页 >