钨钼稀土在新能源电池领域的应用与市场研究（二十四）
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- 分类：钨业新闻
- 发布于 2025年2月20日 星期四 20:08
- 作者：Xiaoting
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第Ⅲ部分 钼在新能源电池市场的介绍
第二十四章 钼在电池中的潜在价值与应用前景
钼基电池是一种以钼或其化合物作为关键活性材料的电池。在锂离子电池中，钼可以参与电极材料的改性，以提高电池的整体性能。钼基电池的基本原理是通过在正极和负极之间交换离子（如锂离子）来实现电能的转化和储存。
钼基电池特点：具有较高的能量密度，可以储存更多的电能，从而提供更长的使用时间；在充放电过程中具有较好的循环稳定性，可以承受多次充放电循环而不显著损失性能；在长时间储存过程中具有较低的自放电率，可以保持较高的能量储存效率；可以在较宽的温度范围内工作，包括高温和低温环境，这使得它在多种应用场景中具有优势。
钼基电池的高能量密度和长循环寿命使其成为电动汽车领域的理想选择。钼基电池在储能系统中也有广泛应用，特别是在需要长时间储存电能或应对极端温度条件的场景中。随着技术的不断进步，钼基电池也有望在电子设备领域得到应用，如智能手机、平板计算机等。
24.1 钼在电池中的潜在价值
一、钼的基本介绍
钼（Mo）是一种银白色金属元素，其原子序数为42，原子量为95.94，CAS号为7439-98-7。在晶体结构上，钼的晶胞呈现为体心立方晶胞，每个晶胞内包含2个金属原子。
钼的熔点约为2620℃（也有数据记录为2070℃，这可能是由于不同测量条件导致的差异），沸点高达5560℃（另有资料为3620℃，同样受测量条件影响），密度为10.2克/立方厘米，摩氏硬度为5~5.5，具有良好的延展性和可塑性，易于加工成各种形状和尺寸的制品。此外，钼的热膨胀系数较低，能在高温下保持稳定的尺寸和形状，且热传导率较高，有利于热量的传递和散热。
钼在空气中表现出一定的抗氧化性，不易被氧化，但在高温条件下会与氧气反应，生成一层保护性的氧化物薄膜，有效防止内部钼被进一步氧化。同时，钼作为一种典型的亲铁元素，与铁、硫、氢等元素能够形成化合物，展现出较强的还原性。此外，钼在多种恶劣环境中，特别是在熔融玻璃、熔盐和金属液中，均表现出优异的耐腐蚀性。
钼的提炼工艺是一个复杂而精细的过程，通常从选矿开始，通过精心挑选和研磨矿石，有效去除其中的杂质，以获得高纯度的钼矿石。接着，将选矿后的钼矿石在高温环境下进行焙烧，这一步骤旨在使钼与矿石中的含硫杂质发生反应，生成二氧化硫气体，同时形成氧化钼。随后，在氧化阶段，向焙烧后的钼矿石中加入一定量的氨水或碱性溶液，使得氧化钼与氨水中的氧化钠或氨气进一步反应，生成钠钼酸或氨基钼酸。紧接着是还原步骤，将钠钼酸或氨基钼酸与氢气进行反应，利用氢气的还原性将其还原为金属钼。然而，此时的金属钼仍需经过精炼处理，以彻底去除其中的杂质，确保最终产品的纯度。最后，经过精炼的金属钼可被加工成各种形态的钼制品，如钼丝、钼片、钼棒等，以满足不同领域的应用需求。
二、钼化合物在电池中的应用
钼（Mo）作为一种独特的金属元素，在电池领域展现出了广泛的应用潜力和价值。通过掺杂和涂层等技术手段，钼化合物如氧化钼、二硫化钼、二硒化钼及钼酸盐等可以显著提高锂电池的电化学性能和循环稳定性。同时，钼电池作为一种新型电池技术，具有高能量密度、长寿命和环保等优势，未来将在电动汽车、便携式电子设备、航空航天、智能电网等领域得到广泛应用。
氧化钼
氧化钼，特别是三氧化钼，是一种重要的无机化合物，其分子式为MoO3，分子量为143.94，通常为白色或浅绿色、浅黄色结晶粉末，加热时可能呈现鲜黄色。它具有较高的熔点（795℃）和沸点（1155℃），在空气中稳定，微溶于水，但易溶于氨水、纯碱、烧碱、氢氟酸和浓硫酸。氧化钼具有特殊的层状结构，层与层之间靠范德华力作用而交错堆积排列，使得其他小分子或离子容易嵌入，因此具有较高的电化学活性。
在电池领域，氧化钼具有显著的应用价值。它可以作为锂离子电池的正极材料，利用锂离子的嵌入和脱出过程实现电能的转化，具有高比能量和高比容量的特点，可以提高电池的能量密度和容量。此外，氧化钼还具有优异的化学稳定性和热稳定性，有助于提高电池的安全性和稳定性。同时，在超级电容器中，氧化钼作为电极材料也表现出高比电容和快速充放电速度的优势。
二硫化钼
二硫化钼是一种无机化合物，化学式为MoS2，分子量为160.07，是辉钼矿的主要成分。它呈现为黑色固体粉末，具有金属光泽，熔点高达2375℃，密度为4.80g/cm³（14℃），莫氏硬度在1.0至1.5之间。MoS2具有层状结构，其中钼原子平面被硫离子平面夹在中间，形成单层二硫化钼，这些单层再通过弱范德华相互作用连接在一起。
二硫化钼在多个领域都有广泛应用。由于其层状结构和低摩擦系数，它表现出优异的润滑性能，被广泛用作干润滑剂，特别是在高温和高负荷条件下。此外，MoS2还具有良好的化学稳定性和催化活性，可用作石化工业中的脱硫催化剂。在材料科学领域，MoS2的纳米结构材料具有独特的电学和光学性质，可用于制备电子器件、传感器和光电器件等。
在电池领域，二硫化钼同样展现出显著的应用潜力。特别是在Li-S电池中，MoS2可以作为负极材料的包裹层，有效防止金属锂负极与电解液直接接触，减少接口电阻，促进锂离子的连续插入和脱离，从而提高电池的性能和循环稳定性。此外，MoS2还可以作为锂离子电池和钠离子电池的负极材料，通过其独特的结构和性质，提高电池的容量和循环寿命。这些应用使得MoS2在新能源领域具有广阔的发展前景。
二硒化钼
二硒化钼是一种由稀有金属钼与非金属硒组成的化合物，化学式为MoSe2，分子量为253.86，CAS号为12058-18-3。它呈现出灰黑色粉末状，具有高纯度（通常大于99.999%），粒度尺寸在5至10毫米之间，密度为6.90g/cm³，熔点为1200°C，禁带宽度约为1.4eV。二硒化钼具有与二硫化钼相似的层状结构，每一层由无数个六边形组成，这种结构赋予了它优良的结构刚性、导电性、电催化活性以及电子迁移率等特性。
在电池领域，二硒化钼的应用尤为引人注目。特别是其高电导率的1T相，在镁存储方面展现出了卓越的性能，使其成为镁电池正极材料的优选之一。镁电池作为下一代高能量密度储能系统的候选者，对正极材料提出了高电导率、优化的离子扩散路径以及稳定结构的要求，而二硒化钼恰好满足这些条件。通过创新的合成方法，如溶剂热法，可以制备出高1T相含量的MoSe2，这种材料不仅粒径更小、比表面积更大，还展现出了惊人的倍率性能和优异的放电/充电循环稳定性。在高电流密度下，MoSe2的较大层间距促进了镁离子的固态扩散，而小粒径和大比表面积则显著增强了其赝电容特性，进一步提升了电池的动力学性能。因此，MoSe2在镁电池中的应用为镁电池技术的发展注入了新的活力，并有望在未来成为高性能储能系统的重要组成部分……
24.2 钼在电池中的应用前景
电池作为能量储存与转换的关键设备，在现代社会中扮演着举足轻重的角色。随着科技的进步和环保意识的提升，各类电池的应用前景日益广阔。以下是对磷酸铁锂电池、铅酸蓄电池、镍氢电池、氢燃料电池以及超级电容器等几种主要电池类型的应用前景的详细分析。
一、磷酸铁锂电池
磷酸铁锂电池（LiFePO4电池或LFP电池）近年来在多个领域得到了广泛应用。其市场发展现状、前景、环境及趋势均呈现出积极的态势。随着新能源汽车、储能系统、消费电子等领域的快速发展，铁锂电池市场规模持续扩大。根据中国汽车动力电池产业创新联盟的资料，2024年1~6月，磷酸铁锂电池累计装车量达到141GWh，同比增长35.7%。
磷酸铁锂电池在快充性能和续航里程方面实现了突破。例如，宁德时代推出的神行电池，全球首次突破铁锂4C快充，后续产品续航可达1000km。储能铁锂向大容量方向持续演进，目前主流产品已迭代至314Ah，进一步提升了储能产品的经济性。
磷酸铁锂电池市场竞争激烈，既有国内企业之间的竞争，也有国内外企业之间的竞争。宁德时代、比亚迪等企业凭借在动力电池领域的深厚积累和技术创新，占据了市场的主导地位。国际市场上，LG新能源、松下等知名企业也具有较强的竞争力。
磷酸铁锂电池因其较低的生产成本和高热稳定性而受到市场的青睐。随着新能源汽车市场的不断扩大和消费者对续航里程等要求的提高，动力汽车锂电池市场需求将持续增长。随着可再生能源发电的普及和电网对储能系统的需求增加，磷酸铁锂电池在储能领域的应用前景广阔。预计未来储能市场将保持高速增长，磷酸铁锂电池将占据重要地位。中国企业在磷酸铁锂电池技术路线上的优势明显，纷纷奔赴海外建厂。出口量的增长和国际主流车企对磷酸铁锂电池的青睐，证明了其在全球电池市场中的竞争力和受欢迎程度。
二、铅酸蓄电池
铅酸蓄电池作为传统的化学电源，具有技术成熟、成本低廉、性能稳定等优点，在多个领域仍有广泛应用。我国电动自行车社会保有量已达3.5亿辆，并且这一数字在未来仍有望继续提升。铅酸蓄电池作为电动两轮车的主要配套能源，在市场中占据着重要位置。
随着政策支持力度的不断增加和外卖、快递等实时配送业务的迅猛发展，我国电动自行车保有量增长稳定，带动上游铅酸蓄电池市场规模的快速扩张。国家统计局数据显示，2023年，全国规模以上企业铅酸蓄电池产量2.98亿kVAh，同比增长10.50%。
铅酸蓄电池主要可分为备用电源电池、储能电池、起动电池和动力电池四大类。其中，备用电源电池和起动电池在通信、电力、交通等领域有着广泛的应用。
铅蓄电池行业长期面临铅污染这一严峻问题，主要集中在生产和回收利用这两个阶段。因此，铅酸蓄电池产业亟需增强研发投资力度，致力于创新材料的探索、新型结构设计以及先进制造工艺的开发。
随着国家环保政策力度的加大和行业准入标准的严格执行，铅酸蓄电池企业必须加大环保投入，积极采用更为成熟、先进且适用的清洁生产技术和工艺。
商务部等五部门联合发布的《推动电动自行车以旧换新实施方案》明确指出，对交回老旧锂电子蓄电池电动自行车并换购铅酸蓄电池电动自行车的消费者，将适当加大补贴力度。这将进一步推动铅酸蓄电池市场的发展。
然而，随着锂离子电池等新型电池技术的不断进步和成本的降低，铅酸蓄电池在某些领域可能会面临替代风险。因此，铅酸蓄电池企业需要不断进行技术创新和产品升级，以提高市场竞争力。
三、镍氢电池
镍氢电池具有较高的能量密度、长寿命和较少的环境影响，在混合动力汽车、消费电子产品等领域有着广泛的应用。
近年来，随着消费者对高质量产品的需求增加以及技术创新推动产品升级，镍氢电池市场增长动力不断增强。数据显示，我国已经成为全球镍氢电池的主要生产国和出口国。2023年我国镍氢电池的出口量达到了3.45亿个，出口金额为3.5亿美元。
镍氢电池产业链主要包括上游原材料供应（如镍矿、锰矿、稀土、储氢合金等）、中游电池制造及下游应用市场（如新能源汽车、航空航天、军工、医疗器械、消费电子等）三个环节。
上游原材料的质量和供应稳定性直接影响到镍氢电池的性能和生产成本。中游电池制造环节涉及技术研发、产品生产等方面。下游应用市场则决定了镍氢电池的需求量和应用领域。
技术创新是推动镍氢电池行业发展的关键力量。未来，随着材料科学、电化学理论的不断突破和生产工艺的改进，镍氢电池的性能将得到进一步提升，生产成本也将逐步降低。
国内镍氢电池企业在满足国内市场需求的同时，也将加快海外市场布局，提升国际竞争力。通过参加国际展会、建立海外销售管道等方式，将中国制造的镍氢电池推向更广阔的市场。随着全球对清洁能源和环保产品的需求持续增加，镍氢电池市场有望继续保持稳定的增长态势。特别是在新能源汽车、储能系统以及消费电子市场不断发展的背景下，镍氢电池的应用领域将进一步拓宽。
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