第Ⅲ部分 鉬在新能源電池市場的介紹
第二十四章 鉬在電池中的潛在價值與應用前景
鉬基電池是一種以鉬或其化合物作為關鍵活性材料的電池。在鋰離子電池中，鉬可以參與電極材料的改性，以提高電池的整體性能。鉬基電池的基本原理是通過在正極和負極之間交換離子（如鋰離子）來實現電能的轉化和儲存。
鉬基電池特點：具有較高的能量密度，可以儲存更多的電能，從而提供更長的使用時間；在充放電過程中具有較好的循環穩定性，可以承受多次充放電循環而不顯著損失性能；在長時間儲存過程中具有較低的自放電率，可以保持較高的能量儲存效率；可以在較寬的溫度范圍內工作，包括高溫和低溫環境，這使得它在多種應用場景中具有優勢。
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鉬基電池的高能量密度和長循環壽命使其成為電動汽車領域的理想選擇。鉬基電池在儲能系統中也有廣泛應用，特別是在需要長時間儲存電能或應對極端溫度條件的場景中。隨著技術的不斷進步，鉬基電池也有望在電子設備領域得到應用，如智能手機、平板電腦等。
24.1 鉬在電池中的潛在價值
一、鉬的基本介紹
鉬（Mo）是一種銀白色金屬元素，其原子序數為42，原子量為95.94，CAS號為7439-98-7。在晶體結構上，鉬的晶胞呈現為體心立方晶胞，每個晶胞內包含2個金屬原子。
鉬的熔點約為2620℃（也有資料記錄為2070℃，這可能是由于不同測量條件導致的差異），沸點高達5560℃（另有資料為3620℃，同樣受測量條件影響），密度為10.2克/立方厘米，摩氏硬度為5~5.5，具有良好的延展性和可塑性，易于加工成各種形狀和尺寸的制品。此外，鉬的熱膨脹系數較低，能在高溫下保持穩定的尺寸和形狀，且熱傳導率較高，有利于熱量的傳遞和散熱。
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鉬在空氣中表現出一定的抗氧化性，不易被氧化，但在高溫條件下會與氧氣反應，生成一層保護性的氧化物薄膜，有效防止內部鉬被進一步氧化。同時，鉬作為一種典型的親鐵元素，與鐵、硫、氫等元素能夠形成化合物，展現出較強的還原性。此外，鉬在多種惡劣環境中，特別是在熔融玻璃、熔鹽和金屬液中，均表現出優異的耐腐蝕性。
鉬的提煉工藝是一個復雜而精細的過程，通常從選礦開始，通過精心挑選和研磨礦石，有效去除其中的雜質，以獲得高純度的鉬礦石。接著，將選礦后的鉬礦石在高溫環境下進行焙燒，這一步驟旨在使鉬與礦石中的含硫雜質發生反應，生成二氧化硫氣體，同時形成氧化鉬。隨后，在氧化階段，向焙燒后的鉬礦石中加入一定量的氨水或堿性溶液，使得氧化鉬與氨水中的氧化鈉或氨氣進一步反應，生成鈉鉬酸或氨基鉬酸。緊接著是還原步驟，將鈉鉬酸或氨基鉬酸與氫氣進行反應，利用氫氣的還原性將其還原為金屬鉬。然而，此時的金屬鉬仍需經過精煉處理，以徹底去除其中的雜質，確保最終產品的純度。最后，經過精煉的金屬鉬可被加工成各種形態的鉬制品，如鉬絲、鉬片、鉬棒等，以滿足不同領域的應用需求。
鉬絲圖片
二、鉬化合物在電池中的應用
鉬（Mo）作為一種獨特的金屬元素，在電池領域展現出了廣泛的應用潛力和價值。通過摻雜和涂層等技術手段，鉬化合物如氧化鉬、二硫化鉬、二硒化鉬及鉬酸鹽等可以顯著提高鋰電池的電化學性能和循環穩定性。同時，鉬電池作為一種新型電池技術，具有高能量密度、長壽命和環保等優勢，未來將在電動汽車、便攜式電子設備、航空航天、智能電網等領域得到廣泛應用。
氧化鉬
氧化鉬，特別是三氧化鉬，是一種重要的無機化合物，其分子式為MoO3，分子量為143.94，通常為白色或淺綠色、淺黃色結晶粉末，加熱時可能呈現鮮黃色。它具有較高的熔點（795℃）和沸點（1155℃），在空氣中穩定，微溶于水，但易溶于氨水、純堿、燒堿、氫氟酸和濃硫酸。氧化鉬具有特殊的層狀結構，層與層之間靠范德華力作用而交錯堆積排列，使得其他小分子或離子容易嵌入，因此具有較高的電化學活性。
在電池領域，氧化鉬具有顯著的應用價值。它可以作為鋰離子電池的正極材料，利用鋰離子的嵌入和脫出過程實現電能的轉化，具有高比能量和高比容量的特點，可以提高電池的能量密度和容量。此外，氧化鉬還具有優異的化學穩定性和熱穩定性，有助于提高電池的安全性和穩定性。同時，在超級電容器中，氧化鉬作為電極材料也表現出高比電容和快速充放電速度的優勢。
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二硫化鉬
二硫化鉬是一種無機化合物，化學式為MoS2，分子量為160.07，是輝鉬礦的主要成分。它呈現為黑色固體粉末，具有金屬光澤，熔點高達2375℃，密度為4.80g/cm3（14℃），莫氏硬度在1.0至1.5之間。MoS2具有層狀結構，其中鉬原子平面被硫離子平面夾在中間，形成單層二硫化鉬，這些單層再通過弱范德華相互作用連接在一起。
二硫化鉬在多個領域都有廣泛應用。由于其層狀結構和低摩擦系數，它表現出優異的潤滑性能，被廣泛用作干潤滑劑，特別是在高溫和高負荷條件下。此外，MoS2還具有良好的化學穩定性和催化活性，可用作石化工業中的脫硫催化劑。在材料科學領域，MoS2的納米結構材料具有獨特的電學和光學性質，可用于制備電子器件、傳感器和光電器件等。
在電池領域，二硫化鉬同樣展現出顯著的應用潛力。特別是在Li-S電池中，MoS2可以作為負極材料的包裹層，有效防止金屬鋰負極與電解液直接接觸，減少界面電阻，促進鋰離子的連續插入和脫離，從而提高電池的性能和循環穩定性。此外，MoS2還可以作為鋰離子電池和鈉離子電池的負極材料，通過其獨特的結構和性質，提高電池的容量和循環壽命。這些應用使得MoS2在新能源領域具有廣闊的發展前景。
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二硒化鉬
二硒化鉬是一種由稀有金屬鉬與非金屬硒組成的化合物，化學式為MoSe2，分子量為253.86，CAS號為12058-18-3。它呈現出灰黑色粉末狀，具有高純度（通常大于99.999%），粒度尺寸在5至10毫米之間，密度為6.90g/cm3，熔點為1200°C，禁帶寬度約為1.4eV。二硒化鉬具有與二硫化鉬相似的層狀結構，每一層由無數個六邊形組成，這種結構賦予了它優良的結構剛性、導電性、電催化活性以及電子遷移率等特性。
在電池領域，二硒化鉬的應用尤為引人注目。特別是其高電導率的1T相，在鎂存儲方面展現出了卓越的性能，使其成為鎂電池正極材料的優選之一。鎂電池作為下一代高能量密度儲能系統的候選者，對正極材料提出了高電導率、優化的離子擴散路徑以及穩定結構的要求，而二硒化鉬恰好滿足這些條件。通過創新的合成方法，如溶劑熱法，可以制備出高1T相含量的MoSe2，這種材料不僅粒徑更小、比表面積更大，還展現出了驚人的倍率性能和優異的放電/充電循環穩定性。在高電流密度下，MoSe2的較大層間距促進了鎂離子的固態擴散，而小粒徑和大比表面積則顯著增強了其贗電容特性，進一步提升了電池的動力學性能。因此，MoSe2在鎂電池中的應用為鎂電池技術的發展注入了新的活力，并有望在未來成為高性能儲能系統的重要組成部分……
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24.2 鉬在電池中的應用前景
電池作為能量儲存與轉換的關鍵設備，在現代社會中扮演著舉足輕重的角色。隨著科技的進步和環保意識的提升，各類電池的應用前景日益廣闊。以下是對磷酸鐵鋰電池、鉛酸蓄電池、鎳氫電池、氫燃料電池以及超級電容器等幾種主要電池類型的應用前景的詳細分析。
一、磷酸鐵鋰電池
磷酸鐵鋰電池（LiFePO4電池或LFP電池）近年來在多個領域得到了廣泛應用。其市場發展現狀、前景、環境及趨勢均呈現出積極的態勢。隨著新能源汽車、儲能系統、消費電子等領域的快速發展，鐵鋰電池市場規模持續擴大。根據中國汽車動力電池產業創新聯盟的數據，2024年1~6月，磷酸鐵鋰電池累計裝車量達到141GWh，同比增長35.7%。
磷酸鐵鋰電池在快充性能和續航里程方面實現了突破。例如，寧德時代推出的神行電池，全球首次突破鐵鋰4C快充，后續產品續航可達1000km。儲能鐵鋰向大容量方向持續演進，目前主流產品已迭代至314Ah，進一步提升了儲能產品的經濟性。
磷酸鐵鋰電池市場競爭激烈，既有國內企業之間的競爭，也有國內外企業之間的競爭。寧德時代、比亞迪等企業憑借在動力電池領域的深厚積累和技術創新，占據了市場的主導地位。國際市場上，LG新能源、松下等知名企業也具有較強的競爭力。
磷酸鐵鋰電池因其較低的生產成本和高熱穩定性而受到市場的青睞。隨著新能源汽車市場的不斷擴大和消費者對續航里程等要求的提高，動力汽車鋰電池市場需求將持續增長。隨著可再生能源發電的普及和電網對儲能系統的需求增加，磷酸鐵鋰電池在儲能領域的應用前景廣闊。預計未來儲能市場將保持高速增長，磷酸鐵鋰電池將占據重要地位。中國企業在磷酸鐵鋰電池技術路線上的優勢明顯，紛紛奔赴海外建廠。出口量的增長和國際主流車企對磷酸鐵鋰電池的青睞，證明了其在全球電池市場中的競爭力和受歡迎程度。
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二、鉛酸蓄電池
鉛酸蓄電池作為傳統的化學電源，具有技術成熟、成本低廉、性能穩定等優點，在多個領域仍有廣泛應用。我國電動自行車社會保有量已達3.5億輛，并且這一數字在未來仍有望繼續提升。鉛酸蓄電池作為電動兩輪車的主要配套能源，在市場中占據著重要位置。
隨著政策支持力度的不斷增加和外賣、快遞等即時配送業務的迅猛發展，我國電動自行車保有量增長穩定，帶動上游鉛酸蓄電池市場規模的快速擴張。國家統計局數據顯示，2023年，全國規模以上企業鉛酸蓄電池產量2.98億kVAh，同比增長10.50%。
鉛酸蓄電池主要可分為備用電源電池、儲能電池、起動電池和動力電池四大類。其中，備用電源電池和起動電池在通信、電力、交通等領域有著廣泛的應用。
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鉛蓄電池行業長期面臨鉛污染這一嚴峻問題，主要集中在生產和回收利用這兩個階段。因此，鉛酸蓄電池產業亟需增強研發投資力度，致力于創新材料的探索、新型結構設計以及先進制造工藝的開發。
隨著國家環保政策力度的加大和行業準入標準的嚴格執行，鉛酸蓄電池企業必須加大環保投入，積極采用更為成熟、先進且適用的清潔生產技術和工藝。
商務部等五部門聯合發布的《推動電動自行車以舊換新實施方案》明確指出，對交回老舊鋰電子蓄電池電動自行車并換購鉛酸蓄電池電動自行車的消費者，將適當加大補貼力度。這將進一步推動鉛酸蓄電池市場的發展。
然而，隨著鋰離子電池等新型電池技術的不斷進步和成本的降低，鉛酸蓄電池在某些領域可能會面臨替代風險。因此，鉛酸蓄電池企業需要不斷進行技術創新和產品升級，以提高市場競爭力。
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三、鎳氫電池
鎳氫電池具有較高的能量密度、長壽命和較少的環境影響，在混合動力汽車、消費電子產品等領域有著廣泛的應用。
近年來，隨著消費者對高品質產品的需求增加以及技術創新推動產品升級，鎳氫電池市場增長動力不斷增強。數據顯示，我國已經成為全球鎳氫電池的主要生產國和出口國。2023年我國鎳氫電池的出口量達到了3.45億個，出口金額為3.5億美元。
鎳氫電池產業鏈主要包括上游原材料供應（如鎳礦、錳礦、稀土、儲氫合金等）、中游電池制造及下游應用市場（如新能源汽車、航空航天、軍工、醫療器械、消費電子等）三個環節。
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上游原材料的質量和供應穩定性直接影響到鎳氫電池的性能和生產成本。中游電池制造環節涉及技術研發、產品生產等方面。下游應用市場則決定了鎳氫電池的需求量和應用領域。
技術創新是推動鎳氫電池行業發展的關鍵力量。未來，隨著材料科學、電化學理論的不斷突破和生產工藝的改進，鎳氫電池的性能將得到進一步提升，生產成本也將逐步降低。
國內鎳氫電池企業在滿足國內市場需求的同時，也將加快海外市場布局，提升國際競爭力。通過參加國際展會、建立海外銷售渠道等方式，將中國制造的鎳氫電池推向更廣闊的市場。隨著全球對清潔能源和環保產品的需求持續增加，鎳氫電池市場有望繼續保持穩定的增長態勢。特別是在新能源汽車、儲能系統以及消費電子市場不斷發展的背景下，鎳氫電池的應用領域將進一步拓寬。
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