“钨三角”元素提升三元材料电化学性能

“钨三角”元素是指元素周期表中钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、钼(Mo)、钨(W)和铼(Re),其中V、Nb、Ta是同一副族元素,Nb、Mo是同一周期元素,Ta、W和Re也是同一周期元素,V、Mo、Re是对角线元素,所以它们具有共同的性质以及不同元素的独特性质,广泛应用于生活的每一个角落。就现代人离不开手的锂离子电池来说,“钨三角”元素能大幅升高三元材料的电化学性能,进而使所制备的产品拥有更好的续航性能、更长的使用寿命和更高的安全性等特点。

钨三角元素提升三元材料电化学性能图片

在化石燃料、煤等不可再生资源逐渐枯竭的时代,锂电池、钠电池、燃料电池等新型电池已成为推动新能源产业发展的压舱石,广泛应用于在电力、交通、工业、通信、建筑、军事等领域。更具体地说,现代的新能源汽车、3C电子产品及智能家电等产品大部分是用锂离子电池作为能量来源。

根据正极材料的不同,锂电池可以分为磷酸铁锂、三元锂、钴酸锂和锰酸锂等,它们各有各的优缺点,不过前两者更受消费者的青睐。磷酸铁锂电池虽然能量密度较低,但是安全性较高和成本较低,使它在汽车补贴缩水的时代脱颖而出;三元锂电池因有较高的可用容量,而成为大续航里程汽车的优选动力电池,但是高镍化三元材料却存在安全性低,循环和倍率性能差等问题。

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为了解决现有三元材料的不足,澳大利亚昆士兰大学研究者使用了“钨三角”元素对它进行改性,主要是基于钨相关元素的氧化物具有较高的价态、较强的离子结合能和较大的离子半径。研究表明,通过“钨三角”元素包覆三元材料能提高产品的结构稳定性、热稳定性和循环性能。不过,钨相关元素在应用中仍存在一定的问题:一是电极材料对钨相关元素的含量高度敏感,二是成本控制。

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在碳达峰、碳中和的目标下,随着新兴市场对锂电池需求和性能要求的不断升高,及储能技术的日益成熟,“钨三角”元素有望更早普及,进而带动钨、钼等相关行业的发展。值得一说的是,钨元素在储能电池的应用在前几年就被证实了。在“2018年横滨人车科技展”上,日本东芝就展示出了一款使用紫色氧化钨超细粉末生产的负极材料,能使锂离子电池实现超快速充电。

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