三氧化鎢如何應(yīng)用于無鈷電池？

作為近期熱點(diǎn)話題之一，無鈷電池可以簡(jiǎn)單地被認(rèn)為是目前商業(yè)化三元鋰電池的升級(jí)版，因有較高的能量密度與較低的生產(chǎn)費(fèi)用，而深受眾多電池制造商們的青睞。那么，作為典型的過渡金屬N型半導(dǎo)體材料，三氧化鎢超細(xì)粉末（WO3）應(yīng)如何應(yīng)用于無鈷鋰電池中呢？

三氧化鎢超細(xì)粉末除了可以作為無鈷電池正極材料的改性劑之外，還能夠用來生產(chǎn)高性能的負(fù)極材料。在正極材料方面，三氧化鎢粉末的使用，不僅可以減少鈷金屬的使用量，還可以有效提高產(chǎn)品的比容量和熱穩(wěn)定性；在負(fù)極材料方面，三氧化鎢粉末的使用，能明顯改善所生產(chǎn)的負(fù)極材料的倍率性能與儲(chǔ)鋰動(dòng)力學(xué)性能。

眾所周知，新能源汽車的*大成本在于動(dòng)力電池。就目前市場(chǎng)占主導(dǎo)地位的三元鋰電池而言，其里面所含的鈷是一種非常重要的稀有金屬，其分布面積較小，產(chǎn)量較少，使得鈷價(jià)重心長(zhǎng)期以來相對(duì)于其他稀有金屬來說都處于較高位置，這大大增加了動(dòng)力電池的生產(chǎn)成本。

據(jù)上海有色網(wǎng)數(shù)據(jù)顯示，目前，電解鈷價(jià)格范圍在24.5-25.5萬元/噸之間，鈷粉價(jià)格范圍在26.3-26.9萬元/噸之間，硫酸鈷價(jià)格范圍在4.45-4.70萬元/噸之間，氯化鈷價(jià)格范圍在5.45-5.70萬元/噸之間，四氯化三鈷價(jià)格范圍在17.5-18萬元/噸之間，氯化鈷價(jià)格范圍在17.4-17.9萬元/噸之間，硫化鈷價(jià)格范圍在11.6-11.9萬元/噸之間。

在2019年新能源汽車補(bǔ)貼逐漸退坡以及2020年新冠病毒突襲的背景下，鈷的脫除和化學(xué)轉(zhuǎn)化已成為了眾多動(dòng)力電池企業(yè)的共同選擇。2020年2月，特斯拉無鈷電池概念的提出，將除鈷推向了風(fēng)口浪尖，各種無鈷方案逐漸在動(dòng)力電池企業(yè)中出現(xiàn)。

三氧化鎢納米顆粒因有獨(dú)特的物理化學(xué)性能，而常被國內(nèi)的研究者們用來取代鋰離子電池中的鈷元素。這主要是因?yàn)樵撴u氧化物具有較大的比面積、較高的比重，以及良好的機(jī)械穩(wěn)定性等特點(diǎn)，能明顯提高正極材料的比能量密度與熱穩(wěn)定性。這也就意味著含有三氧化鎢的正極材料更不易與電解液發(fā)生熱化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而降低了電池內(nèi)部分壓與溫度急劇驟升的可能性。

而為了進(jìn)一步提高無鈷電池的容量與充放電倍率性能，有研究者表示也可以用三氧化鎢粉末來參與負(fù)極材料的制備。不過，在這里要注意的是三氧化鎢*好與石墨烯（RGO）進(jìn)行復(fù)合，這樣能明顯改善了復(fù)合材料的電化學(xué)儲(chǔ)鋰綜合性能。

由于三氧化鎢和石墨烯之間存在協(xié)同效應(yīng)，所以WO3/RGO納米復(fù)合材料在0.1C倍率下的可逆比容量不僅遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于WO3和RGO單體，而且大于兩種單體容量之和。

另外，WO3/RGO納米復(fù)合材料還具有穩(wěn)定的循環(huán)性能和良好的倍率性能。在0.1C倍率下100次循環(huán)后其可逆比容量保持在635mA/g，容量保持率83.4%；在5C倍率下其可逆下其可逆容量仍能保持460mA/g，比市場(chǎng)化鋰電池所用石墨負(fù)極材料的理論比容量（372mA/g）高很多，這也就預(yù)示了所制備三氧化鎢/石墨烯復(fù)合材料在新一代鋰離子電池中的潛在應(yīng)用。

接下來，無鈷電池的蓬勃發(fā)展，或有助于三氧化鎢的需求量進(jìn)一步升高。