超長(zhǎng)碳納米管能夠有效提高磷酸鐵鋰材料導(dǎo)電性——訪四川大學(xué)特聘研究員王延青

2025年11月26日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的“2025高壓實(shí)磷酸（錳）鐵鋰技術(shù)大會(huì)”在江蘇常州隆重召開。本次大會(huì)圍繞高壓實(shí)磷酸（錳）鐵鋰生產(chǎn)工藝優(yōu)化、突破壓實(shí)密度極限的材料設(shè)計(jì)創(chuàng)新、錳溶出問題的終極解決方案及從實(shí)驗(yàn)室到量產(chǎn)的全鏈條工藝優(yōu)化等議題展開深入交流和探討！會(huì)議期間，中國(guó)粉體網(wǎng)特別邀請(qǐng)到四川大學(xué)特聘研究員王延青做客“對(duì)話”訪談欄目。

中國(guó)粉體網(wǎng)：王老師，首先請(qǐng)您介紹一下課題組的主要研究成果。

王老師：我們課題組主要從事超長(zhǎng)碳納米管的單分散原理、碳基材料的設(shè)計(jì)制備及其在能源、環(huán)境相關(guān)領(lǐng)域的應(yīng)用研究，主要包括：超長(zhǎng)碳納米管在非/弱極性有機(jī)體系的分散研究、新型低添加、高倍率快充鋰電池導(dǎo)電劑、低溫鋰電池負(fù)極、鈉電池硬碳負(fù)極、電磁屏蔽/吸波材料、超級(jí)電容器、碳基導(dǎo)熱/散熱材料、柔性顯示材料、3D打印、先進(jìn)高分子功能材料等。

課題組在在Advanced Functional Materials、Advanced Science、Nano Energy、Research、ACS Applied Materials & Interfaces、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Small、Journal of Power Sources、Carbon、Nanoscale等期刊上發(fā)表100余篇論文，累計(jì)引用3000余次。部分成果選為ESI高被引論文（3篇）和期刊封面文章。研究成果獲得了山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金、中國(guó)專利優(yōu)秀獎(jiǎng)（2項(xiàng)）、山東省專利獎(jiǎng)、第二屆全國(guó)博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銅獎(jiǎng)、四川省特聘專家、JSPS外國(guó)青年學(xué)者研究獎(jiǎng)勵(lì)、北海道大學(xué)私費(fèi)外國(guó)人留學(xué)生特待制度、四川大學(xué)優(yōu)秀科技人才獎(jiǎng)，入選四川省天府峨眉計(jì)劃創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才、成都市重大人才計(jì)劃“蓉漂計(jì)劃”、江蘇省雙創(chuàng)人才、鹽都特聘專家等。

中國(guó)粉體網(wǎng)：請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下超長(zhǎng)碳納米管復(fù)合導(dǎo)電漿料的制備工藝。

王老師：研究發(fā)現(xiàn)作為鋰電池新型導(dǎo)電劑的碳納米管隨著長(zhǎng)度越長(zhǎng)，長(zhǎng)程導(dǎo)電能力越強(qiáng)，鋰電池的倍率性能會(huì)有巨大提升。但由于超長(zhǎng)碳納米管聚集性和穩(wěn)定性難以解決，一直未能廣泛運(yùn)用。為了解決超長(zhǎng)碳納米管聚集性和穩(wěn)定性這一關(guān)鍵科學(xué)問題，王延青博士及團(tuán)隊(duì)一直致力于研究并解決這個(gè)世界性難題，最終開發(fā)出了一種量產(chǎn)超長(zhǎng)碳納米管單分散液（漿料）的工藝和相應(yīng)生產(chǎn)設(shè)備。

量產(chǎn)超長(zhǎng)碳納米管單分散液的核心在于通過“高效分散+穩(wěn)定化控制”打破團(tuán)聚平衡，工藝上需結(jié)合機(jī)械力、超聲能與分散劑協(xié)同作用。我們主要采用共價(jià)-非共價(jià)聯(lián)合修飾技術(shù)開創(chuàng)非/弱極性/固態(tài)分散，實(shí)現(xiàn)了從極性溶劑到非/弱極性溶劑到固態(tài)分散，在國(guó)際上首次提出“活性納米碳”的概念，即固態(tài)分散。填補(bǔ)國(guó)內(nèi)CNT在非/弱極性體系分散的空白，開創(chuàng)和引領(lǐng)固態(tài)分散新方向（無溶劑分散），最終實(shí)現(xiàn)全體系分散。

中國(guó)粉體網(wǎng)：超長(zhǎng)碳納米管的主要優(yōu)勢(shì)是什么？它能與磷酸鐵鋰材料碰撞出什么樣的火花呢？

王老師：超長(zhǎng)碳納米管由于其連續(xù)超長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠有效提高磷酸鐵鋰（LFP）材料導(dǎo)電性，從而在循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能上表現(xiàn)優(yōu)異。另外，超長(zhǎng)碳納米管的長(zhǎng)徑比可能有助于形成更有效的電子傳輸通道，減少電子傳輸距離，從而提高電池的充放電效率。同時(shí)，其機(jī)械性能可能有助于維持復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)完整性，減少循環(huán)過程中的結(jié)構(gòu)破壞。

不過，也需要注意超長(zhǎng)碳納米管可能存在的缺點(diǎn)，例如分散性問題，過長(zhǎng)的碳納米管可能在復(fù)合材料中難以均勻分散，導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，反而影響性能。但如果在制備過程中解決了分散問題，超長(zhǎng)碳納米管的優(yōu)勢(shì)就能充分發(fā)揮。

中國(guó)粉體網(wǎng)：您課題組為什么多以商用磷酸鐵鋰為正極組裝全電池展開實(shí)驗(yàn)？

王老師：LiFePO₄（LFP）因其出色的物理化學(xué)特性，包括高達(dá)170 mAh g^-1的理論容量，已成為極具實(shí)用性的電極活性物質(zhì)。LFP具有3.4 V的平坦電壓曲線，充電狀態(tài)下的高熱穩(wěn)定性，以及豐富的原材料和環(huán)境友好性。

中國(guó)粉體網(wǎng)：您如何看待未來磷酸鐵鋰電池的發(fā)展前景？

王老師：LiFePO₄（LFP）于1997年被首次報(bào)道用于鋰離子電池正極，因其環(huán)保、循環(huán)效率高和穩(wěn)定安全而成為一種很有前途的正極材料。LFP具有橄欖石結(jié)構(gòu)，理論容量是170 mAh g^-1，比能量為510 Wh kg^-1，工作電壓為3.4 V。它具有良好的循環(huán)和熱穩(wěn)定性、高能量密度、環(huán)境友好性以及低成本等優(yōu)點(diǎn)。然而，LFP固有的較差的電子電導(dǎo)率（10^-9-10^-10 S cm^-1）和低的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)（10^-14 cm² s^-1）對(duì)達(dá)到理論容量和廣泛應(yīng)用帶來挑戰(zhàn)。因此，人們致力于提高其比容量和高電流密度下的容量，以達(dá)到更高的能量密度并在更多的應(yīng)用場(chǎng)景下具備競(jìng)爭(zhēng)力。

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