超長碳納米管能夠有效提高磷酸鐵鋰材料導電性——訪四川大學特聘研究員王延青

2025年11月26日，由中國粉體網(wǎng)主辦的“2025高壓實磷酸（錳）鐵鋰技術大會”在江蘇常州隆重召開。本次大會圍繞高壓實磷酸（錳）鐵鋰生產(chǎn)工藝優(yōu)化、突破壓實密度極限的材料設計創(chuàng)新、錳溶出問題的終極解決方案及從實驗室到量產(chǎn)的全鏈條工藝優(yōu)化等議題展開深入交流和探討！會議期間，中國粉體網(wǎng)特別邀請到四川大學特聘研究員王延青做客“對話”訪談欄目。

中國粉體網(wǎng)：王老師，首先請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碳納米管的單分散原理、碳基材料的設計制備及其在能源、環(huán)境相關領域的應用研究，主要包括：超長碳納米管在非/弱極性有機體系的分散研究、新型低添加、高倍率快充鋰電池導電劑、低溫鋰電池負極、鈉電池硬碳負極、電磁屏蔽/吸波材料、超級電容器、碳基導熱/散熱材料、柔性顯示材料、3D打印、先進高分子功能材料等。

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步一等獎、國家優(yōu)秀自費留學生獎學金、中國專利優(yōu)秀獎（2項）、山東省專利獎、第二屆全國博士后創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽銅獎、四川省特聘專家、JSPS外國青年學者研究獎勵、北海道大學私費外國人留學生特待制度、四川大學優(yōu)秀科技人才獎，入選四川省天府峨眉計劃創(chuàng)業(yè)領軍人才、成都市重大人才計劃“蓉漂計劃”、江蘇省雙創(chuàng)人才、鹽都特聘專家等。

中國粉體網(wǎng)：請您簡單介紹一下超長碳納米管復合導電漿料的制備工藝。

王老師：研究發(fā)現(xiàn)作為鋰電池新型導電劑的碳納米管隨著長度越長，長程導電能力越強，鋰電池的倍率性能會有巨大提升。但由于超長碳納米管聚集性和穩(wěn)定性難以解決，一直未能廣泛運用。為了解決超長碳納米管聚集性和穩(wěn)定性這一關鍵科學問題，王延青博士及團隊一直致力于研究并解決這個世界性難題，最終開發(fā)出了一種量產(chǎn)超長碳納米管單分散液（漿料）的工藝和相應生產(chǎn)設備。

量產(chǎn)超長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”打破團聚平衡，工藝上需結(jié)合機械力、超聲能與分散劑協(xié)同作用。我們主要采用共價-非共價聯(lián)合修飾技術開創(chuàng)非/弱極性/固態(tài)分散，實現(xiàn)了從極性溶劑到非/弱極性溶劑到固態(tài)分散，在國際上首次提出“活性納米碳”的概念，即固態(tài)分散。填補國內(nèi)CNT在非/弱極性體系分散的空白，開創(chuàng)和引領固態(tài)分散新方向（無溶劑分散），最終實現(xiàn)全體系分散。

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

王老師：超長碳納米管由于其連續(xù)超長的網(wǎng)絡結(jié)構，能夠有效提高磷酸鐵鋰（LFP）材料導電性，從而在循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能上表現(xiàn)優(yōu)異。另外，超長碳納米管的長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，其機械性能可能有助于維持復合材料的結(jié)構完整性，減少循環(huán)過程中的結(jié)構破壞。

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

中國粉體網(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驗？

王老師：LiFePO₄（LFP）因其出色的物理化學特性，包括高達170 mAh g^-1的理論容量，已成為極具實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，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。然而，LFP固有的較差的電子電導率（10^-9-10^-10 S cm^-1）和低的鋰離子擴散系數(shù)（10^-14 cm² s^-1）對達到理論容量和廣泛應用帶來挑戰(zhàn)。因此，人們致力于提高其比容量和高電流密度下的容量，以達到更高的能量密度并在更多的應用場景下具備競爭力。

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