超長碳納米管能夠有效提高磷酸鐵鋰材料導電性

2025年11月26日，由中國粉體網主辦的“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）鐵鋰生產工藝優化、突破壓實密度極限的材料設計創新、錳溶出問題的終極解決方案及從實驗室到量產的全鏈條工藝優化等議題展開深入交流和探討！會議期間，中國粉體網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：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、國家優秀自費留學生獎學金、中國專利優秀獎（2項）、山東省專利獎、第二屆全國博士后創新創業大賽銅獎、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、四川大學優秀科技人才獎，入選四川省天府峨眉計劃創業領軍人才、成都市重大人才計劃“蓉漂計劃”、江蘇省雙創人才、鹽都特聘專家等。

中國粉體網：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：研究發現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，最終開發出了一種量產超長碳納米管單分散液（漿料）的工藝和相應生產設備。

量產超長碳納米管單分散液的核心在于通過“高效分散+穩定化控制”打破團聚平衡，工藝上需結合機械力、超聲能與分散劑協同作用。我們主要采用共價-非共價聯合修飾技術開創非/弱極性/固態分散，實現了從極性溶劑到非/弱極性溶劑到固態分散，在國際上首次提出“活性納米碳”的概念，即固態分散。填補國內CNT在非/弱極性體系分散的空白，開創和引領固態分散新方向（無溶劑分散），最終實現全體系分散。

中國粉體網：超長碳納米管的主要優勢是什么？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超長的網絡結構，能夠有效提高磷酸鐵鋰（LFP）材料導電性，從而在循環穩定性和倍率性能上表現優異。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構完整性，減少循環過程中的結構破壞。

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，超長碳納米管的優勢就能充分發揮。

中國粉體網：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170mAh g-1的理論容量，已成為極具實用性的電極活性物質。LFP具有3.4 V的平坦電壓曲線，充電狀態下的高熱穩定性，以及豐富的原材料和環境友好性。

中國粉體網：您如何看待未來磷酸鐵鋰電池的發展前景？

王老師：LiFePO4（LFP）于1997年被首次報道用于鋰離子電池正極，因其環保、循環效率高和穩定安全而成為一種很有前途的正極材料。LFP具有橄欖石結構，理論容量是170mAh g-1，比能量為510 Wh kg-1，工作電壓為3.4V。它具有良好的循環和熱穩定性、高能量密度、環境友好性以及低成本等優點。然而，LFP固有的較差的電子電導率（10-9-10-10S cm-1）和低的鋰離子擴散系數（10-14cm2s-1）對達到理論容量和廣泛應用帶來挑戰。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。