超长碳纳米管能够有效提高磷酸铁锂材料导电性

2025年11月26日，由中国粉体网主办的“2025高压实磷酸（锰）铁锂技术大会”在江苏常州隆重召开。本次大会围绕高压实磷酸（锰）铁锂生产工艺优化、突破压实密度极限的材料设计创新、锰溶出问题的终极解决方案及从实验室到量产的全链条工艺优化等议题展开深入交流和探讨！会议期间，中国粉体网特别邀请到四川大学特聘研究员王延青做客“对话”访谈栏目。

中国粉体网：王老师，首先请您介绍一下课题组的主要研究成果。

王老师：我们课题组主要从事超长碳纳米管的单分散原理、碳基材料的设计制备及其在能源、环境相关领域的应用研究，主要包括：超长碳纳米管在非/弱极性有机体系的分散研究、新型低添加、高倍率快充锂电池导电剂、低温锂电池负极、钠电池硬碳负极、电磁屏蔽/吸波材料、超级电容器、碳基导热/散热材料、柔性显示材料、3D打印、先进高分子功能材料等。

课题组在在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等期刊上发表100余篇论文，累计引用3000余次。部分成果选为ESI高被引论文（3篇）和期刊封面文章。研究成果获得了山东省科技进步一等奖、国家优秀自费留学生奖学金、中国专利优秀奖（2项）、山东省专利奖、第二届全国博士后创新创业大赛铜奖、四川省特聘专家、JSPS外国青年学者研究奖励、北海道大学私费外国人留学生特待制度、四川大学优秀科技人才奖，入选四川省天府峨眉计划创业领军人才、成都市重大人才计划“蓉漂计划”、江苏省双创人才、盐都特聘专家等。

中国粉体网：请您简单介绍一下超长碳纳米管复合导电浆料的制备工艺。

王老师：研究发现作为锂电池新型导电剂的碳纳米管随着长度越长，长程导电能力越强，锂电池的倍率性能会有巨大提升。但由于超长碳纳米管聚集性和稳定性难以解决，一直未能广泛运用。为了解决超长碳纳米管聚集性和稳定性这一关键科学问题，王延青博士及团队一直致力于研究并解决这个世界性难题，最终开发出了一种量产超长碳纳米管单分散液（浆料）的工艺和相应生产设备。

量产超长碳纳米管单分散液的核心在于通过“高效分散+稳定化控制”打破团聚平衡，工艺上需结合机械力、超声能与分散剂协同作用。我们主要采用共价-非共价联合修饰技术开创非/弱极性/固态分散，实现了从极性溶剂到非/弱极性溶剂到固态分散，在国际上首次提出“活性纳米碳”的概念，即固态分散。填补国内CNT在非/弱极性体系分散的空白，开创和引领固态分散新方向（无溶剂分散），最终实现全体系分散。

中国粉体网：超长碳纳米管的主要优势是什么？它能与磷酸铁锂材料碰撞出什么样的火花呢？

王老师：超长碳纳米管由于其连续超长的网络结构，能够有效提高磷酸铁锂（LFP）材料导电性，从而在循环稳定性和倍率性能上表现优异。另外，超长碳纳米管的长径比可能有助于形成更有效的电子传输通道，减少电子传输距离，从而提高电池的充放电效率。同时，其机械性能可能有助于维持复合材料的结构完整性，减少循环过程中的结构破坏。

不过，也需要注意超长碳纳米管可能存在的缺点，例如分散性问题，过长的碳纳米管可能在复合材料中难以均匀分散，导致局部应力集中，反而影响性能。但如果在制备过程中解决了分散问题，超长碳纳米管的优势就能充分发挥。

中国粉体网：您课题组为什么多以商用磷酸铁锂为正极组装全电池展开实验？

王老师：LiFePO4（LFP）因其出色的物理化学特性，包括高达170mAh g-1的理论容量，已成为极具实用性的电极活性物质。LFP具有3.4 V的平坦电压曲线，充电状态下的高热稳定性，以及丰富的原材料和环境友好性。

中国粉体网：您如何看待未来磷酸铁锂电池的发展前景？

王老师：LiFePO4（LFP）于1997年被首次报道用于锂离子电池正极，因其环保、循环效率高和稳定安全而成为一种很有前途的正极材料。LFP具有橄榄石结构，理论容量是170mAh g-1，比能量为510 Wh kg-1，工作电压为3.4V。它具有良好的循环和热稳定性、高能量密度、环境友好性以及低成本等优点。然而，LFP固有的较差的电子电导率（10-9-10-10S cm-1）和低的锂离子扩散系数（10-14cm2s-1）对达到理论容量和广泛应用带来挑战。因此，人们致力于提高其比容量和高电流密度下的容量，以达到更高的能量密度并在更多的应用场景下具备竞争力。