【會議報告】超長碳納米管的單分散及其在硅碳負極中的應用研究

超長碳納米管等納米碳材料自身高度聚集的特性限制了其物理化學加工，限制了碳納米管的實際應用。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，四川大學王延青研究員經過十余年的研究，最終開發(fā)出了一種量產超長碳納米管單分散液（漿料）的工藝和相應的生產設備。

噴霧干燥是一種用于制備微米級顆粒的經典方法，具有操作簡單、成本低廉且能規(guī)模化生產等優(yōu)點。進一步，王延青研究員團隊以Si納米顆粒、碳納米管分散液（MWCNT）、蔗糖及CMC為原料，采用噴霧干燥法制備了一種多孔球形Si/MWCNT@C負極材料。分析了噴霧干燥過程中影響硅碳復合材料形貌的因素，對影響Si/MWCNT@C負極材料性能的因素進行了探究。

據悉，MWCNT的加入在材料內部形成了三維導電網絡，從而顯著提高了材料的電化學性能和循環(huán)穩(wěn)定性。所制備的Si/C負極材料（CNT_0.25Si₂C₂ 在0.2 A/g條件下循環(huán)200次后容量保持率為100.2%）和自支撐材料（SS-CNT_0.5Si₂C₂ 在 1 A/g條件下充放電循環(huán)100次后容量保持率為84.7%）具有優(yōu)異的電化學性能。

 Si/MWCNT@C 和自支撐電極的制備示意圖

多孔球形Si/MWCNT@C材料的大規(guī)模化合成及自支撐電極的制備：

首先，納米硅粉、蔗糖、多壁碳納米管分散液和CMC水溶液按一定比例混合，并通過超聲和攪拌處理，以確保均勻分散。接著，利用噴霧干燥機將混合物干燥成前驅體微球。隨后，在氬氣氣氛下，通過高溫煅燒使其轉化為最終的微球形Si/MWCNT@C材料，煅燒后材料顏色由淺黃色轉變?yōu)楹谏Ｔ摬牧媳幻麨镃NT_xSi_yC_z，其中x、y和z分別表示多壁碳納米管、硅納米顆粒和蔗糖的添加量。將所制備的Si/MWCNT@C材料與單壁碳納米管混合，通過抽濾一步制備得到自支撐電極。

經過噴霧干燥及高溫熱解，Si/MWCNT@C材料的SEM顯示為硅碳復合材料呈現微球狀結構。由于納米硅顆粒與MWCNT的堆積，微球呈現出多孔結構，這提供了更大的電解液浸潤面積。此外，硅顆粒與MWCNT附著緊密，MWCNT可以在顆粒內部形成良好的導電網絡。微球的這兩種特征結構將能縮短Li⁺的擴散路徑，提高材料導電性，有利于快速進行電化學過程。

針對各類負極材料的產業(yè)化技術與國內外市場狀況，中國粉體網將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負極材料技術與產業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負極材料前沿技術論壇。旨在為負極材料產業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺，開展產、學、研合作，助推負極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。屆時，四川大學王延青研究員將作題為《超長碳納米管的單分散及其在硅碳負極中的應用研究》的報告。

專家簡介：

王延青，博士，四川大學特聘研究員。入選四川大學“雙百人才工程”B計劃，日本學術振興會（JSPS）外國人特別研究員。主要從事碳納米管（CNT）、超長碳納米管和石墨烯（Graphene）材料的研究工作。主要開展了物理化學修飾、規(guī)模化單分散技術開發(fā)、導電漿料量產以及其力、熱、電等多功能性能研究，含導熱、電磁屏蔽/吸波、儲能等。獲科研成果獎12項，其中包括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)秀獎等。

參考來源：

王延青團隊ACS AMI：Enhancing Lithium-Ion Batteries with a 3D Conductive network Silicon-Carbon Nanotube Composite Anode

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