中國(guó)粉體網(wǎng)訊 近年來(lái)，高性能負(fù)極材料成為目前鋰離子電池的研究熱點(diǎn)之一，硅基負(fù)極材料更是因其理論比容量遠(yuǎn)超石墨負(fù)極，成為行業(yè)突破能量密度瓶頸的核心方向。2025年6月24-25日，由中國(guó)粉體網(wǎng)主辦的第二屆硅基負(fù)極材料技術(shù)與產(chǎn)業(yè)高峰論壇暨2025CVD硅碳負(fù)極材料前沿技術(shù)論壇在安徽合肥舉辦。
在此期間，中國(guó)粉體網(wǎng)邀請(qǐng)到了四川大學(xué)的王延青研究員就超長(zhǎng)碳納米管及其在硅碳負(fù)極中的應(yīng)用等一系列問(wèn)題進(jìn)行了探討交流。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王老師，您團(tuán)隊(duì)在硅碳負(fù)極材料領(lǐng)域的主要研究方向在哪幾個(gè)方面？近年來(lái)有哪些研究成果？
王老師：我們團(tuán)隊(duì)在硅碳負(fù)極領(lǐng)域的主要研究方向一是開(kāi)發(fā)新型硅基負(fù)極材料的制備方法，二是構(gòu)建有助于提升性能的材料結(jié)構(gòu)。在制備方法上，利用工業(yè)廢棄物如鈦高爐渣，通過(guò)鋁熱還原和酸蝕刻相結(jié)合的方式，制備出多孔微硅/硅-鈦合金負(fù)極；還通過(guò)噴霧干燥法，將硅納米顆粒和多壁碳納米管分散液等混合，合成多孔球形硅/碳納米管負(fù)極材料。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王老師，請(qǐng)您簡(jiǎn)單介紹一下量產(chǎn)超長(zhǎng)碳納米管單分散液的工藝和相應(yīng)的生產(chǎn)設(shè)備。
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(wèn)題，我們團(tuán)隊(duì)一直致力于研究并解決這個(gè)世界性難題，最終開(kāi)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(guò)“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(kāi)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(kāi)創(chuàng)和引領(lǐng)固態(tài)分散新方向（無(wú)溶劑分散），最終實(shí)現(xiàn)全體系分散。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王老師，超長(zhǎng)碳納米管在硅碳負(fù)極中的應(yīng)用與其他碳材料相比有哪些獨(dú)特優(yōu)勢(shì)？
王老師：超長(zhǎng)碳納米管由于其連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠有效抑制硅的體積膨脹，同時(shí)提供高導(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(guò)程中的結(jié)構(gòu)破壞。不過(guò)，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(wèn)題，過(guò)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(guò)程中解決了分散問(wèn)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)：王老師，使用超長(zhǎng)碳納米管制備的硅碳復(fù)合材料具備多孔球形結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)如何提升電化學(xué)性能？
王老師：多孔球形結(jié)構(gòu)為電解液滲透提供了更大的面積，有利于鋰離子的插入和脫出。多孔球形結(jié)構(gòu)與超長(zhǎng)碳納米管的結(jié)合，通過(guò)“孔隙緩沖體積膨脹+球形均勻應(yīng)力分布+碳納米管導(dǎo)電增強(qiáng)”的三重機(jī)制，顯著提升硅碳復(fù)合材料的循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能與能量密度。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不僅解決了硅負(fù)極的體積膨脹難題，還通過(guò)優(yōu)化離子/電子傳輸路徑和活性物質(zhì)負(fù)載效率，推動(dòng)硅碳負(fù)極向高容量、長(zhǎng)壽命方向發(fā)展，在動(dòng)力電池與儲(chǔ)能領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。
中國(guó)粉體網(wǎng)：王老師，這種硅碳復(fù)合材料是否具備產(chǎn)業(yè)化能力？它的應(yīng)用前景如何？
王老師：硅碳復(fù)合材料具備一定的產(chǎn)業(yè)化能力。在制備方法上，如利用噴霧干燥法可規(guī)�；铣啥嗫浊蛐喂�/碳納米管負(fù)極材料，該方法成本效益高且可擴(kuò)展性強(qiáng)，適合大規(guī)模生產(chǎn)；從原料角度，使用鈦高爐渣這種工業(yè)廢棄物制備硅/硅-鈦合金負(fù)極，既降低成本又解決了資源浪費(fèi)和環(huán)境問(wèn)題，具有經(jīng)濟(jì)和環(huán)境優(yōu)勢(shì)。在應(yīng)用前景方面，這種硅碳復(fù)合材料可應(yīng)用于鋰離子電池領(lǐng)域，滿足電動(dòng)汽車(chē)等對(duì)高能量密度電池的需求。其優(yōu)良的電化學(xué)性能，如高比容量和良好的循環(huán)穩(wěn)定性，有助于提升電池性能，推動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
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