超長(zhǎng)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(xué)加工，限制了碳納米管的實(shí)際應(yīng)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，四川大學(xué)王延青研究員經(jīng)過(guò)十余年的研究，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)的生產(chǎn)設(shè)備。

噴霧干燥是一種用于制備微米級(jí)顆粒的經(jīng)典方法，具有操作簡(jiǎn)單、成本低廉且能規(guī)模化生產(chǎn)等優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步，王延青研究員團(tuán)隊(duì)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(fù)極材料。分析了噴霧干燥過(guò)程中影響硅碳復(fù)合材料形貌的因素，對(duì)影響Si/MWCNT@C負(fù)極材料性能的因素進(jìn)行了探究。

據(jù)悉，MWCNT的加入在材料內(nèi)部形成了三維導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，從而顯著提高了材料的電化學(xué)性能和循環(huán)穩(wěn)定性。所制備的Si/C負(fù)極材料（CNT0.25Si2C2 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-CNT0.5Si2C2 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(xué)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(guò)超聲和攪拌處理，以確保均勻分散。接著，利用噴霧干燥機(jī)將混合物干燥成前驅(qū)體微球。隨后，在氬氣氣氛下，通過(guò)高溫煅燒使其轉(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)楹谏Ｔ摬牧媳幻麨镃NTxSiyCz，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(guò)抽濾一步制備得到自支撐電極。

經(jīng)過(guò)噴霧干燥及高溫?zé)峤猓琒i/MWCNT@C材料的SEM顯示為硅碳復(fù)合材料呈現(xiàn)微球狀結(jié)構(gòu)。由于納米硅顆粒與MWCNT的堆積，微球呈現(xiàn)出多孔結(jié)構(gòu)，這提供了更大的電解液浸潤(rùn)面積。此外，硅顆粒與MWCNT附著緊密，MWCNT可以在顆粒內(nèi)部形成良好的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)。微球的這兩種特征結(jié)構(gòu)將能縮短Li+的擴(kuò)散路徑，提高材料導(dǎo)電性，有利于快速進(jìn)行電化學(xué)過(guò)程。

針對(duì)各類(lèi)負(fù)極材料的產(chǎn)業(yè)化技術(shù)與國(guó)內(nèi)外市場(chǎng)狀況，中國(guó)粉體網(wǎng)將于2025年6月24-25日在安徽·合肥舉辦第二屆硅基負(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。旨在為負(fù)極材料產(chǎn)業(yè)鏈上中下游企業(yè)搭建深度交流的平臺(tái)，開(kāi)展產(chǎn)、學(xué)、研合作，助推負(fù)極材料行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。屆時(shí)，四川大學(xué)王延青研究員將作題為《超長(zhǎng)碳納米管的單分散及其在硅碳負(fù)極中的應(yīng)用研究》的報(bào)告。

專(zhuān)家簡(jiǎn)介：

王延青，博士，四川大學(xué)特聘研究員。入選四川大學(xué)“雙百人才工程”B計(jì)劃，日本學(xué)術(shù)振興會(huì)（JSPS）外國(guó)人特別研究員。主要從事碳納米管（CNT）、超長(zhǎng)碳納米管和石墨烯（Graphene）材料的研究工作。主要開(kāi)展了物理化學(xué)修飾、規(guī)模化單分散技術(shù)開(kāi)發(fā)、導(dǎo)電漿料量產(chǎn)以及其力、熱、電等多功能性能研究，含導(dǎo)熱、電磁屏蔽/吸波、儲(chǔ)能等。獲科研成果獎(jiǎng)12項(xiàng)，其中包括山東省科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)、國(guó)家優(yōu)秀自費(fèi)留學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金、中國(guó)專(zhuān)利優(yōu)秀獎(jiǎng)等。

參考來(lái)源：

王延青團(tuán)隊(duì)ACS AMI：Enhancing Lithium-Ion Batteries with a 3D Conductive network Silicon-Carbon Nanotube Composite Anode

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