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江西理工大学《ACSANM》高品质单壁碳纳米管用锂离子电池阴极
日期：2026-03-19 浏览：
单壁碳纳米管（SWNTs）凭借其卓越的电学和力学性能，在高性能锂离子电池中作为导电剂展现出巨大潜力。然而其合成过程对温度极为敏感，常导致结构缺陷和分散性差，这些问题严重阻碍导电网络的形成并影响电池性能稳定性。因此，精确的温度控制对提升SWNTs质量及促进其实际应用至关重要。本文，江西理工大学Shengwen Zhong、Jingwei Hu等研究人员在《ACS Appl. Nano Mater.》期刊发表名为“High-Quality Single-Walled Carbon Nanotubes for Lithium-Ion Battery Cathodes”的论文，研究采用二茂铁与升华硫混合催化剂，系统探究反应温度对SWNTs合成的影响。制备出铁含量低且均匀的SWNTs浆料，并以LiFePO4作为正极材料评估合成的SWNTs电化学性能。
拉曼光谱与BET测定揭示了高质量SWNT生长的最佳温度窗口异常狭窄。1000℃条件下获得石墨化程度高、缺陷密度低且比表面积大的单壁碳纳米管。较低温度仅能生成多壁碳纳米管，而过高温度则导致单壁碳纳米管性能持续退化。1000℃条件下合成的单壁碳纳米管即使在0.2 wt%的超低负载量下，仍显著降低了磷酸铁锂电极的电荷转移电阻，赋予电极卓越性能。该高效可控的合成策略为单壁碳纳米管的稳定大规模生产奠定了坚实基础。
通过在氩/氢气氛中采用甲烷作为碳源、二茂铁/硫催化剂，利用FCCVD法研究了合成温度对单壁碳纳米管的影响。该工艺在1000℃条件下可制备出缺陷密度低、比表面积大、长径比高的优质单壁碳纳米管。经酸洗去除金属杂质后，通过超声处理与分散剂将单壁碳纳米管制备成均匀导电浆料。单壁碳纳米管（SWNTs）能有效包裹并连接磷酸铁锂（LFP）颗粒，形成以SWNTs为骨架的连续三维导电网络。该结构赋予电池卓越的高倍率性能，显著提升快充能力，降低内阻并提高LFP电池的能量密度。相较于多壁碳纳米管（MWNTs）和石墨粉（SP），SWNTs展现出更优异的性能。本研究开创了SWNTs可扩展的连续合成路线，极大推动了高性能LFP电池的发展进程。该方法在优化应用方面具有巨大潜力，有望应用于新一代高能量密度锂离子电池系统。