四川大学王延青Adv. Sci.：利用单分散超长单壁碳纳米管制备自支撑LiFePO4正极

在柔性/可穿戴电子设备方面，低含量/不含非电化学活性粘结剂、导电添加剂和集流体是提高锂离子电池快充/放电性能和开发自支撑电极的关键问题。

图1. SWCNTs的分散示意图及表征

四川大学王延青等展示了一种简单而强大的制备方法，利用静电偶极相互作用和分散剂分子的立体阻碍，在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）溶液中大量生产单分散的超长单壁碳纳米管（SWCNTs），并在磷酸铁锂（LFP）正极中构建连续互联的SWCNT网络。

首先，通过分子动力学（MD）模拟证实，具有特定结构的分散剂分子可以通过分子间作用力吸附在超长SWCNTs上，并通过静电和立体阻碍作用防止超长SWCNTs重新聚集。与SWCNTs粉末相比，单分散的超长SWCNTs更容易在电极中形成高效的导电网络，即使作为导电添加剂的添加量从5到0.5wt%不等。此外，在没有粘结剂的情况下，LFP颗粒可以在单分散超长SWCNTs的缠绕和包裹下有效固定，形成稳定的结构，从而大大提高了电极的比容量和高倍率稳定性。

图2. 无粘结剂电极（LFP-SWCNTx-BF）的制备与性能

因此，在导电添加剂含量为3wt%时，电极的比容量在20C时可达到90.7 mAh g^-1，在5C下循环500次后容量保持率为71.3%。此外，这项工作展示了一种分层复合材料，其中纳米管排列成网络状的膜，将活性LFP颗粒包裹在制备的自支撑SWCNTs电极中。

所得自支撑电极在电解液中表现出良好的抗弯曲性和抗压性，可以承受至少7.2 Mpa的拉伸应力和5%的应变，并允许制备厚度达39.1 mg cm^-2的高质量负载电极。这些研究无疑将为在坚韧、无粘结剂、自支撑的电极中构建有利于电子/离子传输的高效导电网络提供有效和实用的策略。

图3. 自支撑电极（LFP-SWCNT-SS）的性能

Preparation of Tough, Binder-Free, and Self-Supporting LiFePO4 Cathode by Using Mono-Dispersed Ultra-Long Single-Walled Carbon Nanotubes for High-Rate Performance Li-Ion Battery. Advanced Science 2023. DOI: 10.1002/advs.202207355

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