中国粉体网讯  锂离子电池用炭材料是当前LIB领域的研究重点。从炭材料整体来看，其是目前锂/钠离子电池主要使用的负极材料，可分为天然石墨、人造石墨、软炭和硬炭等，不同结构的炭材料具有不同的储能性能，可满足二次离子电池不同应用场景的要求。其中，炭纳米材料凭借比表面积大、孔隙率高、导电性好等优势成为重要研究方向，这类材料具有良好的结构稳定性和电化学活性，已被广泛应用于LIB电极材料研究。然而，炭纳米材料作为LIB负极材料虽已得到广泛应用，却在充放电过程中出现严重的结构变化，导致电化学性能下降甚至报废。在这一材料体系中，各类炭纳米材料各有特点与应用进展。

炭纳米管是目前应用最广泛的一种纳米炭材料，具有高比表面积、高电导率和良好的电子传输性能等优良性质，已作为负极材料应用于锂离子电池领域，但存在导电率低、电导率低等问题；近年来随着制备技术的发展和改进，其性能得到明显改善。

在制备与改性方面，可利用超声法将多壁炭纳米管分散到聚苯胺中制备核-壳结构复合材料，或将炭纳米管与聚苯胺分散到石墨烯气凝胶中制备复合负极材料，以提高分散性、稳定性和电化学性能；利用化学气相沉积法（CVD）可合成具有核壳结构的炭纳米管，使金属锂均匀沉积在炭纳米管核周围。此外，将炭纳米管与不同炭源（如石墨、硅酸锂等）复合，可制备炭纳米管/石墨、炭纳米管-硅酸锂等不同结构的复合材料，这些材料既保持了炭纳米管的高电导率、高比表面积和良好机械性能，又具有较大的体积膨胀比，是理想的锂离子电池负极材料。

石墨烯具有独特的二维结构、高的电子导电性、高比表面积和高比容量，被认为是锂离子电池负极材料的理想材料，也是该领域的研究热点之一；其良好的稳定性和导电率使其被认为是最有希望替代炭纳米管作为LIB负极材料。

石墨烯纳米片（GNP）具有高比表面积和优异导电性，被广泛用于LIB领域研究，但因厚度较大、电子传输路径较短、导电率较高而在应用中存在较大局限性。为解决这些问题，研究者通过制备石墨烯复合纳米片（GCNs）来增加GNP表面积和电导率，并通过控制制备工艺参数优化GNP颗粒间的分布。

在制备与改性方面，高温还原法可通过调节还原温度、还原时间及还原气体流速等参数获得不同粒径和分布的产物，从而改善电化学性能；水热法可在SiO₂/石墨烯复合物表面原位生长石墨烯纳米片，GNP尺寸越大，其表面结构和表面化学环境越稳定，电化学性能越优异。石墨烯还可与金属锂形成稳定复合物，通过调控形貌和尺寸显著提高电极材料的导电性、稳定性和电化学性能；研究者还通过设计石墨烯纳米管、石墨烯纳米管/炭纳米管等复合材料来提高电导率、电子传输能力和循环稳定性。

不同形貌和尺寸的石墨烯纳米片之间存在明显的结构差异，这些差异体现在表面结构以及纳米颗粒之间、纳米颗粒与电极之间的界面处，最终导致其在LIB应用中表现出不同性能，因此结构稳定性是石墨烯的关键因素，可通过调控制备工艺加以优化。

综上，炭纳米管和石墨烯作为两类重要的炭纳米材料，在锂离子电池负极中各具优势：炭纳米管以高电导率、高比表面积和良好机械性能见长，通过超声分散、化学气相沉积及与不同炭源复合等方式可改善其分散性与循环稳定性；石墨烯则以独特二维结构、高电子导电性和高比容量成为理想负极材料，通过制备复合纳米片、调控形貌尺寸及构建复合结构可进一步提升其电化学性能与结构稳定性。

中国粉体网、北京粉体技术协会联合柏德英思展览（上海）有限公司，将于2026年10月29日，在上海举办“2026上海国际锂电粉体材料创新大会”。本届大会以“粉体筑基、材料创新、锂电强链”为主题，聚焦高纯正极材料、硅基负极、新型导电剂、电解质粉体等核心议题。届时，来自北京化工大学的宋怀河教授将带来《炭纳米材料在锂离子电池负极中的应用研究》的报告。宋教授将在报告中介绍炭纳米管和石墨烯用于天然石墨改性和人造石墨制备的研究进展。

嘉宾介绍：

宋怀河，博士，教授，博士生导师，主要从事先进炭材料的研究与开发，包括沥青基炭材料（炭纤维、炭微球、人造石墨等）、能源炭材料（Li/Na/K离子电池用炭电极材料等）、纳米炭材料（纳米管、石墨烯、炭包覆纳米金属等）和多孔炭材料（有序介孔炭等）等。承担了多项国家、省部级研究项目和企业合作项目，发表SCI论文330余篇，被SCI他引20000余次，H因子72，20篇论文入选SCI高被引论文。获得国家发明专利51件，申请56项，实现专利成果转化5项，获得省部级科技成果奖励2项，3项成果获得省部级科技成果鉴定。兼任中国电工技术学会炭-石墨材料专业委员会委员，中关村石墨烯产业创新联盟副理事长，能源材料化学省部共建国家重点实验室和先进化学蓄电技术与材料及材料电化学过程与技术北京市重点实验室学术委员会委员。《新型炭材料》、《Nanomaterials》和《炭素》杂志编委，《北京化工大学学报》（自然科学版）和《炭素技术》编委会副主任。

参考来源：Carbontech《未来能源存储：纳米炭材料》

（中国粉体网编辑整理/乔木）

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