以碳纳米管连续网络结构作为导电剂和结构支撑体构筑功能化碳纳米管/无机物复合体系，研究界面作用、电荷转移、离子传输规律以及耦合效应和性能调控，探索在能源、电子、传感等领域的应用。

超声共沉积法制备不含粘结剂的碳纳米管-钴酸锂复合正极，显著提高电极的导电性、能量密度、循环性能、倍率性能。以超顺排碳纳米管和商用钴酸锂粉体材料为原料，利用独创的超声共沉积方法，活性钴酸锂颗粒均匀地分散在碳纳米管导电网络中，制备了具有优异导电性和柔韧性的钴酸锂-碳纳米管复合电极。活性材料得到充分利用，从而获得高比容量。极片的高强度和高柔韧性使其能承受在循环过程中的体积变化，获得高循环稳定性。复合电极的多孔结构有利于电解质的渗透和快速的锂离子扩散，得到优秀的倍率性能。

以碳纳米管薄膜为模版，使用气相法和液相法制备了多种碳纳米管-氧化物复合负极，显示出远高于传统石墨负极的比容量和优异的循环性能和倍率性能。基于碳纳米管模板，分别采用磁控溅射和硝酸盐溶液热分解的方法，原位合成了碳纳米管薄膜-过渡金属氧化物（如氧化铁、氧化钴、氧化锰）复合电极。纳米尺度氧化物颗粒均匀分布在碳纳米管网络上。碳纳米管网络不仅仅起到导电的作用，同时也作为结构支撑体，有利于保持复合电极在循环过程中的结构稳定性。利用碳纳米管导电网络和纳米级活性物质相结合的特点，提高了电极的导电性和电子和锂离子的输运能力，获得了具有高比容量和优异倍率性能的锂离子电池电极材料。

图2分别使用气相法和液相法原位合成的碳纳米管-氧化物复合电极材料

锂硫电池碳纳米管/硫复合正极。以碳纳米管和硫粉为原材料，通过超声和溶液析出法，使硫纳米晶均匀沉积在碳纳米管导电网络中，获得纳米硫-碳纳米管复合正极。碳纳米管的优异导电性有效地增强了碳纳米管与硫界面之间的电子传输，提高了硫的利用率，碳纳米管网络的高孔隙率和亲油性使复合电极与电解液充分接触，获得了高性能的锂硫电池正极材料。进一步将碳纳米管在空气中进行氧化预处理，由此得到的硫-碳纳米管复合电极具有更均匀的微观结构，力学强度和导电性也显著提高。氧化处理后的多孔碳纳米管拥有更高的比表面积，为硫沉积提供更多的表面吸附点，当载硫量达到70 wt%时，复合电极仍具有优异的倍率性能。

图3 锂硫电池碳纳米管/硫复合正极的形貌和电化学特性

具有碳纳米管导电层的三明治结构复合锂电池电极。碳纳米管薄膜交叉铺置在电极浆料上形成导电层，经过多次堆叠，获得具有碳纳米管导电层的三明治结构复合锂电池电极。碳纳米管在电极层之间形成完整的导电网络，有效的提高了电极整体的导电性，减少了传统导电剂在电极中的含量，同时可以有效的在电极颗粒之间建立导电通路，有效地避免了电极极化。相比于传统电极，具有碳纳米管导电层的三明治结构复合锂电池电极具有优异的循环和倍率性能，同时还可以实现高能量密度。三明治结构复合锂电池电极的制备方法简单易行，与现有工业生产工艺兼容，成本低，可以大规模应用。

图4具有碳纳米管导电层的三明治结构复合电极

发表文章:

1．S. Luo, K. Wang, J. P. Wang*, K. L. Jiang, Q. Q. Li, S. S. Fan, "Binder-free LiCoO2/carbon nanotube cathodes for high performance lithium ion batteries", Adv. Mater., 24, 2294-2298, (2012).

2．Y. Wu, Y. Wei, J. P. Wang*, K. L. Jiang, and S. S. Fan, "Conformal Fe3O4sheath on aligned carbon nanotube scaffolds as high performance anodes for lithium ion batteries", Nano Lett., 13, 818-823, (2013).

3．X. F. He, Y. Wu, F. Zhao, J. P. Wang*, K. L. Jiang, and S. S. Fan, "Enhanced rate capabilities of Co3O4/carbon nanotube anodes for lithium ion battery applications", J. Mater. Chem. A, 1, 11121-11125, (2013).

4．L. Sun, J. P. Wang*, K. L. Jiang, and S. S. Fan, "Mesoporous Li4Ti5O12nanoclusters as high performance negative electrodes for lithium ion batteries", J. Power Sources, 248, 265-272, (2014).

5．L. Sun, M. Y. Li, Y. Jiang, W. B. Kong, K. L. Jiang, J. P. Wang*, and S. S. Fan, "Sulfur nanocrystals confined in carbon nanotube network as a binder-free electrode for high-performance lithium sulfur batteries", Nano Lett., 14, 4044-4049, (2014).

6．L. Sun, W. B. Kong, Y. Jiang, H. C. Wu, K. L. Jiang, J. P. Wang*, and S. S. Fan, "Super-aligned carbon nanotube/graphene hybrid materials as framework for sulfur cathodes in high performance lithium sulfur batteries", J. Mater. Chem. A, 3, 5305-5312 (back cover), (2015).

7．L. Sun, D. T. Wang, Y. F. Luo, K. Wang, W. B. Kong, Y. Wu, L. N. Zhang, K. L. Jiang, Q. Q. Li, Y. H. Zhang, J. P. Wang*, and S. S. Fan, "Sulfur embedded in mesoporous carbon nanotube network as a binder-free electrode for high performance lithium sulfur batteries", ACS Nano, 10, 1300-1308, (2016).

8．L. Sun, W. B. Kong, M. Y. Li, H. C. Wu, K. L. Jiang, Q. Q. Li, Y. H. Zhang, J. P. Wang*, and S. S. Fan, "Cross-stacked carbon nanotube film as an additional built-in current collector and adsorption layer for high-performance lithium sulfur batteries", Nanotechnology, 27, 075401, (2016).

9．L. J. Yan, K. Wang, S. Luo, H. C. Wu, Y. F. Luo, Y. Yu, K. L. Jiang, Q. Q. Li, S. S. Fan, and J. P. Wang*, "Sandwich-structured cathodes with cross-stacked carbon nanotube film as conductive layer for high performance lithium-ion batteries", J. Mater. Chem. A, 5, 4047-4057, (2017).

10．D. T. Wang, K. Wang, H. C. Wu, Y. F. Luo, L. Sun, Y. X. Zhao, J. Wang, L. J. Jia, K. L. Jiang, Q. Q. Li, S. S. Fan, and J. P. Wang*, "CO2oxidation of carbon nanotubes for lithium-sulfur batteries with improved electrochemical performance", Carbon, 132, 370-379, (2018).