碳纳米管用于锂离子电池负极材料
锂电池负极材料有哪些
锂电池负极材料有哪些锂电池作为一种重要的电池类型，其性能直接受到负极材料的影响。
负极材料是锂电池中的重要组成部分，对电池的性能和循环寿命有着重要影响。
目前，常见的锂电池负极材料主要包括石墨、硅基材料、碳纳米管等。
本文将针对这些常见的锂电池负极材料进行详细介绍。
首先，石墨是目前应用最广泛的锂电池负极材料之一。
石墨具有良好的导电性和循环稳定性，能够满足锂电池高倍率充放电的要求。
然而，石墨的比容量较低，限制了锂电池能量密度的提升。
因此，石墨在高能量密度锂电池中的应用受到了一定的限制。
其次，硅基材料作为一种新型的锂电池负极材料，受到了广泛关注。
硅具有非常高的比容量，远远高于石墨，能够大幅提升锂电池的能量密度。
然而，硅在充放电过程中容量膨胀严重，导致电极材料的断裂和失活，限制了其实际应用。
因此，研究人员通过合成纳米结构、包覆碳层等方法来改善硅的循环稳定性，以期实现硅基锂电池负极材料的商业化应用。
另外，碳纳米管作为一种新兴的锂电池负极材料，具有优异的导电性和化学稳定性。
碳纳米管具有高表面积和良好的机械韧性，能够有效缓解锂离子的体积膨胀效应，提高锂电池的循环寿命。
然而，碳纳米管的制备成本较高，限制了其大规模商业化应用。
除了上述几种常见的锂电池负极材料外，还有一些新型材料如磷酸铁锂、氧化钛等也在研究中。
这些新型材料具有一定的优势，但在实际应用中还存在诸多挑战，需要进一步的研究和改进。
总的来说，锂电池负极材料的选择直接影响着锂电池的性能和循环寿命。
不同的负极材料具有各自的优势和局限性，研究人员正在不断探索新型的负极材料，并通过材料设计和工艺改进来提高锂电池的性能。
随着科技的不断进步，相信会有更多高性能的锂电池负极材料应运而生，推动锂电池技术的发展。
单壁碳纳米管在锂电池正负极中的应用及案例
单壁碳纳米管的结构可理解为将原子厚度的石墨烯卷曲成的长径圆柱，也正是因为单壁碳管的形貌特征，当添加到锂电池材料中时，单壁碳纳米管会形成三维增强的导电网络连接。
用拉曼光谱检测单壁碳纳米管在能级缺陷碳管形态等方面的质量表征,G/D比是准确反映碳管质量的重要指标，我们提供的单壁碳管G/D比>90, 与市面上供锂电池使用的导电剂对比，我们的单壁碳管的G/D比最高。
针对正极和负极的运用，目前有两款商业化的产品分别为油系和水系。
在之前我们有介绍过关于金属杂质，我们正负极均采用纯化后的碳管。
目前，粉体金属杂质<1%，能够完好地满足客户的使用需求。
图片来源OCSIAL单壁碳管在正极中的应用由于其独特的性能，单壁碳纳米管的性能优于竞争对手，并在降低电阻、能量密度、附着力以及安全性等方面对锂离子电池的性能具有明显的提升作用。
采用传统的导电正极添加剂，如碳黑或多壁碳纳米管难以达到这样的效果。
通过电化学阻抗谱，添加0.05% 单壁碳纳米管到锂电池配方中，电极极化阻抗明显降低。
（1）如将NCM 811配方中，对比不同导电添加剂的内阻，显示TUBALL™添加量0.05%时，极片内阻下降70%，TUBALL™添加量0.1%时，极片内阻下降90％。
（2）在1.5Ah的NCM811/石墨软包电池中，45°C循环测试数据显示，添加单壁碳纳米管在循环过程中能有效抑制DCR增长。
单壁碳管在负极中的应用单壁碳纳米管包覆硅颗粒表面并在硅颗粒之间建立高导电和持久的连接。
通过致密、长程、导电和强韧的连接。
图片来源OCSIAL即使硅负极颗粒体积膨胀并产生裂缝，单壁碳纳米管能够在硅颗粒膨胀时依然保持持久的导电网络通道。
这种机制可以防止负极过早失效—单壁碳纳米管有助于将电池使用寿命延长到符合电动汽车制造商的严格要求。
图片来源OCSIAL（1）单壁碳纳米管在硅负极的应用，高循环寿命的最佳解决方案。
添加单壁碳纳米管的电池，700周循环后，其容量保持率保持在90%以上，1000个循环后，仍旧可保持在80%以上。
碳纳米材料在电池中的应用研究
碳纳米材料在电池中的应用研究引言：随着能源需求的增长和能源消耗的加剧，传统燃料的使用已经不再可持续。
因此，人们对新型能源储存和转换技术的需求变得越来越迫切。
碳纳米材料由于其特殊的结构和优异的性能，在能源领域中得到了广泛关注。
本文将重点讨论碳纳米材料在电池中的应用研究，探讨其潜在的应用前景和挑战。
一、碳纳米材料的特性和制备方法碳纳米材料是由碳原子构成的纳米尺度材料，包括碳纳米管、石墨烯、炭黑等。
它们具有高比表面积、良好的导电性和化学稳定性等独特的特性。
碳纳米材料的制备方法繁多，常见的有化学气象法、电弧放电法和化学气相沉积法等。
二、碳纳米材料在锂离子电池中的应用1. 正极材料改性由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可用于改善锂离子电池正极材料的性能。
例如，将碳纳米管添加到锂铁磷酸盐正极材料中，可以提高其电导率和锂离子扩散速度，从而提高电池的放电性能和循环稳定性。
2. 负极材料改性碳纳米材料还可以用于改善锂离子电池负极材料的性能。
石墨烯的应用研究表明，添加石墨烯可以提高负极材料的电导率和锂离子嵌入/脱嵌速率，从而增加电池的储能密度和循环寿命。
三、碳纳米材料在超级电容器中的应用1. 电极材料改性碳纳米材料可以用于改善超级电容器的电极材料。
炭黑是一种常用的电极材料，其高比表面积和导电性使得电容器具有较高的电容量和快速的充放电速度。
此外，碳纳米管和石墨烯等材料的引入也可以进一步提高超级电容器的性能。
2. 电解质改性除了作为电极材料的改性外，碳纳米材料还可以用于改善超级电容器的电解质。
例如，添加碳纳米材料到电解质中可以提高其离子传导能力和界面稳定性，从而提高超级电容器的性能。
四、碳纳米材料在太阳能电池中的应用碳纳米材料也被广泛研究用于太阳能电池中。
由于其高比表面积和导电性，碳纳米材料可以提高太阳能电池的光吸收能力和电荷传输速率。
此外，石墨烯和碳纳米管的应用可以提高太阳能电池的稳定性和寿命。
总结：碳纳米材料在电池中的应用研究显示出了巨大的潜力。
碳纳米管的具体应用
碳纳米管的具体应用碳纳米管是由碳原子组成的纳米尺寸管状结构，具有优异的物理和化学性质，因此在众多领域中具有广泛的应用前景。
本文将从电子学、材料科学、生物医学、能源领域等多个方面介绍碳纳米管的具体应用。
1. 电子学领域碳纳米管在电子学领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）场效应晶体管（FET）：碳纳米管可以作为FET的通道材料，具有优异的电子输运性能，可实现高速、低功耗的电子器件。
（2）纳米电子学器件：碳纳米管可以用于制备纳米电子学器件，如纳米电极、纳米线和纳米电容器等，用于构建超高密度的集成电路。
（3）柔性电子学：碳纳米管具有优异的柔性性质，可以用于制备柔性电子学器件，如柔性传感器、柔性显示器等，为可穿戴设备和可弯曲电子设备提供了新的可能性。
2. 材料科学领域碳纳米管在材料科学领域有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：（1）复合材料增强剂：碳纳米管可以作为一种优秀的增强剂，加入到金属、陶瓷或聚合物基体中，可以显著提高材料的力学性能和导电性能。
（2）催化剂载体：碳纳米管具有大比表面积和良好的导电性质，可作为催化剂的载体，提高催化反应的效率和选择性。
（3）锂离子电池负极材料：碳纳米管具有高比表面积和良好的电子传导性能，可作为锂离子电池负极材料，具有高容量和长循环寿命等优点。
3. 生物医学领域碳纳米管在生物医学领域有着广泛的应用前景，主要体现在以下几个方面：（1）药物传递：碳纳米管可以作为药物的载体，通过调控其表面性质和内部结构，实现药物的控释和靶向传递，提高药物治疗的效果。
（2）生物传感器：碳纳米管具有高比表面积和优异的电化学性能，可以用于制备生物传感器，实现对生物分子的灵敏检测和诊断。
（3）组织工程：碳纳米管可以作为支架材料用于组织工程，促进细胞生长和组织修复，具有重要的临床应用前景。
4. 能源领域碳纳米管在能源领域有着重要的应用，主要体现在以下几个方面：（1）锂离子电池：碳纳米管可以作为锂离子电池的电极材料，具有高比表面积和优异的电导率，可提高电池的能量密度和循环寿命。
碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究
碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究一、引言锂离子电池是一种重要的电化学装置，广泛应用于移动电子设备、电动汽车、太阳能电池等领域。
然而，锂离子电池在长时间的充放电循环中容易出现容量衰减、安全问题等，严重制约了锂离子电池的应用范围和续航能力。
碳纳米管材料因其优异的电化学性能、高比表面积、优良的机械性能、热稳定性等特点，在锂离子电池中得到了广泛的应用。
本文将从碳纳米管材料的结构和性质出发，介绍碳纳米管材料在锂离子电池中的应用研究进展，同时探讨碳纳米管材料在锂离子电池中的前景和挑战。
二、碳纳米管的结构与性质碳纳米管(CNTs)是一种由碳原子构成的纳米管状结构，具有极高的比表面积、优异的导电性和导热性、高强度、优良的化学稳定性等特性。
根据多壁CNTs的层数、单壁CNTs的直径和结晶方式的不同，碳纳米管可以分为多种类型，如单壁碳纳米管(SWCNTs)、多壁碳纳米管(MWCNTs)、氮化碳纳米管(CNxNTs)等。
其中，单壁碳纳米管由于其单层的球形碳结构，导致其具有高比表面积和优异的导电性和电化学性能，成为深受研究者推崇的一种碳纳米材料。
三、碳纳米管材料在锂离子电池中的应用（一）碳纳米管作为锂离子电池负极材料的研究碳纳米管作为锂离子电池负极材料具有许多优异的性质，如高比表面积、优良的导电性、高的承载能力、优良的电化学稳定性，这使得碳纳米管在锂离子电池负极材料研究中具有广阔的应用前景。
1.单壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料单壁碳纳米管作为锂离子电池负极材料具有很多的优点，如高比表面积、低电极极化、快速的电子传输、高的储存容量等。
Kim 等人研究发现，SWCNTs纳米材料可以有效缓解电极材料在充放电过程中的容量损失和安全问题，改善了电极材料的循环性能和容量保持率，为锂离子电池的高能密度和长循环寿命提供了有力的保障。
Jia等人通过对多种单壁碳纳米管结构的比较，发现对外围的羟基基团和其载体模板材料的改变，可以显著地调控单层纳米管结构中的空间结构、纵向空隙和表面物理化学性质，并为锂离子电池电极材料的设计提供了新的思路。
多壁碳纳米管及其复合材料在锂离子电池负极中的应用
多壁碳纳米管及其复合材料在锂离子电池负极中的应用多壁碳纳米管，听起来像是科幻电影里的东西，其实它可真是个宝贝啊！在锂离子电池的世界里，它就像是一位隐形的超级英雄。
大家知道，电池可不是光有电就能用的，得有个好的负极，才能发挥出它的真正潜力。
而多壁碳纳米管就像是那个能把一切都搞定的“万金油”。
它不仅能提升电池的容量，还能让电池的充放电速度快得飞起，真的是让人眼前一亮。
想象一下，您在外面玩得正嗨，手机突然显示电量不足，那种心急如焚的感觉吧！可要是您的手机里装着这样的电池，没准儿就能续航个一整天，真的是不离身的好伴侣！多壁碳纳米管的结构特性让它能在电池里形成一个坚固的网络，能更好地储存锂离子，进而提高电池的能量密度。
说白了，就是让电池更能“吃”，更能“跑”。
有些人可能会问，这玩意儿真有那么神奇吗？科学家们可没少花心思在这上面。
研究表明，多壁碳纳米管不仅轻便，而且导电性极好。
就像是用了一根魔法棒，把电流都召唤过来。
尤其是在充电的时候，电流在它身上流动得那叫一个欢快，完全不拖泥带水。
简直是电池里的“火箭”。
这种材料的耐热性也相当给力。
它不会因为高温就变得脆弱，反而能在各种环境下稳定工作。
这对于电子产品来说可真是福音，尤其是在夏天，谁都不想自己的手机变成“热锅上的蚂蚁”啊。
多壁碳纳米管就像是一位不怕酷暑的勇士，让电池在炎热的夏天也能安然无恙。
这种材料的优势不仅限于此。
多壁碳纳米管还能和其他材料进行“搭档”，比如说和石墨、硅等。
这样一来，复合材料的性能就更是直线上升，成为电池界的“黄金组合”。
就像是摇滚乐队里的主唱和吉他手，单打独斗都厉害，搭配起来简直可以横扫整个音乐节。
电池的使用寿命、效率，甚至充电时的安全性，通通都得到了提升。
不过，想让多壁碳纳米管在锂离子电池中发挥出最佳效果，还得解决一些“小问题”。
比如，如何将其与电解液有效结合，避免出现“搭不上台”的尴尬。
这个过程就像是搭建一座桥，既要牢固又要美观。
科学家们正在努力，让这种材料更好地融入电池的每一个角落。
碳纳米管在锂离子电池中的应用
碳纳米管在锂离子电池中的应用夏雨;王双双;王义飞【摘要】碳纳米管因具有优异的电导率、热导率、力学性能以及独特的结构形貌,被用于改进锂离子电池性能.该文总结了近年来碳纳米管作为锂离子电池的添加剂、电极材料复合基体以及集流体的最新研究进展,重点介绍了最新的碳纳米管作为电极材料添加剂的使用方法、碳纳米管与电极材料的不同复合方法及其对锂离子电池容量性能、倍率性能以及循环寿命的影响.同时指出了碳纳米管在锂离子电池中大规模应用时需要克服的问题,如降低碳纳米管的制备成本、开发适用于工业生产的复合技术、改善碳纳米管的分散性能等.【期刊名称】《储能科学与技术》【年(卷),期】2016(005)004【总页数】8页(P422-429)【关键词】碳纳米管(CNT);锂离子电池;导电添加剂;集流体【作者】夏雨;王双双;王义飞【作者单位】合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012;合肥国轩高科动力能源有限公司工程研究院,安徽合肥230012【正文语种】中文【中图分类】TM911碳纳米管（carbon nanotubes，CNTs）是一种同轴管状结构的碳原子簇，其管径和管与管之间相互交错的缝隙都属于纳米数量级，根据管壁（由碳原子通过sp2杂化与周围3个碳原子完全键合形成六边形平面）的层数可以将CNTs分为单壁碳纳米管（SWCNTs）和多壁碳纳米管（MWCNTs）。
由于CNTs具有特殊管状石墨结构以及独特的弹道电子传导效应，其室温电导率可高达103 S/cm[1]，SWCNTs的热导率高达5800 W/(m·K)[2]，MWCNTs的热导率也有3000W/(m·K)[2]。
同时，定向生长的三维CNTs阵列具有优异的力学性能。
因此，将CNTs用作电极材料的三维导电结构或导电剂，既可以提高电极的电导率和热导率，也可增强电极的力学性能[3]。
常用作电池电极的非金属单质
常用作电池电极的非金属单质
Title: Common Non-metallic Elemental Materials Used as Battery Electrodes
正文：
电池是一种将化学能转化为电能的装置，其中的电极是电池工作的关键部件之一。
除了金属单质之外，常用的非金属单质也经常被用作电池电极材料。
以下是一些常见的非金属单质电极材料。
1. 石墨：石墨是一种形成于地壳中的碳质材料，由于其导电性能优良，常被用作电池中的负极材料。
石墨在锂离子电池和铅酸电池中得到广泛应用，其中锂离子电池中的石墨负极表现出良好的循环稳定性和高能量密度。
2. 碳纳米管：碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，因此被广泛应用于电池电极材料的研究中。
碳纳米管电极材料在锂离子电池和超级电容器等器件中得到了广泛的关注。
由于碳纳米管具有大比表面积和优异的电荷传输特性，它们可以增加电池的充放电速度和容量。
3. 硫化物：硫化物是一类由硫元素组成的化合物。
一些硫化物材料，如硫化铁、硫化镉和硫化锌等，在太阳能电池和锂硫电池中作为阳极或阴极材料应用广泛。
硫化物电极材料具有较高的理论容量和较低的材料成本，因此受到了研究者的关注。
除了上述非金属单质材料，还有一些其他的非金属材料，如氧化物、氮化物和硒化物等，也被应用于电池电极领域。
这些材料具有丰富的结构多样性和化学反应性，在电池性能提升和新型电池开发方面具有重要的潜力。
总之，非金属单质材料在电池电极领域发挥着重要作用。
随着对电池性能要求的不断提高，研究者们对于新型非金属电极材料的开发也在不断进行，以期提高电池的能量密度、循环寿命和可持续性。
初中物理科普阅读：碳纳米管
碳纳米管小雨在中国科技馆内看到了对“碳纳米管”材料的介绍后（如图27所示），想更加详细的了解，于是就上网搜索。
她了解到碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。
如图28所示，它是由一些柱形的碳管同轴套构而成，直径大约在1 到30nm 之间，长度可达到1μm（1μm=103nm）。
这种管完全由碳原子构成，并可看成是由单层石墨六角网面以其上某一方向为轴，卷曲360°而形成的无缝中空管，相邻管子之间的距离约为0.34nm。
碳纳米管的抗拉强度最大可达到2×1011Pa，是钢的100倍,密度却只有钢的1/6，它是最强的纤维，在强度与重量之比方面，这种纤维是最理想的。
如果用碳纳米管做成绳索，是迄今唯一可从月球挂到地球表面而不会被自身重量拉折的绳索，如果用它做成地球——月球载人电梯，人们来往月球和地球便方便了。
用这种轻而柔软、结实的材料做防弹背心那就更加理想了。
碳纳米管可用于锂离子电池负极材料。
碳纳米管的层间距为0. 34nm ，略大于石墨的层间距0. 335nm，这有利于Li+的嵌入与迁出，它特殊的圆筒状构型不仅可使Li +从外壁和内壁两方面嵌入，又可防止因溶剂化Li+嵌入引起的石墨层剥离而造成负极材料的损坏。
碳纳米管掺杂石墨时可提高石墨负极的导电性，消除极化。
实验表明，用碳纳米管作为添加剂或单独用作锂离子电池的负极材料均可显著提高负极材料的嵌Li +容量和稳定性。
碳纳米管对接触它的人的眼睛、皮肤会引起不适，可能会引起呼吸系统的疾病，对某些水生生物来说是有毒的。
因此研究人员表示，在碳纳米管未来发展前景问题上，必须慎重和有准备地进行权衡。
人们还没有充分了解其对环境和人类健康的影响，应防止它作为大规模生产材料进入环境中。
40．请根据上述材料，回答下列问题：（1）两个Li +之间有相互（选填“吸引”或“排斥”）的作用。
（2）请写出碳纳米管的优点（写出一条即可）；请设想一种碳纳米管材料在未来生产生活中的应用。
锂离子电池新型碳负极材料的研究
锂离子电池新型碳负极材料的研究锂离子电池是目前应用最广泛的可充电电池之一，其在移动电子设备、电动汽车以及储能系统中具有重要的地位。
然而，锂离子电池的性能仍然存在一些挑战，如容量衰减、寿命短等问题。
为了克服这些问题，研究人员一直在寻找新型的碳负极材料。
近年来，许多研究机构和学者都致力于开发新型碳负极材料，以提高锂离子电池的性能。
目前已经发现了许多有潜力的材料，如石墨烯、碳纳米管、多孔碳等。
这些新型碳负极材料具有独特的结构和性质，可以提高锂离子电池的能量密度、循环稳定性和快速充放电性能。
石墨烯是一种由碳原子构成的单层二维晶体结构材料，具有高导电性、高比表面积和优异的机械性能。
石墨烯作为锂离子电池负极材料的研究热点之一，已经取得了一些令人瞩目的成果。
研究人员通过改变石墨烯的结构和形态，成功地提高了锂离子电池的循环寿命和容量保持率。
例如，将石墨烯与硅纳米颗粒复合，可以有效缓解硅负极的体积膨胀问题，提高电池的稳定性和循环寿命。
碳纳米管是一种中空的碳纳米材料，具有优异的导电性和机械性能。
研究人员发现，将碳纳米管引入锂离子电池负极材料中，可以提高电池的循环稳定性和快速充放电性能。
此外，碳纳米管还可以作为导电网络，改善锂离子电池的电子传导性能。
多孔碳是一种具有高比表面积和丰富孔结构的碳材料。
研究人员发现，多孔碳可以提供更多的储存空间，增加锂离子电池的能量密度。
同时，多孔碳还可以提高电池的离子传输速度，改善电池的充放电性能。
除了上述提到的材料，还有许多其他新型碳负极材料被研究人员关注和探索。
例如，石墨烯氧化物、碳纳米球、碳纳米棒等材料都具有一定的潜力。
这些材料在锂离子电池领域的应用前景非常广阔，有望进一步提高锂离子电池的性能。
新型碳负极材料的研究对于提高锂离子电池的性能具有重要意义。
通过改变材料的结构和性质，可以有效地提高电池的能量密度、循环稳定性和快速充放电性能。
随着研究的不断深入，相信锂离子电池的性能将会得到进一步的提升，为电子设备和能源领域的发展做出更大的贡献。
锂离子电池的负极材料
锂离子电池的负极材料锂离子电池是一种高效、环保的电池，广泛应用于移动电子设备、电动汽车等领域。
其中，负极材料是锂离子电池的重要组成部分，直接影响着电池的性能和寿命。
本文将从负极材料的种类、特点、优缺点等方面进行介绍。
一、负极材料的种类常见的锂离子电池负极材料主要有石墨、硅、锡、碳纳米管等。
其中，石墨是最常用的负极材料，因其价格低廉、稳定性好、容易加工等优点而被广泛应用。
硅、锡等材料具有更高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
碳纳米管则是一种新型的负极材料，具有优异的导电性和机械性能，但其制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
二、负极材料的特点1. 石墨：石墨是一种具有层状结构的材料，其层间距离为0.34nm，可以嵌入锂离子形成石墨锂化合物。
石墨具有较高的导电性和稳定性，但其比容量较低，只有372mAh/g。
2. 硅：硅是一种具有较高理论比容量的材料，其理论比容量可达4200mAh/g。
但由于硅材料在充放电过程中会发生体积膨胀，导致电池失效。
因此，目前硅材料的应用仍处于研究阶段。
3. 锡：锡是一种具有较高理论比容量的材料，其理论比容量可达994mAh/g。
但由于锡材料在充放电过程中也会发生体积膨胀，导致电池失效。
因此，目前锡材料的应用仍处于研究阶段。
4. 碳纳米管：碳纳米管是一种具有优异导电性和机械性能的材料，其比容量可达1000mAh/g。
但由于碳纳米管的制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
三、负极材料的优缺点1. 石墨：石墨具有价格低廉、稳定性好、容易加工等优点，但其比容量较低，只有372mAh/g。
2. 硅：硅具有较高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
3. 锡：锡具有较高的理论比容量，但由于其体积膨胀率较大，容易导致电池失效。
4. 碳纳米管：碳纳米管具有优异的导电性和机械性能，但其制备成本较高，目前仍处于研究阶段。
锂离子电池的负极材料是影响电池性能和寿命的重要因素。
碳纳米管复合锂电池负极材料及其制备方法
TECHNOLOGY AND MARKETVol.18,No.8,2011专利技术碳纳米管复合锂电池负极材料及其制备方法专利号：200810230097.X为了进一步提高锂离子电池的性能，需要从电极材料出发，研究开发出高性能的电极材料，实现锂郭子电池具有长循环寿命以及提高电池整体能量密度。
为了实现这两个目标，就需要提高锂离子电池负极循环性能和压实密度。
在锂离子电池负极极片制备过程中，负极材料需要压延处理以提高压密度进而提高其能量密度，但压延过大后，虽然压实密度提高较大，但同时电解液也很难在负极材料内渗透，从而造成锂离子在负极内难以输运，最终使锂离子电池性能劣化。
同时当前商品化的石墨负极材料，其颗粒尺寸较大，当在大电流充放电时，难以释放锂离子嵌入和脱出过程中产生的应力，导致在循环充放电过程中活性材料（石墨材料）表面破碎或从极片脱落，造成放电容量迅速下降。
同时石黑负极材料本身的导电性也较差，也限制了功率密度和循环寿命进一步提高。
为了解决上述问题，目前采用纤维状导电添加剂，如碳纳米管，纳米炭纤维等取代传统的乙炔黑或石黑粉添加剂。
将适量的碳纳米管引入电极材料中并实现均匀分散，将使得锂离子电池的功率密度和循环性能同时得到极大改善，具有很高的实用价值。
人们在锂电池电极材料中加入碳纳米管的方法：主要是将碳纳米管直接作为导电添加剂取代碳黑使用，都是将碳纳米管作为导电剂直接加到活性物质中，但是由于碳纳米管只是均匀分布在电极材料表面，未能在电极材料内部形成连续贯通的三维导电网络，所以限制了碳纳米管性能的充分发挥。
该项发明提供一种碳纳米管复合锂电池负极材料及其制备方法，解决现有技术中炭纳米管只能均匀分布在电极材料表面，在电极材料内部不能形成连续贯通的三维导电网络等问题。
其技术方案是：这种碳纳米管复合锂电池负极材料，其成分及含量范围如下：所述负极材料由碳纳米管与天然石墨或人造石黑或中间相炭微球组成，碳纳米管与天然石黑或人造石墨或中间相炭微球的重量比是（0.1~10）∶100最优范围是（0.5-5）∶100，该负极材料制备过程中将碳纳米管原位加入，碳纳米管在负极材料表面均匀分散，且在负极材料内部也均匀体相分散，形成连续贯通的三维碳纳米管导电网络。
锂离子电池碳负极材料研究进展
锂离子电池碳负极材料的研究进展赵永胜（河北工业大学化工学院应用化学系，天津 300130）摘要综述了锂离子电池碳负极材料中石墨化碳、无定形碳和碳纳米材料近几年的研究成果及发展方向，探讨了该类材料目前存在的问题及解决办法，对该类材料的发展趋势进行了展望。
关键词锂离子电池负极材料碳材料Research progress of carbon anode materials forlithium ion batteriesZhao Yongsheng（Department of Applied Chemistry，School of Chemical Engineering and Technology，Hebei University of Technology，Tianjin 300130）Abstract：The research achievements on three main aspects in the field of lithium ion battery carbon anode materials in recent years. Graphitized carbon,amorphous carbon,carbon nano-materials are summarized. The problems in these materials and the feasible methods to solve the problems are discussed. Finally, the developing trend of lithium ion battery carbon anode materials is prospected.Keywords：Lithium ion batteries；anode materials；carbon materials 自1991年日本索尼公司开发成功以碳材料为负极的锂离子电池（LixC6/LiX In PC-EC（1:1）/Li1-x CoO2）以来（LiX为锂盐），锂离子电池已迅速向产业化发展，并在移动电话、摄像机、笔记本电脑、便携式电器上大量应用[1]。
碳纳米管在锂离子电池负极材料中的应用研究进展
碳纳米管在锂离子电池负极材料中的应用研究进展作为一种新兴材料，碳纳米管因其优异的物理化学性质而受到了广泛的关注和研究。
在锂离子电池负极材料中的应用研究也是热门话题之一。
本文将对碳纳米管在锂离子电池负极材料中的应用研究进行系统的介绍。
一、锂离子电池的基础知识锂离子电池是一种高能量密度、长寿命、经济、环保的储能设备，在移动电子产品、电动汽车、储能系统等领域得到了广泛应用。
锂离子电池负极材料是储存电池负极储存能量的材料。
目前广泛应用的锂离子电池负极材料为石墨，但是石墨的容量、稳定性、安全性等方面都有不足之处，因此需要开发新的负极材料。
二、碳纳米管的基本性质碳纳米管是由碳元素构成的管状结构，直径在纳米尺度范围内，长度可达数百微米。
碳纳米管具有优异的导电性能、导热性能、机械强度和化学惰性等物理化学性质。
此外，碳纳米管还具有可调制的表面性质和形貌，可以通过改变表面官能团来改变性质。
另外，碳纳米管与锂离子电池负极材料有相似的晶体结构，因此有望成为理想的锂离子电池负极材料。
三、碳纳米管在锂离子电池负极材料中的应用研究3.1 纯碳纳米管早在2000年就有研究者探究了纯碳纳米管作为锂离子电池负极的应用研究。
碳纳米管具有优异的导电性能和化学稳定性，因此可以用作稳定的锂离子电池负极材料。
此外，纯碳纳米管作为负极材料可以实现高电容和低内阻的性能。
但是，纯碳纳米管在锂离子电池的循环过程中会出现体积扩大问题和表面积减小问题，因此需要进一步的改进和研究。
3.2 碳纳米管复合材料为了解决纯碳纳米管存在的问题，研究者开始将碳纳米管与其他材料进行复合。
例如，碳纳米管和碳纤维复合可以提高复合材料的导电性和强度，同时可以增加多孔性，提高锂离子的扩散速度。
除此之外，碳纳米管和金属氧化物、碳化物、石墨烯等其他材料的复合也在研究之中。
通过复合，可以充分发挥碳纳米管的优异性质，提高锂离子电池负极材料的性能。
3.3 碳纳米管氧化碳纳米管氧化后可以提高表面能，增加电化学活性，因此可以用作更好的锂离子电池负极材料。
锂离子电池负极材料
锂离子电池负极材料
锂离子电池是一种重要的充电式电池，其中负极材料是锂离子电池的关键部分之一。
负极材料的选择和性能直接影响着电池的性能和循环寿命。
目前常用的锂离子电池负极材料主要有石墨、硅负极材料、碳纳米管材料等。
石墨是目前锂离子电池中最常用的负极材料。
石墨负极具有很高的比容量和较低的电位，在锂离子电池中表现出良好的循环稳定性。
此外，石墨价格低廉且具备良好的导电性能，使得它成为锂离子电池的理想负极材料。
然而，石墨的容量有限，无法满足现代电子消费品对高容量电池的需求。
因此，研究人员正在寻找新的负极材料来替代石墨。
硅负极材料是一种潜在的替代石墨负极的材料。
相比于石墨，硅具有更高的比容量，可以存储更多的锂离子，因此可以提供更高的电池容量。
然而，硅负极的应用也面临着一些挑战。
硅材料在嵌锂过程中容易发生膨胀和收缩，导致电池结构的破坏和容量衰减。
因此，研究人员正在开发新的硅复合材料，如硅/石墨复合材料和硅基纳米结构材料，以提高硅负极的循环稳定性和容量。
碳纳米管也是一种有前景的锂离子电池负极材料。
碳纳米管具有优异的导电性能和化学稳定性，能够促进锂离子的嵌入和脱出，从而提高电池的循环稳定性和容量。
此外，碳纳米管材料还具有高载流量和高电解质的透气性，能够提高电池的功率密
度和循环寿命。
总体而言，锂离子电池负极材料的研究和发展是为了提高电池的能量密度、循环稳定性和安全性。
未来，随着科技的进步，我们可以期待新的负极材料的开发和应用，为电池技术的发展带来更大的突破。
锂离子电池碳纳米管复合负极材料的进展_符冬菊
第43卷第4期2013年8月电池BATTEＲY BIMONTHLY Vol.43，No.4Aug.，2013作者简介：符冬菊(1977－)，女，山西人，深圳清华大学研究院助理研究员，博士，研究方向:新能源材料，本文联系人;陈建军(1965－)，男，湖南人，深圳清华大学研究院教授，研究方向:能源化学;檀满林(1980－)，男，安徽人，深圳清华大学研究院副研究员，研究方向:新能源材料;马清(1980－)，男，湖北人，深圳清华大学研究院博士后，博士，研究方向:能源化学。
基金项目：深圳市基础研究资助项目(JCYJ20120619140233056，JCYJ20120619140209259)，深圳市能源存储与转化平台(CXC201104220014A )锂离子电池碳纳米管复合负极材料的进展符冬菊，陈建军，檀满林，马清(深圳清华大学研究院，深圳市锂电池活性电极材料工程实验室，广东深圳518057)摘要：综述了碳纳米管(CNT )及复合材料在锂离子电池负极中的研究进展，重点论述了合金/CNT 复合负极材料结构设计与制备方法的进展。
CNT 不仅缓冲该复合材料在嵌脱锂时的体积变化，形成的三维导电网络还可提高材料的倍率性能和循环寿命。
展望了CNT 复合负极材料的研究前景。
关键词：锂离子电池;碳纳米管(CNT );负极材料中图分类号：TM912.9文献标识码：A文章编号：1001－1579（2013）04－0242－03Progress in carbon nanotube based compositeanode materials for Li-ion batteryFU Dong-ju ，CHEN Jian-jun ，TAN Man-lin ，MA Qing（Ｒesearch Institute of Tsinghua University in Shenzhen ，Shenzhen Engineering Laboratory of Active Electrode Material in Lithium Batteries ，Shenzhen ，Guangdong 518057，China ）Abstract ：Ｒesearch progress in carbon nanotube （CNT ）based composite anode materials for Li-ion battery was reviewed.The pro-gress in structure design and preparation method of alloy /CNT composite anode materials was T was acted as a me-chanically stable buffer to accommodate the volume effect during cycling ，the rate performances and cycle life of the material could be improved by 3-dimensional conductive network formed by CNT.A prospect for research developments in CNT based composite anode materials was proposed.Key words ：Li-ion battery ；carbon nanotube （CNT ）；anode material负极材料作为关键材料之一，对锂离子电池性能的提高起着重要的作用。
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溶剂化 Ｌ ｉ嵌入 引起石墨层剥离 ， 造成负极材料损坏 。Ｃ ｓ ＮＴ 掺
图 １图 ２ 、 分别是 添加 Ｃ ｓ 、 ＮＴ 前 后的首次 充放 电曲线及 不 同 Ｃ Ｔ 含量 的负极材料的首次充 、 电容量和效率 。 Ｎｓ 放
杂到石墨的缝隙 中， 起到桥梁 作用 ， 增强 了材 料的导 电性 ， 减轻
ｂ ９ ４ ｍＡｌ ｇａ ｄ ４ １ｍＡｈ ｇ，ｒｓｅ ｔ ｅｙ Ｔｈ ａ ａｉｉ ｄｎ ｔｄ ｃｅｓ ｆｅ ０ｃ ｃｅ ，ｄ ｅ ｔ ｈ ｒｅｓｅ ｉｃｓ ｒ ｃ ｙ２ ． ｒ ｎ ５． ／ ／ ｅｐ ｃｉ ｌ． ｅｃ ｐ ｃｔ ｓｄ ｏ ｅ ｒａｅ ａｔｒ２ ｙｌｓ ｕ ｏ ｔｅｌ ｇ ｐｃｆ ｕ ａｅ ｖ ｅ ｉ ａ ｉ ｆ
１ 实验
实验采用 Ｓ ８型球形 石墨样 品（ Ｇ１ 深圳产 ） 由鳞片石 墨经 ，
＋Ｅ （：：， 比） ＭＣ １１１质量 为电解液 ，ｅ ａ ０ 为 隔膜 ， 充满 Ｃｌ ｒ ２ ０ ｇｄ４ 在 氩气的手套箱 里组 装实 验 电池。电化 学性 能测试 采用 Ｄ ．ｃ ｃ５ 电池性能测试仪 （ 上海产）对 电池进行恒流充放电实验 ， ， 电流密
多级粉碎 、 整形分级后得到。炭黑 为 ｓｐｒ （ 士产） ｕｅ Ｐ瑞 － 。添加剂 碳纳米管为多壁 Ｃ Ｔ（ Ｎｓ 深圳产）主要性能指标见表 １ ， 。 电化学 性能测试采用双 电极实 验 电池 ， 制备方法 为 ： 负 将
作者简介 ：
度为 ０５ｍ ／ｍ ， ． Ａ ｃ 电压范围为 ２００ ．０ ， ．０ —００ １ 数据由计算机 ｖ
８ ９ ７ ９
表 ２列 出了不 同 Ｃ ｓ ＮＴ 与导电剂炭黑的含量（ ４量６ ８ 负 质 比） ６ 对
极 材料充放 电性能的影响 。
５ ６ ２ ０
率为 ９ ．％，Ｎ ｓ ６ １ Ｃ Ｔ 使负极材料电化学性能得到提高。
’
”
Ｃ ｓ ＮＴ 具有较 高的储锂容量 ， 首次放 电容 量达 ６ ４ ｍ ｈ ５ Ａ ／ ，
其层间距 （ ０ ） ０３ ８ｎ 较石墨 的层 间距 （ ．３ ｍ） ｄｏ 为 ．４ ｍ， ２ ０ ３ ５ｎ 更大 ， 更有利于 Ｌ ｉ 的嵌 脱【 。对 比图 ｌ的充放 电曲线 ， 以看 出添 可
” ９ ５ １ ６ Ｔ ｂｅ２ Ｅｅ ｔｏｈ ｍｉ ｅｆｒ ｎ ｅｏ ｎ ｄ ｔｒａ ｔ ｉ－ ａ ｌ ｌｃｒｃ ｅ ｃ ｐ ｒｏ ｍａ ｃ ｆａ ｏ ｅｍａｅｉｌ ｗｉｈ ２ｆ ｌ ａ ｓ２ ７ ｄ ２
２．ＢＴＲ Ｅｎ ｒ ｙ Ｍａ ｅ ｉ ｌ Ｃ ， Ｌ ｄ． ｅｇ ｔｒ ｓ ｏ． ａ ｔ ，Ｓ ｅ ｚ ｅ ｈ ｎ ｈ ｎ， Ｃｕ ｎ ｄ ｎ １ ０ ５ Ｃ ｉ ａ； ａ ｇ ｏ ｇ ５ ８ ５ ， ｈｎ
３ ｈｎ ｄ ｎｔ ｕｅｆ Ｏ ｇ ｎ ｈｍｉｒ ，Ｃ ｉｅ ｃｄ ｍ ｃ ｎｅ，Ｃ ｅｇ ｕ ｉ ｕｎ６ ０ ４ ，Ｃ ｉａ ．Ｃ ｅｇ ｕｌｓ ｔ ｏ ｒａ ｉ Ｃ ｅ ｓ ｙ ｈｎｓ Ａ ａｅ ｙｏ Ｓｉ ｃ ｈ ｃ ｔ ｅ ｆ ｅ ｓ ｈｎ ｄ ，Ｓｃ ａ １０ １ ｈｎ ） ｈ
表 ２ 不同含量 Ｃ Ｔ 负极材料 的电化学性 能 Ｎｓ
ｆｒ ｎ ｍｏ ｎ ｓｏ ＮＴｓ ｅｅ ｔ ａ ｕ ｔ ｆＣ
０ ３ ３ ４
但库仑效率较低 ， 是 由于 Ｃ Ｔ 独特的开 口管状 结构 可以 Ｊ 这 Ｎｓ 储锂 ，Ｎ ｓ Ｃ Ｔ 的碳 网具有类 似石 墨的层 状结 构 ， 以层 间储 锂 ， 可
了电极的 极化 ， 免 了石 墨在 充 放 电过 程 中产 生 的 “ 岛效 避 孤
应”６。Ｃ Ｔ 具有很大的 比表面积 ， ＿ Ｊ Ｎ ｓ 形成 Ｓ Ｉ Ｅ 膜消耗 的 Ｌ ｉ较
多， 首次循环效率较低 。由图 ２ 可知 ， 随着 添加量的增 加 ， 负极 材料的首次充 电容 量和 放 电容 量 均增 加 ， 首次 库仑 效 率下 而 降 。Ｃ Ｔ 表面活性较高 ， 电极 时不易分散 ， 添加量加大 Ｎｓ 制备 在 时表现得更 为明显 ， 添加量增加到 ３ ％时 ， 放电容量反而有所 充 降低 ， 这是因为 Ｃ Ｔ 加入量过 大 ， Ｎｓ 相互缠绕 ， 不易分散 ， 未能发 挥其有效 作用。
４ ３ ９ ７
ｓ
充放曼 放充放充放 ａ 充 ｃ电电电电电电电
１ ６ ２ ８
７ ３ １ ５
２ ３ ４ ８
加Ｃ Ｔ后， Ｎ ｓ 嵌锂电位提高。Ｃ Ｔ 的纳米级空洞储锂机制在发 Ｎｓ
挥作用 ， 储锂电位较 石墨 的层 问储 锂电位更 高 。Ｃ Ｔ 的管径 Ｎｓ
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第 ３卷 ６
２０ ０ ６年
第１ 期
２月
电
池
Ｖ ０ ． ６．Ｎｏ １ ３ １ ．
ＢＡＴＴＥＲＹ Ｂ Ｍ ＯＮＴＨＬＹ Ｉ
Ｆ ｂ ，０ ６ ｅ ．２０
王贵欣文章中是在钛酸锂中加入碳纳米管作为导电剂，百分之六是理想的加入 量。
仅为纳米级 尺寸 ， 与管 之 间相 互 交错 的缝 隙也是 纳 米数 量 管
４ ２ ２ ７
４ ５ ３ ７
０ ７ ０ ０ ６ １ ７ ７
级， 这种特殊 的结构 ， Ｌ 的嵌 入深度小 ， 程短 ，ｉ不但嵌 使 ｉ 过 Ｌ＋ 入到管内各处 ， 而且 可 以嵌 入到 管 间的缝 隙 中［ 还 可防 止因 ；
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第 １ 期
张 万红 ， ： 等 碳纳米管用于锂 离子电池 负极材料
弛 ０ ４
５ ８
弛
２ 结果与讨 论
３ ０ ４ ５
未添加 Ｃ ｓ ＮＴ 的负极材料 充 电容量 为 ３ ０ ６ｍＡ ／ ， ４ ． ｈ 充放 电效
碳 纳 米管 用 于锂 离 子 电池 负极 材 料
张万红 方 亮 岳 ， ， 敏 于作龙 。 ， ，
（． １ 西安交通大学材料 科学与工程学院 ， 西 西安 ７０４ ； ２ 深圳 市贝特瑞 电子材料 陕 １ ９ ０ ．
有限公司， 广东 深圳 ５８５ ； ３ 中国科学院成都有机化学研究所， １０５ ． 四川 成都 ６０４） １０ １ 摘要： 采用碳纳米管（ Ｎ ｓ作为锂 离子电池负极材料的添加弃 ， ｃ Ｔ） ３测试了负极材料的电化学性能。结果表明： 添加２ 质量 ％（
３ 结论
碳 纳米管 （ Ｎ ｓ 为添加剂 与石墨形成 的复合碳 负极材 Ｃ Ｔ） 作 料， 提高 了电池的充、 放电容量 和循环稳定 性 ， 对首次循 环效率
Ｃａ ａ ｉ ／ ｐ ｃ ｔ ｍＡｈ－ ｙ ｇ
比） Ｃ ｓ使 负极 材料 的首 次充、 的 ＮＴ ， 放电容量分别提 高 ２ ． ｈ ｇ ４ ． ｍＡ ／ ， ２ ９ ４ｍＡ ／ 和 ５ １ ｈ ｇ 经 ０次循 环 ， 容量 采见衰减。这 是 由 于 Ｃ Ｔ 具有较 大的比表面积和较高的储 锂能力。 Ｎｓ 关键词 ： 离子 电池 ； 负极材料 ； 碳 纳米管； 电化 学性能 锂 中圈分类号 ： Ｍ９ ２ ９ Ｔ １ ． 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ：０ １ ５ ９ ２０ ｝ １ ０ ０— ２ １０ —１７ （０ ６ ０ —０５ ０
本文作者采 用 Ｃ Ｔ 作为添加剂与天然石墨混合制各负极 Ｎ ｓ
材料 ， 考察了电池的性能。
空干燥 ２ 后 ， ４ｈ 辊压成厚 度约 ６ ｍ的电极 。 用冲孔机 打出 ５ ｇ 使
圆形 电极片 ， 以金属锂片作为对 电极 ， ｍｏ ＬＬＰ ６ Ｅ １ ｌ ｉＦ／ Ｃ＋Ｄ ／ ＭＣ
采集 ， 充放 电温度 为室 温。
张万红（９ ６ ， 河南人 ， １ ６ 一） 男， 西安 交通 大学材料科学与工程学 院博士生 ， 究方 向： Ｓｆ 电池 负极材料 ， 研 锂 ｇ－ 本文联 系人 ； 方 亮（９ ７ ， 浙江人 ， １ ５ 一） 男， 西安 交通 大学材料科学与工程学 院教 授 ， 究方 向： 研 新材 料岢备 与表征 ； 】 岳 敏 （９ ２ ， 四川人 ， ｇ 市贝特瑞 电子材料有限公 司总经理 ， １７ 一） 男， ￣－ ｔ ｌ 总工程师 ， 研究方向 ： 离子 电池 负极材料 ； 锂 于作龙（９ ０ ， 吉林人 ， １４ 一） 男， 中国科学 院成都有机化 学研究所研究员 ， 究方 向： 研 催化化 学及功 能材料 。
ａ ￣ ． ｎ ｉ ｈ ｌ ｈ ｕ ｉ ｔｒ ａ ｔ ｎ ｃ ｐ ｃｔ ｆＣ ｒ １ ｄ ｈ ｇ ｉ ｉ ｍ ｎ ｅ ｃ ｌ ｉ ａ ａ ｉ ｏ ＮＴ ． ａ ｔ ａ ｏ ｙ ｓ
Ｋｅ ｒ ｓ Ｌ－ ｎ ｂ ｔ ｒ ； ａ ｏ ｅｍ ｔｒ ｌ ｃ ｒｏ ａ ｏｕ ｅ ； ｅ ｃｒ ｈ ｍｉ ｒｐ ｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉｏ ａｔ ｙ ｉ ｅ ｎ ｄ ａ ｌ ； ａｂ ｎ ｎ ｎ ｔｂ ｓ ｅａ ｌ ｔ ｃ ｅ ｃ ｐｏ ｅ高电池 的充放 电容量 和循 环稳 定性 ， 有利 缺点是 首 次
充放电效率较低 使 Ｃ ｓ ２， ＮＴ 直接作 为锂离 子电池负极材 料 ， 在 应用 中受到限制。
极 活性物质与水基粘结剂丁苯橡胶乳 （Ｂ ） Ｓ Ｒ 和添加剂 羧甲基纤
维素（ ＭＣ 混合制浆 ， 于 １ ｔ 厚的铜 箔上 ， １０℃下 真 Ｃ ） 涂 ５ｔ ｍ 在 ０