碳纳米管和石墨烯等新型碳材料由于具有特殊的一维和二维柔性结构、具有良好的导电和导热特性，因此在锂离子电池应用中具有巨大的潜能。那么，在锂电池应用方面，碳纳米管和石墨烯，谁更具有优势呢？


在负极材料中的应用


碳纳米管


碳纳米管的sp2杂化结构以及高的长径比为其带来了一系列优异性能，这种特殊的微观结构使得锂离子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多，同时因碳纳米管导电性能很好，具有较好的电子传导和离子运输能力，因此其作锂离子电池负极材料有明显优势。但碳纳米管作为电极材料存在首次效率较低、电压滞后、无放电平台、循环性能较差等缺点。


石墨烯


石墨烯粉体是由微米级大小、导电性能良好的石墨烯片层搭接而成。锂离子在石墨烯材料中可进行非化学计量比的嵌入-脱嵌，石墨烯的表面官能团、层间的缺陷等也可为锂离子提供更多的存储空间。石墨烯作为负极存在库伦效率低、电压滞后等问题，难以直接作为负极材料使用。


作为导电剂应用


电池导电剂是电池正负极材料、电池互联的关键辅助材料，对电池的充放电次数、功率性能产生很大影响。


碳纳米管


碳纳米管为一维管状结构，碳环还可形成共轭效应，少量的添加就可形成充分连接活性物质的导电网络，有利于提高电池的容量和循环稳定性。碳纳米管良好的导热性有助于电池的散热，减轻内部极化，因此可提高电池的高低温性能和安全性，延长寿命。


碳纳米管作为导电剂，存在两个问题：合成过程中残留有金属催化剂，在电池的高电位的充放电过程中，金属杂质容易氧化并在负极表面析出，导致电池内部微短路，自放电严重，甚至引起安全事故；碳纳米管之间强烈的范德华力，导致在活性物质中的均匀分散困难，阻碍了导电性能的发挥。


石墨烯


石墨烯是目前高性能的导电剂，石墨烯用作导电剂具有“至柔至薄至密的特点”，石墨烯可以为电极正负极活性物质颗粒提供大量的导电接触位点，并且石墨烯材料为自然界已知导电率最高的材料。相比于传统的导电剂，石墨烯导电剂能更有效的降低正负极材料颗粒间的接触阻抗并提升整体电极的导电性能。


何海勇简介


何海勇，博士，中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员。2012 年毕业于国家纳米科学中心获得博士学位。2017 年进入中科院宁波材料所工作，并入选中国科学院“百人计划”。长期从事纳米电极材料的设计、制备与性能调控开展研究工作，尤其专注于电极材料内部微结构和表/界面性质调控的研究，为纳米电极材料的发展提供理论和实验依据。迄今为止在国际著名学术期刊发表论文26篇。参与国家重点基础研究发展计划（973计划）新加坡国立基金会、新加坡教育部和南洋理工大学的研究项目。


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