碳纳米管应用于锂电负极材料的机遇与挑战

碳纳米管应用于锂电负极材料的机遇与挑战



碳纳米管( CNTs) 是由石墨片层卷曲而成的圆柱形结构，较大的层间距使Li+更容易嵌脱，管状结构在反复充放电过程中不会崩塌，有利于提高电池的充放电容量和循环稳定性，缺点是首次充放电效率较低，使碳纳米管直接作为锂离子电池负极材料, 在应用中受到限制。



通过与现有的主流锂电负极材料-石墨形成复合碳负极材料，可以克服碳纳米管单独作为负极材料的缺点。较小的纳米材料填充较大的石墨颗粒孔隙，可形成良好的导电网络；碳纳米管的管状结构和大的比表面积，能够吸收和储存电解液，并改善电极抵抗破坏的能力，提高了负极材料的综合电化学性能。而且复合负极中碳纳米管添加量一般不超过5%，成本上更容易接受。



但碳纳米管表面活性较高，制备电极时不易分散，在添加量加大时表现得更为明显。为了充分利用单根碳纳米管的性质，需要将碳纳米管均匀地分散在石墨材料中。通常分散碳纳米管的方法包括物理方法和化学方法。利用剪切混合、研磨、汽蚀等方法，可以将碳纳米管有效地分散在液体或熔融物质中。通过表面活性剂的加入或表面修饰方法，也可以改善碳纳米管和分散剂之间的相互作用，从而实现最大程度的分散。



目前碳纳米管导电浆料已有商品销售，碳纳米管含量一般为1-5%，分散剂为0.2-1.3%，溶剂为93-98%的甲基吡咯烷酮或者水。该商品导电浆料可提高电池的放电性能和延长循环寿命。



碳纳米管用作锂电负极导电剂的商业应用受到传统导电剂——导电炭黑和新型添加剂——石墨烯的双重挑战。目前的研究表明，石墨烯添加剂可以大幅度提高负极材料的电容量和大倍率充放电性能。亚化咨询认为，充分发挥锂电负极材料各种添加剂的优点，研究出碳纳米管、导电炭黑和石墨烯在锂电负极中的最佳配比，实现成本和性能最优化方案，将是下一阶段锂电负极行业研究的重要方向。



2012中国锂电负极材料研讨会将于8月23-25在山东青岛召开，来自南昌大学（宜春）锂电及新能源汽车研究院的专家将出席会议，并做题为“碳纳米管及其在锂离子电池中的应用”的大会报告。

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