碳纳米管材料在锂离子电池阳极的应用



碳纳米管材料在锂离子电池阳极的应用

锂离子电池主要由阳极、阴极、电解质3个部分组成。目前，很多商业级锂离子电池的阳极是由石墨碳制成的。石墨中六角形结构的碳原子链的膨胀率低，因此经过多次充放电循环后仍然能维持其电荷量。但是，石墨阳极的电荷容量相对较低。

理论上，铝、锡、锑等金属阳极的电荷容量优于石墨，这些金属与锂形成合金，可以储存更多的电荷。但是，在这一过程中阳极金属有一定的消耗（粉化现象），并且结构遭到破坏，无法重复使用，因此不能被用于充电电池。

作为石墨的一种同素异形体，碳纳米管（CNTs）因为具有独特的原子结构（由石墨片结构组成的一维圆柱形小管）、高电导率（在26.85℃/300K的温度条件下，单壁碳纳米管（SWCNTs）的导电率为106S/m，多壁碳纳米管（MWCNTs）的导电率大于105S/m，具有低密度、高刚度和高的抗拉强度等特点，被公认为是一种优良的锂电池阳极材料，相比石墨电极，CNTs的容量更高，且没有金属电极的粉化现象，所以是商业级锂离子电池石墨阳极的良好替代品。

遗憾的是，CNTs的发现较晚，其生产方法与工艺尚未成熟，无法大规模地生产出直径、层数、长度和电子属性等达到期望值的碳纳米结。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2012年第208期

作者：Charles de las Casas et al

编译：郭章勇