碳納米管材料在鋰離子電池陽極的應用

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碳納米管材料在鋰離子電池陽極的應用

鋰離子電池主要由陽極、陰極、電解質3個部分組成。目前，很多商業級鋰離子電池的陽極是由石墨碳制成的。石墨中六角形結構的碳原子鏈的膨脹率低，因此經過多次充放電循環后仍然能維持其電荷量。但是，石墨陽極的電荷容量相對較低。

理論上，鋁、錫、銻等金屬陽極的電荷容量優于石墨，這些金屬與鋰形成合金，可以儲存更多的電荷。但是，在這一過程中陽極金屬有一定的消耗（粉化現象），并且結構遭到破壞，無法重復使用，因此不能被用于充電電池。

作為石墨的一種同素異形體，碳納米管（CNTs）因為具有獨特的原子結構（由石墨片結構組成的一維圓柱形小管）、高電導率（在26.85℃/300K的溫度條件下，單壁碳納米管（SWCNTs）的導電率為106S/m，多壁碳納米管（MWCNTs）的導電率大于105S/m，具有低密度、高剛度和高的抗拉強度等特點，被公認為是一種優良的鋰電池陽極材料，相比石墨電極，CNTs的容量更高，且沒有金屬電極的粉化現象，所以是商業級鋰離子電池石墨陽極的良好替代品。

遺憾的是，CNTs的發現較晚，其生產方法與工藝尚未成熟，無法大規模地生產出直徑、層數、長度和電子屬性等達到期望值的碳納米結。

刊名：Journal of Power Sources（英）

刊期：2012年第208期

作者：Charles de las Casas et al

編譯：郭章勇