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碳納米管和石墨烯，在鋰電池應(yīng)用中誰更勝一籌？

碳納米管和石墨烯等新型碳材料由于具有特殊的一維和二維柔性結(jié)構(gòu)、具有良好的導(dǎo)電和導(dǎo)熱特性，因此在鋰離子電池應(yīng)用中具有巨大的潛能。那么，在鋰電池應(yīng)用方面，碳納米管和石墨烯，誰更具有優(yōu)勢(shì)呢？

碳納米管

碳納米管的sp²雜化結(jié)構(gòu)以及高的長(zhǎng)徑比為其帶來了一系列優(yōu)異性能，這種特殊的微觀結(jié)構(gòu)使得鋰離子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多，同時(shí)因碳納米管導(dǎo)電性能很好，具有較好的電子傳導(dǎo)和離子運(yùn)輸能力，因此其作鋰離子電池負(fù)極材料有明顯優(yōu)勢(shì)。但碳納米管作為電極材料存在首次效率較低、電壓滯后、無放電平臺(tái)、循環(huán)性能較差等缺點(diǎn)。

石墨烯

石墨烯粉體是由微米級(jí)大小、導(dǎo)電性能良好的石墨烯片層搭接而成。鋰離子在石墨烯材料中可進(jìn)行非化學(xué)計(jì)量比的嵌入-脫嵌，石墨烯的表面官能團(tuán)、層間的缺陷等也可為鋰離子提供更多的存儲(chǔ)空間。石墨烯作為負(fù)極存在庫(kù)倫效率低、電壓滯后等問題，難以直接作為負(fù)極材料使用。

作為導(dǎo)電劑應(yīng)用

電池導(dǎo)電劑是電池正負(fù)極材料、電池互聯(lián)的關(guān)鍵輔助材料，對(duì)電池的充放電次數(shù)、功率性能產(chǎn)生很大影響。

碳納米管

碳納米管為一維管狀結(jié)構(gòu)，碳環(huán)還可形成共軛效應(yīng)，少量的添加就可形成充分連接活性物質(zhì)的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，有利于提高電池的容量和循環(huán)穩(wěn)定性。碳納米管良好的導(dǎo)熱性有助于電池的散熱，減輕內(nèi)部極化，因此可提高電池的高低溫性能和安全性，延長(zhǎng)壽命。

碳納米管作為導(dǎo)電劑，存在兩個(gè)問題：合成過程中殘留有金屬催化劑，在電池的高電位的充放電過程中，金屬雜質(zhì)容易氧化并在負(fù)極表面析出，導(dǎo)致電池內(nèi)部微短路，自放電嚴(yán)重，甚至引起安全事故；碳納米管之間強(qiáng)烈的范德華力，導(dǎo)致在活性物質(zhì)中的均勻分散困難，阻礙了導(dǎo)電性能的發(fā)揮。

石墨烯

石墨烯是目前高性能的導(dǎo)電劑，石墨烯用作導(dǎo)電劑具有“至柔至薄至密的特點(diǎn)”，石墨烯可以為電極正負(fù)極活性物質(zhì)顆粒提供大量的導(dǎo)電接觸位點(diǎn)，并且石墨烯材料為自然界已知導(dǎo)電率最高的材料。相比于傳統(tǒng)的導(dǎo)電劑，石墨烯導(dǎo)電劑能更有效的降低正負(fù)極材料顆粒間的接觸阻抗并提升整體電極的導(dǎo)電性能。