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碳納米管和石墨烯，在鋰電池應用中誰更勝一籌？

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構、具有良好的導電和導熱特性，因此在鋰離子電池應用中具有巨大的潛能。那么，在鋰電池應用方面，碳納米管和石墨烯，誰更具有優勢呢？

碳納米管

碳納米管的sp²雜化結構以及高的長徑比為其帶來了一系列優異性能，這種特殊的微觀結構使得鋰離子的嵌入深度小、行程短及嵌入位置多，同時因碳納米管導電性能很好，具有較好的電子傳導和離子運輸能力，因此其作鋰離子電池負極材料有明顯優勢。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、循環性能較差等缺點。

石墨烯

石墨烯粉體是由微米級大小、導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行非化學計量比的嵌入-脫嵌，石墨烯的表面官能團、層間的缺陷等也可為鋰離子提供更多的存儲空間。石墨烯作為負極存在庫倫效率低、電壓滯后等問題，難以直接作為負極材料使用。

作為導電劑應用

電池導電劑是電池正負極材料、電池互聯的關鍵輔助材料，對電池的充放電次數、功率性能產生很大影響。

碳納米管

碳納米管為一維管狀結構，碳環還可形成共軛效應，少量的添加就可形成充分連接活性物質的導電網絡，有利于提高電池的容量和循環穩定性。碳納米管良好的導熱性有助于電池的散熱，減輕內部極化，因此可提高電池的高低溫性能和安全性，延長壽命。

碳納米管作為導電劑，存在兩個問題：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，金屬雜質容易氧化并在負極表面析出，導致電池內部微短路，自放電嚴重，甚至引起安全事故；碳納米管之間強烈的范德華力，導致在活性物質中的均勻分散困難，阻礙了導電性能的發揮。

石墨烯

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