石墨纳米笼的表面改性研究+文献综述(4)
An等[4-7]研究了用电弧法合成的SWNTS用作ECS电极材料的性能，考察了其受粘结剂、炭化温度、集电极、充电时间、放电电流密度等因素的影响。用镍箔作集电极，715 mol/L的KOH为电解液，在0.9V时，获得最大比电容量180F/g，功率密度为20kw/kg，能量密度为 6.5~7 Wh/kg，表现了良好的电双层特性。Fraekowiak等[2-5]用KOH活化后的MWNTs制成ECs 电极(操作过程同上)，以溶解在乙睛中的 114mol/L四乙基四氟化硼酸钱盐 (TEABF4)为电解液，比电容量为65F/g，比未活化前的15 F/g有了较大提高，而且当扫描速度为 2mV/s和 10mV/S时，活化CNTs在有机电解液中表现出良好的充放电性能，近似于理想的方形电压电流扫描曲线。江奇等(28)用化学气相沉积法制出CNTs，在1.23K用KOH活化，取80(wt)%的活化CNTs与10(wt)%的乙炔黑和10(wt)%的聚偏氟乙烯粘结剂作ECs电极，铝箔为集电极，溶解在乙烯碳酸酷(EC)和二乙基碳酸酷(DEC)(V(EC):V(DEC)=1:1)中的1mol/L LiClO4为电解液，在298K下，充放电电压为0~3 V，充放电电流密度为313 A/m2，获得CNTs的比电容量比未处理的CNTs多1倍，达50 F/g。
不同方法制备出的碳纳米管由于微观结构、形态存在较大的差别，再加上电极成型工艺、所用电解液体系和测试方法等的不同，电容性能差别很大。目前的研究多集中在碳纳米管的制备方面，针对其微观结构与电化学性能的关系等理论问题的研究较少，还缺乏清晰的认识，今后应加强这方面的工作以指导碳纳米管的制备和筛选。碳纳米管比表面积小，比容量偏低。化学活化可以显著提高其比表面积，增大其比电容。将碳纳米管与准电容材料金属氧化物或导电聚合物复合，可以发挥各自的优势，弥补不足，并产生协同效应，从而得到低成本、高性能的复合电极材料，将是今后发展的一个方向。
(3) 此外碳纳米管应也用于锂离子电池中，主要集中于将其作为电极材料的导电添加剂或直接作为自支撑电极材料使用。近几年，关于碳纳米管应用于锂电的研究报道非常多，总体而言，碳纳米管对于锂离子电池的作用是通过将锂离子稳定在碳纳米管表面或内部来增强锂离子的有效扩散效果。另外，实验证明锂离子完全可以插入到多壁碳纳米管的管壁处或单壁碳纳米管的管束之间来进行充放电反应，因此通过理论计算得到的单壁碳纳米管可逆充放电电容值超过1116 mAh/g[9]。
与传统碳类导电添加剂相比，碳纳米管作为导电剂加入进锂离子电池的阴极或阳极具有非常明显的优势。碳纳米管的室温电导率达5105 S/m，且长径比大于10000，使得其导通阈值远低于其他碳类导电添加剂。单壁碳纳米管含量只需 0.2 wt %就可以达到导通作用[3]。更重要的是，通过加入碳纳米管可以显著提高锂电池的稳定性，增加其使用寿命。
2010 年，Liu等[10]通过溶胶凝胶-煅烧工艺合成出了多壁碳纳米管/LiMn2O4复合材料作为正极用于锂离子电池。组装成的电池比电容最高可达72 mAh/g（0.5 C），且循环充放电20周后性能只损失 1 %，远小于纯LiMn2O4电极所制电池9 %的损耗。
除了作为导电添加剂，将碳纳米管宏观体直接用作锂电池电极材料的研究也是近期的热点之一。由于碳纳米管宏观体的制备已经相对成熟，各种结构的碳纳米管宏观体，如阵列、巴基纸等结构均具有一定的力学性能和优秀的电学性能，可作为自支撑电极材料用于锂离子电池的电极材料，这种电极的优点在于可将无活性的铜箔负集流体完全去掉，使锂电池的可用电容值显著高。电容值为300 mAh/g的自支撑碳纳米管电极锂离子电池，其可用电容值是300 mAh/g，若在电极两侧加入铜箔，由于铜箔没有任何电化学活性却占用相当大的质量，因此其可用电容值只有 160 mAh/g。除此之外，去除铜箔还可以保证电池充电时的起始电位近乎于零[12]。