碳材料家族相当古老，从钻木取火的石器时代到科技发达的信息时代，碳材料与人类生活密切相关，贯穿人类历史发展的始终。随着现代纳米技术的进步，古老的碳材料家族又有很多新鲜血液诞生，比如炭黑、石墨烯、富勒烯、碳纳米管、石墨炔、碳纳米点、多孔碳、碳纳米纤维……

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纳米碳材料具有极高的载流子迁移率、优异的导电性、极高的热导率、超强的力学性能和独特的透光性，在航空航天、国防军工、节能环保、电子信息、智能家居和生物医疗等领域有着重要的应用前景。

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在锂电领域，纳米碳材料家族“明星”成员们也可以大展拳脚。锂离子电池的电化学性能很大程度上取决于电极材料的成分、微结构和形貌。从石油焦开始，到石墨电极出现，再到商业化石墨的普及，碳材料在锂离子电池构成中有着重要的地位。随着人们对锂离子电池性能要求的不断提高，传统的碳材料逐渐难以满足实际应用需求。新型纳米碳材料出现后，人们发现这些纳米碳材料在锂离子电池中可以有重要应用。比如高比表面积能够为锂离子提供更多的储锂位点、缩短锂离子的传输路径从而改善锂离子的扩散和脱嵌速率、提高碳材料的电子转移速率等。纳米碳材料多元化的性能更是让其在锂离子电池的应用研究中成为一个热点。

纳米碳材料的应用

导电网络的构建

构建优异的电子传输网络对锂离子电池至关重要。纳米碳材料电子迁移率高，是电子的良导体。如何在电极内部、电极与外电路之间构建完善的电子传输网络是纳米碳材料在锂离子电池应用中的核心问题之一。如图1所示，依据电子的迁移路径，构建导电网络包含涂炭集流体、导电添加剂、碳包覆/负载活性材料三种途径。

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小结

纳米碳材料的发展为设计适合锂离子电池的新型储能材料提供了机会。它们作为新型碳材料具有许多独特的性能，包括独特的形貌结构、高比表面积、低扩散距离、高电导率和离子导电性能、可控的合成和掺杂等优点。因此，纳米碳材料在高可逆容量、高功率密度、长循环稳定性和高安全性锂离子电池中具有较大的应用前景。不过，纳米碳材料也普遍存在首次库仑效率低、电压滞后等缺点，作为新型材料其在实际应用中仍然面临一些问题与挑战，距离真正的规模化应用还有一段路要走。