?鋰離子電池是電池市場上最具活力和增長最快的電池產(chǎn)品，2015年的年銷售總額達到100億美元。從發(fā)展趨勢來看，電池制造商面臨的主要挑戰(zhàn)一直是消費者對更大的能量密度的持續(xù)需求，無論是體積能量密度還是重量能量密度。

　　1991年，索尼將18650型電池應(yīng)用于消費類電子產(chǎn)品，開啟了鋰離子電池的商業(yè)化生產(chǎn)序幕。從那時起，鋰離子電池能量密度每年增長3 4%，在過去25年里，總計增加大約2.5倍的能量密度。其中大量的改善是通過優(yōu)化電池組件，而不是電池活性物質(zhì)來實現(xiàn)的：鋁箔、銅箔和蓄電池隔板的厚度都從50微米減少到5 10微米，同時減少了電池包裝材料厚度，對機械方面的設(shè)計進行了優(yōu)化。

　　在其他改進中，由于更好的粘合劑和導(dǎo)電添加劑的發(fā)展，幫助電池電極中的非活性材料的使用量穩(wěn)步減少。隨著時間的推移，高性能炭黑和多壁碳納米管已經(jīng)取代了普通炭黑和石墨。一些電池電極的配方現(xiàn)在包含高達9698%的活性物質(zhì)。在這個領(lǐng)域即使輕微的改善也是非常搶手的，因為它為企業(yè)提供了在競爭激烈的市場中脫穎而出的優(yōu)勢。

　　單壁碳納米管（SWCNT）是一個特殊的導(dǎo)電添加劑，在非常低濃度時即能形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，同時使電池電極中的活性物質(zhì)的量增加到99.5%。

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Figure 1. TEM of OCSiAl's TUBALL??single wall carbon nanotubes.

圖一、OCSiAl公司的TUBALL?單壁碳納米管透射電子顯微鏡圖像。

　　此外，將單壁碳納米管結(jié)合到活性物質(zhì)顆粒內(nèi)，形成基于單壁碳納米管的新結(jié)構(gòu)，具有在未來的510年內(nèi)，將能量密度增加60%的潛力。

　　在電池電極中，單壁碳納米管替代炭黑、石墨烯和多壁碳納米管

　　與傳統(tǒng)的導(dǎo)電添加劑如炭黑、石墨烯和多壁碳納米管相比，單壁碳納米管的濃度只要區(qū)區(qū)0.001%就可以增加導(dǎo)電性。在低速率系統(tǒng)，如手機和筆記本電腦使用的鈷酸鋰（LCO）電池，已被證實在添加0.020.06%單壁碳納米管時，工作狀態(tài)良好。Aleees是世界上最大的磷酸鐵鋰（LFP）粉的生產(chǎn)商，最近Aleees公司在汽車使用的高倍率電池上進行了試驗。實驗表明，只需用0.1%單壁碳納米管替換LFP陰極的炭黑和石墨，就可以使粘合劑的使用量明顯減少，同時能夠增加10%的能量密度。值得指出的是，單壁碳納米管能夠增強各種材料的力學性能，從聚氨酯膠和汽車油漆到電池電極。鋰能源制造商對此功能是特別感興趣的，因為它進一步增加了能量密度，提高了電極的靈活性和制造業(yè)的產(chǎn)量。

　　Aleees公司的研究使用了10Ah的軟包電池?？刂婆浞绞褂?0.5% 磷酸鋰鐵，4%導(dǎo)電炭黑（Super P） 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF。而使用OCSiAl公司的Tuball?單壁碳納米管的配方中，含有98.4%磷酸鋰鐵，0.1%的單壁碳納米管和1.5%PVDF，從而增加了7.9%的活性物質(zhì)的量。此外，具有碳納米管的電極具有更好的可壓縮性，并且記錄到的密度是2.4g/cc，比控制配方電極的密度高出10%。這些改進使陰極厚度降低了近18%，在一個電池上，使電池體積能量密度增加了10%。然而實現(xiàn)這一顯著的改善，只是通過改變電極導(dǎo)電添加劑。

　　單壁碳納米管的配方具有更好的倍率性能，顯然超越了15C和19C時的控制配方（圖2和圖3）。

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Figure 2. Rate capability of cathodes with 98.4% LFP， 0.1% SWCNT and 1.5% PVDF.

圖2、陰極倍率性能，98.4%磷酸鐵鋰，0.1%的單壁碳納米管和1.5%PVDF

（Voltage 電壓 Capacity Retention 容量保持率）

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Figure 3. Rate capability of cathodes with 90.5% LFP，4% Super P，2% KS6 graphite and 3.5% PVDF.

圖 3、陰極倍率性能，90.5% 磷酸鐵鋰，4%導(dǎo)電炭黑 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF。

（Voltage 電壓 Capacity Retention 容量保持率）

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