锂离子电池是电池市场上最具活力和增长最快的电池产品，2015年的年销售总额达到100亿美元。从发展趋势来看，电池制造商面临的主要挑战一直是消费者对更大的能量密度的持续需求，无论是体积能量密度还是重量能量密度。

　　1991年，索尼将18650型电池应用于消费类电子产品，开启了锂离子电池的商业化生产序幕。从那时起，锂离子电池能量密度每年增长3 4%，在过去25年里，总计增加大约2.5倍的能量密度。其中大量的改善是通过优化电池组件，而不是电池活性物质来实现的：铝箔、铜箔和蓄电池隔板的厚度都从50微米减少到5 10微米，同时减少了电池包装材料厚度，对机械方面的设计进行了优化。

　　在其他改进中，由于更好的粘合剂和导电添加剂的发展，帮助电池电极中的非活性材料的使用量稳步减少。随着时间的推移，高性能炭黑和多壁碳纳米管已经取代了普通炭黑和石墨。一些电池电极的配方现在包含高达9698%的活性物质。在这个领域即使轻微的改善也是非常抢手的，因为它为企业提供了在竞争激烈的市场中脱颖而出的优势。

　　单壁碳纳米管（SWCNT）是一个特殊的导电添加剂，在非常低浓度时即能形成导电网络，同时使电池电极中的活性物质的量增加到99.5%。

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

图一、OCSiAl公司的TUBALL™单壁碳纳米管透射电子显微镜图像。

　　此外，将单壁碳纳米管结合到活性物质颗粒内，形成基于单壁碳纳米管的新结构，具有在未来的510年内，将能量密度增加60%的潜力。

　　在电池电极中，单壁碳纳米管替代炭黑、石墨烯和多壁碳纳米管

　　与传统的导电添加剂如炭黑、石墨烯和多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管的浓度只要区区0.001%就可以增加导电性。在低速率系统，如手机和笔记本电脑使用的钴酸锂（LCO）电池，已被证实在添加0.020.06%单壁碳纳米管时，工作状态良好。Aleees是世界上最大的磷酸铁锂（LFP）粉的生产商，最近Aleees公司在汽车使用的高倍率电池上进行了试验。实验表明，只需用0.1%单壁碳纳米管替换LFP阴极的炭黑和石墨，就可以使粘合剂的使用量明显减少，同时能够增加10%的能量密度。值得指出的是，单壁碳纳米管能够增强各种材料的力学性能，从聚氨酯胶和汽车油漆到电池电极。锂能源制造商对此功能是特别感兴趣的，因为它进一步增加了能量密度，提高了电极的灵活性和制造业的产量。

　　Aleees公司的研究使用了10Ah的软包电池。控制配方使用90.5% 磷酸锂铁，4%导电炭黑（Super P） 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF。而使用OCSiAl公司的Tuball™单壁碳纳米管的配方中，含有98.4%磷酸锂铁，0.1%的单壁碳纳米管和1.5%PVDF，从而增加了7.9%的活性物质的量。此外，具有碳纳米管的电极具有更好的可压缩性，并且记录到的密度是2.4g/cc，比控制配方电极的密度高出10%。这些改进使阴极厚度降低了近18%，在一个电池上，使电池体积能量密度增加了10%。然而实现这一显著的改善，只是通过改变电极导电添加剂。

　　单壁碳纳米管的配方具有更好的倍率性能，显然超越了15C和19C时的控制配方（图2和图3）。

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

图2、阴极倍率性能，98.4%磷酸铁锂，0.1%的单壁碳纳米管和1.5%PVDF

（Voltage 电压 Capacity Retention 容量保持率）

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

图 3、阴极倍率性能，90.5% 磷酸铁锂，4%导电炭黑 、2% KS6硬石墨和3.5%PVDF。

（Voltage 电压 Capacity Retention 容量保持率）

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