目前廣泛應用的锂離子電(diàn)池負極材料通(tōng)常是石墨或者一些(xiē)碳的其他形态，最常見的锂離子電(diàn)池負極石墨材料主要有(yǒu)人(rén)造石墨和(hé)天然石墨，以及中間(jiān)相碳微球。其中應用最為(wèi)廣泛的主要是人(rén)造石墨 和(hé)天然石墨，但(dàn)是近年來(lái)中間(jiān)相碳微球由于其在容量方面的優勢，正逐漸得(de)到廣泛的應用。在塊狀石墨中，锂會(huì)非連續的嵌入到石墨層間(jiān)(分段現象)，形成最大(dà)化 合物LiC6(理(lǐ)論容量為(wèi)372mAh/g)。
在锂含量較低(dī)時(shí)，電(diàn)壓曲線以較大(dà)的斜率下降，當電(diàn)壓低(dī)于100mV的時(shí)候，在锂繼續嵌入 的過程中，會(huì)出現兩個(gè)電(diàn)壓平台，在阻抗和(hé)化學極化的作(zuò)用下，電(diàn)壓會(huì)出現很(hěn)小(xiǎo)的滞後現象。低(dī)電(diàn)壓的優勢是可(kě)以提高(gāo)電(diàn)池的電(diàn)壓，提高(gāo)能量密度，缺點是在較低(dī)的 電(diàn)壓下，可(kě)能會(huì)造成锂的析出，造成安全問題。碳納米管的使用可(kě)以提高(gāo)電(diàn)池的循環性能，但(dàn)是會(huì)影(yǐng)響電(diàn)池的電(diàn)壓曲線(電(diàn)壓範圍變寬，電(diàn)壓滞後變大(dà))。
碳納米管是典型的納米材料，由于其優異的機械和(hé)電(diàn)子特性，應用範圍十分廣泛。锂離子電(diàn)池中使用碳納米管首見于Landi等人(rén)的報道(dào)。單壁碳納米管 (SWNT)是單層石墨烯管，直徑為(wèi)幾納米，長度在亞微米到微米的範圍內(nèi)。Gao等人(rén)首先研究了锂在SWNT中的電(diàn)化學嵌入，他們在初始循環中觀測到了 600mAh/g的容量，但(dàn)是當對SWNT進行(xíng)球磨後其容量會(huì)增加到1000mAh/g。
有(yǒu)人(rén)提出這可(kě)能是球磨對碳納米管的管壁造成了 一定程度的破壞，從而引起SWNT的無序化，從而增加了锂的嵌入點位，也增加了锂離子進入到碳納米管內(nèi)部的通(tōng)道(dào)。碳納米管的特點是循環電(diàn)壓範圍寬 (0~3V vs Li/Li+)，明(míng)顯的電(diàn)壓滞後，以及初始嵌锂時(shí)不可(kě)逆容量大(dà)(這可(kě)能是由于碳納米管較高(gāo)的比表面積造成電(diàn)解液在其表面分解較多(duō)造成的，也有(yǒu)一部分嵌入到 碳納米管內(nèi)部的锂成為(wèi)失去活性成為(wèi)死锂，造成容量損失)
多(duō)壁碳納米管(MWNT)是由石墨烯卷成同心圓柱體(tǐ)制(zhì)成的，科研人(rén)員也研究了它的的锂電(diàn)化 學插入特性。MWNT的嵌锂電(diàn)壓和(hé)循環電(diàn)壓與SWNT十分相似：不可(kě)逆容量高(gāo)(主要在1V附近，主要原因為(wèi)電(diàn)解液在碳納米管的高(gāo)比表面積上(shàng)發生(shēng)分解)，電(diàn) 壓範圍寬(0~3V vs Li/Li+)，以及明(míng)顯的電(diàn)壓滞後(脫锂和(hé)嵌锂間(jiān)的差别為(wèi)1V甚至更大(dà))。可(kě)逆容量隻有(yǒu)100~400mAh/g，比SWNT更低(dī)，相比于傳統的石墨負 極沒有(yǒu)明(míng)顯的提高(gāo)。但(dàn)是MWNT對高(gāo)溫處理(lǐ)十分敏感，經過高(gāo)溫處理(lǐ)，石墨化程度提高(gāo)，顯著的降低(dī)了不可(kě)逆容量，并提高(gāo)了可(kě)逆容量。這主要是高(gāo)溫處理(lǐ)後，樣 品的表面積變低(dī)和(hé)樣品的無序性降低(dī)。
盡管對碳納米管進行(xíng)了多(duō)年的研究，但(dàn)是近年來(lái)對碳納米管嵌锂和(hé)循環性能的研究并沒有(yǒu)使得(de)碳納米管在 容量或者倍率性能方面與傳統石墨材料或者碳微球相比有(yǒu)明(míng)顯的優勢。碳納米管在實際應用中仍然存在不可(kě)逆容量大(dà)，電(diàn)壓範圍寬以及電(diàn)壓滞後明(míng)顯的問題。同時(shí)由 于成本方面的問題，碳納米管離實際應用仍然會(huì)有(yǒu)很(hěn)長的路要走，但(dàn)是作(zuò)為(wèi)一種導電(diàn)劑添加，提高(gāo)電(diàn)極的導電(diàn)性，降低(dī)電(diàn)池極化，已經在實際生(shēng)産中獲得(de)應用。
