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……

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。

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。

涂炭集流体，在金属集流体表面涂覆或直接生长碳层，利用碳材料的导电性及化学惰性，改善电极和集流体之间的电接触，降低界面接触电阻，同时抑制电解液腐蚀集流体。导电添加剂可在活性材料颗粒之间构建连续的导电网络，改善电极材料内部的电子传导性能。纳米碳材料作为导电颗粒填充在电极内部, 可在活性材料之间构建均匀、稳定的电子传输网络。针对电子电导差的活性材料，通过碳包覆或碳材料表面负载可提升其表面的电子迁移能力，增加反应活性位点。以上三种途径对降低电池内阻具有积极作用，任意短板均会导致极化现象。

SEI膜的稳定性

电解液在电极表面热力学不稳定，可发生还原反应并沉积一层薄的钝化膜，称为固态电解质膜，也叫SEI膜。SEI膜是Li+的良导体，电子绝缘体，能够有效抑制电解液进一步分解，因而稳定的SEI膜对电池的循环稳定性至关重要。

在锂电领域，硅基负极是研究热点之一。硅基负极具有较高的理论容量，但实际应用中存在体积膨胀的难题....