碳納米管是一種石墨化結(jié)構(gòu)的碳材料，自身具有優(yōu)良的導(dǎo)電性能，同時由于其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化用途較小，可提高電池的大倍率充放電性能。

然而，碳納米管直接作為鋰離子電池負極材料時，會存在不可逆容量高、電壓滯后及放電平臺不明顯等問題。如Ng等采用簡單的過濾制備了單壁碳納米管，將其直接作為負極材料，其首次放電容量為1700mAh/g，可逆容量僅為400mAh/g。

碳納米管在負極中的另一個應(yīng)用是與其他負極材料（石墨類、鈦酸鋰、錫基、硅基等）復(fù)合，利用其獨特的中空結(jié)構(gòu)、高導(dǎo)電性及大比表面積等優(yōu)點作為載體改善其他負極材料的電性能。如郭等采用化學(xué)氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管復(fù)合材料，其首次可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電循環(huán)50次后，可逆容量仍可達到259mAh/g。碳納米管的中空結(jié)構(gòu)及膨脹石墨的孔洞，供應(yīng)了大量的鋰活性位，而且這種結(jié)構(gòu)能緩沖材料在充放電過程中出現(xiàn)的體積效應(yīng)。

石墨烯

2004年英國Manchester大學(xué)研究者首次發(fā)現(xiàn)石墨烯材料，并獲得諾貝爾獎。石墨烯是一種由碳六元環(huán)形成的新型碳材料,具有很多優(yōu)異的性能，如大比表面（約2600m2g-1）、高導(dǎo)熱系數(shù)（約5300Wm-1K-1）、高電子導(dǎo)電性（電子遷移率為15000cm2V-1s-1)和良好的機械性能，被作為鋰離子電池材料而備受關(guān)注。

石墨烯直接作為鋰離子電池負極材料時，具有非常可觀的電化學(xué)性能。試驗室曾采用水合肼作為還原劑、制備了叢林形貌的石墨烯片，其兼具硬碳和軟碳特性，且在高于0.5V電壓區(qū)間，表現(xiàn)出電容器的特性。

石墨烯負極材料

石墨烯負極材料在1C放電倍率下,首次可逆容量為650mAh/g，100次充放電循環(huán)后容量仍可達到460mAh/g。石墨烯還可作為導(dǎo)電劑，與其他負極材料復(fù)合，提高負極材料的電化學(xué)性能。如Zai等采用超聲分散法制備了Fe3O4/石墨烯復(fù)合材料，在200mA/g的電流密度下放電，經(jīng)過50次循環(huán)后，容量為1235mAh/g；在5000和10000mA/g電流密度下放電，經(jīng)過700次循環(huán)后，容量分別能達到450mAh/g和315mAh/g，表現(xiàn)出較高的容量和良好的循環(huán)性能。

鈦酸鋰

尖晶石型鈦酸鋰被作為一種備受關(guān)注的負極材料，因具有如下優(yōu)點：

1）鈦酸鋰在脫嵌鋰前后幾乎零應(yīng)變（脫嵌鋰前后晶胞參數(shù)a從0.836nm僅變?yōu)?.837nm）；

2）嵌鋰電位較高（1.55V），防止鋰枝晶出現(xiàn)，安全性較高；

3）具有很平坦的電壓平臺；

4）化學(xué)擴散系數(shù)和庫倫效率高。

鈦酸鋰的諸多優(yōu)點決定了其具有優(yōu)異的循環(huán)性能和較高的安全性，然而，其導(dǎo)電性不高、大電流充放電時容量衰減嚴重，通常采用表面改性或摻雜來提高其電導(dǎo)率。