碳纳米管的结构与特性

碳纳米管，简称CNT，是由单层或多层石墨烯围绕中心轴卷曲而成的一维量子材料。这一发现可追溯至1991年，由饭岛澄男首次揭晓。其导电性受到长径比和碳纯度的影响，这两大指标共同决定了碳纳米管的产品性能。更细的管径和更长的长度意味着更佳的导电性。

在力学方面，碳纳米管展现出惊人的弹性和韧性，其杨氏模量高达钢的近6倍，抗拉强度更是达到钢的百倍级别，成为自然界中比强度最高的材料。

电学性能上，碳纳米管的导电性超越石墨烯和炭黑等材料，且随着管径的减小和长度的增加，其导电性会进一步增强。此外，它还具备优异的导热性能，室温下的导热率是金刚石的2倍。特别的是，其轴向导热性能优异而径向导热性相对较差，这一特性使得它可以被合成为各向异性的导热材料。

在化学稳定性方面，碳纳米管表现出耐酸碱的特性，其添加到高分子复合材料中能有效提升材料的阻酸抗氧化性能。另外，其嵌锂性能也相当出色，中空管腔、管间间隙以及管壁层间的空隙和缺陷，都为锂离子提供了丰富的存储空间和传输通道。

碳纳米管的分类及其性能差异

在商业应用中，碳纳米管主要分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管两大类，其性能特点各有千秋。单壁碳纳米管以其独特的优势脱颖而出：

首先，其结构简单且化学性质稳定。与多壁碳纳米管相比，单壁碳纳米管在形成过程中具有更均匀一致的结构，且缺陷更少，从而保证了其稳定的化学性质。

其次，单壁碳纳米管在导电性方面表现出色。其高长度-直径比使得在极低的添加量下就能形成三维导电网络，同时，其一层碳原子的结构还赋予了它金属或半导体的性能，以及超高的载流量，电流密度甚至高于铜等金属1000倍以上。

此外，单壁碳纳米管还展现出优异的弹性。其强大的碳碳键赋予了它出色的柔韧性，能够轻松应对弯曲、扭曲或扭结等变形，且其弹性模量和抗拉强度均显著优于多壁碳纳米管。

在导热性方面，单壁碳纳米管同样表现出色。其单位质量导热系数高于多壁碳纳米管，且二者都能承受750℃以上的高温。

最后，单壁碳纳米管的应用范围更广泛。由于其添加量较低（通常在01-1%之间），因此能够生产出任何颜色以及透明导电材料，而多壁碳纳米管则主要限于黑色材料的生产。
安全性能优越：
在经过45℃高温多周循环后，发现添加了单壁碳纳米管的软包电池，其内阻增长显著低于其他添加了不同导电剂的电池，这一结果有力地证明了单壁碳纳米管在提升电池安全性能方面的卓越表现。
增强极片附着力：单壁碳纳米管网络能够有效地将正极材料颗粒连接在一起，进而增强颗粒间的连接强度。这一特性对于那些容易粉化、脱落的硅基负极材料而言，显得尤为重要。

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