锂离子电池具有能量密度高、循环稳定性好、安全性高、环境污染小等优点，被广泛地应用在能源储存和转换设备中。作为锂离子电池重要组成部分的导电剂材料，对锂离子电池的电化学性能起着重要的作用。适量的导电剂加入电极后，能够有效提高电极内部电子的转移速率，降低电极欧姆电阻，提高活性物质的利用率；导电剂的微观结构和分布状况极大地影响着电解质的扩散。为增强锂离子电池电极材料的电化学反应活性，本文分别采用碳黑(0维)、碳纳米管(1维)和石墨烯(2维)作为锂离子电池电极活性材料的导电剂，构造成点、线、面的组合；研究了不同结构的碳纳米导电剂与电极活性物质之间的导电接触界面，提出了导电接触界面的结构模型；探索了碳纳米导电剂的不同形状、不同电子传导机制对电极材料可逆容量和倍率性能的影响规律。主要研究内容包括：以负极材料石墨和正极材料LiFePO4为例，分别采用零维碳黑、一维多壁碳纳米管和二维多层石墨烯用作锂离子电池电极材料的导电剂。分别采用X射线衍射、氮吸附、扫描电镜、高分辨透射电镜研究了三种碳纳米导电剂的微观结构和导电网络模型。扫描电镜表明，碳黑、碳纳米管、石墨烯分别与活性颗粒构建成点、线、面的三维网络式复合材料。利用恒电流充放电、循环伏安法、交流阻抗谱测试了不同维度的碳纳米导电剂对电极材料电化学反应活性的增强效应。研究发现：石墨烯能有效地降低电池的交流阻抗，减少大电流充放电过程中的极化现象，提高锂离子电池的可逆容量及倍率性能。在0.1C倍率下，石墨烯与石墨复合的电极可逆容量为366mAh/g，循环20次无衰减。石墨烯与磷酸铁锂复合的电极在1C倍率下，放电容量为124mAh/g，而碳黑、碳纳米管作导电剂的电极容量分别为115mAh/g、103mAh/g。研究了石墨烯、碳纳米带的制备工艺，并探索了碳纳米带作锂离子电池负极材料的电化学性能。采用改进的Hummers法制备了石墨烯；分别以化学气相沉积法和氢电弧法制备的碳纳米管为原料，通过化学法剥离制备了碳纳米带。通过扫描电镜观察发现：制备的碳纳米带呈三维贯通的多孔状网络结构。碳纳米带作锂离子电池负极材料有着优越的电化学性能。在200mA/g的电流密度下，碳纳米带的可逆容量保持在503mAh/g。而碳纳米管的可逆容量仅为200mAh/g左右。