目前廣泛應用的鋰電池負極材料通常是石墨或者一些碳的其他形態，其中碳納米管被作為鋰電池負極材料，可以提高鋰電池的迴圈性能。
碳納米管是一種石墨化結構的碳材料，自身具有優良的導電性能，同時由於其脫嵌鋰時深度小、行程短，作為負極材料在大倍率充放電時極化作用較小，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電池負極材料時，會存在不可逆容量高電壓滯後及放電平臺不明顯等問題。其可以通過以下這幾種方法進行改善。
一是採用簡單的過濾製備了單壁碳納米管，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。二是可以與其他負極材料（鈦酸鋰、錫基、矽基等）複合，利用其獨特的中空結構、高導電性及大比表面積等優點作為載體改善其他負極材料的電性能。三是採用化學氣相沉積法，在膨脹石墨的孔洞中原位生長碳納米管，合成了膨脹石墨/碳納米管複合材料，其首次可逆容量為443mAh/g，以1C倍率充放電迴圈50次後，可逆容量仍可達到259mAh/g。碳納米管的中空結構及膨脹石墨的孔洞，提供了大量的鋰活性位元，而且這種結構能緩衝材料在充放電過程中產生的體積效應。
經過這幾年對碳納米管研究分析，其在鋰電池負極材料的應用中得到相應的改善。由於成本方面的問題，碳納米管離實際應用仍然會有很長的路要走，但是作為一種導電劑添加，提高電極的導電性，降低電池極化，已經在實際生產中獲得應用。
