中国粉体网讯  自2001年问世以来，富锂三元正极材料便以其超高的放电比容量和大于4.5V的首次充电电压引人注目。尽管具有很高的首圈充电比容量，然而其首圈库伦效率只有60%-80%，第二圈充放电时，其充电比容量和库伦效率就会恢复正常，即具有较大的不可逆充电比容量。石墨烯具有高导电率、大比表面积、特殊的二维网状结构等特性，可用来包覆富锂材料，缓解材料极化，提高富锂材料导电率。

富锂层状正极材料首圈充放电曲线图

为探究富锂三元正极与石墨烯复合后的材料性能，山东理工大学的王发刚教授等人通过采用水热法制备石墨烯/富锂三元正极复合材料，并通过X射线衍射仪、扫描电子显微镜、充放电测试仪等方法对其形貌和电化学性能进行研究，并对比了石墨烯包覆前后富锂三元正极的性能变化。

研究表明，石墨烯包覆量为2%（质量分数）时，包覆效果较好，石墨烯/富锂三元正极复合材料首次库仑效率为89.6%，比富锂三元正极材料提高17.16%，放电比容量为226.41mAh/g，比原材料提高了21.38mAh/g；以0.5C循环100次后石墨烯/富锂三元正极复合材料放电比容量可保持在154m Ah/g，容量保持率为88%，比富锂三元正极材料提高5.3%；石墨烯/富锂三元正极复合材料阻抗为75Ω，比富锂三元正极材料阻抗低50Ω。

试验结果

XRD分析

样品A及样品WA1-WA4的XRD谱图

SEM分析

不同倍率下样品A及样品WA1-WA4的SEM图

电化学性能研究

正极材料样品首次充放电比容量及库伦效率

在0.05C下5种正极材料样品首次充放电曲线图

不同倍率下正极材料样品平均放电比容量曲线图

0.5C下正极材料样品的放电比容量及容量保持率

0.5C下循环100次正极材料样品的放电比容量曲线图

交流阻抗测试

正极材料样品在放电电压3.8V、0.5C下循环

20次(a)、循环100次(b)的交流阻抗谱图

综合材料结构、形貌与电化学性能分析结果可知，石墨烯包覆提高了富锂三元正极材料电导率，降低了材料电极极化程度，使得材料团聚度有所下降，因而石墨烯/富锂三元正极复合材料的比容量和电压平台都有所提高，且循环保持率较好。

石墨烯包覆富锂三元正极材料的机理：在水热还原氧化石墨烯时，富锂三元正极材料掺入其中，阻碍了石墨烯的团聚，最终形成以石墨烯为导电网络的复合材料。由于富锂三元正极材料属于过渡金属氧化物和锂的化合物，电子导电性很差，因此石墨烯的包覆能够提高其导电率，降低材料极化，使材料放电容量得到提升，同时表面的石墨烯也有利于材料抵抗电解液侵蚀，提高了材料循环性能。

参考文献：

张俊亭，王发刚；石墨烯/富锂三元正极复合材料的制备及电化学性能研究

张和，锂离子电池富锂三元正极材料的制备及研究

（中国粉体网编辑整理/江岸）

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