中國粉體網訊 自2001年問世以來，富鋰三元正極材料便以其超高的放電比容量和大于4.5V的首次充電電壓引人注目。盡管具有很高的首圈充電比容量，然而其首圈庫倫效率只有60%-80%，第二圈充放電時，其充電比容量和庫倫效率就會恢復正常，即具有較大的不可逆充電比容量。石墨烯具有高導電率、大比表面積、特殊的二維網狀結構等特性，可用來包覆富鋰材料，緩解材料極化，提高富鋰材料導電率。
富鋰層狀正極材料首圈充放電曲線圖
為探究富鋰三元正極與石墨烯復合后的材料性能，山東理工大學的王發剛教授等人通過采用水熱法制備石墨烯/富鋰三元正極復合材料，并通過X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、充放電測試儀等方法對其形貌和電化學性能進行研究，并對比了石墨烯包覆前后富鋰三元正極的性能變化。
研究表明，石墨烯包覆量為2%（質量分數）時，包覆效果較好，石墨烯/富鋰三元正極復合材料首次庫侖效率為89.6%，比富鋰三元正極材料提高17.16%，放電比容量為226.41mAh/g，比原材料提高了21.38mAh/g；以0.5C循環100次后石墨烯/富鋰三元正極復合材料放電比容量可保持在154m Ah/g，容量保持率為88%，比富鋰三元正極材料提高5.3%；石墨烯/富鋰三元正極復合材料阻抗為75Ω，比富鋰三元正極材料阻抗低50Ω。
試驗結果
XRD分析
樣品A及樣品WA1-WA4的XRD譜圖
SEM分析
不同倍率下樣品A及樣品WA1-WA4的SEM圖
電化學性能研究
正極材料樣品首次充放電比容量及庫倫效率
在0.05C下5種正極材料樣品首次充放電曲線圖
不同倍率下正極材料樣品平均放電比容量曲線圖
0.5C下正極材料樣品的放電比容量及容量保持率
0.5C下循環100次正極材料樣品的放電比容量曲線圖
交流阻抗測試
正極材料樣品在放電電壓3.8V、0.5C下循環
20次(a)、循環100次(b)的交流阻抗譜圖
綜合材料結構、形貌與電化學性能分析結果可知，石墨烯包覆提高了富鋰三元正極材料電導率，降低了材料電極極化程度，使得材料團聚度有所下降，因而石墨烯/富鋰三元正極復合材料的比容量和電壓平臺都有所提高，且循環保持率較好。
石墨烯包覆富鋰三元正極材料的機理：在水熱還原氧化石墨烯時，富鋰三元正極材料摻入其中，阻礙了石墨烯的團聚，最終形成以石墨烯為導電網絡的復合材料。由于富鋰三元正極材料屬于過渡金屬氧化物和鋰的化合物，電子導電性很差，因此石墨烯的包覆能夠提高其導電率，降低材料極化，使材料放電容量得到提升，同時表面的石墨烯也有利于材料抵抗電解液侵蝕，提高了材料循環性能。
參考文獻：
張俊亭，王發剛；石墨烯/富鋰三元正極復合材料的制備及電化學性能研究
張和，鋰離子電池富鋰三元正極材料的制備及研究
（中國粉體網編輯整理/江岸）
注：圖片非商業用途，如侵權告知刪除
