近年來隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升，鋰離子電池正極材料也在向著高鎳的方向快速發(fā)展，從最初的NCM111材料逐漸過渡到目前主流的NMC532和NCM622體系，并且已經(jīng)有廠家嘗試推出NCM811體系電池。三元材料隨著Ni含量的提升，在容量的提高同時也會導致正極材料的界面穩(wěn)定性變差，一方面高鎳正極材料更加容易與空氣中的H2O、CO2等反應，在材料的表面產(chǎn)生Li2CO3和LiOH等副產(chǎn)物，引起界面阻抗的增加，同時更高的Ni含量也會導致正極/電解液界面穩(wěn)定性變差，導致循環(huán)過程中副反應增多，引起三元材料界面的不可逆相變，導致可逆容量的損失和電荷交換阻抗的增加，這會嚴重的影響高鎳材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

包覆是常用的提升界面穩(wěn)定性的方法，一般常見的包覆手段主要是通過金屬氧化物、磷酸鹽化合物等在材料表面形成一層離子傳導層，避免正極材料與電解液直接接觸，也有通過在材料表面包覆一層無定形碳的手段提升材料的電子導電性，但是還沒有一種方法能夠同時提升了鋰離子電池的電子導電性和離子導電性。近日廣東工業(yè)大學的QingluFan（第一作者）、ZhicongShi（通訊作者）和YongYang（通訊作者）通過石墨烯／Li3PO4復配使得包覆層同時具有良好的離子導電性和電子導電性，不僅大幅改善了材料的循環(huán)穩(wěn)定性，也使得材料的倍率性能得到了提升。

對于高鎳材料而言由于表面的高活性，與空氣中H2O和CO2反應產(chǎn)生的LiOH、Li2CO3等副產(chǎn)物幾乎是無法避免的，針對高鎳材料的這一特性QingluFan采用1%的H3PO4溶液對其進行腐蝕，在材料顆粒的表面形成一層具有良好離子電導率的Li3PO4層，然后再與石墨烯進行混合得到最終產(chǎn)物。

下圖為不同材料的掃描電鏡圖片，從下圖b看到經(jīng)過H3PO4腐蝕處理后，NCM811材料表面形成了一層均勻分布的Li3PO4小顆粒，從下圖c可以看到石墨烯混合后，石墨烯碎片成功的附著在NCM811材料的表面。通過透射電鏡可以確認，經(jīng)過H3PO4腐蝕后NCM811材料顆粒表面形成了一層厚度為10nm左右均勻的Li3PO4保護層。

下圖為經(jīng)過處理的NCM811材料的電化學性能測試結(jié)果，從圖中能夠看到無論是在25℃還是在55℃下，有Li3PO4保護層的NCM811材料的首次充放電庫倫效率都有了非常顯著的提升，這主要是因為Li3PO4保護層抑制了電解液與活性物質(zhì)的副反應的發(fā)生，而這同樣有利于NCM811材料循環(huán)性能的提升。在3.0-4.3V之間以0.5C倍率進行循環(huán)150次后，沒有保護層的材料容量保持率僅為88.1%，而有Li3PO4保護層的LPO-NCM811材料和GN-LPO-NCM811材料（同時含有石墨烯）的容量保持率則分別達到93.5%和94.3%。如果將循環(huán)溫度提升到55℃，三種材料在循環(huán)性能上的差距將變的更加明顯，從下圖d能夠看到在55℃下循環(huán)100次后，沒有保護層的NCM811材料容量保持率僅為75.5%，而LPO-NCM811和GN-LPO-NCM811材料的容量保持率則分別提高到了92.1%和94.2%。

包覆層的存在常常會限制Li+的擴散，從而影響材料的倍率性能，下圖為幾種材料的倍率性能測試結(jié)果，可以看到倍率性能最好的為GN-LPO-NCM811材料，其次為LPO-NCM811材料，而倍率性能最差的反而是沒有包覆的NCM811材料。GN-LPO-NCM811材料優(yōu)異的倍率性能主要源自兩個方面：首先是表面的Li3PO4保護層具有優(yōu)異的離子電導率，從而促進了Li+的擴散；其次是材料中添加的石墨烯提供了優(yōu)良的電子擴散通道，降低了顆粒之間的接觸電阻，兩方面共同作用顯著改善了NCM811材料的倍率性能。

下圖a和b為循環(huán)前后的三種NCM811材料的EIS圖譜，從圖中能夠看到該材料的EIS圖主要有三部分組成：高頻區(qū)半圓，主要是SEI膜阻抗；中頻區(qū)半圓，主要是材料的電荷交換阻抗；低頻區(qū)的擴散曲線。從下表的擬合結(jié)果來看，沒有保護層的材料在經(jīng)過循環(huán)后RSEI和RCT都出現(xiàn)了明顯的增加，而具有保護層的LPO-NCM811材料和GN-LPO-NCM811材料則增長較少，表明沒有保護層的材料的界面副反應比較多，而Li3PO4保護層的存在大大減少了界面副反應，提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性。

高鎳材料由于界面穩(wěn)定性比較差，非常容易與空氣中的H2O、CO2反應生成含Li化合物影響材料的性能，QingluFan通過H3PO4腐蝕處理成功的將高鎳材料的含Li化合物轉(zhuǎn)變?yōu)長i3PO4保護層，與石墨烯混合則進一步降低了顆粒之間的接觸電阻，該工藝不但有效的提升了材料的循環(huán)穩(wěn)定性，還大幅提升了材料的倍率性能。