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锂离子电池能量密度高、循环寿命长、安全性好,是目前应用最广泛的储能体系。磷酸铁锂是一种橄榄石结构的锂离子电池正极材料,具有循环稳定、安全环保、价格低廉等优点。然而,磷酸铁锂的电导率低,限制了其倍率性能。本文采用二维材料石墨烯作为磷酸铁锂的复合添加剂,通过提高电子电导率以及双电层吸附作用等方面改善磷酸铁锂的电化学性能,制备了一系列性能优异的磷酸铁锂/石墨烯复合材料。主要研究成果如下:采用水热法制备磷酸铁锂材料,将氧化石墨烯高温热还原制备石墨烯材料,以石墨烯作为导电添加剂制备磷酸铁锂正极,研究了石墨烯导电剂的添加量对磷酸铁锂正极倍率性能的影响。随着石墨烯导电剂含量增加,LiFePO4电极的倍率性能显著提高。含30wt%石墨烯的电极在30C和50C的高放电倍率下,分别具有高达103.1mAh g-1和68mAhg-1的比容量。此外,该电极还表现出良好的循环性能,在30C下循环1000次后,电极的容量保持率高于800%。采用溶剂热法制备三维双层导电网络的碳包覆磷酸铁锂/石墨烯复合材料。研究结果表明,石墨烯的高导电性提高了复合材料的电子电导率,其高比表面还为复合材料提供了少部分双电层吸附作用。因此,该复合材料同时兼具超级电容器的双电层吸附作用和锂离子电池的电化学储能行为,展现出优异的倍率性能。该材料在30 C的电流密度下循环300周后仍能保持96.3%的可逆容量,电流密度增至50 C时可逆容量仍可达到96.3 mAh g-1。将磷酸铁锂前驱体与石墨烯以及高比表面的活性炭混合,采用溶剂热法制备具有多孔结构的高导电性LiFePO4/活性炭/石墨烯复合正极材料。活性炭大幅度提高了复合材料的孔隙率及比表面积(367 m2 g-1),石墨烯构筑出三维导电网络,为离子扩散和电子转移提供了快速通道,并为复合材料提供了一些电容行为。XPS测试表明复合材料中的N原子含量为2.45%,N原子的存在可以进一步为电极提供电容作用。利用复合材料中的电容型成分（活性炭和石墨烯）对电流的缓冲作用,实现了超高倍率下的稳定充放电。该电极在100C下容量高达66mAhg-1,经过3000次循环,容量保持率达到82%。通过在磷酸铁锂合成过程中加入石墨烯片层,使磷酸铁锂颗粒原位生长在石墨烯片层表面,制备磷酸铁锂/石墨烯复合材料。该复合材料中,石墨烯与磷酸铁锂颗粒紧密结合;磷酸铁锂颗粒缓解了石墨烯片层在合成过程中的重新堆垛现象;经过原位氮掺杂的石墨烯形成连续的导电网络,提高了复合材料的导电性和与电解液的浸润性,并且可以提供部分赝电容。该复合材料在1 C的电流密度下的可逆容量为140.2 mAh g-1,在100C大电流密度下仍保持有54.6 mAh g-1的比容量,可用作电容型锂离子电池电极材料进行瞬时大电流放电。利用该复合材料与商用钛酸锂制作了全电池,表现出良好的倍率性能。在30 C时初始容量约为71 mAh g-1,经过1000次循环,容量保持在58 mAh g-1。在50C时可逆容量保持在64.9 mAh g-1。