由于橄榄石型的磷酸铁锂（LiFePO₄）具有良好的电化学性能,在充放电过程中拥有高的开路电压（3.45 V vs.Li⁺/Li）,高的理论放电容量(¹70 mA h g^-1),平稳的充放电平台,稳定的充放电结构,被用来作为锂离子电池正极材料。同时,该材料具有成本低,安全性能好,环境友好,循环寿命长,丰富的原材料等优点。然而,由于其本身结构的缺陷,导致其倍率性能低下,这将直接影响该材料在动力汽车市场的应用。本课题设计和合成出磷酸铁锂/石墨烯和磷酸铁锂/氟掺杂类石墨烯两类三维纳米磷酸铁锂基复合材料,实现了磷酸铁锂与石墨烯或类石墨烯碳的原位复合,并对复合材料制备方法、物理性质、电化学性能及不同组分间的协同效应进行了研究和探索,为动力型磷酸盐系正极材料的进一步发展,提供了有效的技术路线。采用流变相-固相烧结相结合并引入高能球磨制备的石墨烯修饰碳包覆LiFePO₄颗粒纳米球。展开的物理剥离的多层石墨烯片在装饰碳涂覆的LiFePO₄颗粒纳米球间没有出现团聚现象,纳米球间存在大量的介孔,形成一种独特的3D“sheets-in-pellets”和“pellets-on-sheets”导电网络结构。这种结构具有很好导电性和丰富的介孔,有利于促进了电子和离子传输,很好的改善了LiFePO₄的倍率性能和循环性能,因此磷酸铁锂/石墨烯复合材料很适合作为锂离子电池的正极材料。研究表明,加入约3 wt.%展开的物理剥离的石墨烯的复合材料显示出优异的倍率性能,在0.1和1 C下的初始放电容量分别为163.8和147.1 mA h g^-1,甚至在20 C时比容量保持在81.2 mA h g^-1。同时,该复合材料还拥有优异的循环稳定性,10 C时500次循环后,容量保持率达到92%。选用聚偏氟乙烯作为碳源和氟源,合成LiFePO₄@氟掺杂类石墨烯纳米复合材料。氟掺杂的类石墨烯碳材料在原位包覆LiFePO₄纳米颗粒,形成一种3D“核-壳”导电网络结构,这种结构可以有效提高电导率,提供快速的Li⁺传输通道。当LiFePO₄@氟掺杂类石墨烯纳米复合材料（97.2 wt.%的LiFePO₄）作为锂离子电池正极材料时展现出优异的倍率性能,在0.2和1 C下的初始放电容量分别为166.7和159.3 mA h g^-1,甚至在20 C时比容量保持在100.2 mA h g^-1。此外,该复合材料还显示出优异的循环性能,10 C时1000次循环后,放电比容量衰减率为8%。