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20世纪60～70年代发生的石油危机迫使人们寻找新的替代能源,而金属锂在所有金属中最轻、氧化还原电位最低、质量能量密度最大,使得锂离子电池成为了替代能源之一。在20世纪70年代初就已经实现了锂电池的商品化,大容量、高功率的动力型锂离子电池将成为环保型电动汽车的理想能源。研究发现,具有橄榄石结构的新型磷酸盐正极材料LiMPO4(M=Mn, Co, Ni或Fe),由于其高理论容量以及其中大阴离子可稳定其结构等优点成为研究热点。本文采用水热合成法制备LiFePO4。通过X射线衍射分析、傅立叶变换红外吸收光谱分析、扫描电子显微镜、场发射高分辨透射电镜、热分析、循环伏安测试、充放电测试和交流阻抗等测试,研究了材料的相组成、微观结构特征、颗粒表面形貌和电化学性能。通过研究发现,水热法制得的LiFePO4前驱体是一种无定形结构,经过700℃煅烧即可获得具有橄榄石结构的纯相LiFePO4材料,其晶格常数a=10.4081A,b=6.0076A, c=4.7120A,晶胞体积V=294.6305A3,颗粒的平均尺寸330-510nm,其中铁离子位于八面体的Z字链上,锂离子位于交替平面八面体位置的直线链上,所有的锂均可发生脱嵌,得到层状FePO4-1型结构。另外,根据电化学测试结果：LiFePO4材料的首次放电容量为106.8mAh·g-1、充电容量为110.2mAh·g-1,而50次循环后放电容量仅为45.4mAh·g-1。可见,纯的LiFePO4充放电循环稳定性差,容量衰减较大。在系统研究了LiFePO4材料合成的最佳反应工艺、微观结构以及电化学性能的基础上,进行了改善LiFePO4前躯体电子导电率差和锂离子扩散速率低的改性研究。分别采用碳包覆和铌掺杂对LiFePO4材料进行改性。研究了碳包覆量、煅烧温度和煅烧时间对材料结构及电化学性能的影响,研究表明,当包覆碳量为5%,煅烧温度和时间为700℃,煅烧时间为10h时,材料充放电容量可以达到160mAh·g-1和147.8mAh·g-150次循环放电容量为136.5mAh·g-1,材料的充放电容量提高并且呈现出良好的循环稳定性,明显优于纯的LiFePO4材料。包覆碳是以无定形非晶态的形式均匀的覆盖在LiFePO4材料表面上,活性碳加入之后材料颗粒尺寸减小,缩短了Li+在活性物质中的扩散路径,明显减小了颗粒之间的接触电阻,降低了充放电过程的电极极化,提高了材料的充放电容量。另外,通过采用高价态Nb5+对材料进行掺杂的研究发现,当掺杂量为0.05时,样品的充放电容量较高,LiFe0.95Nb0.05PO4材料的首次充电容量为136mAh·g-1,放电容量为118mAh·g-1。这可能是由于Nb5+的掺入使原始材料LiFePO4微观结构产生缺陷,引起晶格常数和材料结晶度的变化。同时,少量Nb的加入同时导致LiFe1-xNbxPO4晶胞收缩,晶粒细化。