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锂离子电池以其电压高、比能量大、循环寿命长、环境污染小等优点而得到了广泛的应用,轻巧、便携、高能的特点使其应用范围不断扩大。这也对电池的性能提出了更高的要求,而锂离子电池的性能很大程度上取决于正极材料。本文在综合概述了锂离子电池及其正极材料研发现状的基础上,选取了具有典型橄榄石结构的LiMnPO4为研究对象,针对LiMnPO4材料导电性差和Li离子扩散速率慢的问题,对其进行表面碳包覆和Mn位Fe2+、Mg2+、V3+掺杂改性,结合XRD、 XPS、SEM、TEM、EDS、Raman、电化学测试等手段,研究了材料的晶体结构、表面形貌和电化学性能。本文采用固相法合成了LiMn0.8Fe0.2PO4/C复合材料,研究了Li源对材料性能的影响,发现LiH2PO4合成的材料性能更优。根据非计量法可形成快离子导电相而提高材料的离子电导率来合成了非计量的Li(Mn0.8Fe0.2)0.9P0.95O4/C材料,改变不同的非计量比,发现非计量法不能提高材料的性能,说明LiMn0.8Fe0.2PO4/C材料中的电子传导可能比离子传导更加重要。在LiMnPO4中采用Fe2+部分取代Mn2+后,改变Li源和化学计量比,LiMn0.8Fe0.2PO4/C材料都在700。C时表现出最佳的电化学性能,再进一步掺入Mg2+,发现Mg2+的掺杂不仅可以提高材料的电化学性能,还可以改变材料的最佳烧结温度(800℃)。合成碳包覆LiMn0.9Fe0.09Mg0.01PO4/C材料的过程中,碳源的加入方式会影响材料的碳包覆效果和电化学性能,与碳源二次加入的方式相比,碳源一次加入时样品的表面碳包覆效果更好,更有利于电荷转移和Li+的扩散,倍率性能更好。基于此,优化了LiMn0.99-xFexMg0.01PO4/C材料中的Fe掺杂量,得出x=0.19时材料具有最好的综合电化学性能,5 C和10 C时的放电比容量分别为128.4 mAh/g和115.1 mAh/g。以低碳量高倍率性能为目的,采用喷雾干燥法合成了Fe&Mg共掺杂复合材料LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C,首次得到的样品为10～30μm的球形颗粒,其电化学性能较差,0.2 C时的放电比容量仅为31.3 mAh/g。在喷雾干燥得到前驱体后经球磨3 h,可以将材料的球形颗粒破碎而显著提高材料的电化学性能。通过改变铁源(草酸亚铁和柠檬酸铁)、球磨时间(0 h、3 h、6 h)、球磨方式(干磨和湿磨)、溶液浓度(总去离子水量400 ml和800 m1)、进料速度(35 rpm和70 rpm)、烧结温度(700℃和800℃)、原料的加入顺序(Mn-Mg-Fe-Li和Mn-Mg-Li-Fe)和前驱体的干燥方式(喷雾干燥和水浴蒸干)等合成条件,发现这些条件都会影响材料的性能。当铁源为柠檬酸铁,总去离子水量为800 ml,加料顺序为Mn-Mg-Fe-Li,进料速度为35 rpm,喷雾干燥后再球磨3 h,烧结温度为800℃制备的LiMn0.8Fe0.19Mg0.01PO4/C材料具有最佳的电化学性能,在0.2 C、1 C、5 C、10 C倍率下的放电比容量分别为143.6 mAh/g、141.7 mAh 121.9 mAh/g和96.2 mAh/g,而此时材料中的碳含量仅为3.64wt.%。对V掺杂LiMnPO4材料的合成、结构及性能进行了研究,发现V可以成功地掺杂进入LiMnPO4晶格中,并以+3价存在,且V掺杂可以促进LiMnPO4材料的电荷传输和Li+的扩散,从而提高LiMnPO4材料的电化学性能。在LiMnPO4材料中,V3+部分取代Mn2+后会因电荷补偿而产生缺陷,分别以电子缺陷、Mn空位和Li空位来合成LiMn1-xVxPO4/C、LiMn1-3x/2VxPO4/C和Li1-xMn1-xVxPO4/C(0≤x≤0.15)材料,V在三个系列材料中的固溶限和最佳掺杂量都有所不同,超出固溶限的部分会形成+3价的Li3V2(PO4)3和V203。根据能量最小原理,从合成的角度分析和讨论了缺陷形成机制,首次得出了V3+掺杂LiMnPO4中因电荷补偿形成的缺陷是Li空位。