橄榄石型LiFePO₄正极材料因为其高理论比容量,低廉的成本和优良的环保性能等优势,而被认为是动力锂离子电池正极材料的首选。但由于LiFePO₄晶体结构的固有限制导致其电子导电率和锂离子扩散速度低,特别是大电流倍率放电性能不甚理想。针对其缺点研究者们尝试通过减小颗粒尺寸、碳包覆、金属掺杂等方法来改善其电化学性能,并取得了一定进展。本研究以寻求商业化应用的磷酸铁锂为目的,采用低成本的三价铁为铁源,通过机械球磨—高温固相法及溶胶凝胶法成功合成了LiFePO₄正极材料,并进一步采取碳包覆以及掺杂金属离子等手段对材料进行改性研究,具有潜在的产业化应用前景。利用TG-DTA、XRD、SEM、TEM、EDS、CV、EIS等分析手段对材料进行表征,并在不同条件下测试了材料的电化学性能。研究结果表明,机械球磨—高温固相法中700℃烧结的材料结晶最为完整,具有良好的电化学性能。采用碳包覆方法制备的材料残留碳均匀包覆在材料颗粒周围有效控制LiFePO₄颗粒的大小,减小电极的反应电阻,提高材料的电化学性能。其中以葡萄糖为碳源的包覆效果最好,样品颗粒呈球形,表面光滑,分散性好,颗粒表面包覆有2nm厚的石墨碳层,颗粒之间有碳纤维连接。0.1C电流放电其比容量高达162.1 mAh/g接近理论比容量170 mAh/g。但是随着充放电电流的增大其容量衰减较快,1C首周放电容量下降到118.2mAh/g。为了进一步改善高倍率下材料性能,本研究对材料进行了 Na、Al、Ce三种金属掺杂改性研究。XRD结果显示金属离子的掺杂改变了晶体的晶胞参数及晶胞体积,一定程度上提高了材料的电化学性能。其中LiCe0.01Fe0.98PO₄的电化学性能最佳,在0.1C倍率充放电时首周放电容量达到167.3 mAh/g,接近理论容量,在1C倍率充放电时首周容量达到138.2 mAh/g,在30周循环之后仍然有122.7 mAh/g,仅衰减了 12%。通过循环伏安曲线分析Ce掺杂后LiFePO₄的极化现象减少,有很好的可逆性;EIS研究表明Ce掺杂后电极的反应电阻较其他掺杂明显减小,说明Ce掺杂能有效提高LiFePO₄导电性。通过溶胶凝胶法制备的材料表明液相溶胶凝胶法在650℃制得的材料有较好的形貌及电化学性能。柠檬酸和乙醇酸两种不同碳源添加剂对材料的微观形貌、电化学性能有较大影响,其中柠檬酸为碳源得到的LiFePO₄/C呈球状颗粒,尺寸呈亚微米级均匀分布。进一步研究柠檬酸添加量对材料的影响发现,当柠檬酸和硝酸铁为0.75:1时得到的材料性能最好,在0.1C下首周放电容量达到149.5 mAh/g。